[RU]

Способ обработки материала для извлечения нефти из этого материала включает нагревание материала для выпаривания нефти, удаление из материала текучих сред газовой фазы и отделение нефти от текучих сред газовой фазы, удаленных из материала, при этом упомянутый способ включает смешивание горячего пара с материалом. Материал, обрабатываемый в камере, нагревают трением внутри камеры, создаваемым вращающимся валом и подвижным стержнем. Нагнетание горячего пара повышает эффективность процесса отделения нефти и любых других испаряемых жидкостей при более низких температурах. Тепловая энергия, вырабатываемая в камере, не расходуется при изменении фазового состояния больших объемов жидкостей в материале, и большее количество вырабатываемой энергии становится доступным для нагревания материала и выпаривания нефтяных фракций из твердого материала.

(57) Реферат / Формула:

Способ обработки материала для извлечения нефти из этого материала включает нагревание материала для выпаривания нефти, удаление из материала текучих сред газовой фазы и отделение нефти от текучих сред газовой фазы, удаленных из материала, при этом упомянутый способ включает смешивание горячего пара с материалом. Материал, обрабатываемый в камере, нагревают трением внутри камеры, создаваемым вращающимся валом и подвижным стержнем. Нагнетание горячего пара повышает эффективность процесса отделения нефти и любых других испаряемых жидкостей при более низких температурах. Тепловая энергия, вырабатываемая в камере, не расходуется при изменении фазового состояния больших объемов жидкостей в материале, и большее количество вырабатываемой энергии становится доступным для нагревания материала и выпаривания нефтяных фракций из твердого материала.

---

Евразийское (21) 201691946 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.04.28
(22) Дата подачи заявки 2015.04.13
(51) Int. Cl.
B01D 3/34 (2006.01) B01D 3/38 (2006.0l) B09B 3/00 (2006.0l) E21B 21/01 (2006.01) E21B 21/06 (2006.0l) F26B 3/36 (2006.01) F26B 11/12 (2006.01)
(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛА
(31) 1406538.7
(32) 2014.04.11
(33) GB
(86) PCT/NO2015/000006
(87) WO 2015/156677 2015.10.15
(71) Заявитель:
ТЕРМТЕК ХОЛДИНГ АС (NO)
(72) Изобретатель:
Бикасс Саеед, Монсен Стейн-Хюрре, Михельсен Эрик (NO)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU) (57) Способ обработки материала для извлечения нефти из этого материала включает нагревание материала для выпаривания нефти, удаление из материала текучих сред газовой фазы и отделение нефти от текучих сред газовой фазы, удаленных из материала, при этом упомянутый способ включает смешивание горячего пара с материалом. Материал, обрабатываемый в камере, нагревают трением внутри камеры, создаваемым вращающимся валом и подвижным стержнем. Нагнетание горячего пара повышает эффективность процесса отделения нефти и любых других испаряемых жидкостей при более низких температурах. Тепловая энергия, вырабатываемая в камере, не расходуется при изменении фазового состояния больших объемов жидкостей в материале, и большее количество вырабатываемой энергии становится доступным для нагревания материала и выпаривания нефтяных фракций из твердого материала.
PCT/NO2015/000006
СПОСОБ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛА Предпосылки к созданию изобретения
Настоящее изобретение имеет отношение к способу обработки материала, такого как смесь, для удаления и в большинстве случаев извлечения нефти из этого материала. Способ по настоящему изобретению особенно пригоден для извлечения углеводородов из смеси углеводородов и водосодержащих жидкостей. В некоторых аспектах настоящее изобретение также может быть полезным для извлечения нефти из смеси материалов, содержащей твердый материал (например, песок, стекло и частицы металлов), жидкости (например, углеводороды в жидкой фазе, с водными фазами, содержащими воду) и газы. В некоторых вариантах осуществления способ по настоящему изобретению имеет отношение к извлечению нефтесодержащих фракций из отходов. Например, удаление или извлечение скважинной продукции, поступающей из скважины, или бурового раствора, закачиваемого в скважину, из бурового шлама, извлекаемого из нефтяных и газовых скважин и образующегося в большинстве случаев, но не исключительно, при выполнении в скважине буровых работ и геолого-технических мероприятий.
Удаление или извлечение нефтесодержащих фракций из таких материалов, как отходы, является полезным при обработке отходов, образующихся при бурении нефтяных и газовых скважин. Когда нефтяную или газовую скважину пробуривают в пласт, содержащий подлежащие извлечению ценные углеводороды, сам процесс бурения приводит к образованию бурового шлама (небольших осколков породы и т.д.), который вымывают на поверхность, и извлекают из скважины с использованием циркуляции бурового раствора в скважине. Помимо вымывания бурового шлама на поверхность, буровой раствор (также называемый промывочной жидкостью) также используют для охлаждения буровой коронки и предупреждения выбросов из скважины во время буровых работ. Буровой шлам, извлекаемый из скважины на поверхность, большей частью загрязнен углеводородами из продуктивного пласта, пропитывающими породу, которую пробуривают для формирования ствола скважины, а также буровым раствором, который закачивают в ствол скважины для вымывания шлама из скважины. Загрязнение шлама буровым раствором и углеводородами, которые пропитывают шлам, в настоящее время создает определенные проблемы для добывающего предприятия, поскольку экологические требования обусловливают необходимость удаления или уменьшения
содержания ниже определенного порогового значения углеводородов, загрязняющих буровой шлам, прежде чем этот буровой шлам можно будет безопасно утилизировать. Кроме того, путем переработки отработанного бурового раствора, с целью его последующего использования в последующих рабочих циклах, и извлечения углеводородов из бурового шлама, для их добычи из скважины вместе с другой ценной скважинной продукцией, можно обеспечить экономию средств за счет повышения эффективности производства. Таким образом, полезно иметь возможность отделения и в большинстве случаев извлечения нефтесодержащих материалов, загрязняющих отбросовый буровой шлам, перед утилизацией этого шлама.
Известны различные способы удаления из бурового шлама нефтесодержащих загрязнений. Для понимания настоящего изобретения полезны следующие предшествующие публикации: US 2004/0144405; US 6485631; US 5724751; US 4869810; US 5607558; US 6485631; и ЕР 0781313. Содержание этих предшествующих публикаций включено в этот документ посредством ссылки. Обычно известные способы отделения углеводородов от отходов включают нагревание отходов в камере ротационной мельницы для выпаривания различных фракций из шлама в виде газов и выделение углеводородов из смеси паров путем перегонки. В большинстве случаев желательно выпаривать углеводороды при температурах меньших, чем температура кипения этих углеводородов при атмосферном давлении, чтобы избежать изменения молекулярных свойств или "крекинга" углеводородов, с тем чтобы обеспечить извлечение из скважины, вместе с другой ценной скважинной продукцией, большего количества ценных углеводородов с длинной цепью, извлекаемых в процессе перегонки, для их последующей переработки и очистки.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предложен способ обработки материала для извлечения нефти из этого материала, и этот способ включает нагревание материала для выпаривания нефти, удаление из этого материала текучих сред газовой фазы, и отделение нефти от текучих сред газовой фазы, удаленных из материала, при этом упомянутый способ включает смешивание горячего пара с материалом.
Нефть обычно смешана с упомянутым материалом, и в большинстве случаев загрязняет этот материал. Выпаривание нефти приводит к образованию паров нефти, и эти пары нефти обычно удаляют из упомянутого материала вместе с текучими средами газовой фазы. В большинстве случаев нефть отделяют от текучих сред газовой фазы на отдельном этапе разделения, таком как перегонка, обычно выполняемом после
выпаривания нефти и удаления из этого материала текучих сред газовой фазы.
В большинстве случаев упомянутый материал может содержать твердый материал, жидкости и/или газы в любом соотношении. Факультативно этот материал может содержать буровой шлам, загрязненный нефтью грунт, отбеливающую землю, осадок из нефтяных резервуаров, нефтеносный сланец и рыбные отходы. В общем упомянутый материал может представлять собой смесь.
В большинстве случаев материал, обрабатываемый в камере, подвергают нагреванию, обычно перед подачей горячего пара, или во время подачи горячего пара, или после подачи горячего пара. Преимущественно материал, обрабатываемый в камере, нагревают трением внутри камеры. В большинстве случаев горячий пар обменивается тепловой энергией (например, горячий пар отдает тепловую энергию) с материалом, обрабатываемым в камере.
Преимущественно горячий пар может генерироваться путем испарения жидкости, чтобы она изменила фазовое состояние на газовую фазу. Пар обычно получают путем повышения температуры жидкости до температуры кипения этой жидкости, так что жидкость кипит и испаряется. В большинстве случаев горячий пар получают из вещества, которое в большинстве случаев находится в жидком виде при атмосферном давлении, например, при давлении приблизительно 101 кПа, и при комнатной температуре, например, при температуре 25°С. В большинстве случаев горячий пар получают путем нагревания жидкости до температуры большей температуры кипения этой жидкости при атмосферном давлении. Упомянутая жидкость представляет собой в большинстве случаев воду, а упомянутый горячий пар представляет собой в большинстве случаев водяной пар, но в различных примерах настоящего изобретения могут использоваться и другие виды пара, образованные другими жидкостями.
В большинстве случаев нефть может быть отделена от текучих сред газовой фазы, удаленных из упомянутой камеры, путем перегонки. В большинстве случаев устройство для перегонки может быть подсоединено к выходу камеры, через который факультативно могут быть удалены текучие среды газовой фазы. В большинстве случаев упомянутая камера может иметь более одного выхода, и одно и то же (или отдельное) разделительное устройство, такое как устройство для перегонки, факультативно может быть подсоединено к каждому выходу.
Нагнетание в камеру водяного пара и/или другого пара из любых других технологических процессов и/или этого технологического процесса, позволяет повторно использовать тепловую энергию внутри камеры. Повторное использование пара,
доступного в результате других технологических процессов, и уменьшение количества энергии, расходуемой для нагревания обрабатываемого материала, может повысить эффективность данного технологического процесса, и тогда этот процесс не будет потреблять энергию для выработки пара (или водяного пара).
Смешивание горячего пара с упомянутым материалом повышает эффективность процесса отделения нефти и любых других испаряемых жидкостей при более низких температурах. Вследствие нагнетания в камеру горячего пара во время упомянутого процесса тепловая энергия, вырабатываемая в камере, не расходуется при изменении фазового состояния больших объемов жидкостей в обрабатываемом материале, и большее количество вырабатываемой энергии становится доступным для нагревания упомянутого материала и выпаривания нефтяных фракций из твердого материала. Кроме того, смешивание горячего пара с упомянутым материалом снижает в соответствии с законом Дальтона парциальное давление нефтесодержащих фракций газовой фазы, выпариваемых из этого материала, что снижает температуру выпаривания этих нефтесодержащих фракций из упомянутого материала и температуру их перегонки в холодильнике, и тем самым уменьшает количество энергии, необходимой для выпаривания и конденсации нефтесодержащих фракций.
Нефть может содержать углеводороды, органические вещества, минеральные и неминеральные масла.
Факультативно упомянутый материал смешивают с добавками, такими как катализаторы, химикаты, твердые материалы и жидкости, для улучшения отделения и/или извлечения нефти из этого материала перед и/или во время упомянутого процесса.
Материал обычно обрабатывают в одной или более камере(-ах). Если предусмотрено более одной камеры, то эти камеры могут быть соединены, факультативно - параллельно или последовательно. Обрабатываемый материал в большинстве случаев подают в камеру(-ы) и нагревают до требуемой температуры. Этот материал может быть подвергнут предварительному нагреванию перед подачей в камеру(-ы). Обрабатываемый материал может изначально содержать воду, или вода факультативно может быть введена перед подачей этого материала в камеру, или воду может быть впрыснута в камеру, что может способствовать снижению рабочей температуры, если она превышает оптимальный показатель. Горячий пар в большинстве случаев подают в камеру через одно или более загрузочное(-ых) отверстие(-ий). Действие горячего пара обычно инициирует процесс выпаривания нефти при температуре ниже ее нормальной температуры кипения. Камера в большинстве случаев имеет по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход,
предназначенные, соответственно, для подачи в камеру и транспортировки из камеры различных веществ во всех возможных фазовых состояниях (твердых веществ, жидкостей и газов/пара).
Температура предварительного нагревания, скорость нагревания, скорость потока пара, а также рабочая температура и давление могут варьироваться в различных примерах осуществления настоящего изобретения в зависимости от желаемого результата.
Горячий пар может генерироваться паровым котлом, или может быть повторно использован пар из горячих текучих сред газовой фазы, извлеченных из материала, или из любого другого технологического процесса и/или от любых других источников подачи пара.
Факультативно горячий пар может генерироваться с использованием энергии, вырабатываемой в упомянутом процессе или возвращаемой из процесса и/или окружающей среды, что может оптимизировать эффективность использования энергии.
Камера(-ы) может(-гут) иметь по меньшей мере один ротор, который может факультативно иметь вал с подвижными стержнями, дисками, крыльчатками, стержнями и/или лезвиями, соединенными с валом для вращения вместе с ним. Подвижные стержни, диски и т.д. могут быть соединены с валом посредством неподвижных, шарнирных, съемных или регулируемых соединителей, или они могут быть выполнены как единое целое с валом. Обрабатываемый материал в большинстве случаев нагревают трением, создаваемым упомянутым ротором. Материал внутри камеры может в большинстве случаев образовывать псевдоожиженный слой материала вблизи внутренней поверхности камеры, что обеспечивает большую поверхность для эффективной передачи тепловой энергии. Прохождение подвижных стержней и т.д. через упомянутый псевдоожиженный слой в большинстве случаев создает трение, например, между твердыми частицами материала и подвижными стержнями и т.д., или между самими твердыми частицами материала, нагревая материал в камере. Нагревание может также или альтернативно обеспечиваться от внешних источников тепла для поддержания рабочей температуры в границах приемлемого диапазона. Например, ротор/вал или камера может нагреваться другими источниками, например, электрическими нагревателями, и/или подаваемый материал может быть подвергнут предварительному нагреванию. Описание пригодных конструкционных элементов для камеры может быть найдено в предшествующих источниках, упомянутых выше.
Трение можно увеличить добавлением в обрабатываемый материал твердых частиц, увеличивающих трение, таких как песок, стеклянные или металлические частицы,
перед подачей материала в камеру(-ы), или факультативно нагнетанием в камеру(-ы) твердых частиц, увеличивающих трение, отдельно от материала, подлежащего обработке. Твердые частицы могут оставаться в камере(-ах) или могут удаляться из камеры(-ер) через выход. В большинстве случаев камера может иметь более одного выхода. Продолжительность пребывания обрабатываемого материала внутри камеры обычно зависит от условий процесса обработки, состава твердого материала и желаемого результата обработки.
Когда материал подвергают обработке, камера может быть подвергнута воздействию вакуума. Вакуум может факультативно создаваться вакуумным насосом, факультативно подсоединенным к выходу камеры факультативно через отдельную вакуумную систему. Упомянутый процесс может выполняться независимо, вместе с другим процессом или как составная часть другого процесса или устройства или на суше, или в открытом море.
Различные аспекты настоящего изобретения могут быть осуществлены по отдельности или в сочетании с одним или более другим(-и) аспектом(-ами), как будет понятно специалисту в соответствующей отрасли. Различные аспекты настоящего изобретения факультативно могут быть выполнены в сочетании с одной или более факультативной(-ыми) особенностъю(-ями) других аспектов настоящего изобретения. Также факультативные особенности, описанные относительно одного из аспектов настоящего изобретения, могут в большинстве случаев комбинироваться, по отдельности или совместно, с другими особенностями в различных аспектах настоящего изобретения. Любая особенность изобретения, раскрытая в этом описании, может быть скомбинирована с любой другой особенностью изобретения, раскрытой в этом описании, с образованием новой комбинации особенностей изобретения.
Различные аспекты настоящего изобретения будут подробно описаны, со ссылками на прилагаемые фигуры. Другие аспекты, особенности и преимущества настоящего изобретения легко понятны из всего этого описания, включающего в себя фигуры, которые иллюстрируют ряд примеров аспектов и осуществлений изобретения. Настоящее изобретение также допускает другие и различные варианты осуществления и аспекты изобретения, и некоторые его элементы могут быть изменены в различных отношениях без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, фигуры и описание должны рассматриваться как иллюстративные по своему характеру, а не как ограничительные. Кроме того, терминология и фразеология, употребляемые в этом описании, используются только для описательных целей и не должны быть истолкованы
как ограничивающие объем настоящего изобретения. Такие выражения, как "включающий", "содержащий", "имеющий", "заключающий" или "использующий", а также их варианты и производные, предназначены для понимания в широком смысле и охватывают содержание описания, приведенное после этого, эквиваленты и дополнительные значения, прямо не указанные, и не исключают других дополнений, элементов, систем или операций. Более того, термин "содержащий" считается синонимичным терминам "включающий" или "заключающий" для соответствующего юридического толкования.
Любое обсуждение документов, действий, материалов, устройств, изделий и тому подобного включено в это описание исключительно для предоставления информации о содержании настоящего изобретения. Не выдвигается в качестве предположения или не сообщается, что любой из этих материалов или все эти материалы являются частью основы известного уровня техники или представляют собой общеизвестные знания в области, относящейся к настоящему изобретению.
В этом описании всякий раз, когда композицию, элемент или группу элементов предваряют термином "содержащий", следует понимать, что также предполагается та же композиция, элемент или группа элементов с переходными фразами "состоящий по существу из", "состоящий", "выбранный из группы, состоящей из", "включающий в себя" или "представляющий собой", предваряющими перечисление сочетания, элемента или группы элементов, и наоборот. В этом описании термины "преимущественно" или "факультативно" следует понимать как обозначающие факультативные или несущественные особенности настоящего изобретения, которые присутствуют в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, но могут отсутствовать в других вариантах осуществления настоящего изобретения.
Все численные значения в этом описании понимаются как предваряемые фразой "приблизительно". Все формы единственного числа элементов или любых других компонентов, описанных в этом документе, понимаются как включающие формы множественного числа, и наоборот. Ссылки на пространственные характеристики, например, "верхний" и "нижний", и направления, например, "вверх", "вниз" и т.д., должны истолковываться специалистом по смыслу описанных вариантов осуществления настоящего изобретения, и не должны истолковываться как ограничивающие объем этого изобретения буквальным толкованием соответствующего термина - вместо этого их следует понимать так, как их понимает специалист в этой отрасли.
Краткое описание фигур
На прилагаемых фигурах:
на Фиг. 1 показан схематический вид сбоку камеры, используемой в одном из примеров осуществления настоящего изобретения;
на Фиг. 2 показано схематическое представление, показывающее процесс обработки, выполняемый в камере, показанной на Фиг. 1;
на Фиг. 3 показан график, иллюстрирующий влияние содержания пара внутри камеры на температуру выпаривания нефтей, обрабатываемых в камере, показанной на Фиг. 1;
на Фиг. 4 показан график, иллюстрирующий процентное изменение температуры выпаривания нефтей по Фиг. 3 как результат различного содержания пара внутри камеры 1, показанной на Фиг. 1;
на Фиг. 5 показана схематическая диаграмма тепловой энергии, необходимой для обработки тонны подаваемого в камеру материала в час в различных условиях: без воды; с 15% воды и 15% нефти и без подачи в камеру горячего пара; с подачей в камеру горячего пара и рециркуляцией 50% водяного пара, генерируемого в процессе обработки; и при 100% рециркуляции и повторной подаче водяного пара, генерируемого в процессе обработки;
на Фиг. 6 показана схема, подобная показанной на Фиг. 5, на которой показано количество энергии, необходимой для извлечения 150 кг нефти и обработки 700 кг подаваемого в камеру материала в час; и
на Фиг. 7 показана схема, на которой показана энергия и рабочая температура, необходимые для извлечения 150 кг нефти и обработки 775 кг твердого материала в час. На Фиг. 7 блоки, отображающие необходимую энергию в кВт, показаны относительно оси, расположенной слева, и линейный график с ромбовидными отметками, отображающий соответствующую рабочую температуру, показан относительно оси, расположенной справа.
Подробное описание некоторых вариантов осуществления изобретения
Как показано на Фиг. 1 и Фиг. 2, устройство, используемое в способе по настоящему изобретению, факультативно может быть по существу таким же, как устройства, раскрытые в предшествующих источниках, указанных выше и включенных в этот документ посредством ссылки, с некоторыми отличиями. Для получения более подробной информации об особенностях конструкции камеры, используемой в примерах осуществления настоящего изобретения, читателю следует обратиться к этим более
ранним источникам за дополнительной информацией, имеющей отношение к этим особенностям конструкции и эксплуатации камеры. Вкратце, камера, пригодная для осуществления примеров настоящего изобретения, схематически показана на Фиг. 1 и в целом содержит реакторный сосуд 1, имеющий корпус и торцевые пластины. Возможны различные конструкции камеры. На схематическом виде сбоку, показанном на Фиг. 1, изображена полость, вмещающая роторный узел, содержащий ось или приводной вал 5, на которую(-ый) опираются стержни, или подвижные стержни, ротора, обозначенные позицией 15, и которая(-ый) приводится во вращение двигателем 10. Конструкция стержней, или подвижных стержней, ротора, обозначенных позицией 15, в целом подобна конструкции соответствующих элементов, описанных в предшествующих источниках, упомянутых выше. Камера 1 преимущественно имеет по меньшей мере один вход для подачи материала, расположенный на одном из концов полости камеры, который может находиться в верхней или нижней части камеры ближе к одной из торцевых стенок, через который материал, подлежащий обработке, подают в камеру 1, и по меньшей мере один выход 3, в большинстве случаев расположенный на противоположном конце полости камеры, преимущественно на нижнем конце камеры 1, через который твердый материал может выходить из камеры после завершения цикла обработки. Камера 1 также имеет по меньшей мере один выход для пара или газоход 4, преимущественно расположенный на верхнем конце камеры 1, через который газы могут выходить из камеры после завершения цикла обработки.
В дополнение к этим особенностям этот пример осуществления изобретения содержит парогенератор в виде парового котла 20, который генерирует горячий пар в виде водяного пара в большинстве случаев путем нагревания воды в виде жидкости до ее температуры кипения внутри этого парового котла, и нагнетает горячий пар в виде водяного пара через нагнетательный трубопровод 21 и вход 22 для пара в камеру 1, где пар смешивается с материалом, подаваемым в камеру 1 через вход 2. В большинстве случаев смешивание горячего пара и материала, подаваемого в камеру 1 через вход 2, выполняется путем или по меньшей мере при содействии вращательного движения роторного узла, содержащего вал 5 и стержни 15 ротора. Факультативно нагнетательный трубопровод 21 может содержать обратный клапан 23, предотвращающий прохождение пара из нагнетательного трубопровода 21 в паровой котел 20. Паровой котел 20 факультативно может быть электрически нагреваемым, или внутри парового котла с использованием трубчатого электронагревателя, или любыми другими пригодными средствами, которые могут различаться в различных примерах осуществления настоящего
изобретения. Газоход или выход 4 для пара в большинстве случаев соединяет полость камеры 1 с конденсационной системой, содержащей по меньшей мере один (и факультативно более одного) конденсатор 30, имеющий первый выход 31, ведущий к резервуару для сбора нефти, и второй выход 32, ведущий к факультативному трубопроводу 33 повторного нагнетания.
В большинстве случаев материал, подлежащий обработке, содержит загрязненный буровой шлам, который может содержать буровой раствор на нефтяной основе и/или природные углеводороды, пропитывающий(-ие) буровой шлам. Загрязненный буровой шлам подают во вход 2 в большинстве случаев на конвейере, и сбрасывают в полость камеры в большинстве случаев тогда, когда роторный узел, содержащий вал 5 и стержни 15 ротора, приведен во вращение двигателем 10. Факультативно роторный узел может вращаться внутри камеры 1 (факультативно с твердым зернистым материалом, таким как песок и т.п., в камере) перед подачей в камеру обрабатываемого материала для предварительного нагревания камеры до подходящей рабочей температуры, или альтернативно камера может быть предварительно нагрета любым другим способом, таким как электрическое нагревание. Конструкция роторного узла в большинстве случаев может быть такой, как раскрыто в предшествующих источниках, упомянутых выше, и читателю следует обратиться к этим публикациям для получения более подробной информации об основных аспектах конструкции камеры 1. Вращение роторного узла с достаточной скоростью повышает температуру материала во внутренней полости камеры 1 до температуры приблизительно 260-270°С или до температуры, пригодной для обрабатываемого материала, которая преимущественно представляет собой температуру немного меньшую, чем температура кипения нефти, подлежащей удалению из этого материала.
Водяной пар с высокой температурой, представляющий собой водяной пар из парового котла 20, нагнетается через обратный клапан 23 и нагнетательный трубопровод 21 во вход 22 камеры 1, и смешивается с упомянутым материалом вращающимися стержнями 15 ротора.
В большинстве случаев температура нагнетаемого в камеру водяного пара больше чем 100°С, т.е. водяной пар в большинстве случаев является перегретым. Факультативно в некоторых случаях, когда от горячего пара требуется относительно небольшая дополнительная тепловая энергия, водяной пар может подаваться в камеру при температуре 120-150°С, но этот параметр факультативно может изменяться в соответствии с предполагаемой температурой испарения нефти, и в некоторых случаях для
нагнетаемого водяного пара факультативно могут использоваться более высокие температуры, например, большие чем 200°С, например, 300°С или больше.
В большинстве случаев роторы вращаются со скоростями, описанными в предшествующих источниках, к которым следует обратиться читателю для получения более подробной информации. Тепло от трения, создаваемого вращением роторного узла, в сочетании с тепловой энергией от горячего пара, поступающего из парового котла 20, увеличивает температуру внутри камеры 1 до тех пор, пока нефть не начнет испаряться в газовую фазу из твердого бурового шлама. В большинстве случаев это происходит при температуре ниже температуры кипения нефти при атмосферном давлении вследствие так называемого "процесса отгонки паром", осуществляемого путем введения горячего пара из парового котла 20. Компоненты газовой фазы, в том числе нефтяная фракция газовой фазы, отделяются от бурового шлама и проходят или отводятся через выход с помощью факультативного вакуумного насоса 6, который может быть установлен в трубопроводе, соединяющем выход 4 с конденсатором 30. Факультативно трубопровод, соединяющий выход 4 с конденсатором 30, также может содержать циклонный уловитель 7 для удаления из газов материала в виде частиц, прежде чем газы достигнут конденсатора 30. Вследствие присутствия горячего пара в смеси, находящейся в камере, парциальное давление газов уменьшается, и тем самым уменьшаются температуры выпаривания нефтесодержащих фракций.
В конденсаторе 30 тепло факультативно передается в камеру 1 от теплоносителя, который циркулирует между конденсатором 30 и камерой 1, и который поглощает тепло из материала газовой фазы внутри конденсатора 30, и переносит его в камеру 1, где отдает его, тем самым увеличивая тепловой коэффициент полезного действия (КПД) системы. После потери своего тепла в камере 1 теплоноситель, имея более низкую температуру, возвращается обратно в конденсатор 30, где он снова поглощает тепло из материала газовой фазы, проходящего через конденсатор 30. В трубопроводах между конденсатором и камерой факультативно может быть предусмотрен теплообменник. Этот контур теплоносителя между конденсатором 30 и камерой 1 является факультативным и может отсутствовать в некоторых примерах осуществления настоящего изобретения. Контур теплоносителя может быть подключен также между конденсатором 30 и каким-либо другим компонентом того же самого или вспомогательного оборудования, чтобы действовать как тепловой насос, поглощающий тепло из газов, проходящих через конденсатор 30, и передающий эту тепловую энергию в другую часть того же самого технологического процесса или в другой технологический процесс, чтобы повысить
общую эффективность технологического процесса.
Когда материалы газовой фазы, проходя через конденсатор 30, отдают свое тепло теплоносителю, нефтяная фракция газовой фазы в конденсаторе 30 конденсируется обратно в жидкую форму внутри конденсатора, и отводится через первый выход 31 в резервуар для нефти. В дальнейшем с материалом конденсата, отводимым в резервуар для нефти, могут выполняться операции очистки в зависимости от того, какую именно фракцию желательно извлечь, но на данном этапе нефть эффективно отделяется и извлекается из исходных отходов. Нефть может извлекаться из упомянутого резервуара и подвергаться дальнейшей обработке, если это необходимо, или использоваться по мере необходимости, и поскольку извлеченная нефть изменяла свое фазовое состояние лишь при относительно низких температурах, ее молекулярная структура осталась практически неизменной, что обеспечивает возможность сохранения ценных углеводородов с длинной цепью для производства более сложных химических продуктов.
Не все материалы газовой фазы, проходящие через конденсатор, будут конденсироваться при одинаковой температуре, и многие материалы газовой фазы будут проходить через конденсатор, не конденсируясь в жидкую форму. Такие материалы газовой фазы преимущественно проходят через выход 32, и факультативно могут быть возвращены в технологический процесс через трубопровод 33 повторного нагнетания, который в большинстве случаев подсоединен к нагнетательному трубопроводу 21 ниже по потоку от обратного клапана 23, что делает возможной рециркуляцию высокотемпературных материалов газовой фазы из выхода 32 обратно в камеру 1 через трубопровод 33 повторного нагнетания и нагнетательный трубопровод 21. Факультативно, если высокотемпературные текучие среды газовой фазы возвращаются в камеру, то перед повторным введением в камеру они факультативно могут нагреваться и/или подвергаться сжатию. Возврат высокотемпературных материалов газовой фазы из конденсатора обратно в камеру является одной из факультативных особенностей, которая может отсутствовать в некоторых примерах осуществления настоящего изобретения, но которая обеспечивает определенные преимущества, поскольку тепловая энергия, забираемая из конденсатора 30, возвращается обратно в камеру 1, тем самым повышая тепловой КПД всего процесса обработки, и любые фракции нефти, которые проходят через конденсатор без изменения своего фазового состояния обратно в жидкую форму, возвращаются в технологический процесс для дальнейшей обработки.
Вал 5 факультативно может быть полым, и факультативно может вмещать нагретые текучие среды либо из конденсатора 30, либо из другого источника, такого как
тепловой насос или другое устройство, которое может являться или не являться частью системы для обработки материалов. Камера 1 факультативно может включать в себя масляную рубашку 8, которая может нагреваться с использованием текучих сред из конденсатора 30 или от другого источника тепла.
Как показано на Фиг. 3 и Фиг. 4, буровой шлам, загрязненный тремя различными нефтями, подвергали описанному выше способу обработки с различным массовым процентным содержанием водяного пара, нагнетаемого в виде горячего пара в камеру 1, в каждом случае. Каждый образец загрязненного шлама был испытан в различных циклах обработки с использованием различных количеств водяного пара в каждом цикле. В каждом примере были выполнены три различных цикла с использованием 7,5% (масс), 15% (масс.) и 30% (масс.) водяного пара, нагнетаемого в камеру 1. В каждом примере при нулевом нагнетании водяного пара все три нефти из различных образцов выпаривались из шлама при значительно более высоких температурах, чем при ненулевой подаче водяного пара. В каждом случае использовалось 4000 кг шлама с приблизительным содержанием загрязняющей нефти 17,6% (масс). В целом массовое процентное содержание твердый материал:нефть:водяной пар в обрабатываемой смеси составляло приблизительно 70:15:15 соответственно (для примера с 15% (масс) водяного пара).
Пример 1
Буровой шлам был загрязнен нефтью 1, температура кипения которой при отсутствии нагнетания водяного пара составляет 230°С. При нагнетании в камеру 7,5% (масс.) водяного пара нефть выпаривалась из шлама, когда температура камеры поднялась до 160°С. При нагнетании в камеру 15% (масс.) водяного пара нефть выпарилась из шлама, когда температура камеры поднялась до 150°С, и при нагнетании в камеру 30% (масс) водяного пара нефть выпарилась из шлама, когда температура камеры поднялась до 130°С. Соответственно, нагнетание в камеру водяного пара как часть процесса обработки резко снижало температуру, при которой нефть выпаривалась из шлама, и тем самым уменьшало количество тепловой энергии, необходимой для осуществления процесса обработки и отделения нефти от шлама.
Пример 2
Буровой шлам был загрязнен нефтью 2, температура перегонки которой при отсутствии подачи водяного пара составляет 250°С. При нагнетании в камеру 7,5% (масс.) водяного пара нефть выпаривалась из шлама, когда температура в камере поднялась до 180°С. При нагнетании в камеру 15% (масс.) водяного пара нефть выпарилась из шлама, когда температура в камере поднялась до 166°С, и при нагнетании в камеру 30% (масс)
водяного пара нефть выпарилась из шлама, когда температура в камере поднялась до 150°С. Соответственно, нагнетание в камеру водяного пара как часть процесса обработки резко снижало температуру, при которой нефть выпаривалась из шлама, и тем самым уменьшало количество тепловой энергии, необходимой для осуществления процесса обработки и отделения нефти от шлама. Пример 3
Буровой шлам был загрязнен нефтью 3, температура перегонки которой при отсутствии нагнетания водяного пара составляет 295°С. При нагнетании в камеру 7,5% (масс.) водяного пара нефть выпаривалась из шлама, когда температура в камере поднялась до 220°С. При нагнетании в камеру 15% (масс.) водяного пара нефть выпарилась из шлама, когда температура в камере поднялась до 200°С, и при нагнетании в камеру 30% (масс.) водяного пара нефть выпарилась из шлама, когда температура в камере поднялась до 190°С. Соответственно, нагнетание в камеру водяного пара как часть процесса обработки резко снижала температуру, при которой нефть выпаривалась из шлама, и тем самым уменьшала количество тепловой энергии, необходимой для осуществления процесса обработки и отделения нефти от шлама.
На Фиг. 4 показано выраженное в процентах относительное изменение температуры, при которой нефти в приведенных выше примерах выпаривались в камере в соответствии с различным нагнетанием водяного пара. Как можно увидеть из графика на Фиг. 4, наибольшее относительное изменение температуры выпаривания нефти из шлама показывает нефть 1, затем нефть 2, и затем нефть 3. В целом резкое снижение температуры кипения нефти выявлено при нагнетании даже небольшого количества водяного пара, при этом увеличение количества нагнетаемого водяного пара демонстрирует нелинейное относительное изменение температуры, но при увеличении массового процентного содержания водяного пара, нагнетаемого в камеру во время процесса обработки, все еще демонстрирует улучшение относительного изменения температуры.
При увеличении содержания водяного пара внутри камеры нефть отделяется от бурового шлама при более низких температурах, требующих меньше тепловой энергии, что делает возможной сохдание более эффективной системы. Например, содержание в камере 15% (масс.) водяного пара (и 15% (масс.) нефти) может снизить температуру процесса, необходимую для удаления нефти из бурового шлама, на 30-35%. Если содержание водяного пара возрастает до 30% (масс), то процесс обработки может быть выполнен при температуре, меньшей на 36-42%". Понижение температуры упомянутого
процесса ниже температуры кипения нефти при атмосферном давлении делает возможным извлечение более тяжелых нефтей и снижает риск крекинга и изменения молекулярной структуры нефти, ценность которой, следовательно, остается неизмененной, и которая может выведена из упомянутого процесса и продана, тем самым еще больше увеличивая эффективность этого процесса в целом.
Когда водяной пар нагнетают в камеру, он поглощает тепловую энергию и предотвращает повышение температуры в камере. Более низкая температура обработки является предпочтительной с технической точки зрения, поскольку более низкие температуры снижают требования процесса к механическому устройству камеры, а также повышают качество извлекаемой нефти. Следовательно, подача водяного пара способствует более стабильному процессу внутри камеры. Соответственно, большее количество составных частей камеры и её механическое устройство могут иметь стандартное качество и конструктивное исполнение, что обеспечивает экономию расходов на сооружение и техническое обслуживание камеры.
Нагнетание водяного пара, который был возвращен из конденсатора, обеспечивает дополнительную экономию энергии и повышение коэффициента полезного действия, и может обеспечить экономию значительного количества энергии.
Пример 4
Пример экономии энергии показан на Фиг. 5 и Фиг. 6. В этом примере нефть вида 2 была смешана с твердым подаваемым материалом, и обработана в камере, как описано выше, в диапазоне различных соотношений нефть:вода:твердый материал. Как можно увидеть на втором столбце, для варианта обработки без подачи водяного пара количество энергии, необходимой для выполнения процесса обработки, превышает 150 кВт/ч. Нагнетание водяного пара, как показано на третьем и четвертом столбцах, уменьшает количество энергии, необходимой для выполнения упомянутого процесса, и рециркуляция водяного пара из выхода во вход, как описано выше, существенно уменьшает требуемую энергию. В примере 4 соотношение компонентов для второго, третьего и четвертого столбцов составляло 15:15:70 (нефть:вода:твердый материал).
Пример 5
В примере 5 водяной пар нагнетали в рабочую камеру в различных соотношениях по отношению к содержанию воды в материале, подаваемом в камеру. Эти различные соотношения показаны в виде отдельных столбцов 0, 1, 2 и 4 на Фиг. 7. Например, для столбца 0 отсутствовало нагнетание водяного пара; для столбца 1 соотношение подаваемого водяного пара к воде в виде жидкости в подаваемом материале составляло
1:1; для столбца 2 упомянутое соотношение составляло 2:1; и для столбца 4 упомянутое соотношение составляло 4:1. В этих примерах рабочая температура, достигнутая во время процесса, показана относительно оси, расположенной справа, ромбовидными отметками, соединенными линией, и энергия, необходимая для выполнения каждого упомянутого процесса, показана относительно оси, расположенной слева, столбцами 0, 1, 2 и 4. Как можно видеть, во всех этих примерах нагнетание водяного пара в соответствии со способом по настоящему изобретению резко снижает температуру процесса. В каждом случае из 775 кг твердого подаваемого в камеру материала было извлечено 150 кг нефти. Однако, поскольку соотношение нагнетаемого водяного пара к первоначальному содержанию воды увеличивалось от 0 до 4:1, рабочая температура, достигнутая во время упомянутого процесса, снизилась приблизительно на 40°С в примере с соотношением 4:1. Снижение температуры, необходимой для успешного выполнения процесса разделения, когда нагнетается больше водяного пара, является выгодным с технической точки зрения, поскольку меньшие рабочие температуры снижают требования к конструктивной прочности камеры и уменьшают время, необходимое для достижения рабочей температуры, при которой может обеспечиваться разделение. Кроме того, снижение температуры имеет значительные экологические и экономические выгоды, поскольку при том же самом уровне отделения нефти от твердого материала, во время процесса обработки экономится энергия, и расходуется меньше топлива.
В настоящее изобретение могут быть внесены модификации и усовершенствования без отклонения от объема этого изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ обработки материала для отделения нефти от этого материала, и этот способ включает нагревание упомянутого материала внутри камеры для выпаривания нефти, причем упомянутая камера имеет ротор, этот ротор имеет вал с подвижным стержнем, соединенным с ним, вследствие чего этот подвижный стержень выполнен так, чтобы вращаться с валом, и при этом во время осуществления упомянутого способа материал нагревают с помощью трения, создаваемого вращением ротора, вала и подвижного стержня, внутри камеры, причем упомянутый способ включает удаление текучих сред газовой фазы из упомянутого материала, и отделение нефти от текучих сред газовой фазы, удаленных из материала, причем упомянутый способ включает нагнетание горячего пара в камеру и смешивание подаваемого горячего пара с материалом в камере.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нефть смешана с материалом.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нефть загрязняет материал.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что выпаривание нефти генерирует пары нефти, и эти пары нефти удаляют из упомянутого материала вместе с текучими средами газовой фазы.
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что нефть отделяют от текучих сред газовой фазы на отдельном этапе разделения.
6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что отдельный этап разделения представляет собой этап перегонки.
7. Способ по п. 5 или п. 6, отличающийся тем, что отдельный этап разделения осуществляют после выпаривания нефти и удаления из материала текучих сред газовой фазы.
8. Способ по любому из пп. 1 -7, отличающийся тем, что материал содержит твердый материал, жидкости и/или газы.
9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что материал содержит буровой шлам, загрязненный нефтью грунт, отбеливающую землю, осадок из нефтяных резервуаров, нефтеносный сланец или рыбные отходы.
10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что материал представляет собой смесь.
11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что материал, обрабатываемый в камере, нагревают перед нагнетанием горячего пара, или во время нагнетания горячего пара, или после нагнетания горячего пара.
10.
12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что горячий пар обменивается тепловой энергией с материалом, обрабатываемым в камере.
13. Способ по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что горячий пар отдает тепловую энергию материалу, обрабатываемому в камере.
14. Способ по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что горячий пар генерируют путем нагревания и испарения жидкости, так что она изменяет фазовое состояние на газовую фазу.
15. Способ по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что горячий пар получают путем повышения температуры жидкости до температуры кипения этой жидкости, так что она кипит и испаряется, перед нагнетанием горячего пара в камеру.
16. Способ по любому из пп. 1-15, отличающийся тем, что горячий пар получают из вещества, которое находится в жидком виде при атмосферном давлении и комнатной температуре.
17. Способ по любому из пп. 1-16, отличающийся тем, что горячий пар получают путем нагревания жидкости до температуры большей температуры кипения этой жидкости при атмосферном давлении.
18. Способ по любому из пп. 1-17, отличающийся тем, что жидкость представляет собой воду, а горячий пар представляет собой водяной пар.
19. Способ по любому из пп. 1-18, отличающийся тем, что нефть отделяют от текучих сред газовой фазы, удаленных из камеры, путем перегонки.
20. Способ по любому из пп. 1-19, отличающийся тем, что устройство для перегонки подсоединено к выходу камеры, через который удаляются текучие среды газовой фазы.
21. Способ по любому из пп. 1-20, отличающийся тем, что горячий пар из выхода камеры повторно нагнетают в камеру.
22. Способ по любому из пп. 1-21, отличающийся тем, что в камеру нагнетают горячий пар, полученный как побочный продукт другого технологического процесса.
23. Способ по любому из пп. 1-22, отличающийся тем, что нефть содержит углеводороды, органические вещества, минеральные и неминеральные масла.
24. Способ по любому из пп. 1-23, отличающийся тем, что материал смешивают с добавками для улучшения отделения и/или извлечения нефти из этого материала, и при этом добавки смешивают с материалом перед и/или во время процесса.
25. Способ по любому из пп. 1-24, отличающийся тем, что материал последовательно обрабатывают в более чем одной камере.
10.
26. Способ по любому из пп. 1-25, отличающийся тем, что материал подвергают предварительному нагреванию перед подачей в камеру.
27. Способ по любому из пп. 1-26, отличающийся тем, что горячий пар нагнетают в камеру через одно или более загрузочное(-ых) отверстие(-ий) в камере.
28. Способ по любому из пп. 1-27, отличающийся тем, что по меньшей мере некоторая часть горячего пара, нагнетаемого в камеру, генерируется паровым котлом.
29. Способ по любому из пп. 1-28, отличающийся тем, что горячий пар генерируется с использованием энергии, вырабатываемой в процессе или возвращаемой из процесса.
30. Способ по любому из пп. 1-29, отличающийся тем, что обрабатываемый материал образует псевдоожиженный слой материала около внутренней поверхности камеры, и при этом прохождение подвижных стержней через упомянутый псевдоожиженный слой материала создает трение, нагревая материал в камере.
31. Способ по любому из пп. 1-30, отличающийся тем, что материал нагревают от внешних источников для поддержания рабочей температуры в границах приемлемого диапазона температур.
32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что упомянутый вал подвергают нагреванию.
33. Способ по любому из пп. 1-32, отличающийся тем, что подаваемый материал подвергают предварительному нагреванию перед подачей в камеру.
34. Способ по любому из пп. 1-33, отличающийся тем, что трение создают внутри камеры вращением роторов и добавлением к материалу в камере твердых частиц, увеличивающих трение.
35. Способ по любому из пп. 1-34, отличающийся тем, что камеру подвергают воздействию вакуума во время обработки материала.
36. Способ по любому из пп. 1-35, отличающийся тем, что к выходу камеры подсоединен вакуумный насос, для создания в камере вакуума.
37. Способ по любому из пп. 1-36, отличающийся тем, что отделенную нефть отводят в резервуар и извлекают из процесса.
10.
Камера Выход для пара ^
t-\ г
/ /
Роторный
узел
15-
Т 7
6 7
Движущая сила
¦-¦5 Вал
Резервуар для нефти
Вход для подачи материала - 21
Патрубок подачи водяного пара/воды
Выход для твердого материала
23-^-
Парогенератор
ФИГ. 1
20-
Подаваемый материал
Парогенератор
Возвращаемый пар
Камера
Вращение твердого материала с образованием тепла и псевдоожиженого слоя материала
Увеличение
температуры
давления
В основном
водяной пар
Конденсация
Смешанный пар
Смешанный пар
Твердый материал
ФИГ. 2
Рабочая камера
Обязательный трубопровод
Факультативный трубопровод
ФИГ.З
200-
150-
100-
Перегонка нефти
Перегонка нефти с водяным паром при 15% воды/15% нефти
Перегонка нефти с водяным паром при повторном использовании 50% водяного пара
Выпаривание нефти при повторном использовании 100% водяного пара
ФИГ. 5
X Ю
150
100
Перегонка нефти
Перегонка нефти с водяным паром при 15% воды/15% нефти
Перегонка нефти с водяным паром при повторном использовании 50% водяного пара
Выпаривание нефти при повторном использовании 100% водяного пара
ФИГ. 7
(19)
(19)
(19)
2/4
2/4
2/4
2/4
2/4
2/4
3/4
3/4
3/4
3/4
3/4
3/4
3/4
3/4
200
4/4
200
4/4
200
4/4
200
4/4
200
4/4
200
4/4