EA010672B1 - Способ обработки углеводородной текучей среды озоном, способ и система для отделения углеводородных загрязнений от твердого материала озоном - Google Patents

Abstract

Способ обработки углеводородной текучей среды, извлеченной из твердого материала, включает пропускание потока нагретого воздуха над твердым материалом для испарения углеводородов, находящихся в нем, пропускание потока нагретого воздуха, содержащего испаренные углеводороды, через первый конденсатор для образования углеводородной текучей среды, сбор углеводородной текучей среды и обработку углеводородной текучей среды эффективным количеством озона. Способ отделения углеводородных загрязнений от загрязненного твердого материала включает подачу загрязненного твердого материала в рабочую камеру, перемещение загрязненного твердого материала через рабочую камеру, нагревание загрязненного твердого материала путем наружного нагревания рабочей камеры для испарения углеводородных загрязнений из загрязненного твердого материала, удаление пара, образованного в результате нагревания и содержащего испаренные углеводородные загрязнения, сбор, конденсацию и восстановление испаренных углеводородных загрязнений, обработку испаренных углеводородных загрязнений эффективным количеством озона.

Description

Предпосылки создания изобретения

При бурении и завершении скважин в подземных пластах обычно в скважине по ряду причин используют разнообразные текучие среды. При описании предпосылок создания изобретения и настоящего изобретения такие текучие среды будут обозначаться как скважинные текучие среды. Обычное использование скважинных текучих сред включает в себя смазку и охлаждение калибрующих поверхностей бурового долота при бурении вообще или бурении в конкретном месте (т.е. бурении в заданном нефтеносном пласте), транспортировку к поверхности «обломков выбуренной породы» (отбитых частей породы вследствие режущего воздействия долота), регулирование давления пластовых текучих сред для предотвращения внезапных выбросов, сохранение устойчивости скважины, временное консервирование породы в скважине, минимизацию потерь текучей среды, поступающей в пласт, и стабилизацию пласта, в котором пробуривают скважину, разрыв пласта около скважины, замещение текучей среды внутри скважины другой текучей средой, чистку скважины, испытание скважины, размещение пакерной текучей среды, ликвидацию скважины или подготовку скважины к ликвидации или другую обработку скважины или пласта.

Как было указано выше, одним использованием скважинных текучих сред является удаление частей породы (обломков выбуренной породы) из пласта, который проходят бурением. Возникает проблема отведения этих обломков выбуренной порюды, в частности, когда используют буровой раствор на нефтяной основе или углеводородной основе. То есть нефть из бурового раствора (как и любая нефть из пласта) связывается с поверхностью обломков выбуренной породы или адсорбируется ею. Обломки выбуренной породы, следовательно, оказываются опасным материалом для окружающей среды, что превращает их размещение в проблему.

Было предложено множество способов удаления адсорбированных углеводородов с обломков выбуренной породы. Патент США № 5968370 описывает один такой способ, который включает в себя использование для загрязненных обломков выбуренной породы текучей среды для обработки пласта. Текучая среда для обработки пласта содержит воду, силикат, а неионогенное поверхностно-активное вещество, анионогенное поверхностно-активное вещество, фосфатный структурообразователь и каустическую соду. Текучую среду для обработки пласта затем приводят в контакт предпочтительно при тщательном перемешивании с загрязненными обломками выбуренной породы в течение времени, достаточного для удаления углеводородов, по крайней мере, с некоторых частиц породы. Текучая среда для обработки пласта вызывает десорбцию углеводородов и иное их отделение от частиц породы.

Более того, углеводороды затем образуют отдельный гомогенный слой, не смешивающийся с текучей средой для обработки пласта и любым водным компонентом. Затем на стадии отделения углеводороды отделяют от текучей среды для обработки пласта и от частиц породы, например, снимая верхний слой. Углеводороды затем восстанавливают, а текучую среду для обработки пласта направляют на повторный цикл, применяя к дополнительному загрязненному буровому шламу.

В некоторых известных системах в качестве средства удаления углеводородов из извлеченных грунтов используют термодесорбцию при низкой температуре. Вообще говоря, термодесорбция при низкой температуре представляет собой восстановительную технологию на месте, в которой для физического отделения углеводородов от вынутых грунтов используют нагревание. Метод термодесорбции разработан для нагревания грунтов до температур, достаточных для того, чтобы вызвать испарение углеводородов и десорбцию (физическое отделение) из грунтов. Обычно при применении термодесорбции при низкой температуре в известных системах необходимыми являются некоторая предшествующая обработка извлеченного грунта и его постобработка. В частности, извлеченные грунты сначала сортируют для удаления больших обломков выбуренной породы (например, обломков выбуренной породы, превышающих 2 дюйма в диаметре). Эти обломки выбуренной породы могут быть рассортированы по размерам (например, раздробленные или измельченные) и затем введены обратно в загрузочный материал. После выхода из десорбера грунты охлаждают, повторно увлажняют и (при необходимости) стабилизируют, чтобы подготовить их для удаления/повторного использования.

Патент США № 5127343 описывает одну известную установку для низкотемпературной термодесорбции углеводородов. На фиг. 1 этого патента показано, что установка состоит из трех основных частей: емкости для обработки грунта, блока нагревателей и вакуумной и газовой системы разгрузки. Емкость для обработки грунта представляет собой приемный резервуар прямоугольной формы. Стенка днища емкости для обработки грунта имеет множество вакуумных отсеков (камер), и каждая вакуумная камера имеет удлиненную вакуумную трубу, расположенную внутри. Вакуумная труба окружена гравием размером с горох, который захватывает частицы грязи, предотвращая их попадание в вакуумный насос, присоединенный к вакуумной трубе.

Блок нагревателей имеет множество направленных вниз инфракрасных нагревателей, расположенных рядом, для глубокого прогрева всей поверхности грунта при включении нагревателей. Устройство работает, нагревая грунт как с помощью излучения, так и путем конвекции, и затем в трубах устанавливают вакуум до точки, наиболее удаленной от нагревателей. Этот вакуум распространяет конвективное тепло (образуемое возбуждением молекул с помощью инфракрасного излучения) по всему грунту и снижает давление пара внутри камеры обработки. Снижение давления пара понижает точку кипения углево

- 1 010672 дородов, вызывая испарение углеводородов при значительно более низких температурах, чем обычно. С помощью вакуума пары выводят через выхлопную трубу, которая может быть оснащена конденсатором или каталитическим преобразователем выхлопных газов.

В связи с необходимостью максимизировать перенос тепла к загрязненному субстрату, используя более низкие температуры, чем температуры горения, в патенте США № 6399851 описана установка для термической сепарации, где происходит нагревание загрязненного субстрата до температуры, при которой эффективно испаряются загрязнения из загрязненного субстрата, но которая ниже температуры горения. Как показано на фиг. 3 и 5 патента США № 6399851, установка для термической сепарации содержит подвешенную герметическую камеру экстракции или рабочую камеру, имеющую два желоба, расположенных по форме конфигурации почек и оборудованных вращающимися шнеками, которые продвигают субстрат через камеру экстракции, в то время как субстрат нагревают с наружной стороны, нагревая камеру экстракции.

В дополнение к применениям, описанным выше, специалистам данной области ясно, что восстановление адсорбированных углеводородов является существенным для использования в ряде отраслей промышленности. Например, способ с применением молотковой дробилки часто используют при восстановлении углеводородов из грунта. Однако постоянно возникает одна проблема, которая состоит в том, что восстановленные углеводороды, независимо от того получены ли они любым из описанных выше способов или еще каким-либо способом, могут подвергнуться деградации или в процессе самого способа восстановления, или при дальнейшем использовании восстановленных углеводородов.

Такая деградация может привести к едким запахам, снижению эксплуатационных качеств, обесцвечиванию и/или к другим факторам. Поэтому существует необходимость в способах и аппаратуре, способных улучшить свойства восстановленных углеводородов.

Сущность изобретения

Согласно изобретению создан способ обработки углеводородной текучей среды, извлеченной из твердого материала, включающий пропускание потока нагретого воздуха над твердым материалом для испарения углеводородов, находящихся в нем, пропускание потока нагретого воздуха, содержащего испаренные углеводороды, через первый конденсатор для образования углеводородной текучей среды, сбор углеводородной текучей среды и обработку углеводородной текучей среды эффективным количеством озона.

Способ может дополнительно включать повышение давления углеводородной текучей среды и озона.

Способ может дополнительно включать введение воздействия ультразвуком на углеводородную текучую среду и озон.

При прохождение потока нагретого воздуха, содержащего углеводороды, через первый конденсатор может образоваться охлажденный воздушный поток.

Способ может дополнительно включать пропускание охлажденного воздушного потока через второй конденсатор для удаления оставшихся углеводородов.

Согласно изобретению создан способ отделения углеводородных загрязнений от загрязненного твердого материала, включающий подачу загрязненного твердого материала в рабочую камеру, перемещение загрязненного твердого материала через рабочую камеру, нагревание загрязненного твердого материала путем наружного нагревания рабочей камеры для испарения углеводородных загрязнений из загрязненного твердого материала, удаление пара, образованного в результате нагревания и содержащего испаренные углеводородные загрязнения, сбор, конденсацию и восстановление испаренных углеводородных загрязнений, обработку испаренных углеводородных загрязнений эффективным количеством озона.

Для нагревании загрязненного твердого материала можно использовать топку.

Способ может дополнительно включать экранирование нагревания загрязненного твердого материала посредством использования теплозащитных экранов, расположенных между рабочей камерой и топкой.

Способ может дополнительно включать воздействие ультразвуком на углеводородную текучую среду и озон, гашение испаренных углеводородных загрязнений водой или удаление остаточных частиц вещества и капель воды из испаренных углеводородных загрязнений.

Согласно изобретению создана система для отделения углеводородных загрязнений от твердого материала, содержащая рабочую камеру, источник тепла, связанный с рабочей камерой и приспособленный для испарения углеводородных загрязнений, конденсатор, оперативно связанный с выходом из рабочей камеры и приспособленный для конденсации испаренных углеводородных загрязнений, и источник озона, связанный с конденсатором.

Система может дополнительно содержать рабочий лоток, приспособленный для введения в рабочую камеру и удаления из нее.

Система может дополнительно включать продувочный насос, соединенный со входом и выходом рабочей камеры и источником тепла и приспособленный для принудительного перемещения воздуха, нагретого источником тепла, в рабочую камеру через твердый материал, находящийся на рабочем лотке,

- 2 010672 при этом из принудительно перемещаемого нагретого воздуха испаряются углеводородные загрязнения.

Система может дополнительно включать отделение, приспособленное выдерживать температуры, создаваемые источником тепла, при этом рабочая камера поддерживается внутри отделения опорными колоннами, находящимися между рабочей камерой и нижней частью отделения, и источник тепла представляет собой систему сжигания, размещенную под рабочей камерой и предназначенную для нагревания субстрата, находящегося в рабочей камере.

Система может дополнительно включать по меньшей мере один теплозащитный экран, расположенный между рабочей камерой и системой сжигания, устройство для обработки пара, предназначенное для удаления пара из рабочей камеры или ультразвуковое устройство, связанное с конденсатором.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1а представляет кривую самописца, полученную при анализах необработанного образца углеводородной текучей среды посредством метода газовой хроматографии-массовой спектрометрии (ГХ/МС);

фиг. 1Ь - кривую самописца, полученную при ГХ/МС анализах обработанного образца углеводородной текучей среды, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2а - сканирование выделенных ионов необработанного образца углеводородной текучей среды;

фиг. 2Ь - сканирование выделенных ионов образца углеводородной текучей среды, обработанного в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 3 - устройство для обработки озоном в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание

Один или несколько аспектов настоящего изобретения относятся к способам и системе для обработки углеводородов, в частности к способам и системе, предназначенным для обработки углеводородов, которые были восстановлены из материалов грунтов.

Как было указано выше, ряд известных способов, касающихся восстановления углеводородов, адсорбированных обломками выбуренной породы, в настоящее время используют при производстве углеводородов. Хотя данная отрасль промышленности не ограничивает рамки настоящего изобретения, при описании вариантов осуществления изобретения, приведенных ниже, для облегчения понимания способ обсуждают в этом контексте. Вообще говоря, варианты осуществления настоящего изобретения могут быть применены к любой крекированной углеводородной текучей среде. Крекированная углеводородная текучая среда представляет собой такую текучую среду, где, по крайней мере, некоторые из высших алканов, присутствующих в текучей среде, были превращены в меньшие алканы и алкены.

Типичный известный способ восстановления углеводородов, который описан выше, включает в себя наружное нагревание материала, содержащего абсорбированные углеводороды, вызывающее испарение углеводородов. Выпаренные углеводороды затем извлекают, охлаждают и конденсируют.

В результате процесса нагревания часть восстановленной углеводородной текучей среды даже при низких температурах может оказаться деградированной. При использовании в настоящем описании термин «деградированные» просто означает, что по меньшей мере одно свойство углеводородной текучей среды ухудшено в сравнении с чистым образцом. Например, деградированная текучая среда может оказаться обесцвеченной, может иметь едкий запах или может обладать большей вязкостью. Восстановленные углеводороды, которые используют здесь, относятся к углеводородам, которые испаряли из твердого субстрата и конденсировали любым известным способом.

В первом варианте осуществления настоящее изобретение включает в себя осуществление контакта крекированной углеводородной текучей среды с потоком озона. Озон известен как окисляющий агент, и предыдущие исследования показали, что озон не взаимодействует с насыщенными соединениями, такими как алканы и насыщенные жирные кислоты. Также известно, что озон будет взаимодействовать с ненасыщенными соединениями, такими как алкены, ненасыщенные жирные кислоты, ненасыщенные сложные эфиры и ненасыщенные поверхностно-активные вещества. Было обнаружено, что пропуская озон через крекированные углеводороды, можно получить углеводородные текучие среды с улучшенными свойствами. В частности, обнаружено, что может произойти ослабление запаха и улучшение окрашивания. Ослабление запаха представляет значительный интерес вследствие возросшей возможности контроля присутствия загрязнений при производстве углеводородов.

Варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя осуществление контакта углеводородной текучей среды с эффективным количеством озона. Термин эффективное количество, который используют в настоящем описании, определяет собой количество, которое оказывается достаточным для улучшения требуемой характеристики (такой как запах или цвет) углеводородной текучей среды. Специалист среднего звена в данной области поймет, что понятие «эффективное количество» является функцией концентрации загрязнений и объема углеводородов, подвергаемых обработке.

Не привязываясь к какому-либо конкретному механизму, авторы настоящего изобретения полагают, что в настоящем изобретении осуществляется химическая реакция, известная как озонолиз. Меха- 3 010672 низм типичной реакции озонолиза, включающий алкен, показан ниже

Таким образом, в процессе реакции молекула озона (О₃) взаимодействует с двойной углеродуглеродной связью с образованием интермедиатного продукта, известного как озонид. Гидролиз озонида приводит к образованию карбонильных продуктов (например, альдегидов и кетонов). Следует заметить, что озонид является неустойчивым, взрывоопасным соединением, и поэтому необходимо проявлять осторожность для избежания аккумулирования больших накоплений озонида.

Была исследована эффективность озона в качестве агента исправления по крайней мере одной характеристики углеводородной текучей среды. В этом варианте осуществления использовали восстановленные углеводороды. Один пригодный источник восстановленных углеводородов описан в заявке на патент США № 10/412720, которая переуступлена правопреемнику настоящего изобретения. Заявка полностью включена в настоящий документ в виде ссылки.

Еще один пригодный источник восстановленных углеводородов описан в патенте США № 6658757, который переуступлен правопреемнику настоящего изобретения. Этот патент полностью включен в настоящий документ посредством ссылки. Эти два способа получения восстановленных углеводородов представляют собой просто примеры, и объем настоящего изобретения не ограничен источником углеводородной текучей среды, подвергаемой обработке.

В одном варианте осуществления образец, представляющий собой 500 мл восстановленного углеводорода, помещали в цилиндрический резервуар. Озон барботировали через цилиндрический резервуар со скоростью 8 г в день. Промышленные генераторы озона являются доступными, их поставляет множество оптовых фирм. Для этого конкретного варианта осуществления использовали генератор озона Ргохопе ΡΖ2-1, поставляемый Ргохопе 1п1егпа!юиа1 1пс. (ΗυηχΙνίΙΙο. АЬ). Верхнюю часть цилиндра оставляли открытой для доступа воздуха, для того чтобы избежать накопления озонида. Однако для непрерывного продувания озонида может быть также использован вакуумный продувочный насос. В этом варианте осуществления было обнаружено, что при осуществлении контакта озона с восстановленными углеводородами в течение 48 ч наблюдалось существенное улучшение цвета и запаха восстановленных углеводородов. Для построения базовой линии через образец аналогичного размера восстановленного углеводорода барботировали воздух в течение аналогичного временного периода.

После 48 ч эти два образца анализировали с помощью ГХ/МС. На фиг. 1а и 1Ь показаны полученные результаты. На фиг. 1а показано ГХ/МС сканирование для восстановленного углеводорода, через который барботировали воздух, тогда как на фиг. 1Ь представлено ГХ/МС сканирование для восстановленного углеводорода, обработанного озоном. Изучение результатов сканирования обнаруживает, что записанные кривые очень похожи. Этого можно было ожидать, так как данные образцы содержали, главным образом, насыщенные углеводороды, которые не взаимодействуют с озоном.

Из фиг. 2а и 2Ь, на которых показано сканирование извлеченных ионов (т. е. второй МС анализ) для двух образцов, однако, следует, что озонирование влияет на восстановленные углеводороды. На фиг. 2а (необработанный образец) присутствуют большие количества ксилола (снимок 1) и производных бензола (снимок 2). Однако на фиг. 2Ь (обработанный образец) эти пики отсутствуют, что указывает на то, что озон селективно атаковал двойные углерод-углеродные связи, присутствующие в этих молекулах. В противоположность снимки 3 на фиг. 2а и 2Ь показывают, что насыщенный углеводород С11Н24 после реакции озонолиза остается без изменений. Снижение количества ненасыщенных углеводородов ведет к улучшению рабочих характеристик, запаха и цвета восстановленной углеводородной текучей среды.

Для дальнейшего понимания химии реакционного процесса необработанная текучая среда (т. е. восстановленный углеводород контактирует только с воздухом) и обработанная текучая среда были тестированы с помощью метода ГХ/МС на присутствие парафинов, изопарафинов, ароматических соединений, нафтенов, олефинов, альдегидов, кетонов, и кислот (последние три соединения объединяют под общим названием другие соединения). Полученные результаты суммированы в таблице, приведенной ниже.

- 4 010672

Таблица 1 Данные ГХ/МС при сравнении обработанной текучей среды и необработанной текучей среды

Соединение	Необработанная текучая среда	Обработанная текучая среда
Парафин	20,69%	21,71%
Изопарафин	27,56%	32,14%
Ароматические соединения	13,27%	10,67%
Нафтены	23,48%	16,57%
Олефины	2,97%	3,69%
Другие соединения	11,94%	15,22%

Приведенная выше таблица иллюстрирует то, что озон атакует ненасыщенные ароматические соединения и нафтены, снижая их концентрацию в обработанной текучей среде. Эти образцы также содержат незначительные количества олефинов. Хотя анализ не обнаружил снижения концентрации олефинов, это, по всей вероятности, обусловлено внутренней ошибкой анализа.

Для увеличения реактивности озона в способ может быть внесен ряд изменений. Например, давление в реакционном сосуде может быть слегка повышено для увеличения растворимости озона в углеводородной текучей среде. Предпочтительный интервал изменения давления может составлять 7-8 фунт/кв. дюйм, но специалист среднего звена в данной области поймет, что в зависимости от типа применения могут быть использованы и более высокие давления. Кроме того, так как полагают, что реакцию озонолиза определяет площадь поверхности озоновых пузырьков, то для уменьшения размеров отдельных озоновых пузырьков могут быть использованы системы разрушения ультразвуком, что приводит к увеличению поверхности контакта, а это, в свою очередь, увеличивает скорость реакции озонолиза. Еще один способ улучшения контакта состоит в использовании для текучей среды длинных узких колонн и пропускании озона через такую колонну.

Удаление органических веществ, содержащих хлор или микроорганизмы, может быть выполнено посредством эффекта кавернообразования, используя ультразвук и закачивание озона, пероксидов и/или катализаторов, выбранных из ЕР-900401407 (1па ЗйокиЫи Кодуо), ЕР-920035473 (КиЬо1а Согр.), ЕР920035472 (КиЬо1а Согр.) и ЕР-920035896 (КиЬо!а Согр.). Кроме того, сообщали о совместном использовании ультразвука и озона или ультразвука в отсутствии озона при обработке грязевого отстоя сточных вод. Таким образом, полагают, что сочетание озона с ультразвуком (низкочастотным или высокочастотным) может принести дополнительную пользу описанному здесь способу обработки. Например, резервуар с барботером для озона и ультразвуковым источником может обеспечить усовершенствованную обработку восстановленной нефти. Или же поточный способ, использующий непрерывный поток (или параллельное течение, или противоток), в котором применяют ультразвук, также рассматривают как включенный в рамки настоящего изобретения.

В зависимости от конкретного количества жидких углеводородов, подвергаемых обработке, может быть использовано подобранное количество озона в день. Кроме того, способы и аппаратура по настоящему изобретению могут быть использованы в форме периодического процесса, при котором баррели углеводородных текучих сред транспортируют в другое место для обработки озоном, или они могут быть использованы при непрерывном процессе восстановления, когда озон добавляют в процессе восстановления. При таком положении специалист среднего звена в данной области поймет, что непрерывное восстановление может быть применено или в способе, описанном в заявке на патент США № 10/412720, или в способе, описанном в патенте США № 6658757.

Фиг. 3 иллюстрирует систему в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 3 показан вариант осуществления системы 90 для улучшения характеристик углеводородов, восстановленных из обломков 100 породы, выбуренной из ствола скважины. В данном варианте обломки 100 выбуренной породы, загрязненные, например, буровым раствором на углеводородной основе и/или углеводородами из ствола скважины (не показан), транспортируют к поверхности потоком бурового раствора, возвращающегося из пробуренного ствола скважины (не показан). Загрязненные обломки 100 выбуренной породы осаждают на рабочем лотке 102. А в некоторых вариантах осуществления обломки 100 выбуренной породы могут транспортировать к рабочему лотку 102 по трубам (не показаны) вместе с возвращаемым буровым раствором. В других вариантах осуществления обломки 100 выбуренной породы, например, могут быть переработаны на винтовых конвейерах или ленточных конвейерах (не показаны) перед осаждением на рабочем лотке 102. Рабочий лоток 102 затем перемещают в рабочую камеру 103 с помощью, например, вилочного погрузчика (отдельно на фиг. 3 не показан). Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения рабочий лоток 102 могут вкатывать в рабочую камеру 103 на системе роликов и выкатывать из нее.

В других вариантах осуществления рабочий лоток 102 могут вертикально перемещать внутрь рабо- 5 010672 чей камеры 103 и из нее с помощью, например, гидроцилиндров. Соответственно, не предполагают накладывать ограничения на механизм, с помощью которого рабочий лоток 102 перемещают относительно рабочей камеры 103. Более того, некоторые варианты осуществления устройства 90 могут включать в себя множество рабочих камер 103 и/или множество рабочих лотков 102. Другие варианты осуществления, такие как вариант осуществления, показанный на фиг. 3, включают в себя единственную систему, состоящую из рабочего лотка 102 и рабочей камеры 103. Более того, количество рабочих лотков 102 и рабочих камер 103 может быть различным.

Рабочая камера 103 в некоторых вариантах осуществления имеет гидравлически активируемую крышку люка (не показана), приспособленную для открытия и закрытия рабочей камеры 103, предоставляя возможность введения или выведения рабочего лотка 102. После того как рабочий лоток 102 ввели в рабочую камеру 103, гидравлически активируемая крышка люка (не показана) может быть закрыта, чтобы герметизировать рабочую камеру 103 и образовать замкнутую производственную среду. Крышка люка (не показана) затем может быть открыта, чтобы рабочий лоток 102 мог быть выведен.

После помещения рабочего лотка 102 в рабочей камере 103 нагретый воздух, который нагревали с помощью нагревательного блока 112 (который может представлять собой, например, пропановую горелку, электронагреватель или аналогичное нагревательное устройство), принудительно пропускают через загрязненные обломки 100 выбуренной породы для испарения адсорбированных ими или соединенных с ними углеводородов и других летучих веществ. Нагретый воздух поступает в рабочую камеру 103, например, через входной канал 120, трубу или аналогичное устройство, известное в данной области техники. Нагретый воздух, который может быть нагрет например, до приблизительно 400°Е, принудительно пропускают через рабочий лоток 102, например, с помощью продувочного насоса (не показан).

Однако в некоторых вариантах осуществления продузочный насос может не понадобиться, если давление в системе циркуляции воздуха поддерживают на подобранном уровне, достаточном для обеспечения принудительной циркуляции нагретого воздуха через загрязненные обломки 100 выбуренной породы. Когда нагретый воздух принудительно пропускают через рабочий лоток 102, воздух испаряет углеводороды и другие летучие компоненты, которые связаны с обломками 100 выбуренной породы. Обогащенный углеводородами воздух затем покидает нижнюю часть рабочей камеры 103 через, например, выходной трубопровод 122 и проходит через модуль 108 рекуперации теплоты. В модуле 108 рекуперации теплоты какая-то часть тепла от воздуха, обогащенного углеводородами, возвращается, и возвращенное тепло используют, например, для нагревания дополнительного количества воздуха, не содержащего углеводородов, который затем может быть направлен на повторную циркуляцию через входной трубопровод 120 в рабочую камеру 103. Некоторые углеводороды, вода, и другие загрязнения из загрязненных обломков 100 выбуренной породы могут быть сразу ожижены в результате принудительного движения воздуха. Эти ожиженные углеводороды, вода и/или другие загрязнения вытекают из рабочей камеры 103 через выходной трубопровод 106 камеры обработки.

После прохождения модуля 108 рекуперации теплоты воздух, обогащенный углеводородами, пропускают через ряд фильтров 124, приспособленных для удаления из воздуха веществ в виде частиц. Воздух, обогащенный углеводородами, затем пропускают через вход 126 первого конденсатора 110. Заметим, что вход 126 первого конденсатора 110 обычно функционирует в вакууме для управления потоком воздуха, обогащенного углеводородами. Вакуум на входе 126 может быть получен, например, с помощью вакуумного насоса (не показан отдельно на фиг. 3).

Первый конденсатор 110 дополнительно содержит охлаждающий змеевик (не показан отдельно на фиг. 3), приспособленный для конденсации испаренных углеводородов (и, например, водяного пара и/или других загрязнений) из обогащенного углеводородами воздуха. Ожиженные углеводороды и загрязнения затем удаляют, например, через выход 128 конденсатора, который транспортирует ожиженные углеводороды и загрязнения в сепаратор 116, отделяющий воду от нефти. Аппаратура 90 может также включать в себя, например, насосы (не показаны), которые могут помогать течению ожиженных углеводородов и загрязнений от выхода 128 конденсатора к сепаратору 116, отделяющему воду от нефти.

После прохождения через первый конденсатор 110 охлажденный воздух проходит через второй ряд фильтров и охлаждающих змеевиков 130 во второй конденсатор 111, который работает при атмосферном давлении или давлении, близком к атмосферному. Во втором конденсаторе 111 давление воздушного потока, имеющего давление окружающей среды, повышают и любой дополнительный конденсат удаляют из технологического потока через выходной трубопровод 132, который перемещает дополнительный конденсат к сепаратору 116, отделяющему воду от нефти.

Генератор озона 142 связан с сепаратором 116, отделяющим воду от нефти. Генератор озона 142 монтируют так, чтобы обеспечить сепаратор 116, отделяющий воду от нефти, подобранным количеством озона (обычно подбирают в граммах в день). В предпочтительном варианте осуществления отделяющий воду от нефти сепаратор 116 содержит длинные узкие колонны, что увеличивает поверхность контакта озона. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления система разрушения ультразвуком (не показана отдельно) соединена с отделяющим воду от нефти сепаратором 116 для увеличения поверхности контакта озона. Дополнительно в некоторых других вариантах осуществления сепаратор 116, отделяющий воду от нефти, может находиться под давлением для увеличения количества озона, которое может быть

- 6 010672 растворено в системе. Сепаратор 116 для отделения воды от нефти, кроме того, может содержать отводной канал 144, чтобы предоставить возможность накопленным газам выйти из системы, или, например, может быть присоединен к вакуумному продувочному насосу. Таким образом, специалист среднего звена в данной области поймет, что хотя в приведенном выше варианте осуществления описывают систему с большим числом конденсаторов, в некоторых вариантах осуществления рассматривают использование только одного конденсатора. Таким образом, специалист среднего звена в данной области поймет, что озоновый генератор эффективно связан с восстановленной углеводородной текучей средой, и что такое эффективное соединение может иметь место во множестве способов.

В альтернативном варианте осуществления загрязненный материал (т.е. грунты, содержащие адсорбированные углеводороды) сначала могут быть отсортированы для удаления камней, кусков породы и других отходов и затем помешены в загрузочную воронку. Загрязненный материал может быть подан сразу в загрузочную воронку или подан с помощью горизонтального ленточного конвейера из загрузочной воронки в дробилку. Из дробилки загрязненный материал выгружают на наклонный ленточный конвейер для доставки в загрузочную воронку, которая направляет загрязненный материал к воздухозапорным клапанам с поворотными лопатками.

После прохождения через воздухозапорные клапаны загрязненный субстрат поступает в камеру экстракции (называемую также рабочей камерой), и его перемещают через камеру экстракции с помощью непрерывной винтовой лопасти (шнека). Когда загрязненный материал перемещают через камеру экстракции, загрязненный материал нагревают с наружной стороны, используя систему сжигания, которая подает тепло к камере экстракции от горелки, находящейся снаружи под камерой экстракции. Загрязненный субстрат остается физически отделенным стальным каркасом камеры экстракции от системы сжигания.

Отделение, называемое топкой, вмещает в себя и систему горелок сжигания. Что не было упомянуто выше, топка производит тепло посредством сжигания коммерчески доступных видов топлива. Количество тепла может варьировать, так что температуру загрязненного субстрата повышают до точки, при которой происходит испарение загрязнений из загрязненного материала.

Обработанный субстрат затем пропускают через поворотный воздухозапорный клапан в конце камеры экстракции, делая его доступным для повторного увлажнения и повторного введения в операционную среду. Испаренные загрязнения выводят из камеры экстракции и направляют в систему обработки пара.

Испаренные вода и загрязнения, полученные в камере экстракции, теперь являются объектом обработки системы паровой/газовой конденсации и очистки для сбора и восстановления загрязнений в жидкой форме. Для последующей обработки текучей среды генератор озона могут эффективно соединить с загрязнениями, которые содержат углеводородные текучие среды. Система паровой/газовой конденсации и очистки предпочтительно включает в себя множество стадий. Г орячие пары/газы, испаренные в камере экстракции, охлаждают в тушильном коллекторе посредством непосредственного контакта с распыляемой водой, а воду, необходимую для процесса тушения, подают через распылительные насадки, расположенные с регулярными интервалами на всем протяжении тушильного коллектора.

Паровой/газовый поток направляют через один или несколько ловушек для удаления остаточного вещества в виде частиц и больших капель воды. Поток пара подвергают удару водяной струи для дальнейшего удаления веществ в виде более мелких частиц и более маленьких капель воды. Относительно сухой паровой/газовый поток неконденсирующихся газов подвергают действию одного или нескольких брызгоуловителей для удаления аэрозолей.

Паровой/газовый поток могут пропустить через высокоэффективную систему фильтрации воздуха для удаления субмикронных капель тумана или частиц, еще остающихся в паровом/газовом потоке.

Стеклянные среды могут быть использованы в системе фильтров для фильтрования веществ, например микролит; сами по себе фильтры удаляют жидкую дымку до уровня 0,05 мкм. В конечном счете паровой/газовый поток может быть подвергнут окончательной чистке, проходя через ряд слоев, абсорбирующих углерод, с последующим его удалением в атмосферу или возвращением в горелки системы сжигания. В рассмотренных выше вариантах осуществления генератор озона может быть присоединен в ряде мест, но чтобы уменьшить возможность взрыва, его предпочтительно следует присоединять таким образом, чтобы избежать существенного нагревания озонида, образующегося в процессе реакции озонолиза.

Скорость (т.е. количество озона, потребляемого в день) может изменяться в зависимости от конкретного применения с целью оптимизации обработки восстановленных углеводородных текучих сред. Кроме того, время реакции (т.е. временной интервал, в течение которого углеводородные текучие среды подвергаются воздействию озона) может меняться в зависимости от конкретного применения. Более того, степень прохождения реакции (т.е. количество разорванных двойных связей) может варьировать в зависимости от количества элементов деградации, которое имело место, и требуемых конечных характеристик углеводородной текучей среды. Преимущественно варианты осуществления настоящего изобретения предлагают улучшение по крайней мере одной характеристики крекированной углеводородной текучей среды.

Хотя изобретение было описано, опираясь на ограниченное количество вариантов осуществления,

- 7 010672 специалисты в данной области при наличии данного описания поймут, что могут быть предложены другие варианты осуществления, которые не выходят за рамки данного изобретения, которое было описано в настоящем документе. Соответственно, объем изобретения может быть ограничен только прилагаемой формулой изобретения.

Claims (18)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ обработки углеводородной текучей среды, извлеченной из твердого материала, включающий пропускание потока нагретого воздуха над твердым материалом для испарения углеводородов, находящихся в нем, пропускание потока нагретого воздуха, содержащего испаренные углеводороды, через первый конденсатор для образования углеводородной текучей среды, сбор углеводородной текучей среды и обработку углеводородной текучей среды эффективным количеством озона.
2. 2. Способ по п.1, дополнительно включающий повышение давления углеводородной текучей среды и озона.
3. 3. Способ по п.1, дополнительно включающий введение воздействия ультразвуком на углеводородную текучую среду и озон.
4. 4. Способ по п.1, в котором при прохождение потока нагретого воздуха, содержащего углеводороды, через первый конденсатор образуется охлажденный воздушный поток.
5. 5. Способ по п.4, дополнительно включающий пропускание охлажденного воздушного потока через второй конденсатор для удаления оставшихся углеводородов.
6. 6. Способ отделения углеводородных загрязнений от загрязненного твердого материала, включающий подачу загрязненного твердого материала в рабочую камеру, перемещение загрязненного твердого материала через рабочую камеру, нагревание загрязненного твердого материала путем наружного нагревания рабочей камеры для испарения углеводородных загрязнений из загрязненного твердого материала, удаление пара, образованного в результате нагревания и содержащего испаренные углеводородные загрязнения, сбор, конденсацию и восстановление испаренных углеводородных загрязнений, обработку испаренных углеводородных загрязнений эффективным количеством озона.
7. 7. Способ по п.6, в котором для нагревания загрязненного твердого материала используют топку.
8. 8. Способ по п.7, дополнительно включающий экранирование нагревания загрязненного твердого материала посредством использования теплозащитных экранов, расположенных между рабочей камерой и топкой.
9. 9. Способ по п.6, дополнительно включающий воздействие ультразвуком на углеводородную текучую среду и озон.
10. 10. Способ по п.6, дополнительно включающий гашение испаренных углеводородных загрязнений водой.
11. 11. Способ по п.6, дополнительно включающий удаление остаточных частиц вещества и капель воды из испаренных углеводородных загрязнений.
12. 12. Система для отделения углеводородных загрязнений от твердого материала, содержащая рабочую камеру, источник тепла, связанный с рабочей камерой и приспособленный для испарения углеводородных загрязнений, конденсатор, оперативно связанный с выходом из рабочей камеры и приспособленный для конденсации испаренных углеводородных загрязнений, и источник озона, связанный с конденсатором.
13. 13. Система по п.12, дополнительно содержащая рабочий лоток, приспособленный для введения в рабочую камеру и удаления из нее.
14. 14. Система по п.13, дополнительно включающая продувочный насос, соединенный со входом и выходом рабочей камеры и источником тепла и приспособленный для принудительного перемещения воздуха, нагретого источником тепла, в рабочую камеру через твердый материал, находящийся на рабочем лотке, при этом из принудительно перемещаемого нагретого воздуха испаряются углеводородные загрязнения.
15. 15. Система по п.12, дополнительно включающая отделение, приспособленное выдерживать температуры, создаваемые источником тепла, при этом рабочая камера поддерживается внутри отделения опорными колоннами, находящимися между рабочей камерой и нижней частью отделения, и источник тепла представляет собой систему сжигания, размещенную под рабочей камерой и предназначенную для нагревания субстрата, находящегося в рабочей камере.
16. 16. Система по п.12, дополнительно включающая по меньшей мере один теплозащитный экран, расположенный между рабочей камерой и системой сжигания.
17. 17. Система по п.12, дополнительно включающая устройство для обработки пара, предназначенное для удаления пара из рабочей камеры.
18. 18. Система по п.12, дополнительно включающая ультразвуковое устройство, связанное с конденсатором.