NO155832B - Fremgangsmaate til utvinning av olje fra slam bestaaende av finfordelte uorganiske og/eller organiske partikler og olje og vann eller andre fordampbare vaesker. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til separering av olje, vann og andre fordampbare væsker fra boreslam, blekejord, slamavfall fra oljetanker, oljeskifer o.l.

Problemet med utvinning av olje fra oljebasert boreslam er fremkommet ved at det i den senere tid er blitt mer og mer aktuelt å bruke slikt slam i motsetning til vannbasert boreslam. Dette har sammenheng med betydelig boretekniske fordeler ved så vel lete- som produksjonsboring av olje-brønner både fra land- og offshorebaserte boreoperasjoner.

på grunn av oljeinnholdet i slammet som returnerer fra bore-hullet kan det ikke deponeres fritt i naturen, skal dette skje, stilles det meget strenge krav til behandlingen av slammet for fjerning av oljen i dette.

Det er særlig den finkornede delen av boreslammet som er problematisk. Den grovkornede delen siktes ut på vibrerende sikter og kan vaskes før den dumpes eller oljerester kan brennes av. I dag er det stort sett denne metoden som blir benyttet på installasjoner i Nordsjøen.

Den finkornede delen som kommer fra vibrasjonssiktene eller fra vaskeprosessen blir vanligvis behandlet i sentrifuger (decanters) eller hydrosykloner (hydroclones), hvor en opp-når at endel olje og vann skilles ut av slammet.

Den resterende del av oljen er sterkt bundet til slammet gjennom kapillarkrefter, overflatespenningen og polare bind-inger og er bakgrunnen til at det ikke finnes noen tilfreds-stillende måte til å behandle slammet på.

Ved destillasjonsforsøk av to typer slam, den ene som hovedsakelig besto av såkalt borekaks med finfordeling fra 1000 n og nedover, og den andre som besto så og si utelukk-ende av bayritt med en finfordeling fra 15 |a og nedover, viste seg at det skulle overraskende høye temperaturer til å drive oljen ut av slammet. På grunn av de nevnte krefte oppstår en kokepunktsforhøyelse på mellom 100 og 200°C. Når en derfor vil drive ut oljen av slammet ved hjelp av oppvarm-på kjente måter i destillasjonsanlegg, kreves så høye temperaturer at endel oljeprodukter spaltes og det oppstår nye

hydrokarboner.

Disse forhold blir klart beskrevet i norsk patentsøknad

nr. 771423. Det refereres her til US-patent nr. 3 393 951 hvor boreslam som transporteres med et transportbelte blir utsatt for infrarød bestråling før slammet kan dumpes i sjøen. På grunn av temperaturforholdene har metoden ikke funnet praktisk anvendelse, og oljen i slammet kan heller ikke gjenvinnes slik at denne kan resirkuleres.

Det samme forhold er tilstede for US-patent nr. 2 266 586, hvor en foruten å benytte gassbrennere også spyler slammet med vann. Det kan i tillegg til den som er nevnt ovenfor, nevnes at vannet som benyttes til forvasking av slammet, også må renses og dessuten fører til økt energiforbruk for den senere oppvarming.

US-patent nr. 3 658 015 vedrører en forbrenningsovn, hvor det bare benyttes en ren avbrenning av oljen i slammet. Metoden vil riktignok rense slammet tilstrekkelig for deponering i naturen, men den gjenvinner ikke oljen for resirku-lering i slamtilberedningen. På grunn av eksplosjonsfaren har den heller ikke funnet noe anvendelse på oljeinstalla-sjoner. Det kan videre nevnes at en også er nødt til å til-føre energi for å få avbrent oljen i slammet og således skiller denne metoden seg ikke fra det som er kjent fra vanlige gjennomfyringstørker.

US-patent nr. 3 860 091 vedrører en mekanisk måte til å rense slammet. Metoden går ut på å benytte separatorer for å få fjernet så mye olje som mulig og deretter fjerne resten med et vaskemiddel. Metoden er anvendbar, men svært kostbar i bruk på grunn av forbruket av vaskemidlet. Den fører heller ikke til noen gjenvinning av restoljen etter sentrifugeringen som respresenterer det virkelige problemet på grunn av de ovennevnte kapilarkreftene.

I ovennevnte norske patentsøknad nr. 771423 angis en metode til fordamping av oljen i slammet som føres gjennom en skruetransportør, som ble oppvarmet med elektriske motstands-elementer og/eller med et varmeoverføringsfluidum, som igjen varmes opp ved hjelp av elektrisk betjente hjelpevarme-vekslere.

Denne metode adskiller seg fra fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen først og fremst ved at den tilfører varmen ved hjelp av varmeoverføringsmekanismer og at dette foregår på en slik måte at de foran nevnte kapilarkreftene ikke brytes ned. Som nevnt fører dette til at det må svært høye temperaturer til for å få presset oljen ut av slammet. Temperaturen er oppgitt til ca. 260-360°C, og stemmer godt med de forsøk som ble avklart under utviklingen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Dette fører til samme problemer som er nevnt som meget viktige, nemlig at en ikke unngår en oksy-dering eller spalting av avgassen, slik at nye forbindelser ikke kan oppstå. Dette forsøkes avhjulpet i henhold til ovennevnte metode ved at det er helt nødvendig å benytte en nøytralgas i forbindelse med prosessen. Det nevnes også at det er en forutsetning for at metoden skal fungere at all oksygen eller oksyderende gasser omhyggelig utelukkes i det tidsrom slammet oppvarmes i beholderen. Forsøk som oppfinneren selv har gjort, bekrefter dette.

Etter fordampingen føres avgassen til en kondensator som kondenserer oljegassene ved hjelp av direkte overspyling med vann. Dette skiller seg helt klart fra fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ved at det her benyttes kald olje som kondensasjonsmedium. Ved bruk av vann får en nemlig et betydelig separeringsproblem av vann/oljekondensatet, hvor en aldri kan garantere at det utskilte vannet er fritt for olje.

Da en ved oljebasert slam bestreber seg på å bruke hydrokarboner som er lite giftige (Kero, Somentor 31, TSD 2803 eller TSD 2832), er det i tillegg til eksplosjonsfare, materialproblemer i selve anlegget og nedsoting, svært uheldig at det oppstår spaltingsprodukter som en ikke har kontroll over med hensyn til helsefaren. Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å redusere dette problemet.

Det skulle antas at hvis en destillerte ut oljen av slammet under vakuum, vil en oppnå tilstrekkelig lave koketemperaturer. Forsøk har vist at heller ikke vakuumdestillasjon gir lave nok temperaturer.

Ved nåværende kjente destillasjonsmetoder, bl.a. av de som

er nevnt ovenfor, må en opp i koketemperaturer på ca. 350°C for å drive ut tilstrekkelig olje av mineralene.

Ved studier av kokeprosessen under destillasjonsforsøk ble

det funnet at omrøring, overflatespenningene overvinnes og de polare krefter mellom molekylene forhindres ved at det oppstår så hurtig ved relativ bevegelse mellom molekylene at disse forhindres i å binde seg til hverandre. Ved foreliggende oppfinnelse er det disse forhold som utnyttes. Hele energien til destillasjonsprosessen tilføres i form av omrøring av slammet, hvorved varmen til kokingen da oppstår som indre friksjon i massen. PÅ grunn av frigjøring av vannet sammen med oljen har en oppnådd at koketemperaturen for en aktuell oljetype (Somentor 31) ligger 188°C lavere enn ved tilsvarende koking i retorte. Dette tilsier at partialtrykket for oljen utgjør ca. 50% av totaltrykket i gassblandingen.

Oppfinnelsen vedrører følgelig en fremgangsmåte ved destil-lering til separering av olje i vann og andre fordampbare væsker fra boreslam, blekejord, slamavfall fra oljetanker, oljeskifer o.l. ved fordampning i en nøytral atmosfære, idet fremgangsmåten erkarakterisert vedat slammet bringes til fordampning med en lavere temperatur enn ved normal fordampning ved at kapillarkref tene som binder de enkelte fraksjonene i porene i slammet, brytes ned i en friksjonsfordamper.

Med nøytral atmosfære forstås ikke en"inert" atmosfære, da en slik atmosfære ikke trenges. Atmosfæren kan bestå av en gass-blanding av hydrokarboner og vanndamp.

Slammet piskes og knuses av slagarmer drevet av en roterende kraftkilde, f.eks. en elektro- eller forbrenningsmotor, og dette fører til at det samtidig skjer en fordampning av så vel krystallvann som fritt vann i slammet, slik at oljedampens (dampen fra andre væsker) partialtrykk i tillegg til vannets partialtrykk tilsammen utgjør totaltrykket i gassblandingen med derav følgende reduksjon av fordampningstemperaturen for hele gassblandingen tilsvarende fordampningstemperaturen for oljens partialtrykk, og energien tilføres slammet fra kraftkilden som friksjonsvarme på grunn av friksjon mellom partiklene i slammet og mellom disse og slagarmene.

Videre omfatter oppfinnelsen bortføring av kondensjonsvarmen.

Det benyttes en blandingskondensator av vanlig type eller ejektortype. Det nye ligger i at avkjølt kondensat anvendes som kjølemedium. Foruten at dette reduserer separasjons-problemene med olje og vann gir dette en løsning som ikke er ømfintlig for støvforurensning og dessuten forhindrer eventuell forurensing av kjølevannet.

I tillegg til dette kan mesteparten av varmen i det tørkede slam gjenvinnes for forvarming av det ikke behandlede slammet slik at den termiske virkningsgraden øker betraktelig.

For å få bekreftet fremgangsmåten,spesielt om antagelsen

om temperaturreduksjonen, inntraff som antatt, ble det bygget et prøveanlegg på 4 5 kW. Dette besto av en fordampnings-trommel med diameter 550 og lengde 600 mm, hvori det var anbragt en rotor med påmonterte slagarmer med ca. 10 mm klaring til trommelveggen. Rotoren ble drevet av en 4 5 kW synkronmotor, hvor det på inntaksledningene var anordnet et ampermeter som målte strømstyrken. Omdreiingen på

rotoren var ca. 2000 opm. På toppen av trommelen som var anbragt horisontalt, var det montert et avgassrør som ledet til en kondensator, og et rør for innmating av slam. Oljen som benyttes i boreslammet har forskjellige fraksjoner som fordamper ved forskjellige temperaturer. Dette ble tydelig vist under forsøkene. Temperaturen steg raskt til ca. 42°C og holdt seg der i noen få minutter til denne fraksjonen var fortrengt, deretter steg den noen grader for igjen å holde seg konstant ved denne temperatur til fraksjonen var fordampet. Slik fortsatte temperaturen å stige i ca. 7 tempe-raturnivåer, mens det ble utskilt olje fra de kondenserte gassene. Grunnen til at en ikke fikk noen temperatur-stigning ved de forskjellige temperaturnivåene før fraksjonene vare fordampet, skyldes at den tilførte energien i sin helhet gikk med til fordamping av oljen.

Når temperaturen hadde nådd 172°C, fremkom en gradvis økning uten ytterligere markerte temperaturtrinn eller oljedamp.

Det tørkede slam forelå i finfordelt pulverform med en lys farge i motsetning til råstoffet som var sort. Fargen og konsistensen av det tørkede slammet var det samme for så vel borekaks som for oljebayritt.

Fra forsøkene oppnådde en følgende resultater:

1. Råprøve 16% olje.

2.Råprøve 13,9% olje.

Prøve 021084 172°C.

1. Prøve 0% olje.

2. Prøve 3,6% olje.

Prøve 031084 160°C.

1. Prøve 3,5%.

Prøve 041084 150°C.

1. Prøve 3,6% olje.

Prøve 041084 160°C.

1. Prøve 2,45% olje.

Prøve 031084 172°C.

1. Prøve 1,8% olje.

Grunnen til variasjonene i resultatene kommer både av unøy-aktighet i målemetoden og at prøvene ikke var helt homogene.

Fremgangsmåten skal beskrives nærmere under henvisning til tegningens figur 1.

Slam fra slamtanken 12 mates via en regulerbar pumpe 9 til en fordamper som er basert på friksjonsprinsippet og derfor kalt friksjonsfordamper. her vil slammet koke og dampen går via støvutskillerenheten, her representert ved en ventilator 2 og en syklon 3, til blandingskondensatoren 4.

Det tørre slammet som her opptrer som fluidisert pulver, mates ut via reguleringsventil 10 fri for olje. Fra uttaket 10 kan det tørkede og varme slammet føres gjennom en varmeveksler 14, hvor det avgir varmen til hetolje fra en pumpe 15 og som pumper den oppvarmede oljen til en varmeveksler 16 i tanken 12 og dermed forvarmer det ubebehandlede slammet.

For videre deponering av det tørkede slammet som foreligger i pulverform kan dette støpes ut i briketter tilsatt vanlig sement. Fordelen med dette at en får redusert volumet og dermed overflaten på pulveret slik at faren for frigjøring av barium fra bayritten (BaSO^), bir sterkt redusert ved deponering i naturen. Brikettene som kan være kubiske, sylindriske e.l., fører ellers til at pulveret overføres til en letthåndterlig form som kan deponeres i egnede fyllinger o.l.

I blandingskondensatoren 4 kondenseres oljedampen ved hjelp av avkjølt olje fra oljetanken 6 som tilføres blandingskondensatoren 4 ved hjelp av en sirkulasjonspumpe 7.

Oljen fra kondensatoren 4 avkjøles i en varmeveksler 5 før den returnerer til oljetanken 6. Bortføringen av varmen i varmeutveksleren 5 skjer ved hjelp av tilgjengelig, kjølevann som tilføres ved hjelp av kjølevannspumpen 8.

Dersom kokeprosessen skal gjennomføres under vakuum for ytterligere reduksjon av koketemperaturen, må en enten anvende strålekondensator eller la avgassingen fra kondensatoren skje via en vakuumpumpe.

Friksjonsfordamperen 1 skal beskrives under henvisning til tegningens figur 2.

Friksjonsfordamperen består av en delbar sylindrisk beholder

1 som innvendig er beslått med langsgående sliteribber 2. Inne i beholderen 1 roterer en rotor bestående av driv-akselen 3, rotorskivene 5 og slagarmene 4.

Slagarmene 4 er utført som kjent fra vanlige hammermøller, men er her utført med større bredde for å unngå unødig opp-maling av slampartiklene.

Når rotoren roterer (med 1500/1400 opm) ved hjelp av en elektromotor, vil slammet slynges ut mot sylinderveggen og danne en roterende ring med stor indre friksjon mellom partiklene. Energien tilføres således ved friksjonen mellom partiklene og mellom disse og slagarmene. Det bemerkes at slammet ikke kommer i berøring med rotorplatene, hvorpå slagarmene er påmontert. Det er også dette prinsippet som gjør det mulig å knuse, ned andre oljeholdige mineraler, så som oljeskifer, og få utskilt oljen fra denne.

Energien fra elektromotoren overføres til slammet som friksjonsvarme.

Slammet tilføres gjennom en stuss 6 i beholderens ene ende-vegg. Ved kontinuerlig tilførsel av boreslam, fordamper dette så fort i friksjonsfordamperen at den roterende ringen i beholderen hovedsakelig består av fluidisert tørt pulver. Dette kan da lett tappes kontinuerlig ut ved den andre ende-veggen i beholderen via reguleringsventilen 7, som fortrinns-vis styres av temperaturen 6 på avdampen.

Dampen som frigjøres, strømmes mot rotorens sentrum og støvet i dampen skilles temmelig effektivt ut på grunn av syklon-virkning, mens den forholdsvis rene dampen forlater for-damperen gjennom avdampstussen 8.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til separering av olje, vann og andre fordampbare væsker fra boreslam, blekejord, slamavfall fra oljetanker, oljeskifer o.l. ved fordampning i en nøytral atmosfære, karakterisert vedat slammet bringes til fordampning ved en lavere temperatur enn ved normal fordampning ved at kapillarkreftene som binder de enkelte fraksjonene i porene i slammet, brytes ned i en friksjonsfordamper.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat dampen som kommer fra friksjonsfordamperen kondenseres med avkjølt kondensat av samme type hydrokarbonvæske som dampen består av og/ eller for en av hydrokarbonvæskene dersom dampen består av en blanding av flere typer hydrokarbonvæsker.