очистка отработанных щелочных нефтезаводских стоков

Классы МПК:B01D1/14 пропусканием нагретых газов и паров через жидкость 
C02F5/00 Умягчение воды; предотвращение образования накипи; добавление к воде веществ, предохраняющих от образования накипи или для удаления ее, например добавление пассиваторов
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):ШО ЛИКВИД СОЛЮШНЗ ЭлЭлСи (US),
ДжиИАй ЛИКВИД СОЛЮШНЗ, ЭлЭлСи (US)
Приоритеты:
подача заявки:
2003-09-02
публикация патента:

Изобретение относится к способам очистки отработанных щелочных нефтезаводских стоков. Способ включает подачу стоков в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах, содержащих диоксид углерода, который взаимодействует с щелочным составляющим компонентом отработанных щелочных стоков для превращения его в карбонат. При этом осуществляют предварительное удаление части нефтепродукта из отработанных щелочных нефтезаводских стоков в сепараторе перед подачей в выпарной аппарат. Изобретение обеспечивает удаление пахучих составляющих компонентов из стоков, производство коммерчески пригодного водного концентрированного раствора и отделение полезного составляющего нефтепродукта простым и эффективным образом. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл. очистка отработанных щелочных нефтезаводских стоков, патент № 2327502

очистка отработанных щелочных нефтезаводских стоков, патент № 2327502 очистка отработанных щелочных нефтезаводских стоков, патент № 2327502 очистка отработанных щелочных нефтезаводских стоков, патент № 2327502

Формула изобретения

1. Способ очистки отработанных нефтезаводских щелочных стоков, включающий следующие стадии:

подача отработанных щелочных нефтезаводских стоков в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах и

подача дымовых газов в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах при температуре и в количестве, достаточно больших для выпаривания воды и летучих составляющих компонентов из отработанных щелочных нефтезаводских стоков и для концентрирования составляющего компонента отработанных щелочных нефтезаводских стоков.

2. Способ по п.1, включающий стадию термического окисления выпаренных составляющих компонентов, удаляемых из отработанных щелочных нефтезаводских стоков для исключения пахучих и других летучих материалов из газообразных составляющих компонентов, выпускаемых в атмосферу.

3. Способ по п.1, в котором отработанные щелочные нефтезаводские стоки содержат водный щелочной раствор и нефтепродукт, при этом способ включает стадию отделения, по меньшей мере, части нефтепродукта от водного составляющего компонента в сепараторе несмешивающейся жидкости.

4. Способ по п.3, в котором сепаратор несмешивающейся жидкости содержит, по меньшей мере, одно устройство, выбранное из бака-отстойника, сепаратора с наклонной плоскостью и центрифуги.

5. Способ по п.1, в котором дымовые газы, подаваемые в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах, содержат диоксид углерода, при этом способ включает стадию введения диоксида углерода во взаимодействие с щелочным составляющим компонентом отработанных щелочных нефтезаводских стоков для превращения щелочного составляющего компонента в карбонат и тем самым связывания диоксида углерода из дымовых газов.

6. Способ по п.1, в котором содержание щелочного материала в отработанных щелочных нефтезаводских стоках, подаваемых в выпарной аппарат на дымовых газах, характеризуется эквивалентом по гидроксиду натрия в пределах от приблизительно 1 до приблизительно 50% по массе.

7. Способ по п.1, включающий поддержание уровня отработанных щелочных нефтезаводских стоков в выпарном аппарате погружного типа на дымовых газах в пределах от приблизительно 5 до приблизительно 100 дюймов выше уровня, на котором дымовые газы вводятся в выпарной аппарат.

8. Способ по п.1, включающий поддержание рабочего давления в выпарном аппарате погружного типа на дымовых газах в пределах от приблизительно 50 дюймов водяного столба ниже атмосферного до приблизительно 100 дюймов водяного столба выше атмосферного.

9. Способ по п.1, включающий подачу топлива и воздушной смеси под давлением в пределах от приблизительно 5 до приблизительно 200 дюймов водяного столба в горелку для генерации дымовых газов.

10. Способ по п.1, включающий подачу остаточного газа из отдельного процесса горения в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах под давлением в пределах от приблизительно 60 дюймов водяного столба ниже атмосферного до приблизительно 100 дюймов водяного столба выше атмосферного.

11. Способ по п.1, включающий поддержание рабочей температуры в выпарном аппарате погружного типа на дымовых газах в пределах от приблизительно 100 до приблизительно 250°F.

12. Способ по п.1, в котором отработанные щелочные нефтезаводские стоки содержат нефтепродукт, при этом способ включает стадию удаления, по меньшей мере, части нефтепродукта из отработанных щелочных нефтезаводских стоков в сепараторе перед подачей отработанных щелочных нефтезаводских стоков в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах.

13. Способ по п.1, включающий подачу сульфидных отработанных щелочных нефтезаводских стоков в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах.

14. Способ по п.1, включающий подачу крезольных отработанных щелочных нефтезаводских стоков в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах.

15. Способ по п.1, включающий подачу нафтеновых отработанных щелочных нефтезаводских стоков в выпарной аппарат на дымовых газах.

16. Способ по п.1, включающий подачу сульфидных и крезольных отработанных щелочных нефтезаводских стоков в соотношении 1:1 в выпарной аппарат на дымовых газах.

17. Способ по п.1, включающий связывание, по меньшей мере, части диоксида углерода из дымовых газов превращением составляющего компонента отработанных щелочных нефтезаводских стоков из гидроксида в карбонат.

18. Способ по п.1, включающий удаление, по меньшей мере, части летучих соединений из отработанных щелочных нефтезаводских стоков в аппарате отгонки воздухом перед подачей отработанных щелочных нефтезаводских стоков в выпарной аппарат и подачу содержащего летучие соединения воздуха из аппарата отгонки воздухом в горелку, применяемую для выработки дымовых газов.

19. Способ очистки щелочных нефтезаводских стоков, включающий подачу щелочного раствора, который характеризуется эквивалентом по гидроксиду натрия в пределах от приблизительно 1 до приблизительно 50%, в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах и подачу дымовых газов, которые содержат диоксид углерода, в выпарной аппарат на дымовых газах, и в котором диоксид углерода взаимодействует с щелочным раствором с превращением гидроксидного составляющего компонента щелочного раствора в карбонат и тем самым со связыванием диоксида углерода из дымовых газов.

Описание изобретения к патенту

ОПИСАНИЕ

РОДСТВЕННАЯ ЗАЯВКА

По данной заявке испрашивается приоритет на основании заявки на патент США № 10/234559, поданной 4 сентября 2002 г. и включенной в настоящее описание путем ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способам очистки отработанных щелочных стоков, например стоков нефтеперерабатывающих заводов, алюминиевых производств, пищевых производств или производств такого рода.

Многие промышленные производства, например нефтеперерабатывающие, вырабатывают разжиженные щелочные промышленные отходы. Типичные разжиженные щелочные стоки данных нефтеперерабатывающих заводов могут содержать около 5%-12% гидроксида натрия (по массе) с разными, но большими количествами органических соединений, которые включают ряд меркаптанов, сульфидные нефтепродукты, нафтеновые кислоты, крезиловые кислоты и производные соединения. Смесь содержит меньшие количества других неорганических и органических соединений. Кроме того, нефтезаводские стоки могут содержать около 5%-20% по объему нефтепродуктов наряду с водным щелочным раствором. Такие стоки обычно считались, по сути, бесполезными стоками отходов, но нуждались в серьезной обработке перед сбросом во избежание загрязнения окружающей среды.

В патенте США № 4079585 (Helleur) предлагается способ и устройство для удаления и восстановления составляющего компонента из промышленных и муниципальных стоков отходов выпариванием и концентрированием составляющего компонента в результате тесного и турбулентного контакта между жидким стоком отходов и горячим газом, образующимся при сжигании в башенном скруббере, и утверждается, что технологии сжигания с помощью погружной горелки можно также применять для повышения эффективности при обработке. Согласно данному патенту, нежелательные летучие загрязняющие вещества можно устранять без их выпаривания добавлением щелочи, например извести или едкой щелочи, для задерживания таких кислотных летучих загрязняющих веществ, как диоксид серы, сероводород и т.д., в растворе, чтобы их можно было удалять в жидкой форме. В патенте Helleur содержится описание способа, применимого к отработанному материалу в таких отраслях, как нефтяная промышленность, и отмечается, что, во избежание испарения отдельных горючих летучих веществ, температуру дымовых газов следует выдерживать ниже температуры вспышки летучих веществ охлаждением дымовых газов до контакта с жидкостью.

В патенте США № 416028 (Young et al.) предлагается выпарной аппарат с погружной горелкой в качестве первой стадии способа концентрирования составляющих компонентов стоков промышленных отходов.

В патенте США № 3966594 (Ohkawa et al.) предлагаются разные методы очистки сточных вод, содержащих водорастворимые органические вещества, и утверждается, что в промышленном масштабе способ сжигания с погружной горелкой не эффективен в отношении концентрирования и сжигания. Вместо него в патенте предлагается способ, по которому сточные воды очищают раствором органического компонента в органическом растворителе, не растворимом в воде.

Согласно патенту США № 4188291 (Anderson) промышленные сточные воды обрабатывают в выпарном аппарате с погружной горелкой, и диоксид углерода из дымовых газов, подаваемых в сточные воды, связывается гидроксидом кальция, который добавлен для образования карбоната кальция, который затем выделяется из стоков отходов.

В способе очистки отработанной щелочи, описанном в патенте США № 5244576 (DeRoeck et al.), нефтезаводские газы, содержащие диоксид углерода и сероводород, подаются в раствор гидроксида натрия для превращения диоксида углерода в карбонат натрия.

Согласно патенту № 3985609 (Connally) на концентрацию составляющих компонентов в жидкости, подлежащей концентрированию, воздействуют подачей жидкости в выпарной аппарат с погружной горелкой.

В патенте США № 5934207 (Echols) приведено описание упаривания сточной воды направлением факелов от горелки, в которую подается газ из органических отходов, в жаротрубный нагреватель, погруженный в бак, содержащий сточную воду, чтобы нагревать и выпаривать жидкие составляющие компоненты в сточной воде с одновременной утилизацией газа из органических отходов.

В патенте США № 5342482 (Duesel) предлагается использовать газ из органических отходов в качестве источника топлива для выпарного аппарата с погружной горелкой в способе выпаривания сточной воды.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с вышеизложенным, цель настоящего изобретения заключается в создании способа очистки отработанных щелочных нефтезаводских стоков, который устраняет недостатки решений предшествующего уровня техники.

Другая цель настоящего изобретения заключается в создании способа очистки щелочных нефтезаводских стоков для превращения щелочного составляющего компонента в полезный коммерческий продукт.

Дополнительная цель настоящего изобретения состоит в создании способа очистки нефтезаводских стоков для производства нефтепродукта, пригодного для повторного использования, а также конвертированного щелочного продукта.

Дополнительная цель настоящего изобретения состоит в создании способа очистки щелочных стоков с использованием диоксида углерода из дымовых газов, подаваемых в стоки для превращения щелочного составляющего компонента в карбонат.

Указанные и другие цели изобретения достигаются подачей щелочных стоков в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах, в который дымовые газы подаются при температуре и в количестве достаточно больших для выпаривания воды и летучих составляющих компонентов из отработанных щелочных стоков и для концентрирования составляющего компонента отработанных щелочных стоков. В конкретном варианте осуществления изобретения, щелочные стоки представляют собой нефтезаводские стоки, и диоксид углерода из дымовых газов, подаваемых в стоки, превращает щелочной составляющий компонент стоков в карбонат, например карбонат натрия. Кроме того, нефтепродукт отделяют от других составляющих компонентов стоков до, во время или после выпаривания для повторного использования или дополнительной переработки.

В соответствии с другим аспектом изобретения, по меньшей мере, некоторая часть топлива, используемого для ввода дымовых газов в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах, представляет собой газ из органических отходов и диоксид углерода, содержащийся в дымовых газах, и служит для превращения щелочного составляющего компонента стоков в карбонат, что предотвращает выброс диоксида углерода в атмосферу.

В типичном варианте осуществления настоящего изобретения отработанные стоки, подаваемые в выпарной аппарат погружного типа на дымовых газах, характеризуются эквивалентом по гидроксиду натрия около 5%-12% по массе и содержанием нефтепродукта около 5%-20% по объему, и содержание водного составляющего компонента отработанных стоков уменьшается упариванием, насколько требуется для получения заданной концентрации карбонатов. Концентрированная жидкость может содержать около 20%-30% карбоната натрия, а составляющий нефтепродукт выделяют для повторного использования после концентрирования в отстойнике-ловушке.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительные цели и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из последующего описания, приведенного со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 представляет собой блок-схему, представляющую типичный вариант осуществления для выполнения способа очистки щелочных стоков в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 представляет собой схематический разрез, представляющий типичный вариант осуществления выпарного аппарата погружного типа на дымовых газах для использования при выполнении способа согласно настоящему изобретению; и

фиг.3 представляет собой блок-схему, представляющую дополнительный типичный вариант осуществления системы очистки щелочных стоков в соответствии с настоящим изобретением.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В типичной системе для осуществления способа согласно настоящему изобретению, представленной на схеме фиг.1, выпарной аппарат 10 погружного типа на дымовых газах, подробное описание которого приведено со ссылкой на фиг.2, получает горючий газ из источника 11 газа из органических отходов или другого биогаза или из альтернативного топливного источника 12, обеспечивающего природный газ, пропан, бутан или аналогичное топливо или обеспечивающий жидкое топливо, например отработанные нефтепродукты, или аналогичные топлива, или из обоих источников. Выпарной аппарат 10 может работать в периодическом, периодически-непрерывном или непрерывном режимах, а топливный газ из источников 11 и 12 может собираться и храниться для использования или непрерывно подаваться в соответствии с потребностями выпарного аппарата. В одном из вариантов осуществления система располагается вблизи места хранения отходов, из которого удобно получать газы из органических отходов, но, при необходимости, газы из органических отходов можно перекачивать по трубопроводу или транспортировать из одного или нескольких удаленных мест захоронения отходов на технологические установки, соседствующие с источником жидких щелочных стоков, например, нефтеперерабатывающим заводом или другим промышленным объектом.

В варианте осуществления, представленном на фиг.1, жидкая щелочь из источника 14, например отработанные щелочные стоки нефтеперерабатывающего завода, алюминиевого завода или пищевого предприятия, передается по трубопроводу 15 в теплопреобразователе 16 для предварительного подогрева горячими отходящими газами и затем перекачивается по трубопроводу 17 на вход выпарного аппарата 10 погружного типа на дымовых газах. Щелочь в отработанных стоках может быть гидроксидом натрия или любым другим щелочным веществом, и отработанные стоки могут поступать с нефтеперерабатывающего завода, алюминиевого завода или пищевого предприятия или с различных промышленных производств, например, газоочистки. В пересчете на эквивалентную концентрацию гидроксида натрия, содержание щелочного вещества в отработанных стоках из источника 14 находится, предпочтительно, в пределах от приблизительно 1% до приблизительно 50%, при этом, желательно, в пределах от приблизительно 1% до приблизительно 15% или, еще более желательно, в пределах от приблизительно 2% до 12%. Если отработанные стоки представляют собой отходы нефтеперерабатывающего завода и содержат значительную долю нефтепродукта, то отработанные стоки могут передаваться через сепаратор для предварительного отделения нефтепродукта от воды (не показан), чтобы удалить, по меньшей мере, часть нефтепродуктов перед подачей стоков в выпарной аппарат 10.

После выпаривания испаряющихся составляющих компонентов из отработанных стоков в выпарном аппарате 10 концентрированная жидкость выводится по выпускной трубе 18 и перекачивается насосом 19 через нефтяной сепаратор 20 для удаления нефтепродукта из водных составляющих компонентов концентрированной жидкости, которая вытекает из сепаратора в выпускную трубу 31. При необходимости, некоторые или все водные составляющие компоненты можно возвращать в повторный цикл по трубопроводу 21 обратно в выпарной аппарат 10 для дополнительной переработки после отделения нефтепродуктов. Отделенный нефтепродукт выводится из сепаратора по трубопроводу 22 на продажу, дополнительную переработку или в рецикл. Нефтяной сепаратор 20 может быть любым сепаратором несмешивающейся жидкости, например баком-отстойником, сепаратором с наклонной плоскостью или центрифугой.

Воздух для горения, подаваемый воздуходувкой 23 по трубопроводу 24, предварительно подогревается при циркуляции в теплопреобразователе 25, через который протекает концентрированная жидкость из выпускной трубы 18, и предварительно подогретый воздух для горения подается в выпарной аппарат 10 по трубопроводу 26. Теплообмен в теплопреобразователе 25 можно применять для повышения эффективности горелки. При необходимости, часть воздуха для горения из воздуходувки 23 можно отводить в проходной аппарат отгонки воздухом (не показан) в трубопроводе 17 для удаления летучих соединений из отработанных стоков, подаваемых в выпарной аппарат, и их подачи с воздухом горения в горелку выпарного аппарата 10. Отходящие газы выводятся из выпарного аппарата 10 по трубопроводу 27 и затем пропускаются через влагоуловитель 28, в котором улавливаются захваченные жидкие составляющие компоненты, после чего газ пропускается через блок 29 очистки отходящих газов, например, закрытую факельную установку. В блоке 29 очистки летучие органические соединения и другие составляющие компоненты отходящего газа термически окисляются или подвергаются иной очистке для устранения их запаха и вредных качеств перед выпуском в атмосферу по трубопроводу 30, который проходит через теплопреобразователь 16.

Предпочтительная конфигурация выпарного аппарата погружного типа на дымовых газах для применения в способе согласно настоящему изобретению показана на фиг.2. Как показано на данной фигуре, выпарной аппарат 10 имеет корпус 40 с конически сужающимся вниз дном 41, доходящим до выпускного вентиля 42, через который концентрированный водный щелочной раствор и нефтепродукт, если есть в наличии, поступают в сточный трубопровод 18. В корпусе 40 жидкости и захваченные твердые частицы, если есть в наличии, могут осаждаться и направляться коническим участком 41 корпуса к выпускному вентилю 42. Вверху корпуса 40 крышка 47 плотно прижата через уплотнительную прокладку 48 к стенке корпуса, и на крышке смонтирована горелка 49.

Дымовые газы из горелки 49 направляются вниз по факелу и опускному отводу 51 дымовых газов в распределитель 52, выполненный как набор смесительных разбрызгивателей 53. Разбрызгиватели распределителя имеют отверстия 54, через которые горячие дымовые газы выпускаются в объем 55 отработанных щелочных стоков, находящихся в корпусе, чтобы выпаривать из них жидкость в выпарной зоне 45 при теплопередаче с непосредственным контактом сред, доставлять и распределять диоксид углерода в отработанных стоках для эффективного превращения в карбонаты, а также чтобы вытеснять испаряющиеся составляющие компоненты. В предпочтительном варианте, рабочее давление в выпарном аппарате находится в пределах от приблизительно 50 дюймов водяного столба ниже атмосферного до 100 дюймов водяного столба выше атмосферного.

Верхнюю поверхность 56 объема жидких щелочных отходов в корпусе поддерживают на заданном уровне регулированием подачи отработанных стоков, допускаемых в выпарной аппарат по трубопроводу 17 из источника 14. В предпочтительном варианте, уровень верхней поверхности 56 находится в пределах от приблизительно 5 дюймов до приблизительно 100 дюймов выше распределителя 52, а температура в объеме 55 отработанных стоков находится в пределах от приблизительно 100°F до приблизительно 250°F. Если выпарной аппарат работает в непрерывном режиме, то отработанные стоки подаются в выпарной аппарат непрерывно с соответствующей скоростью для поддержания поверхности 56 на указанном уровне в выпарном аппарате.

С другой стороны, если выпарной аппарат работает в периодическом режиме, то подлежащие переработке стоки будут подаваться непрерывно с соответствующей скоростью, чтобы поддерживать поверхность 56 на указанном уровне, пока концентрация заданных составляющих компонентов в стоках не достигает выбранного значения. Затем прекращают подачу, и либо останавливают и опорожняют выпарной аппарат, либо могут продолжать работу, пока поверхность стоков в выпарном аппарате не опустится до низшего уровня (не показан), который находится над самой высокой частью распределителя 52 газа, и в такой момент выпарной аппарат остановят, и сольют концентрированные стоки, после чего выпарной аппарат можно будет запускать снова.

В предпочтительном варианте осуществления, входная температура дымовых газов в распределителе 52 находится в пределах от приблизительно 600°F до 1800°F, при этом температура и количество являются достаточными для выпаривания воды и летучих составляющих компонентов отработанных стоков, чтобы концентрировать требуемые составляющие компоненты, например нефтепродукты и/или превращенную щелочь, с заданной скоростью.

При эксплуатации в периодически-непрерывном режиме, операция выполняется как в непрерывном режиме, за исключением того, что концентрированные стоки периодически сливают через выпускной вентиль 42 без понижения уровня жидкости или останова выпарного аппарата. Как показано на фиг.1, топливо подается в горелку 49 по трубопроводу 13, а воздух для горения подается в горелку по трубопроводу 26 под достаточным давлением, предпочтительно, в пределах от приблизительно 5 дюймов до приблизительно 200 дюймов водяного столба, чтобы обеспечивать эффективное сгорание и вытеснять дымовые газы через распределитель 52 и отводить отходящие газы по выпускному трубопроводу 27.

Следует отметить, что, за исключением технологических насосов, требуется всего один подвижный элемент для осуществления описанного способа, при условии, что подача топлива обеспечивается под достаточным давлением, т.е. воздуходувка 23, которая подает воздух для горения под давлением. Соответственно, способ очистки отработанных щелочных стоков согласно настоящему изобретению не только удаляет пахучие составляющие компоненты из стоков, но также производит коммерчески пригодный водный концентрированный раствор и отделяет полезный составляющий нефтепродукт простым и эффективным образом, без потребности в сложных движущихся частях, которые создают сложности, присущие известным системам обработки отработанных щелочных стоков.

Кроме того, хотя отработанные щелочные стоки проходят теплообменники 16 и 25 в системе, изображенной на фиг.1, сложности, вытекающие из известного применения выпарных аппаратов с теплообменниками, в таких блоках исключены, поскольку в них отсутствует испарение и исключается вытекающее загрязнение поверхностей теплообменников. В более простых разновидностях систем очистки отработанных щелочных стоков согласно изобретению, теплопреобразователи 16 и 25 можно исключить, и если отходящие пары соответствуют экологическим стандартам в аспекте непосредственного выброса в атмосферу, то можно также исключить блоки 28 и 29 очистки отходящих газов.

На фиг.3 представлен альтернативный вариант осуществления, который идентичен варианту осуществления на фиг.1, за исключением того, что ранее описанный источник горячих газов, пространственно разделенный с выпарным аппаратом, например, газогенератор 13', который, например, может быть двигателем внутреннего сгорания, подает горячие газы по трубопроводу 13 в устройство 52 распределения горячих газов в модифицированном выпарном аппарате 10' погружного типа на горячих газах, и подающий воздушный трубопровод 26 подсоединен к газогенератору 13', а не к выпарному аппарату 10'. В данном случае, горячие газы из газогенератора подаются в выпарной аппарат под давлением в пределах от приблизительно 60 дюймов водяного столба ниже атмосферного до приблизительно 120 дюймов водяного столба выше атмосферного. Во всем остальном показанная на фиг.3 система очистки щелочных стоков идентична системе, показанной на фиг.1, и выпарной аппарат 10' идентичен выпарному аппарату 10, показанному на фиг.2.

Согласно настоящему изобретению, отработанные щелочные стоки нефтеперерабатывающих заводов или подобных производств можно эффективно и результативно концентрировать без потребности в теплообменном выпарном аппарате типа применяемого в традиционных системах очистки отработанных щелочных стоков и имеющего поверхности, которые могут загрязняться осадками стоков и поэтому требуют периодической очистки или замены. К типичным нефтезаводским отработанным щелочным стокам, которые можно обрабатывать с помощью настоящего изобретения относятся сульфидные, крезольные и нафтеновые стоки.

Как указано в статье "Effluent Caustic Treating Systems Using MERICONSM Technologies", Merichem Chemicals and Refinery Services LLC., сульфидные щелочные стоки образуются технологическими процессами очистки топливного газа, сжиженного нефтяного газа (LPG) и бензина. Типичные нефтезаводские сульфидные щелочные стоки имеют состав, показанный ниже в таблице 1. Обычными вредными примесями являются сульфид натрия и меркаптид натрия. Данные соединения создают высокую химическую и биологическую потребность в кислороде при очистке и генерируют запахи и опасные газы при уничтожении.

Таблица 1
Свободный NaOH, мас.%2-10
Сульфиды и бисульфиды в пересчете на S, мас.% 0,5-4
Меркаптиды в пересчете на S, мас.%0,1-4
Карбонаты в пересчете на CO3 , мас.%0-4
pH13-14
Аммиак Следовые количества

Сульфидные щелочные растворы, концентрированные в соответствии с изобретением, промышленно применяются как обрабатывающие реагенты в целлюлозно-бумажной технологии и для очистки некоторых металлических руд в горной промышленности.

Крезольные щелочные стоки, которые содержат ароматические нефтепродукты с высоким содержанием сероводорода, образуются при щелочной очистке крекинг-бензина и крекинг-дистиллятов. Крезольные щелочные стоки содержат фенолы, крезолы и другие органические кислоты, которые обычно присутствуют в форме водорастворимых крезолятов, которые отделяются от щелочи в виде нефтепродуктов с высоким содержанием сероводорода при нейтральном уровне pH. Крезольные щелочные растворы, образующиеся при очистке крекинг-бензинов, обычно имеют два источника: 1) системы выделения или окисления меркаптанов с использованием концентрированной щелочи и 2) системы окисления меркаптанов с использованием слабоконцентрированной щелочи. В нижеприведенной таблице 2 приведены характеристики типичных крезольных щелочных стоков.

Таблица 2
 Процесс на базе концентрированной щелочиПроцесс на базе разбавленной щелочи
NaOH, мас.% 10-151-4
Сульфиды в пересчете на S,

мас.%
0-1 0-0,2
Меркаптиды в пересчете на S, мас.%0-4 0-0,5
Крезиловые кислоты, мас.% 10-252-5
Карбонаты в пересчете на CO3 , мас.%0-0,50-0,1
pH12-14 12-14

Концентрированные крезольные щелочные растворы имеют коммерческую ценность как химические полупродукты.

Нафтеновые щелочные растворы образуются при щелочной очистке керосина и дизельных фракций из нафтеновых нефтей. Ниже в таблице 3 приведены типичные характеристики нафтенатных потоков, образующихся из керосиновых и дизельных топлив.

Таблица 3
 Реактивное топливо/ керосин Дизельное топливо
NaOH, мас.%1-41-4
Сульфиды в пересчете на S -, мас.% 0-0,1Следовые количества
Меркаптиды в пересчете на S+, мас.% 0-0,50-0,5
Нафтеновые кислоты, мас.% 2-102-15
Крезиловые соединения, мас.%1-3 0-1
pH12-14 12-14

Концентрированные нафтеновые щелочные растворы являются потенциально ценными для переработчиков, которые очищают их для сбыта производителям нафтенатных металлических солей.

Нефтеперерабатывающие заводы обычно оплачивают транспортировку, очистку и захоронение неочищенных жидких промышленных отходов, включая отработанные щелочи. Нефтеперерабатывающие заводы нашли бы полезным повторно закупать как жидкие щелочи, так и нефтепродукты для повторного использования в своих технологических процессах, если бы их можно было дезодорировать и концентрировать до приемлемых значений щелочного эквивалента по гидроксиду натрия. Согласно настоящему изобретению, отработанную нефтезаводскую щелочь можно переработать так, чтобы она эффективно и результативно соответствовала данным требованиям.

При пилотном испытании способа согласно настоящему изобретению, обеспечено существенное снижение пахучести концентрированной жидкости по сравнению с загружаемым материалом. Концентрированная жидкость представляла собой двухфазную смесь нефтепродукта и водной фазы, которую можно легко отделить гравитационной сепарацией, например декантированием. После декантирования анализ водной фазы показал, что достигалось значительное концентрирование щелочи. Анализ показал также почти 100% превращение гидроксида натрия отработанных щелочных стоков в карбонат натрия вследствие нижеописанного взаимодействия диоксида углерода из дымовых газов с гидроксидом. В данном испытании концентрация карбоната натрия в концентрированной водной фазе составляла около 30% (по массе). При этом непосредственное барботирование дымовых газов, которое имеет место в выпарном аппарате погружного типа на дымовых газах в течение обработки, вызывает образование углекислоты в воде, которая находится в выпарном аппарате во время обработки, и затем углекислота взаимодействует с щелочными составляющими компонентами и гидроксидом натрия с образованием карбоната натрия в нижеописанном порядке.

Разбавленный щелочной материал питания для пилотного испытания представлял собой приблизительно 1:1 смесь двух промежуточных продуктов технологического процесса нефтепереработки, известных как «сульфидные» и «крезольные» отработанные щелочные стоки. Анализы каждого из данных стоков и материала, используемого как питание при пилотном испытании, представлены ниже в таблице 4.

Таблица 4
Состав составляющих загружаемых потоков и усредненные показатели смеси
РАЗБАВЛЕННАЯ ЩЕЛОЧЬ Поток 1 Поток 2Загрузка пилотной установки
 Сульфидный Крезольный (1:1 смесь потоков 1 и 2)
Результаты испытания, %1    
     
Гидроксид натрия10,82 10,0410,43
Карбонат натрия2,65 4,143,40
Натрий7,66 7,667,66
CO 21,11,72 1,41
Неорганический углерод0,290,47 0,38
Сероводород 0,370,15 0,26
Общее содержание серы в пересчете на S0,621,06 0,84
Общее содержание углерода0,457,76 4,11
Вода 86,8776,1281,50
Общее содержание углеводородов 000
Общее содержание меркаптанов 0,120,550,34
Крезолы0,04 2,821,43
Фенол0,02 1,310,67
Алкилфенолы 0,032,74 1,39
1 Сумма всех процентных содержаний превышает сто, потому что некоторые составляющие элементы считаются дважды в разных соединениях.

Целью пилотного испытания были как дезодорация, так и концентрирование содержания гидроксида натрия в щелочном материале, который вырабатывался как промежуточный продукт технологического процесса переработки нефти. Так как дымовые газы, подаваемые в выпарной аппарат, содержали диоксид углерода, то предполагалось, что какая-то часть гидроксида натрия превратится в карбонат натрия. Не было известно, как смесь нефтепродуктов в загруженном щелочном материале должна влиять на технологический процесс или зависеть от него.

Результаты пилотного испытания показали, что гидроксид натрия был почти полностью превращен в карбонат натрия и что была получена масляная фаза, которая не смешивалась с водной фазой карбоната натрия. Декантирование легко разделяет две несмешивающиеся фазы. Каждая из фаз, полученных в эксперименте, оценивалась как имеющая существенно сниженные уровни запаха по сравнению с загруженным материалом, что демонстрировало достижение цели дезодорации разбавленной щелочной загрузки технологического процесса.

Ниже в таблице 5 показано сравнение выбранных составляющих компонентов в материале, использованном как загрузка пилотной установки, и водной фазы, полученной в результате обработки материала в комплексном процессе дезодорации/упаривания. При испытании объем загруженного материала был уменьшен приблизительно на одну треть от исходного объема жидких отработанных щелочных стоков.

Таблица 5
Сравнение материала загрузки с концентратом
Водная фаза из первого пилотного испытания Загрузка КонечныйПримечания
     
Результаты испытания, %1    
     
Гидроксид натрия10,43 0,5 
Карбонат натрия3,4 29,71 
Натрий 7,66  не анализировался
CO 21,41  не анализировался
Неорганический углерод0,38  не анализировался
Сероводород0,26  не анализировался
Общее содержание серы в пересчете на S0,84 0,41 
Общее содержание углеводорода 4,11 не анализировался
Вода81,5  не анализировался
Общее содержание углеводородов0  не анализировался
Общее содержание меркаптанов0,34  не анализировался
Крезолы1,430,38  
Фенол 0,670,44 
Алкилфенолы1,39  не анализировался
1 Сумма всех процентных содержаний в пробе загрузки выше ста, так как некоторые составляющие элементы считались дважды в разных соединениях.

Результаты двух последовательных пилотных испытаний были аналогичны. В каждом испытании нефтепродукт, который извлекали после того, как комплексный процесс дезодорации/выпаривания концентрировал общий объем материала загрузки, имеет объем 10%-15% от общего объема переработанного материала загрузки.

В процессе выпаривания диоксид углерода, содержащийся в дымовых газах, подававшихся в отработанный водный щелочной раствор, взаимодействовал с водой с образованием углекислоты в соответствии со следующим уравнением:

CO2 + H 2O = H2 CO3 (1)

и углекислота взаимодействовала с гидроксидом натрия с образованием карбоната натрия и воды в соответствии со следующим уравнением:

2NaOH + H2CO 3 = Na2CO 3 + 2H2O (2)

Из вышеприведенного очевидно, что каждый моль диоксида углерода из дымовых газов, введенных в жидкую щелочь, превращает два моля гидроксида натрия в один моль карбоната натрия и один моль воды. Молекулярная масса диоксида углерода равна 44, гидроксида натрия - 80, углекислоты - 62, карбоната натрия - 106 и воды - 18. Соответственно, 10000 фунтов 10% раствора гидроксида натрия дают 1325 фунтов карбоната натрия и 450 фунтов воды и потребляют 550 фунтов или 4488 стандартных куб. футов диоксида углерода. Следовательно, с отработанной щелочной загрузкой, которая весит 9237 фунтов на галлон и содержит 10% гидроксида натрия (по массе), каждые 10000 очищенных галлонов связывают 1451 кубический фут диоксида углерода или, при среднем количестве 30000 галлонов в сутки очищенных отработанных щелочных стоков, связываются и, тем самым, предотвращаются от выброса в атмосферу 2781 т диоксида углерода в год. Таким образом, промышленное значение способа включает непосредственные экологические и экономические преимущества, т.е. потенциальный доход при утилизации отработанных щелочных стоков, потенциальный сбыт извлеченного продукта или продуктов, уменьшение выбросов парниковых газов с возможностью создания коммерчески ценных «углеродных кредитов» в прямой пропорции от количества связываемого парникового газа. При необходимости, в выпарной аппарат для связывания диоксида углерода можно подавать жидкую щелочь, которая является продаваемым продуктом в отличие от отработанных щелочных стоков.

Способ можно применять для переработки щелочных стоков с извлечением или без извлечения продуктов или исключительно с целью связывания диоксида углерода, содержащегося в дымовых газах, подаваемых в выпарной аппарат.

Хотя выше настоящее изобретение описано на конкретных примерах его осуществления, однако специалисты в данной области техники легко найдут множество модификаций и вариантов. Соответственно, все такого рода варианты и модификации включены в предлагаемый объем изобретения.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2327502

patent-2327502.pdf

Класс B01D1/14 пропусканием нагретых газов и паров через жидкость 

способ разделения водно-органических смесей и устройство для его осуществления -  патент 2489198 (10.08.2013)
флотационная машина -  патент 2482897 (27.05.2013)
способ получения мочевины и установка для его осуществления -  патент 2396253 (10.08.2010)
способ получения мочевины и установка для его осуществления -  патент 2395492 (27.07.2010)
флотоустановка для очистки производственных сточных вод -  патент 2299858 (27.05.2007)
способ удаления летучих примесей из эпоксидной смолы и устройство для его осуществления -  патент 2266902 (27.12.2005)
выпарной аппарат -  патент 2258553 (20.08.2005)
способ получения сухих аморфных продуктов и сухие аморфные продукты -  патент 2233105 (27.07.2004)
способ переработки нитратных растворов производства редких, цветных металлов и других химических производств -  патент 2171300 (27.07.2001)
способ модернизации установки для получения мочевины (варианты) и установка для получения мочевины (варианты) -  патент 2164912 (10.04.2001)

Класс C02F5/00 Умягчение воды; предотвращение образования накипи; добавление к воде веществ, предохраняющих от образования накипи или для удаления ее, например добавление пассиваторов

Наверх