CN110451745A - 一种油基钻井废弃物超临界处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油基钻井废弃物超临界处理系统。本发明主要包括萃取单元、分离单元、萃取剂回收单元以及相应的控制单元；萃取单元包括萃取釜、萃取剂储罐、金属隔膜压缩机、萃取剂缓冲罐、萃取前冷却器、废弃物储槽以及螺杆泵；分离单元包括萃取釜出口管路切换阀组、过滤器、一级减压阀组、一级分离加热器、一级分离釜、二级减压阀组、二级分离加热器以及二级分离釜；萃取剂回收单元包括第一残余萃取剂回收管路、第二残余萃取剂回收管路、萃取剂减压回收管路以及溶质收集管路。该系统通过管路上相应阀门的调节切换，实现对高含油率、高含水率、高固相含量、低流动性的油基钻井废弃物的连续高效环保处理。

Description

一种油基钻井废弃物超临界处理系统

技术领域

本发明属于油基钻井废弃物处理技术领域，具体是涉及一种油基钻井废弃物超临界处理系统。

背景技术

钻井液，又称钻井泥浆被称为石油钻井工程的“血液”，其主要作用如下：

1.清洗井底，悬浮携带岩屑，保持井眼清洁；

2.平衡地层压力，稳定井壁、防止井塌、井喷、井漏；

3.传递水功率、帮助钻头破碎岩石；

4.为井下动力钻具传递动力；

5.冷却钻头、钻具；

6.利用钻井液进行地质、气测录井；

7.海洋石油钻完井工程，包括地质、勘探、固井、下套管、录井，测井等，都需要通过泥浆的配合来完成作业。

按照配置时采用的基液划分，钻井泥浆分为水基泥浆和油基泥浆，其中油基泥浆(缩写OBM)以高闪点的弱(非)极性油品白油、柴油作为连续相，加入氧化沥青、有机酸、碱、稳定剂等配置而成。与水基泥浆相比，油基泥浆具备许多优势，例如：粘度稳定性好、耐热性强、页岩抑制能力强，润滑性好、储层保护效果好、可以更小的粘性增加清洁力，广泛用于高温高压井、超深井、大斜度定向井、大位移水平井等，以及各类页岩、泥岩、盐膏层等复杂地层的开发，特别在海油石油开发中具有特殊地位。

新配置的钻井泥浆随着使用时间变长其中的杂质会越来越多而发生物性改变，会造成泥浆的“老化”，“老化”的泥浆通过固控设备进行处理，如甩干机+离心机等处理后可获得一定程度的再生，但分离出的废弃物和老化程度较深的泥浆仍含有一定量油品，含油量一般仍然大于10％，个别甚至达到20％，普遍还含有一定量的水，而这类物质对于环境不友好，根据环保法律法规的要求，油基废弃物不能直接排放，需要处理，通常处理该类“老化”油基泥浆及废弃物的处理方法有热解析法、焚烧法、化学清洗法等，但这些方法均一定程度上存在技术缺陷，例如基本上都不可避免会产生二次污染、而且是较为敏感的大气污染物的排放，处理后的产物仍存在与环境不相容的组分等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种油基钻井废弃物超临界处理系统。该系统实现对高含油率、高含水率、高固相含量、低流动性的油基钻井废弃物的连续高效环保处理。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种油基钻井废弃物超临界处理系统，包括萃取单元、分离单元、萃取剂回收单元以及相应的控制单元；

萃取单元包括萃取剂进料管线、废弃物进料管线以及多个并列设置的萃取釜，萃取剂进料管线上依次设置有萃取剂储罐、金属隔膜压缩机、萃取剂缓冲罐以及萃取前冷却器，废弃物进料管线上依次设置有废弃物储槽以及螺杆泵；萃取剂进料管线出口连接萃取釜底部进料口，废弃物进料管线出口连接萃取釜顶部加料口；

分离单元包括连通的一级减压管路与二级减压管路，一级减压管路上依次设置有萃取釜出口管路切换阀组、过滤器、一级减压阀组、一级分离加热器以及一级分离釜，二级减压管路上依次设置有二级减压阀组、二级分离加热器以及二级分离釜；

萃取剂回收单元包括第一残余萃取剂回收管路、第二残余萃取剂回收管路、萃取剂减压回收管路以及溶质收集管路；二级分离釜的萃取剂出口与萃取剂回收总管路通过萃取剂减压回收管路连接，萃取剂减压回收管路上依次设置有回收减压阀组以及脱水干燥器，萃取剂回收总管路用于将萃取剂返回至萃取剂储罐；二级分离釜的溶质出口与溶质收集管路连接，溶质收集管路上依次设置有溶质储罐、萃取剂回收储罐，萃取剂回收储罐中的萃取剂通过回收压缩机返回至萃取剂回收总管路；

萃取釜出口管路切换阀组用于：使完成萃取工作的萃取釜先通过第一残余萃取剂回收管路与二级分离加热器连接，然后使完成萃取工作的萃取釜通过第二残余萃取剂回收管路与萃取剂回收储罐连接，同时实现即将进行萃取工作的萃取釜与过滤器连接；第一残余萃取剂回收管路上设置有第一残留萃取剂回收减压阀组，第二残余萃取剂回收管路上设置有第二残留萃取剂回收减压阀组。

进一步的技术方案：该超临界处理系统还包括萃取剂加注单元，萃取剂加注单元包括萃取剂加注管路，萃取剂加注管路上依次设置有槽罐车、卸车泵以及卸车预热器，卸车预热器出口与金属隔膜压缩机进口连接，槽罐车与卸车泵之间通过金属波纹软管或鹤管连接。

进一步的技术方案：该超临界处理系统还包括能量回收单元，能量回收单元包括能量回收平衡机组、热流体循环管路以及冷流体循环管路，热流体循环管路为一级分离加热器、二级分离加热器、卸车预热器以及废弃物储槽提供热流体，冷流体循环管路为萃取前冷却器、金属隔膜压缩机提供冷流体。

进一步的技术方案：废弃物储槽底部采用锥形料斗结构的出料口，废弃物储槽内设有供热流体通过的盘管；萃取前冷却器、卸车预热器中设有供萃取剂流通的多层缠绕式盘管，盘管采用不锈钢或耐蚀合金无缝管焊接拼接后冷变形绕制再经过固溶热处理制成。

进一步的技术方案：金属隔膜压缩机并列设置有两台，其中一台为备用的金属隔膜压缩机；萃取釜并列设置有两台且分别为萃取釜Ⅰ和萃取釜Ⅱ，萃取釜Ⅰ和萃取釜Ⅱ交替使用；脱水干燥器并列设置有两台，当其中一台脱水干燥器正常干燥使用时，另一台脱水干燥器进行再生操作以实现备用。

进一步的技术方案：萃取釜包括内筒以及外筒，内筒由耐腐蚀合金材料构成，外筒由多层卷曲的钢板焊接形成，外筒上开设有检漏孔。

进一步的技术方案：萃取釜内设有气体分布器，气体分布器由多层丝网平铺于萃取釜内各床层下方构成；

一级分离加热器、二级分离加热器的入口由底部各自伸入本体内部且沿圆周切线方向进料，一级分离加热器、二级分离加热器以及溶质储罐顶部均设有丝网除沫器和斜板式气液分离器；

萃取剂回收储罐卧式安装，萃取剂回收储罐一端设有将萃取剂回收储罐内腔体一分为二的丝网除沫器和斜板气液分离器，萃取剂回收储罐一端腔体上设有与回收压缩机连接的萃取剂出口，萃取剂回收储罐另一端腔体构成萃余物接收腔，萃余物接收腔与萃余物储罐连通；

萃取剂回收储罐上的萃取剂出口以及萃余物储罐顶部排空口分别设有除尘器。

进一步的技术方案：金属隔膜压缩机出口、一级减压管路、二级减压管路以及萃取剂回收总管路上分别设有流量计。

进一步的技术方案：金属隔膜压缩机出口管路上设置有安全阀、压力变送器、温度变送器、泄放阀以及单向阀；

螺杆泵出口管路上设置有安全阀、压力变送器、温度变送器、泄放阀以及单向阀；

萃取釜顶部设置有快开门以及安全连锁装置，安全连锁装置用于控制萃取釜中压力卸尽方打开快开门或使快开门锁扣完全锁紧以实现萃取釜升压；

一级分离釜上设置有安全阀、压力变送器以及泄放阀，一级分离釜底部出口管路上设置有脉冲减压阀；

二级分离釜上设置有安全阀、压力变送器以及泄放阀，二级分离釜底部出口管路上设置有脉冲减压阀；

一级分离加热器进口端设置有流量计，一级分离加热器上设置有温度变送器；

二级分离加热器进口端设置有流量计，二级分离加热器上设置有温度变送器；

萃取前冷却器、一级分离加热器、一级分离釜、二级分离加热器、二级分离釜、溶质储罐、卸车预热器、上设置有液位计。

进一步的技术方案：控制单元包括：

电源配电柜，用于对系统进行电源配电；

电气控制柜，用于控制系统中电机软启动、所有阀门开关调节、所有减压阀组的行程调节；

下位工控机，用于与系统中所有的压力变送器、温度变送器、流量计、液位计、自动控制型阀门上的行程位置传感器以及阀杆电动或气动执行器进行通讯连接；

上位控制电脑，用于与下位工控机进行数据交换以实现对所述系统的自动控制。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明利用超临界流体高扩散系数、低粘度、拥有与液体相近的密度等特性，采用如二氧化碳、一氧化二氮、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等流体加温加压至超临界状态，通过本发明系统循环穿过废油基泥浆或钻井废弃物床层，充分接触后将其中所含的柴油、白油及其他有机化合物溶解萃取出来，然后变温变压分离回收，超临界萃取剂在系统内循环流动，实现了连续的萃取操作。处理后萃余物的含油率可低于1％，满足国际通行排放标准，可直接就地掩埋或丢弃，该项处理技术在处理过程中，因操作温度不高，物料经历的完全是物理过程，除一定的电功率消耗以外，过程中不产生其他二次污染物。

(2)本发明中萃取剂即溶剂在系统内循环流动，流动过程中在不同单元发生压力温度的变化实现对油基钻井废弃物中所含油基溶质的溶解、携带流动并实现分离。本发明系统创造性提出利用金属隔膜压缩机，实现萃取剂在循环过程中一直处于超临界状态，不发生跨越气液相变的物态变化，这有别于一般将超临界萃取剂先冷却液化再采用柱塞泵驱动加压至超临界压力以上，然后再加热至超临界温度以上以返回超临界状态的方式。在一定压力范围内，与柱塞泵加压方式相比，本申请使用金属隔膜压缩机直接对超临界萃取剂进行加压，更为节能，超临界萃取剂采用直列对置二级金属隔膜压缩机进行增压，可实现大压缩比、宽压力输出范围，压缩腔自身无须润滑，不污染被加压介质，金属隔膜及滚动转子回收压缩机驱动电机及电气元件只需采用防爆型，就可很容易实现在多种萃取剂之间进行切换，可适用于二氧化碳、一氧化二氮、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等多种超临界流体。本发明对超临界萃取剂加压采用2台金属隔膜压缩机，可实现一用一备，提高装置冗余度和可靠性。另外本发明缩短了传统超临界萃取技术的流程，工艺更简化。

(3)本发明废弃物储槽底部采用锥形料斗形式，废弃物储槽内带加热盘管，对进入萃取釜前的油基钻井废弃物物料进行预热，与一般先加入萃取釜再通过超临界萃取剂加热的方式，可明显提高萃取效率，缩短萃取前准备时间。对于采用不同超临界萃取剂时，所设定的加热温度不同，当加热温度较高时，废弃物储槽可设计为密封微正压方式储存。

(4)本发明采用螺杆泵输送油基钻井废弃物，降低了预处理的要求，废弃物即使含有较大粒径的固体颗粒，也可顺利输送。

(5)超临界萃取剂经金属隔膜压缩机加压后从萃取釜底部进料，超临界萃取剂的流动会造成萃取釜内物料的扰动，可克服萃取釜内物料因重力作用造成的压实，并与重力作用下废弃物内油基溶质的自然流动集聚方向相反，以逆流方式可增大接触面积，延长接触时间，显著提高萃取效率。本发明设置了2台萃取釜并联操作，2台萃取釜在加料、萃取、卸料三阶段操作流程中错开一定时间，其中1台萃取釜开始卸料时，另1台萃取釜开始加料、萃取，这也可提高前后配套单元金属隔膜压缩机等设备的使用率，实现装置单位时间萃取产率的提升。当然，针对不同类别的超临界萃取剂，经过优化可以设置3台甚至更多萃取釜以提高萃取效率或单位时间产量。

(6)本发明在萃取釜出口设置了萃取釜出口管路切换阀组，可实现其中一台萃取釜在萃取时，另一台萃取釜可关闭入口阀门切断进料，同时通过阀门切换实现超临界萃取剂回收，回收管路分为两路，一路为第一残余萃取剂回收管路(高压回收管路)，将釜内残余高压萃取剂回收至二级分离釜，另一路为第二残余萃取剂回收管路(中压回收管路)，将釜内剩余中压萃取剂回收至萃取剂回收储罐，然后再通过回收压缩机经由萃取剂回收总管路回收至萃取剂储罐中。第一残余萃取剂回收管路上设置了第一残留萃取剂回收减压阀组，第二残余萃取剂回收管路上设置了第二残留萃取剂回收减压阀组，第一残留萃取剂回收减压阀组与第二残留萃取剂回收减压阀组在萃取剂回收过程中用于控制压差，实现平稳操作。

(7)萃取釜筒体采用多层包扎容器，与介质直接接触的内筒采用不锈钢或耐蚀合金材质，外筒采用高强度、综合性能优良、具备良好可焊性的低合金高强钢材料。外筒钢板垂直于轧制方向横向卷曲，外筒上设置检漏孔，当内筒发生泄漏可通过检漏孔迅速检测到，同时检漏孔还可以作为多层包扎的拉紧工装夹持部位，通过钢丝缠绕张紧实现外层包扎筒体的紧密贴合，同时还通过纵向焊缝焊后的收缩实现预紧，从而在内筒形成压应力，有利于筒体径向应力重新分布，改善筒体疲劳性能。

萃取釜下部整体锻件封头采用高性能低合金高强钢锻件，内壁与介质接触表面堆焊不锈钢或耐蚀合金，萃取釜上部端部采用快开门结构便于对容器内部进行检查和维护，主要部件同样采用高性能低合金高强钢锻件，内壁与介质接触表面堆焊不锈钢或耐蚀合金。物料进出开孔接管均位于底部封头和上部端部，接管采用整体不锈钢或耐蚀合金材质，接管采用伸入式结构且与介质接触表面堆焊不锈钢或耐蚀合金，采用计算机有限元分析技术对萃取釜整体和局部进行建模、网格划分、加载分析，对发现的应力集中部位进行优化，对疲劳寿命进行校核，对薄弱部位将对结构进行修改，调整模型后再加载验证。

萃取釜顶部安全联锁采用行程位置开关检测元件，实现压力卸尽方可开釜、快开门装置锁扣到位方可升压的安全联锁功能。因为快开门装置开启后可形成大口径通道，为萃取釜的日常维护和定期检验创造良好条件。

萃取釜内部采用多层气体分布器对油基钻井废弃物进行分段，将废弃物床层分隔为多段，每层床层的底部设置气体分布器，实现超临界萃取剂的重新分配，避免在流动过程中形成流体短路的“沟流”，提高沿着萃取釜长度方向废弃物脱除油基溶质的均匀性。

(8)萃取前冷却器、卸车预热器采用多层缠绕式盘管结构，采用不锈钢或耐蚀合金无缝管焊接拼接后冷变形绕制再经过固溶热处理制成，可较容易地实现大功率换热，当采用小管径时，即使较小的壁厚也可以实现较大的外径内径比，容易获取较高耐压能力，同时因为盘管只有少量环向焊接接头，这样的结构还具有较高的设计安全裕度和可靠性。

(9)本发明系统内能量回收平衡机组对系统内不同单元需要加热和降温流程进行热量平衡，可实现内部能量如金属隔膜压缩机冷却水热量的回收，一级分离加热器与二级分离加热器的热量来源还可通过大气环境取热来实现一部分补充，能量回收平衡机组的采用可降低装置单位处理能力的能耗比，提高本发明系统的经济性指标。

(10)本发明萃取结束后对于萃余物残渣，采用气力输送技术，微正压流化后真空引射抽吸的方式将萃余物从萃取釜通过第二残余萃取剂回收管路上的第二残留萃取剂回收减压阀组的非减压旁路排至萃取剂回收储罐，在萃取剂回收储罐底部再次微正压流化后收集于萃余物储罐，输送所采用的伴流气体通过萃余物储罐顶部除尘器排空。

(11)本发明萃取釜出口设置高压过滤器，截留超临界萃取剂流经废弃物床层时携带出来的固体颗粒，保护流程后续减压阀组等不受固体颗粒影响，保证调压精度和阀门寿命。同时保护金属隔膜压缩机，避免磨损，延长金属膜片和进出口阀组使用寿命。

采取一级减压阀组、二级减压阀组逐级对从萃取釜内流出的溶解有一定油基溶质的混合流体物料进行减压，减压后，因压力变化造成超临界萃取剂溶解度发生变化，使得溶质过饱和而析出。本发明分离单元采用了两级分离釜进行分级减压分离，对于一些难溶物质，因萃取工艺需要采用较高萃取压力时，为避免过大的级间压差导致减压阀组无法正常工作，也可采用三级或更多级分离釜。

本发明分离釜进料口伸入容器底部，并采用切向进料，采用与旋风分离器相同的离心分离原理，对流出物料中密度存在较大差异的溶剂和溶质、水、其他液态物质的液滴实现分离，分离釜上部出口处设置丝网除沫器和斜板式气液分离器捕集物料携带的微小液滴。

本发明中脱水干燥器，采用分子筛或硅胶等干燥剂吸附萃取剂中所含的水份，干燥剂采用双塔切换操作，其中一塔工作时另外一塔采用加热后的低压干燥氮气进行再生操作，可实现装置运行的连续性。

本发明当一级分离釜、二级分离釜底部油基溶质积存达到一定液位高度后，间歇开启和关闭分离釜底部阀门，利用压差将釜底油基溶质压入溶质储罐，溶质储罐上部设置丝网除沫器和斜板气液分离器，对油基溶质中逸散出来的超临界萃取剂及其携带的微小液滴进行拦截。

本发明设置的萃取剂回收储罐容积为萃取釜数十倍以上，当萃取釜内物料萃取完成后，超临界萃取剂停止进料，同时通过萃取釜出口管路切换阀组切换管路，将超临界萃取剂依次回收至二级分离釜和萃取剂回收储罐，由回收压缩机回收至循环系统内，同时萃取剂回收储罐还可用于釜内萃余固体粉料的卸料，具体操作为，回收压缩机将萃取剂回收储罐内萃取剂回收至萃取剂储罐以后，将萃取剂回收储罐抽至一定的真空度，可将萃取釜内流化的萃余物粉末吸出，萃取剂回收储罐筒体一端设置丝网除沫器和斜板气液分离器，顶部设置自动控制阀及除尘器，回收罐内收集的萃余物最后通过微正压流化真空引射进入萃余物储罐。

本发明回收压缩机可以采用滚动转子回收压缩机，基于滚动转子回收压缩机自身结构特点，零部件和易损件较少，只有滑片有较小的往复惯性力，转速高、振动小、运转平稳、无吸入和排气阀，可用于输送污浊和带液滴、含粉尘的工艺气体，基于上述特性该回收压缩机可保证本装置运行的稳定性和可靠性。

本发明超临界萃取剂的充装采用槽罐车配合金属波纹软管或鹤管的方式，大大简化了一般采用高压无缝钢瓶的方式，减少并大大简化了人工操作，也因此避免了由此可能带来的人员安全和劳动保护等一系列问题。

本发明金属隔膜压缩机出口、一级减压管路、二级减压管路和溶剂回收管路上设置流量计，以此作为控制变量，实现整套装置流程的调节、控制和连续运行。

附图说明

图1为本发明的系统原理图。

图2为本发明萃取釜所采用的结构简图。

图3为本发明萃取釜内部气体分布器结构简图。

图4为本发明丝网除沫器结构简图。

图5为本发明加热或冷却器采用的多层缠绕盘管结构简图。

图6为本发明斜板气液分离器结构简图。

图中标注符号的含义如下：

1—萃取剂储罐、2—金属隔膜压缩机、3—萃取剂缓冲罐、4—萃取前冷却器、5a—萃取釜Ⅰ、5b—萃取釜Ⅱ、6—过滤器、7—一级减压阀组、8—一级分离加热器、9—一级分离釜、10—二级减压阀组、11—二级分离加热器、12—二级分离釜、13—回收减压阀组、14—脱水干燥器、15—溶质储罐、16—萃取剂回收储罐、17—回收压缩机、18—能量回收平衡机组、19—槽罐车、20—卸车泵、21—卸车预热器、22—废弃物储槽、23—螺杆泵、24—萃余物储罐、25—萃取釜出口管路切换阀组、26—第一残留萃取剂回收减压阀组、27—第二残留萃取剂回收减压阀组、28—气体分布器。

Ⅰ—萃取剂进料管路、Ⅱ—废弃物进料管路、Ⅲ—一级减压管路、Ⅳ—二级减压管路、Ⅴ—萃取剂减压回收管路、Ⅵ—溶质收集管路、Ⅶ—分离萃取剂回收管路、Ⅷa—第一残余萃取剂回收管路、Ⅷb—第二残余萃取剂回收管路、Ⅸ—回收压缩机进口管路、Ⅹ—回收压缩机出口管路、Ⅺ—萃取剂回收总管路、Ⅻ—萃取剂加注管路。

A—热流体循环管路、B—冷流体循环管路、a—内筒、b—外筒、c—分片龙骨、d—支撑格栅、e—丝网、f—多层丝网、g—缠绕盘管、h—斜板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：

参见图1，本实施例由萃取单元、分离单元、萃取剂回收单元、萃取剂加注单元、能量回收平衡单元、控制单元构成。

萃取单元分为两路，一路为废弃物进料管路Ⅱ，油基钻井废弃物储存在废弃物储槽22内，废弃物储槽22内设置加热盘管，盘管内加热用的热循环流体由能量回收平衡机组18提供，废弃物在加入萃取釜前被加热盘管加热至所设定温度，然后由螺杆泵23分别加入萃取釜Ⅰ5a或萃取釜Ⅱ5b(见图2)，加料时萃取釜内压力较低，不影响螺杆泵加料，同时因为采用了螺杆泵，可输送带有固体颗粒高粘度流动性较差的物料。

萃取单元另一路为超临界萃取剂进料管路Ⅰ，管路上依次设置高压容器萃取剂储罐1，萃取剂储罐1外层包覆保温材料，用于接收并储存萃取剂回收单元输送来的经脱水干燥后的临界萃取剂，萃取剂储罐1出口连接金属隔膜压缩机2进口，经加压后流入萃取剂缓冲罐3吸收缓冲金属隔膜压缩机2压力脉动，金属隔膜压缩机2对超临界萃取剂压缩过程近似于等熵过程，会造成超临界萃取剂大幅升温，在进入萃取釜前流经萃取前冷却器4中缠绕的盘管内部，被盘管外由能量回收平衡机组提供的冷循环流体冷却降温至设定的工艺温度，然后从釜底逆流流入萃取釜Ⅰ5a或萃取釜Ⅱ5b，至下而上依次流过分段油基废弃物床层，每一段油基废弃物床层底部设置气体分布器(见图3)，对流经的超临界萃取剂进行稳流、整流，最后从萃取釜上部流出后进入分离单元。

萃取单元内的萃取剂储罐1、萃取剂缓冲罐3、萃取釜Ⅰ5a、萃取釜Ⅱ5b顶部，金属隔膜压缩机2、螺杆泵23出口均设置有安全阀、压力变送器、热电偶、泄放阀，用于控制和测量萃取釜内部的压力和温度。金属隔膜压缩机2、螺杆泵23出口设置了单向阀，用于防止物料逆流。废弃物储槽17、萃取前冷却器4上的设置了温度变送器，用于测量和控制盘管外冷却或加热流体的温度。各个设备进出口的阀门、排净口阀门等可采用手动或自动，或者手动自动组合的阀组形式，实现方式可采用电动或气动模式，当超临界萃取剂具备一定爆炸危险性时，优先选用气缸或其他形式气动来驱动；

萃取釜底部萃取剂入口及中部设置几层气体分布器(见图3)，气体分布器由分片龙骨和各个分片构成，分片龙骨起支撑废弃物物料的作用，各个分片在支撑格栅上分层铺设有不同目数的金属丝网，并按一定规律排列，金属丝网的经纬方向逐层错开一定角度，气体分布器在釜体内将油基钻井废弃物分隔为多层，实现超临界萃取剂分段重新分布，避免在流动过程中形成流体短路的“沟流”。

分离单元同样分为两路，一路为依次连接的一级减压管路Ⅲ和二级减压管路Ⅳ，以及依次布置在管路上的萃取釜出口管路切换阀组25、过滤器6、一级减压阀组7、一级分离加热器8、一级分离釜9、二级减压阀组10、二级分离加热器11、二级分离釜12，其中一级分离釜9、二级分离釜12顶部和本体上的设置了安全阀、压力变送器、泄放阀，一级分离加热器8和二级分离加热器11前端的流量计，一级分离加热器8和上二级分离加热器11的温度变送器以及各个设备进出口的阀门、排净口阀门等，从萃取釜中流出的物料为溶解了一定量油基溶质的超临界萃取剂，物料流经分离单元逐渐减压，减压过程近似为等焓绝热膨胀，物料为降温，这时可通过级间加热器进行加热，分离釜底部切向进料，顶部设置丝网除沫器和斜板气液分离器(见图4、图6)，分离出的油基溶质和一部分水存在分离釜底部。

分离单元另一路为溶质收集管路Ⅵ，连接一级分离釜9和二级分离釜12底部至溶质储罐15，分离釜底部设置脉冲减压阀，间歇开启和关闭，利用分离釜与溶质储罐之间的压差实现一级分离釜9和二级分离釜12底部积存达到一定液位高度的溶质与水混合物的排出。

萃取剂回收单元包括两路路，其中一路为萃取操作过程中通过萃取剂减压回收管路V，超临界萃取剂从二级分离釜12上部流出，经回收减压阀组13流经脱水干燥器14，再经过萃取剂回收总管路Ⅺ流回溶剂储罐1。

萃取剂回收单元另一路为其中一个萃取釜Ⅰ或萃取釜Ⅱ完成萃取后，切换管路停止进料，釜内还残留一定的压力，先通过第一残余萃取剂回收管路Ⅷa上设置的第一残留萃取剂回收减压阀组26连通萃取釜出口管路切换阀组25与二级分离釜12，降压至与二级分离釜12压力相等，然后再切换管路通过第二残余萃取剂回收管路Ⅷb上设置的第二残留萃取剂回收减压阀组27连通萃取釜出口管路切换阀组25与萃取剂回收储罐16，由于萃取釜气相空间与萃取剂回收储罐16的容积存在数十倍差距，因此在压力平衡后基本可将剩余萃取剂回收至萃取剂回收储罐，萃取釜剩余的溶质可用于萃余物的气力排出。

萃余物微正压流化后同样通过第二残余萃取剂回收管路Ⅷb排出至萃余物储罐24，在通过第二残留萃取剂回收减压阀组27时不通过减压阀，而是经由旁通进入萃取剂回收储罐16，在萃取剂回收储罐16内萃余物会因重力富集在底部空间，再通过外部设置的管路微正压流化后输送至萃余物储罐24，萃取剂回收储罐16和萃余物储罐24上设置有除尘器，将气流裹挟的萃余物小颗粒粉末和粉尘回收，使排放气体环保达标。

回收到萃取剂回收储罐16的萃取剂经回收压缩机进口管路Ⅸ进入回收压缩机17，加压后经过回收压缩机出口管路Ⅹ注入萃取剂回收总管路Ⅺ。

萃取剂加注单元包括依次连接或设置在萃取剂加注管路Ⅻ上的槽罐车19、卸车软管或鹤管、卸车泵20、卸车预热器21，将槽罐车内的萃取剂抽出加压后再加热至超临界状态，温度和压力略高于溶质储罐1内物料状态后注入系统内，此操作在装置开车前需要大量注入，后续运行过程中只需在装置运行参数调整时再少量注入。

能量回收平衡单元包括能量回收平衡机组18、热流体循环管路A、冷流体循环管路B，能量回收平衡机组18包括制冷机组、制热机组、制冷压缩机、循环加压泵、板式换热器、风冷换热器、机组控制系统等组成。

萃取前冷却器4所需的冷流体、一级分离加热器8、二级分离加热器11、卸车预热器21、废弃物储槽22内的热流体均由能量回收平衡机组提供，图中未示出的隔膜压缩机冷却介质也由能量回收平衡机组提供，机组内设置水箱，冷却介质循环流动。

能量回收平衡单元运用制冷工质压缩制冷原理，与常规的电加热或大量冷却水冷却的方式，能够以较高的效率获得系统内所需的加热能量来源，在某些操作工况条件下，当所需加热和冷却热量相差不大时，能以很小的能量输入达到系统内的能量平衡。机组输出为两路流体，一路为热流体，另一路为冷流体，两路流体的温度设定为与加热或流体存在一定温差同时具有一定流速，能量回收机组与系统控制单元建立控制联锁，根据控制系统的信号和指令改变制冷或制热功率，对系统所需热量进行匹配，从而实现热平衡。

控制系统包括电源配电柜、电气控制柜、下位工控机和上位控制电脑，其中整套装置的电源配电由电源控制柜负责，系统内驱动电机软启动、阀门开度调节及减压阀组的行程调节均由电气控制柜控制，能量回收平衡机组自身拥有一套独立的电气控制系统，负责内部回收压缩机，膨胀阀、循环泵、冷却风机等的控制，可根据温度变送器输出的冷热流体的温度来调节制冷或制热机组自身制冷或制热功率。下位工控机与测压仪表以变送器，温度变送器，流量计，萃取釜Ⅰ5a、萃取釜Ⅱ5b、一级分离釜9、二级分离釜12顶部快开门位置传感器、安全联锁装置，萃取前冷却器4、一级分离加热器8、一级分离釜9、二级分离加热器11、二级分离釜12、溶质储罐15、卸车预热器21、废弃物储槽22上布置的液位计，自动控制阀门上的行程位置传感器、阀杆电动或气动执行器进行通讯，进行测量和反馈控制，上位工控机通过工控组态软件与下位工控机进行数据交换，在图形化界面通过鼠标键盘实现对整套系统的自动控制和强制手动控制，系统内设置安全联锁，对涉及人身安全的一些操作建立联锁保护。

控制单元采用集中式控制模式，系统内所有设备的启停和状态信号，电气仪表的信号等均接入控制单元内，其中一些涉及安全性的操作设置相应安全联锁锁定防止人员误操作，上位机软件采用可视化界面，可按照图1逻辑顺序对整个工艺流程图中所有需要控制操作的电气设备进行动态监控。

控制单元内所有和超临界萃取剂物性相关的设备的设计和运行参数根据所选取的超临界种类来确定，同时还须综合考虑油基溶质在超临界萃取剂中的溶解度，动态循环操作的最佳经济平衡点等问题。

整套系统可以按单元划分成撬，单个撬装的尺寸(长、宽、高)等满足公路运输要求，各个撬之间的电气和管线连接分别采用航空插头和快速接头，可快速移运、快速组装，为陆地偏远人烟稀少的荒漠地带和海洋钻井平台甲板空间紧张等特殊工况下油基钻井废弃物的处理提供了一整套解决方案。

Claims (10)

1.一种油基钻井废弃物超临界处理系统，其特征在于：包括萃取单元、分离单元、萃取剂回收单元以及相应的控制单元；

萃取单元包括萃取剂进料管线(Ⅰ)、废弃物进料管线(Ⅱ)以及多个并列设置的萃取釜，萃取剂进料管线(Ⅰ)上依次设置有萃取剂储罐(1)、金属隔膜压缩机(2)、萃取剂缓冲罐(3)以及萃取前冷却器(4)，废弃物进料管线(Ⅱ)上依次设置有废弃物储槽(22)以及螺杆泵(23)；萃取剂进料管线(Ⅰ)出口连接萃取釜底部进料口，废弃物进料管线(Ⅱ)出口连接萃取釜顶部加料口；

分离单元包括连通的一级减压管路(Ⅲ)与二级减压管路(Ⅳ)，一级减压管路(Ⅲ)上依次设置有萃取釜出口管路切换阀组(25)、过滤器(6)、一级减压阀组(7)、一级分离加热器(8)以及一级分离釜(9)，二级减压管路(Ⅳ)上依次设置有二级减压阀组(10)、二级分离加热器(11)以及二级分离釜(12)；

萃取剂回收单元包括第一残余萃取剂回收管路(Ⅷa)、第二残余萃取剂回收管路(Ⅷb)、萃取剂减压回收管路(Ⅴ)以及溶质收集管路(Ⅵ)；二级分离釜(12)的萃取剂出口与萃取剂回收总管路(Ⅺ)通过萃取剂减压回收管路(Ⅴ)连接，萃取剂减压回收管路(Ⅴ)上依次设置有回收减压阀组(13)以及脱水干燥器(14)，萃取剂回收总管路(Ⅺ)用于将萃取剂返回至萃取剂储罐(1)；二级分离釜(12)的溶质出口与溶质收集管路(Ⅵ)连接，溶质收集管路(Ⅵ)上依次设置有溶质储罐(15)、萃取剂回收储罐(16)，萃取剂回收储罐(16)中的萃取剂通过回收压缩机(17)返回至萃取剂回收总管路(Ⅺ)；

萃取釜出口管路切换阀组(25)用于：使完成萃取工作的萃取釜先通过第一残余萃取剂回收管路(Ⅷa)与二级分离加热器(11)连接，然后使完成萃取工作的萃取釜通过第二残余萃取剂回收管路(Ⅷb)与萃取剂回收储罐(16)连接，同时实现即将进行萃取工作的萃取釜与过滤器(6)连接；第一残余萃取剂回收管路(Ⅷa)上设置有第一残留萃取剂回收减压阀组(26)，第二残余萃取剂回收管路(Ⅷb)上设置有第二残留萃取剂回收减压阀组(27)。

2.如权利要求1所述的油基钻井废弃物超临界处理系统，其特征在于：该超临界处理系统还包括萃取剂加注单元，萃取剂加注单元包括萃取剂加注管路(Ⅻ)，萃取剂加注管路(Ⅻ)上依次设置有槽罐车(19)、卸车泵(20)以及卸车预热器(21)，卸车预热器(21)出口与金属隔膜压缩机(2)进口连接，槽罐车(19)与卸车泵(20)之间通过金属波纹软管或鹤管连接。

3.如权利要求1所述的油基钻井废弃物超临界处理系统，其特征在于：该超临界处理系统还包括能量回收单元，能量回收单元包括能量回收平衡机组(18)、热流体循环管路(A)以及冷流体循环管路(B)，热流体循环管路(A)为一级分离加热器(8)、二级分离加热器(11)、卸车预热器(21)以及废弃物储槽(22)提供热流体，冷流体循环管路(B)为萃取前冷却器(4)、金属隔膜压缩机(2)提供冷流体。

4.如权利要求1所述的油基钻井废弃物超临界处理系统，其特征在于：废弃物储槽(22)底部采用锥形料斗结构的出料口，废弃物储槽(22)内设有供热流体通过的盘管；萃取前冷却器(4)、卸车预热器(21)中设有供萃取剂流通的多层缠绕式盘管，盘管采用不锈钢或耐蚀合金无缝管焊接拼接后冷变形绕制再经过固溶热处理制成。

5.如权利要求1所述的油基钻井废弃物超临界处理系统，其特征在于：金属隔膜压缩机(2)并列设置有两台，其中一台为备用的金属隔膜压缩机；萃取釜并列设置有两台且分别为萃取釜Ⅰ(5a)和萃取釜Ⅱ(5b)，萃取釜Ⅰ(5a)和萃取釜Ⅱ(5b)交替使用；脱水干燥器(14)并列设置有两台，当其中一台脱水干燥器(14)正常干燥使用时，另一台脱水干燥器(14)进行再生操作以实现备用。

6.如权利要求1所述的油基钻井废弃物超临界处理系统，其特征在于：萃取釜包括内筒(a)以及外筒(b)，内筒(a)由耐腐蚀合金材料构成，外筒(b)由多层卷曲的钢板焊接形成，外筒(b)上开设有检漏孔。

7.如权利要求1所述的油基钻井废弃物超临界处理系统，其特征在于：萃取釜内设有气体分布器(28)，气体分布器(28)由多层丝网平铺于萃取釜内各床层下方构成；

一级分离釜(9)、二级分离釜(12)的入口由底部各自伸入本体内部且沿圆周切线方向进料，一级分离釜(9)、二级分离釜(12)以及溶质储罐(15)顶部均设有丝网除沫器和斜板式气液分离器；

萃取剂回收储罐(16)卧式安装，萃取剂回收储罐(16)一端设有将萃取剂回收储罐(16)内腔体一分为二的丝网除沫器和斜板气液分离器，萃取剂回收储罐(16)一端腔体上设有与回收压缩机连接的萃取剂出口，萃取剂回收储罐(16)另一端腔体构成萃余物接收腔，萃余物接收腔与萃余物储罐(24)连通；

萃取剂回收储罐(16)上的萃取剂出口以及萃余物储罐(24)顶部排空口分别设有除尘器。

8.如权利要求1所述的油基钻井废弃物超临界处理系统，其特征在于：金属隔膜压缩机(2)出口、一级减压管路(Ⅲ)、二级减压管路(Ⅳ)以及萃取剂回收总管路(Ⅺ)上分别设有流量计。

9.如权利要求1所述的油基钻井废弃物超临界处理系统，其特征在于：

金属隔膜压缩机(2)出口管路上设置有安全阀、压力变送器、温度变送器、泄放阀以及单向阀；

螺杆泵(23)出口管路上设置有安全阀、压力变送器、温度变送器、泄放阀以及单向阀；

萃取釜顶部设置有快开门以及安全连锁装置，安全连锁装置用于控制萃取釜中压力卸尽方打开快开门或使快开门锁扣完全锁紧以实现萃取釜升压；

一级分离釜(9)上设置有安全阀、压力变送器以及泄放阀，一级分离釜(9)底部出口管路上设置有脉冲减压阀；

二级分离釜(12)上设置有安全阀、压力变送器以及泄放阀，二级分离釜(12)底部出口管路上设置有脉冲减压阀；

一级分离加热器(8)进口端设置有流量计，一级分离加热器(8)上设置有温度变送器；

二级分离加热器(11)进口端设置有流量计，二级分离加热器(11)上设置有温度变送器；

萃取前冷却器(4)、一级分离加热器(8)、一级分离釜(9)、二级分离加热器(11)、二级分离釜(12)、溶质储罐(15)、卸车预热器(21)、上设置有液位计。

10.如权利要求1所述的油基钻井废弃物超临界处理系统，其特征在于控制单元包括：

电源配电柜，用于对系统进行电源配电；

电气控制柜，用于控制系统中电机软启动、所有阀门开关调节、所有减压阀组的行程调节；

下位工控机，用于与系统中所有的压力变送器、温度变送器、流量计、液位计、自动控制型阀门上的行程位置传感器以及阀杆电动或气动执行器进行通讯连接；

上位控制电脑，用于与下位工控机进行数据交换以实现对所述系统的自动控制。