Библиографическое описание:

Жумаев К. К., Рахимов Б. Б., Рустамов Э. С., Шомуродов А. Ю. Исследования по разделению нефтяных шламов в поле центробежных сил // Молодой ученый. — 2013. — №5. — С. 60-62.

Целью наших исследований является разработка комплексной технологии утилизации нефтяных шламов, начиная от исследования характеристик нефтешлама и физико-химических основ процесса и заканчивая выдачей практических рекомендаций для технико-экономического обоснования строительства опытно-промышленной установки утилизации нефтешламов. Была поставлена задача разработки такого процесса, который, с одной стороны, удовлетворяет современным тенденциям создания высокоэффективных, экологически чистых технологий и, с другой, является экономически эффективным.

Результаты проведенных исследований по определению физико-химических характеристик и компонентного состава образцов нефтешлама Бухарского нефтеперерабатывающего завода приведены в таблице 1.

Показатели

Нефтяные отходы

Нефтешлам

Загрязненный нефтью грунт

Плотность,

1250

1660

Компонентный состав, масс. %:

Органическая часть

Вода

Минеральная часть

82

10

8

23

1.5

75.5

Температура застывания, ºС

+40

+36

Таблица 1

Физико-химические характеристики и компонентный состав нефтяных отходов

Для исследования процесса разделения и по созданию гидроциклонного аппарата для разделения нефтяного шлама в поле центробежных сил нами проводились опыты в два этапа.

1-этап — создание гидроциклона для разделения нефтешлама после центрифуги.

2-этап — создание гидроциклона, который по своей характеристике и делительной способности полностью заменил работу центрифуги.

Расчет гидроциклона для требуемого разделения нефтяного шлама сводился к определению оптимального диаметра его цилиндрической части. Диаметры насадок связаны определенными соотношениями с диаметром гидроциклона. В процессе эксперимента диаметры насадок уточняют.

Как показали опыты нефтяной шлам содержит в среднем до 8 % (массовых) твердой фазы. Опыты на экспериментальной установке сводятся к определению влияния гранулометрического размера механических частиц на процесс разделения нефтяного шлама с целью определения числа необходимых ступеней промышленной установки.

Установка состоит из центробежного насоса 1 — для подачи нефтяного шлама из емкости 10 в инжекционный смеситель 4, манометра 2 — для контроля давления питания, стеклянного ротаметра 3 — для контроля расхода шлама, патрубка 6 — для подвода суспензии в гидроциклон, гидроциклона 7 — для разделения суспензии, воронки 8 с фильтрующей перегородкой, установленной на емкости 9, для фильтрации сгущенной суспензии и отбора проб, емкость 5 — для сбора осветленных углеводородов (Рис.1).

Проба для лабораторных анализов отбирается из воронки 8.

Проведены исследования по определению влияния различных факторов на процесс разделения нефтяного шлама в поле центробежных сил по следующей методике.

Рис. 1. Лабораторная установка для исследования разделения нефтяных шламов в поле центробежных сил.

Нефтяной шлам определенной концентрации заливался в емкость 10 и включался центробежный насос 1. Расход его контролировался с помощью стеклянного ротаметра 3.

После разделения в гидроциклоне 7 твердые механические примеси отфильтровались через фильтровальную перегородку, установленную в воронке 8. Отфильтрованная жидкая часть собиралась в емкости 9, а осветленные нефтепродукты через патрубок слива поступают в емкость 5.

После установления стационарного режима работы осуществлялся одновременный отбор проб из сливного, пескового и исходного потоков. Пробах определялись содержание твердой фазы и ее гранулометрический состав.

Содержание твердых частиц в пробе суспензии определялось по концентрации взвешенных веществ фильтрацией через плотный бумажный фильтр. Контроль гранулометрического состава твердых частиц, оставшихся в осветленной жидкости, осуществлялся микроскопическим анализом.

Исследования проводились на опытном гидроциклоне диаметром 40 мм со сменными элементами. Диаметр входного насадка (d) составляет 8, 10, 12мм; диаметр сливного насадка (d) 8, 10, 12 мм; диаметр пескового насадка (d) 4, 5, 6 мм; перепад давления между входом и сливом (DP) 1.5, 3, 4.5, 6, 7.5, 9, 10.5 кПа; концентрация суспензии (4, 8, 12, 16, 20).

Для изучения процесса разделения шлама при испытаниях менялись геометрические параметры гидроциклона, давление шлама на входе в гидроциклон (от 14.7 104 до 98.1 104 н/м2), противодавление в сливном патоке (от 0 до 39.2 104 н/м2). Далее, проверялась устойчивость работы гидроциклона при оптимальных параметрах. Результаты опытов показали, что при геометрических параметрах гидроциклона D=4 10–2 м, dвх=1 10–2м, dсл=12 10–3 м, dп=6 10–3м, =0,0873 рад и при длине цилиндрической части, равной 4D, получено сгущение твердой фазы до 58 % при уносе в фугат до 0,055 %. Эти показатели удовлетворют данный процесс.

Каждая серия опытов повторялась 5 раз при постоянном расходе шлама, контролируемом посредством стеклянного ротаметра. Опыты повторялись в изложенном выше порядке для следующих значений размеров частицы мехпримесей: 100; 150; 210; мкм и 1; 2; 3 мм.

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

Изменение угла конусности оказывает влияние в основном на эффективность процесса разделения. Оптимальным следует считать угол конусности  =50, дальнейшее уменьшение угла является нерациональным. Уменьшение угла приводит к некоторому улучшению качества разделения, но значительно увеличивает габариты аппарата.

Диаметр входного насадка влияет как на эффективность процесса разделения, так и на производительность гидроциклона. Уменьшение диаметра насадка увеличивает эффективность очистки, но значительно снижает производительность аппарата. Оптимальным следует считать отношение диаметра входного насадка к диаметру цилиндрической части гидроциклона dвх /D = 0,25.

Диаметр сливного насадка влияет в меньшей степени на эффективность процесса разделения и производительность гидроциклона, чем диаметр входного насадка. Анализ опытных данных показал, что оптимальным отношением диаметра сливного насадка к диаметру цилиндрической части гидроциклона является отношение dсл /D = 0.25–0.3.

Уменьшение диаметра пескового отверстия снижает количество жидкости в сгущенной фазе, однако приводит к увеличению уноса твердых частиц в слив. По данным опытов целесообразно принять отношение диаметра пескового насадка к диаметру цилиндрической части dп /D = 0.1.

Увеличение длины цилиндрической части улучшает эффективность разделения, но оказывая особого влияния на производительность аппарата. Оптимальной является длина цилиндрической части Н=3D, так как дальнейшее увеличение незначительно улучшает качество разделения, но увеличивает длину гидроциклона.

Согласно полученным данным разделяющая способность гидроциклона увеличивается с повышением давления питания испытуемом интервале. Повышение противодавления в сливном потоке до 14.7 104 н/м2 благоприятно сказывается на осветление, дальнейшее повышение противодавления практически не влияет на улучшение слива. Одновременно идет значительное снижение концентрации сгущенного продукта. При длительном пробеге гидроциклон с оптимальными параметрами показывает устойчивую работу.

Минимальным перепадом давления между входом и сливом, при котором достигается эффективная очистка нефтяного шлама от частиц размером более 15 мкм, является DP=2 кгс/см2. Была проверена также эффективность работы этих аппаратов по разделению загрязненной нефтью грунт с концентрацией до 20 % и более. Результаты испытаний показали, что при концентрации исходной суспензии 10–14 % получено сгущение 48–54 %, причем содержание твердой фазы в сливе менее 5 %. Увеличение концентрации исходной суспензии ухудшает слив и при достижении 20 % унос составляет до 3 %. Наблюдалось значительное улучшение работы аппарата при увеличении давления подачи и повышении противодавления в сливном трубопроводе до 9.81 104–14.7 104 н/м2.

Литература:

1.         Переработка нефтяных и газоконденсатных шламов. Методология и результаты. М.Маркаров, А. Нуридинов. Сыктивкар. Экоальянс. 2000.

2.         Бикчентаева А. Г., Десяткин А. А., Ахметов А. Ф., Ахметшина М. Н. Разделение углеводородной эмульсии с водной дисперсной фазой путём добавления мазута // Наука и технология углеводородных дисперсных систем: Материалы II Международного симпозиума. — Уфа: Реактив, 2000. — Т.2.-С.93–94.

3.         Ю. К. Молоканов. Процессы и аппараты нефтегазопереработки. Москва. Химия. 1980. — 407 с.

Основные термины: входного насадка, насадка к диаметру цилиндрической, цилиндрической части, эффективность процесса разделения, Диаметр входного насадка, сливного насадка, нефтяного шлама, разделения нефтяного шлама, нефтяных шламов, к диаметру цилиндрической части, твердой фазы, пескового насадка, процесс разделения нефтяного, концентрации исходной суспензии, цилиндрической части гидроциклона, Уменьшение диаметра насадка, диаметра входного насадка, процесса разделения шлама, диаметр входного насадка, диаметра сливного насадка

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle