NO164077B - Fremgangsmaate ved behandling av fast materiale for fjerning av avdampbare stoffer derfra. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved behandling av fast materiale for fjerning av avdampbare stoffer derfra, innbefattende en termisk separasjonsprosess hvor det faste materiale underkastes en oppvarming og vanndamp-destillasjon for avdamping av stoffer som skal separeres fra materialet, særlig for fjerning av hydrokaroner fra borekaks, forurenset jord etc, idet oppvarmingen til avdamping innbefatter oppvarming i en varmeveksler, som innbefatteer et hus med en deri anordnet, roterbar hul rotor og hvor materialet transporteres under indirekte oppvarming fra et inntak og til et uttak, hvilken oppvarming foretas med stigende temperaturprofil i transportretningen, idet avgassen tas ut fra varmeveksleren og føres til en kondensator.

Som eksempler på materialer som fremgangsmåten er utviklet for behandling av, kan nevnes boreslamavfall generelt-spesielt i forbindelse med bruk av oljebasert boreslam. Slikt avfall utskilles under boring og ved vektreduksjon av slam etter endt boring. Avfallet består av de i brønnen utborede formasjonsmineraler, samt olje, vann, barrytt, finpartikulær leire og diverse tilsatskjemikalier). Ved vektreduksjon består avfallet av andelsvis større mengde barrytt, eller et annet vektmateriale.

Forholdet mellom faststoff og væske i avfallet vil variere sterkt etter de geologiske forhold hvor brønnen bores, samt etter Installasjonens/borefartøyets slamprosessutstyr.

Erfaringsmessig innhold av væske er mellom 15 og 60# på vektbasis.

Vannbasert slam, hvor det benyttes spesialkjemikalier (polymerer etc), er naturligvis også et materiale som fremgangsmåten kan benyttes for behandling av. Slikt slam inneholder ikke "boreolje", dvs. vanlige parafiner, men er ellers mye likt med hensyn på avfallet.

En annen materialgruppe av interesse er forurenset sand, jord, tang etc. i forbindelse med skipsforlis og olje/kjemi-kalieutslipp.

Fremgangsmåten kan også anvendes for behandling av olje- og kjemikalie-forurenset jord/sand i forbindelse med deponier/- fyllplasser, lekkasje fra oljeledninger og andre prosessledn-inger, uhell ved transport/tankanlegg etc.

I forbindelse med behandling av fast materiale for fjerning av avdampbare stoffer derfra, foreligger det et klart behov for å kunne separere de avdampbare stoffer på en slik måte at disse ikke ødelegges eller nedbrytes. Salg/gjenbruk av stoffene vil kunne være avgjørende for økonomien i en prosess hvor fast materiale behandles for fjerning av avdampbare stoffer. Det foreligger derfor et klart behov for å kunne gjennomføre den termiske separasjonsprosess under så lave temperaturer som mulig, fordi svært mange av de aktuelle stoffer vil ødelegges eller nedbrytes under påvirkning av de temperaturer som vanligvis benyttes for å få til en avdamping av stoffene.

Oppfinnelsen bygger på utnyttelse av den kjente vanndamp-destillasjonseffekt. Vanndampdestillasjon muliggjør som kjent avdamping av stoffer ved redusert avdampingstemperatur.

Fra US-PS 4.139.462 er det kjent å utnytte vanndampdestillasjonseffekten med hensyn på de tyngre hydrokarbonfraksjoner i olje, men effekten er kun knyttet til tilstedeværende vann i råstoffet, dvs. borekaksen, og er derfor betinget av råstoffets sammensetning før behandlingen. Med-drivingseff-ekten oppnås ved at vannet omdannes til super-hetet damp.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en fremgangsmåte som nevnt innledningsvis, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at vanndamp injiseres direkte i materialet i et lavere temperaturområde i varmeveksleren, og denne vanndampinjisering fortrinnsvis foretas i et område på mellom 20 og 50# av varmevekslerens transportlengde.

Som eksempel på varmevekslere som kan benyttes ifølge oppfinnelsen, skal det vises til NO-PS 95490 og NO-PS 122.742, som viser og beskriver henholdsvis en konvensjonell damptørke og en varmeveksler for indirekte oppvarming, tørking eller kjøling av mer eller mindre fuktige faste eller halvfaste materialer.

Med en slik fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen oppnås det en skånsom oppvarmingsprofil for materialet i varmeveksleren. Vanndampdestillasjonseffekten bedres ved at oppvarmingen foretas med gradvis stigende temperaturprofil i transportretningen, med injisering av vanndamp i materialet i et lavere temperaturområde.

Særlig oppnås det med oppfinnelsen en tilsiktet reproduksjon og styring av vanndampdestillasjonen, uavhengig av råstoffets sammensetning (spes. vanninnhold), men betinget ut fra molekylvekt/oppbygging av tilstedeværende hydrokarbonfor-bindelser. En super-heting av vanndamp unngås eller reduseres sterkt ved at det relative vanninnhold i varmeveksleren økes med injiseringen av vanndamp, med tilhørende gunstigere energiforbruk. Samtidig reduseres gassblandingens totale temperatur, noe som er gunstig både med hensyn på spesifikk varme og den tilstrebede skånsomme behandling (gjenbruksverdi av oljene).

Fra den ålment tilgjengelig norske patentsøknad nr. 771423 er det kjent å benytte en form for vanndampdestillering med bruk av overhetet damp. Slik bruk av overhetet damp unngår man bevisst ifølge foreliggende oppfinnelsen, for å spare energi. Det benyttes heller ingen oksyderende atmosfære. De i den nevnte patentsøknad nevnte gasser vil virke forstyrr-ende og vil nedsette prosessens driftsstabilitet og-kapasitet.

Fra US-PS 4.319.410 er det kjent en prosess som arbeider under vakuum. Det benyttes ingen vanndampdestillasjon. En klar forskjell er også at man ifølge foreliggende oppfinnelse fortrinnsvis arbeider ved atmosfæretrykk, da dette gir en langt rimeligere utførelse.

Fra US-PS 4.209.381 er det kjent bruk av direkte oppvarming ved hjelp av damp som sprøytes på boreavfall. Det dreier seg ikke om noen injisering inn i boreavfallet for å styre eller reprodusere vanndampdestillasjonseffekten.

Fra US-PS 4.222.988 er det kjent bruk av en kombinert oppvarming og knusing og det hele holdes under vakuum. Det beskrives der ingen vanndampdestillasjon.

Vanndampinjiseringen medfører flere markante fordeler.

Nært knyttet til reproduksjonen/styringen av vanndampdest!Il-as j onsef f ekten er oppnåelsen av øket avdrift av hydrokarboner

- spesielt tyngre hydrokarboner og- forbindelser, dvs. bedre separasjons/renhetsgrad. Det spesifikke varmeovergangstall i varmeveksleren vil økes. Råstoffkapasiteten for en gitt heteflate vil derfor øke betraktelig uten at separasjons-effektlviteten og produktkvaliteten reduseres. Denne økning skyldes

større (lengre) absolutt kontakttid mellom heteflate og

masse,

bedre konveksjonsegenskaper,

større grad av utskifting av væske rundt de enkelte

faststoff-partikler som derved gir økt varmeutveksling, belegg som dannes ved overgangen fra våt til tørr fase og

hindrer varme-overføringen, rives opp av dampen, forbedrede flyt- og transportegenskaper av råstoffet

(klumper løses opp, luftlommer kollapser etc),

den direkte vanndampinjisering gir i seg selv en forbedret agitasjon av råstoffet.

Ved en gitt heteflate/faststofftemperatur vil det være varierende vanndampinnhold, i den totale gassblanding dannes ulike "likevekts-temperaturer". Dette vil gi mer skånsom separasjon (øket avstand fra oljenes eller oljeforbindelsenes cracking-område), samt reduksjon av eventuell ugunstig overheting av råstoffets faste partikler. Dette vil totalt gi bedre sluttprodukt-kvalitet.

Det relative varmetap til omgivelsene reduseres pga. lavere temperaturdifferanse mellom damp og omgivelsestemperatur.

En materialfylling på mellom 60 og 90$ av varmevekslerens volum under oppvarmingen i varmeveksler har vist seg gunstig. Før oppvarmingen vil det også kunne være fordelaktig å foreta en knusing av materialet. Særlig ved utsortering og mekanisk knusing av store partikler, vil det kunne oppnås en bedret separasjon av råstoff med store partikler og sterkt kapillært bundet olje.

Etter behov kan materialet kondisjoneres (oppvarmes) før inn-føringen i varmeveksleren, og fordelaktig kan slik kondisjonering innbefatte tilførsel av varmt vann til materialet. Slik styrt vanninnblanding i materialet gir bedre "flyt"-egen-skaper og en viss styring av vanndriveffekten.

Vanligvis vil behandlingen i varmeveksleren skje under atmosfæretrykk eller et lett overtrykk, men i enkelte tilfeller kan de avdampbare stoffer være av en slik følsom art at det kan være formålstjenelig å arbeide med undertrykk i varmeveksleren.

Ifølge oppfinnelsen kan fremgangsmåten fordelaktig gjennom-føres med komprimering av avgassen fra varmeveksleren, før avdampen går til kondensatoren. Særlig fordelaktig kan i denne forbindelse komprimert avgass føres til en evaporator for indirekte veksling til produksjon av lavtrykksdamp som utnyttes som injisert vanndamp og/eller som oppvarmingsmedium for den indirekte oppvarming i varmeveksleren.

Kondensatoren kan fordelaktig ifølge oppfinnelsen utnyttes for oppvarming av kondisjoneringsvann og/eller matevann for fremstilling av vanndamp for injlsering og/eller hetvann for den indirekte oppvarming i varmeveksleren.

Ifølge oppfinnelsen kan fordelaktig det behandlede materiale etter uttaket fra varmeveksleren tilføres vann i en uttakssluse. Dette vil ikke bare gi en avkjøling av det behandlede materiale, men vil også tilveiebringe overhetet vanndamp som vil danne et dynamisk overtrykk og drive i motstrøm til utgående materiale og inn i varmeveksleren og ut via det foreliggende avgass-system. Dette vil hindre fordampet olje

å følge med ut i uttaket og kondensere/lekke ut på/med det behandlede materiale. Det antas at det også vil kunne oppnås en viss vanndriveffekt med hensyn på resthydrokarboner I materialet.

Tilførsel av vann utover det som fordampes vil binde støvet i materialet. Vannfuktet, behandlet materiale vil også kunne gi bedre tetning/flytegenskaper med hensyn til dannelse av en ønsket materialplugg i slusen.

En del av det behandlede materiale kan fra varmevekslerens uttak føres tilbake for oppblanding med materiale som skal behandles. Slik tilbakedosering vil være særlig fordelaktig når materialet som skal behandles er av særlig fuktig/kleb-ende karakter. Slikt materiale krever at uønsket belegg-dannelse i varmevekslerens første del må brytes opp for å opprettholde effektiviteten. Tilbakedoseringen bidrar til dette fordi det tørre materiales oppblanding med råstoffet vil endre de fysikalske egenskapene til materialet.

Som varmeveksler kan det som nevnt fordelaktig benyttes en av de kjente kontinuerlige tørker som innbefatter et hus med en dreibar, hul aksel eller rotor med tilføring av en varme-bærer og bortledning av samme eller et kondensat derav, hvor rotoren bærer hule rotorplater, se de foran nevnte N0-patentskrifter.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et flytskjema for en totalprosess hvor

fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan inngå, fig. 2 viser et diagram som viser restolje i partikler etter indirekte oppvarming med hetolje, som funksjon av partikkeldiameter, samt restolje i partikler med direkte oppvarmingsbidrag, og vanndampsdestillasjon i tillegg (fra vanndampinjeksjon),

fig. 3 viser et diagram hvor kokepunktet er oppført som funksjon av vektprosent vann i en blanding av

vann og olje,

fig. 4 viser et diagram med temperaturprofil oppnådd ved kombinert oppvarming (forvarming fra varme-gjenvinningen, vanndampinjeksjon og hetoljeoppvarming) samt ugunstigere temperaturprofil

ved hetoljeoppvarming alene,

fig. 5 viser et flytskjema for en fremgangsmåte ifølge

oppfinnelsen,

fig. 6 viser et flytskjema for en variant av prosessen

i fig. 5, og

fig. 7-10 viser flytskjemaer for ulike varianter av prosesser hvor fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utnyttes.

Blokkskjemaet i fig. 1 viser en totalprosess hvor fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen inngår. Avhengig av råstofftype vil samtlige eller noen av de i blokkskjemaet i fig. 1 viste funksjoner benyttes. Felles for alle typer råstoff og således sentralt i prosessen er gjennomføringen av en termisk separasjon, som kan gjennomføres direkte eller etter de i fig. 1 viste innledende behandling eller forprosessering. Eksempelvis vil boreslamavfall normalt kunne homogeniseres/- kondisjoneres direkte og mates til termisk separasjon. Den eneste forbehandling som kan være aktuell i denne forbindelse er klassifisering med hensyn på grove/fine partikler og knusing/oppmal ing av de grove partiklene før delmassene blandes (homogeniseres) og mates til termisk separasjon.

Behandling av andre råstoffer startes gjerne med en grovsort-ering, hvor eventuelt skrot, dvs. tre, store Stener, betongklumper og stål/jern fjernes før klassifisering. Dette kan utføres manuelt eller ved hjelp av magnet og grovsikter. Etter denne utsortering av fremmedelementer, klassifiseres råstoffet 1 henhold til type, partikkelstørrelse/fordeling, forurensninger og vlderebehandlingsbehov - eksempelvis ved hjelp av rystesikter med varierende duker etc.

For råstoff med sterkt bundet kapillær-olje vil det være fordelaktig eller nødvendig med en viss knusing av grove partikler for å oppnå tilfredsstillende resultater.

Ved et normalt prosessforløp vil råstoffet enten gjennomgå vasking eller ekstraksjon, eller mates direkte til den termiske prosessorens matetank, hvor homogenisering og kondisjonering ved hjelp av agitatorer, varmtvann-injeksjon og indirekte oppvarming kan utføres før mating til prosessor (varmeveksler).

Kondisjoneringen, som eksempelvis kan skje ved hjelp av varmtvann og/eller indirekte oppvarming, utføres vanligvis for å oppnå bedre "flyt"-egenskaper, men en direkte tilførsel av varmt vann vil også bidra til øket vanndrift i prosessoren (og derved også redusere behovet for dampinjeksjon i prosessoren). I forbindselse med mottak/behandling av frosset råstoff som skal separeres termisk direkte, vil spesielt oppvarmingen være viktig.

Vasking med vann og/eller ekstraksjon utføres i hovedsak på råstoff som inneholder vannløselige kjemikalier, da olje-løselige vil følge oljefasen fra den termiske prosessor og enkelt fraskilles oljen etterpå. Vaskevæsken behandles konvensjonelt ved hjelp av felling, flokkulering, filtrering og lignende etter utvasking, og de respektive kjemikalier kan deretter destrueres eller anvendes i sine respektive aktuelle mengder.

Etter vasking/ekstraksjon kan, hvis spesielle forhold tilsier dette, råstoffet returneres til klassifisering og eventuelt gjennomgå helt eller delvis nedmaling av store partikler før levering til homogenisering/kondisjonering og videre mating til termisk separasjon.

Etter tilfredsstillende/valgt homogenisering og kondisjonering mates råstoffet til en fra andre anvendelser kjent, roterende varmeveksler hvor i hovedsak indirekte oppvarming av råstoffet med påfølgende avdamping av inneholdt væske foregår.

Avhengig av råstoff, spesifikke væskeforhold/innhold, spesifikk kapasitet og graden av kappilært/adhesjonsbundet olje vil råstoffets nødvendige separasjonstemperatur variere fra i overkant av 100"C til i underkant av 300°C. Dette temperaturområde oppnås ved indirekte oppvarming, hovedsakelig av varmevekslerens rotor (i noen tilfeller vil det også være gunstig med varmetilførsel i statoren). Som varmebærende medium anvendes vanligvis for stofftemperaturer over 100°C til 180°C mettet vanndamp og for stofftemperaturer over 180°C til 300°C anvendes hetolje (hetolje kan, hvis ønskelig, benyttes over hele temperaturområdet).

Normalt opereres varmeveksleren eller prosessoren under svakt atmosfærisk overtrykk (5-40 millibar) for å unngå eventuelt mulig innsig av oksygen (luft) og oppnå egendrift på avgass. I noen tilfeller vil det imidlertid være fornuftig med undertrykksdrift for ytterligere å fremme avdampingen (senke kokepunktskurven for blandingen) eller mer skånsom separasjon ved at stofftemperaturen derved kan senkes. Laveste drifts-trykk for varmeveksleren vil normalt være 0,1 bar absolutt. I dette området (0,1 - 1,1 bar a) vil kun enkle tiltak i form av endrede stoffsluser på inn- og utløp, og vakuum-pumpe/væskelås etter kondensator I ønsket driftstrykkområde, være nødvendig.

Avgassene (dvs. i hovedsaken vann og olje) ledes fra den termiske prosessor til indirekte kondensasjon og under-kjøling, og påfølgende felling/separasjon. Ikke-kondenserbare stoffer som passerer kondensatoren (eksempelvis spaltede kjemiske stoffer fra boreslam, og i noen grad crackede hydrokarboner) ledes til hetolje- eller dampkjel hvor fullstendig forbrenning og konvertering av gassens energi finner sted. Denne forbrenningsdestruksjon er mulig å kombinere funk-sjonsmessig med kjelens hovedbrenner i en og samme funksjon. Alternativt ledes gassene til absorbsjon i et aktivt kull-filter.

Etter konvensjonell separasjon kan ytterligere behandling av væskefasene utføres, f.eks. i forbindelse med renseapparatur i tilknytning til vaskeprosessen.

Vannutslipp fra prosessen vil som øvre grense inneholde maksimum 30 ppm hydrokarboner/forbindelser.

Utgående tørrstoff fra prosessoren kan ledes ved hjelp av trykkluft til en konvensjonell bulksilo. Siloen kan utføres dobbeltvegget for kjøling/varmegjenvinning fra tørrstoffet. I tilfelle av at tørrstoffet, fra forurenset Jord, er aktuelt for tilbakeføring som anvendelig jord, kan denne kulturering gjennomføres i tilknytning til prosessanlegget.

Utgående tørrstoff fra prosessor vil normalt Inneholde mindre enn 1 vekt-5É hydrokarbonrester.

Biologisk etterbehandling - som en del av et komplett anlegg - vil kunne gjennomføres, for frembringelse av et ferdig klargjort/komposert produkt som etter en viss modningstid etter deponering/utplassering vil være anvendelig som fullverdig Jord.

Knusing og maling av masse kan gjennomføres etter vaske/eks-traksjonsprosesser eller direkte for masse som ikke vaskes/- ekstraheres. Hensikten med slik knusing/maling er som følger, under henvisning til fig. 2. Partikler som har vært utsatt for olje under høye trykk (f.eks. reservoar-betingelser) vil ha en relativt stor grad av oljefylling i porene. Fjerning av olje fra disse partiklene vil avta innover mot kjernen, fordi varmeoverføringen er dårlig og oljens transportvei ut fra partiklene er lang. Restolje i partikler som funksjon av partikkelstørrelse er kvalitativt vist i fig. 2. Med heltrukken linje er der vist restolje i partikler ved indirekte oppvarming med hetolje, som funksjon av partikkeldiameter. Tilsvarende kurve med direkte oppvarmingsbidrag (fra vanndampinjeksjon) er vist med den stiplede kurve.

Knusing/maling anbefales for grovt boreslamavfall, men anses som mindre nødvendig for oljeholdig jord og lignende. Utnyttelsen av vanndampdestiliasjonseffekten (vanndriveffekt) står som nevnt sentralt i foreliggende oppfinnelse. Injeksjon av vanndamp samt allerede tilstedeværende vann gjør at kokepunktstemperaturen for systemet som helhet (olje + vann) blir lavere. Dette er skjematisk vist i fig. 3.

Det i fig. 3 viste kokepunktsforløp fremkommer som følge av at ansamlinger av vannmolekyler som drives av (fra 100"C og oppover) vil rive med seg ol jemolekyler på grunn av de tiltrekningskrefter som virker mellom vannmolekylene og oljemolekylene (Van der Waal-bindingskrefter).

Utnyttelsen av vanndampdestillasjonsprinsippet er i denne sammenheng tosidig. Utnyttelsen sikrer en skånsom prosessering (moderate temperaturer) med begrenset destruksjon av råstoffet og gir dessuten bedre varmeoverføringsegenskaper.

De viktigste fordelene med direkte vanndampinjeksjon kan oppsummeres som følger: Øket vannmengde gir øket oljeavdriving fra hver partikkel på grunn av øket utvaskingseffekt og reproduksjon av utvaskingen i varmeveksleren. Bedre varmeoverføringsegenskaper på grunn av øket væskeinnhold og bidrag fra direkte varmeoverføring fra kondenserende damp. Varmt vann/damp vil lettere fordrive kapillært bundet og overflatebundet olje fra massen.

Øket væskeinnhold gir øket blandbarhet i massen og gir bedre fordeling av overført varme i den totale masse.

Det skal her nevnes at ved prosessering i maksimaltempera-turer på mellom 180°C og 300°C vil faren for såkalt cracking være liten, men små mengder lette hydrokaroner vil kunne dannes. Disse kan imidlertid destrueres i forbrenningskammer for en hetoljesløyfe eller en dampsløyfe i anlegget.

Mulige gjennomføringer av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under spesiell henvisning til fig. 5-11, som viser ulike- prosessløsninger for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Som nevnt er termisk separasjon et sentralt punkt ifølge oppfinnelsen. Fra den forutgående forprosessering vil to faktorer ha en spesifikk betydning for den termiske delen:

a) eventuell partikkelstørrelsesreduksjon (knusing)

b) vanninnhold (fra vasking og/eller kondisjonering).

Disse faktorer vil ha direkte innvirkning på den termiske prosessdelens behandlingsgjennomføring, dvs. med hensyn på direkte vanndampinjeksjonsmengde, residenstid, oppvarmingsprofil og til en viss grad separasjonseffektivitet/driftstemperatur.

De overordnede parametre for den termiske prosessdelen er: kontinuerlig prosessering,

stabil kapasitet (uavhengig av råstofftype),

stabil, effektiv separasjon (eksempelvis mindre enn 1$ hydrokarboner i tørrstoff),

høy gjenbruksverdi av separasjonsproduktene (skånsom behandling).

Dette oppnås i stor utstrekning direkte i den anvendte varmeveksler (prosessor) som følge av dennes, for formålet spesielt gunstige konstruktive utførelse, samt ved direkte anvendelse og styring av vanndampdestillasjonseffekten, og de mulige, spesielt gunstige oppvarmingsprofiler i første del av prosessoren.

I fig. 5 er det vist en prosessor 1. Det dreier seg her om en varmeveksler som har et hus 2 med en deri anordnet rotor 3. Rotoren 3 består i hovedsaken av en hul rotoraksel 4 hvorpå det sitter et antall hule rotorskiver 5. Hulrommene i rotorskivene 5 er åpne mot hulrommet i rotorakselen 4. På rotorskivene 5 sitter det ikke viste skovler eller lignende som bevirker en materialtransport gjennom varmeveksleren, i retning fra venstre mot høyre i tegningsfiguren. Prosessoren 1 har et innløp 6 og ét utløp 7. Videre er det anordnet et avgass-utløp 8 fra huset 2.

Innløpet 6 tilføres materialet som skal behandles fra en kondisjoneringstank 9. Avgassutløpet 8 har gjennom en ledning 10 forbindelse med en indirekte kondensator 11. Utløpet 7 står med en sjakt 12 i forbindelse med en uttakssluse 13. Den hule rotoraksel 4 tilføres damp fra en kjel 14 gjennom en ledning 15.

Den hittil beskrevne, konvensjonelle varmeveksler er modifisert derved at den er påbygget en vanndampinjisering-sanordning 16. Denne kan ha mange praktiske utførelser, som vil være åpenbare for en fagmann. Eksempelvis kan det dreie seg om flere dyseåpninger uttatt i husets 2 mantel og tilknyttet en felles, påsveiset manifold, slik at vanndamp kan injiseres direkte i materialet som befinner seg i tørken. Vanndamptilførselen skjer her gjennom en ledning 17 fra ledningen 15 fra kjelen 14.

Materialet som skal behandles leveres som vist med pilen 18 til en sorterer 19. Grovgods går til en knuser 20 og derfra til mate- og kondisjoneringstanken 9. Fingods går som vist direkte til tanken 9. Tanken 9 tilføres, hvis nødvendig, her også tørrstoff fra uttakssjakten 12 gjennom en ledning 21. Fra mate- og kondisjoneringstanken går det kondisjonerte materiale til varmevekslerens inntak 6, som vist med pilen 22.

Varmt vann til kondisjonering tilføres materialet i tanken 9 gjennom en ledning 23 fra kondensatoren 11, hvis kjølevanns-tilførsel er vist ved 24.

Den avgass som dannes under behandlingen i prosessoren 1, går ut gjennom avgass-utløpet 8 og til kondensatoren 11 gjennom ledningen 10. Kondensat går ut gjennom ledningen 25.

Det behandlede materiale, her også kalt tørrstoff tas ut i uttaket 7 og går gjennom sjakten 12 til uttakssslusen 13. En transportskrue 26 i slusen 13 bringer tørrstoffet frem til en utmatningssone 27. I en vanntilførselssone 28 tilføres vann fra kondensatoren 11 gjennom ledningen 23 og en grenledning 31. Vanntilførselen vil her resultere i dannelse av vanndamp som vil gi et dynamisk overtrykk og drive i motstrøm til tørrstoffet og tilbake til prosessoren 1, som vist med den stiplede pil 29. Dette vil hindre fordampet olje å følge med tørrstoffet ut overløpet 30 i varmeveksleren og kondensere på eller lekke ut med tørrstoffet. Det vil også kunne oppnås en viss vanndriveffekt méd hensyn på hydrokarboner i tørrstoffet.

Tilførsel av vann utover det som fordampes vil binde støv i tørrstoffet, samt øke eller gi fuktighet som bevirker en viss "smøre"-effekt i transportskruen 26. Støvbindingen vil sterkt forenkle videre transport av ferdigproduktet.

Vanntilførselen i slusen gir også en kjøling av produktet.

I slusen er det ønskelig med en material-"plugg". Dannelsen og kontrollen av en slik plugg, i utmatningssone 27, lettes når tørrstoffet vannfuktes, fordi materialet vil få bedre tetnings-/flytegenskaper.

Det er ikke utprøvet, men antas å kunne være mulig å føre alt utkondensert og separert prosessvann tilbake til det ferdige produkt og derved gå klar av alle krav til utslippsvann.

Anlegget i fig. 6 svarer i hovedsaken til anlegget i fig. 5. Prosessanlegget er modifisert i forhold til det i fig. 5, derved at det benyttes en hetoljekjel 32 for oppvarmingen i prosessoren 1, og for dampfremstilling i en dampegenerator 33. Slusen 13 og generatoren 33 tilføres vann fra kondensatoren 11 gjennom ledningene 34,35. Generatoren 33 leverer damp til injiseringsanordningen 16 gjennom en ledning 36. For de anleggskomponenter som gjenfinnes i fig. 5 er det benyttet de samme henvisningstall.

Anleggene i fig. 5 arbeider med en driftstemperatur opp mot 180°C, med mettet damp som indirekte varmemedium. Damptemp-eraturen i ledningen 15 ligger mellom 120°C og 180°C ved et trykk på fra 2 til 10 bar g.

Tilsvarende driftsforhold har man i det anlegg som er vist i fig. 7. Dette anlegg er i prinsippet bygget opp på samme måte som anlegget i fig. 5, men den hule rotor 4 er her delt, derved at den er forsynt med en innvendig delevegg 37. En slik todelt rotor-utførelse bidrar til en meget skånsom oppvarmingsprofil og varmegjenvinning. I denne forbindelse skal det her nevnes at også statoren, dvs. huset 2 kan utføres som varmeoverførende flate, og også statoren kan derfor være oppdelt på samme måte som rotoren.

Hetvann fra kondensatoren 11 føres i fig. 7 gjennom en ledning 38 inn mot rotorens (og eventuelt statorens) delingspunkt, dvs. veggen 37, for så å strømme i motstrøm mot det inngående råstoff og ut gjennom ledningen 39. Den indirekte kondensator 11 opereres slik at utgående hetvann vil holde høyest mulig temperatur (før innstrømning i prosessoren 1) uten at avgasser passerer kondensatoren (bortsett fra ikke-kondenserbare stoffer). Fra ledningen 39 grener det av en ledning 41 til tanken 9.

Damp tilføres fra dampkjelen 14 gjennom ledningen 15 til rotoren 4 og til vanndampinjeksJonsanordningen 40, som her er flyttet i forhold til plasseringen i fig. 5 og 6, slik at vanndampinjiseringen i massen i prosessoren 1 først begynner omtrent ved delepunktet 37. I den hule rotoraksel 4 vil dampen gå mot deleveggen 37 og tilbake, på den andre siden av en langsgående delevegg i den hule rotor 4, og tilbake til damp-kjelen. Forøvrig - er det for anleggskomponenter som gjenfinnes i fig. 5 og 6 benyttet samme henvisningstall.

Den todelte Indirekte oppvarming (todelt rotor og eventuelt stator) vil kombinert med det direkte oppvarmingsbidrag fra injisert damp i overgangen mellom de to indirekte oppvarm-ingsovner, gi en skånsom (trinnvis) oppvarming av materialet i varmeveksleren.

Anlegget 1 fig. 8 har sorterer 19, knuser 20, mate- og kondisjoneringstank 9, og kondensator 11 samt uttakssluse 13 som i fig. 5-7, men prosessoren (varmeveksleren) 1 er av den modifiserte type som vist i fig. 7, dvs. med delt rotor (vegg 37). Som i fig. 6 benyttes en hetoljekjel 32 méd tilknyttet dampgenerator 33, men hetoljen går her gjennom en ledning 42 til høyre side av skilleveggen 37 mens venstre del av rotoren 4 er tilknyttet kondensatoren gjennom en ledning 43.

Damp til den i fig. 7 plasserte inj iseringsanbrdning, går gjennom en ledning 44 fra dampgeneratoren 33. Det i rotoren 4 benyttede oppvarmingsvann går til tanken 9, slusen 13 og generatoren 33 gjennom de viste ledninger 45,46 og 47.

Anlegget i fig. 9 har som de foran beskrevne anlegg en sorterer 19, en knuser 20, en mate- og kondisjoneringstank 9, en kondensator 11 og en sluse 13. Prosessoren 1 er av den i fig. 7 og 8 viste, delte type (skillevegg 37 I rotoren 4), og det benyttes en dampkjel 14, som i fig. 5 og 7.

I anlegget i fig. 9 blir avgassen, som går fra prosessoren 1 gjennom avgassutløpét 8, komprimert i en kompressor 48. Den komprimerte avgass går til en evaporator 49. Derfra går den gjennom ledningen 50 til kondensatoren 11. Kondensatoren benyttes i dette tilfelle til underkjøling av kondensatet fra evaporatoren. Kjølevann fra kondensatoren 11 går gjennom ledningene 51,52 til evaporatoren, og går til tanken 9 henholdsvis slusen 13 gjennom ledningene 53 og 54.

Lavtrykksdamp som dannes i evaporatoren 49 går gjennom en ledning 55 til venstre del av den delte rotor 4 for oppvarming av dette rotorparti, og går i retur gjennom ledningen 56. Lavtrykksdampen benyttes også som injiseringsmedium i dampinjiseringsanordningen 40 (gjennom ledningsgrenen 57). Anlegget 1 fig.10 skiller seg fra anlegget i fig. 9 bare ved at dampkjelen 14 er byttet ut med en hetoljekjel 58, og høyre rotorparti varmes derfor med hetolje, gjennom ledningene 59,60.

Hetoljetemperaturen vil være i området 180-320<*>C. ;Mens den maksimale prosesstemperatur går opp mot 180<*>C i anleggene med dampkjel, går den maksimale prosesstemperatur opptil ca. 300'C i anleggene med hetoljekjel.

De i fig. 9 og 10 viste anlegg er utviklet for optimal energiutnyttelse.

Selv om de i fig. 9 og 10 viste løsninger representerer løsninger som betinger en viss økning i investeringskost-nadene utover den basis som er nødvendig for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, vil man oppnå en ikke ubetydelig energiøkonomisk gevinst (anslagsvis 50-70$ i forhold til den mer konvensjonelle løsningen i fig. 5 og 6). De i fig. 9 og 10 viste optimale løsninger introduserer bruk av en kompressor, hvor avgass fra gassutløpet (avgassen har vanligvis atmosfæretrykk) komprimeres opptil maksimalt 2 bar absolutt. Ytterligere kompresjon vil ikke være regningssvar-ende, og heller ikke gunstig med hensyn til avgassens gjenbrukskvalitet som kondensat (oljefasen). Denne svake kompresjon utnyttes i første rekke for å heve konden-sasjonstemperaturpunktet for avgassens vanninnhold (hvor den største energimengden er "lagret") slik at man derved kan veksle denne på et høyere "nivå" mot: vann til damp. Dette vil gi et varmemedium som kan veksles mot første del av rotoren (til venstre for deleveggen, eventuelt tilsvarende mengde på første del av stator) og som inneholder mer energi på et høyere "nivå" og derved igjen tilfører inngående råstoff mer varme til fordel for damp- eller hetoljekjelens varmetilførsel. Den gunstige oppvarmingsprofilen (som skal forklares nærmere nedenfor) og bruk av vanndampinjeks]on vil være som beskrevet foran. Når mettet damp genereres som vekslende medium i evaporatoren vil det også bli tatt injeksjonsdamp til selve prosessen fra denne - noe betinget ut fra dysearrangementet i vanndamp-injiseringsanordningen og råstofftype - til fordel for dampkjel/dampgenerator i de respektive forslag til løsninger. Den samlede utnyttelsé av generert damp fra evaporatoren til første del av rotoren (eventuelt statoren) og direkte injeksjon gir således en energigevinst på 50-70$ av den mer konvensjonelle løsningen.

Den mest energioptimale løsning er derved med kompresjon av avgass og indirekte veksling mot vann som konverteres til mettet damp, spesielt begrunnet ut fra det forhold at denne dampen benyttes både til indirekte oppvarming i rotorens (stators) første del, eventuelt i kondisjoneringstank før prosessor samt til direkte injeksjon (reproduksjon/-styring av vanndriften). Energi-forløpet beskriver da en tilnærmet lukket krets (hvis en ser vekk fra tapene) og både prosess-resultat/energi-forbruk blir optimale, samtidig som injek-sjonsmengden kan varieres/økes over et mye større område og kun bestemt ut i fra råstoffets/separasjonsprosessens behov.

Ved gjennomføring av den nye fremgangsmåte injiseres vanndamp av 115 til 180°C i varmeveksleren ved hjelp av vanndampinjeksjonsanordningen. Det lengdesnitt av varmeveksleren som dekkes av injeksjonsanordningen utgjør eksempelvis 30$ av varmevekslerens lengde og inndeles i seksjoner ved hjelp av ventiler som styrer tilført mengde i hver seksjon. Slik seksjonéring for vanndampinjiseringen kan være aktuelt både 1 prosessorens lengde- og tverrprofil. Fordelingen av injek-sjonsmengdene mellom seksjonene tilpasses slik at det oppnås en temperaturprofil med moderat stigningsgradient i lengde-retningen.

For raske temperaturøkninger vil drive ut vannet før de spesifikke effektene av vannet er utnyttet.

Høye temperaturer på et tidlig stadium i varmeveksleren vil dessuten gi uforholdsmessig mye energitap til overheting av dampen i varmeveksleren.

En ønsket temperaturprofil er skjematisk vist i fig. 4. Denne figur viser en heltrukken linje som representerer temperaturprofilen for kombinert oppvarming (forvarming, vanndampInjeksjon og hetolje-damp-oppvarmlng). Den stiplede linje er temperaturprofilen for konvensjonell oppvarming, se fig. 5 og 6.

Det spesielle valg av prosessor (varmeveksler) vil være knyttet til følgende effekter:

- Stor heteflate på rotor,

gode mulighet for ulike oppvarmingsmedier i ulike deler av

rotoren,

- god blanding i massen, da dette bedrer varmeoverføringen, kontrollert fyllingsgrad.

Av det disponible volum i en slik varmeveksler vil en gunstig fyllingsgrad være 60-90$ for massen. Det resterende volum disponeres av avdampet olje og vann, som går til avgassut-løpet, noe som vil være gunstig for avdriften.

I en roterende varmeveksler, med ensartet rotasjonsretning, vil materialet kontinuerlig "veltes" og danne en rasflate i tverrsnittet. Dette betyr at materialet har ujevn fordeling i tverrsnittet. For å kompensere for dette kan man derfor fordelaktig styre vanndampinji seringen over et tverrsnitts-parti. I de skjematiske tegningsfigurer er det vist en rad dyser i varmevekslerens lengderetning. Tilsvarende kan det være anordnet dyser ved siden av hverandre i tverretningen (normalt på tegneplanet). Det benyttes altså et dysemønstyer med dyser plassert i linjer og rader. Med et slikt, eller lignende dysemønster kan man styre injiseringen både i breddesnittet såvel som i lengdesnittet av varmeveksleren. Styringen i lengdesnittet kan være fordelaktig for å kompensere for det. forhold at iden begynnende fase vil vanninnholdet være relativt stort, mens det vil avta etterhvert. Derfor kan det være nødvendig å supplere med vann, tilført med dampinjiseringen. Slik styrt injiseringsprofil bestemmes ut fra driftsforholdene.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte ved behandling av fast materiale for fjerning av avdampbare stoffer derfra, innbefattende en termisk separasjonsprosess hvor det faste materiale underkastes en oppvarming og vanndamp-destillasjon for avdamping av stoffer som skal separeres fra materialet, særlig for fjerning av hydrokaroner fra borekaks, forurenset jord etc, idet oppvarmingen til avdamping innbefatter oppvarming i en varmeveksler, som innbefatteer et hus med en deri anordnet, roterbar hul rotor og hvor materialet transporteres under indirekte oppvarming fra et inntak og til et uttak, hvilken oppvarming foretas med stigende temperaturprofil i transportretningen, idet avgassen tas ut fra varmeveksleren og føres til en kondensator, karakterisert ved at vanndamp injiseres direkte i materialet i et lavere temperaturområde i varmeveksleren, og denne vanndamp-inj isering fortrinnsvis foretas i et område på mellom 20 og 50$ av varmevekslerens transportlengde.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at oppvarmingen i varmeveksleren gjennomføres med en materialfylling på mellom 60 og 90$ av varmevekslerens volum.

3. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at materialet knuses før oppvarmingen.

4 . Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at materialet kondisjoneres (temperatur og vanninnhold) før innføringen i varmeveksleren.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at kondisjoneringen innbefatter tilførsel av varmt vann til materialet.

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at materialet holdes under undertrykk i varmeveksleren.

7. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at avgassen fra varmeveksleren komprimeres og føres til en kondensator.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at komprimert avgass føres til en evaporator for indirekte veksling til produksjon av lavtrykksdamp som utnyttes som injisert vanndamp og/eller som oppvarmlngsmedium for den indirekte oppvarming i varmeveksleren.

9. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at kondensatoren utnyttes for oppvarming av kondisjoneringsvann og/eller matevann for fremstilling av vanndamp for injisering og/eller hetvann for den indirekte oppvarming i varmeveksleren.

10. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det behandlede materiale etter uttaket fra varmeveksleren tilføres vann i en uttakssluse.

11. Fremgangsmåte ifølge ét av de foregående krav, karakterisert ved at en del av det behandlede materiale fra uttaket på varmeveksleren føres tilbake for oppblanding med materiale som skal behandles.

12. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at vanndampinjiseringen varieres i lengdesnitt og breddesnitt av varmeveksleren, for oppnåelse av styrt injiseringsprofil.