NO329915B1

NO329915B1 - Process and apparatus for drying oil-containing materials

Info

Publication number: NO329915B1
Application number: NO20035015A
Authority: NO
Inventors: Asbjorn Strand
Original assignee: Thermtech As
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2011-01-24
Also published as: NO20035015D0

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til separering av olje, vann og andre fordampbare komponenter som kan fordampes fra oljeholdig materiale så som borekaks, blekejord, slamavfall fra oljetanker, oljeskifer og lignende ved fordampning i nøytral atmosfære, i en hurtig roterende friksjonstørke med faste ikke svingbare rotorarmer og hvor inneroverflaten er glatt. Oppfinnelsen ved-rører også en hurtigroterende friksjonstørke for tørking av fluidholdig materiale omfattende et prosesskammer med minst en innføringsåpning, og en i dette prosesskammer opplagret rotor, idet det mellom prosesskammerets inneroverflater og rotorens ytteroverflater etableres et ringrom for opptak av materiale som skal tørkes. The present invention relates to a method for separating oil, water and other volatile components that can be evaporated from oily material such as drilling cuttings, bleaching earth, sludge waste from oil tanks, oil shale and the like by evaporation in a neutral atmosphere, in a fast rotating friction dryer with fixed non-swingable rotor arms and where the inner surface is smooth. The invention also relates to a fast-rotating friction dryer for drying fluid-containing material comprising a process chamber with at least one introduction opening, and a rotor stored in this process chamber, an annular space being established between the inner surfaces of the process chamber and the outer surfaces of the rotor for the absorption of material to be dried.

Således vedrører den foreliggende oppfinnelse tørking av ulike typer oljeholdig slam. Materialet som det er utført tester på er borekaks, og beskrivelsen nedenfor vil derfor fokusere på dette materialet. Imidlertid skal det under-strekes at oppfinnelsen ikke er begrenset til tørkning av borekaks. Thus, the present invention relates to the drying of various types of oily sludge. The material on which tests have been carried out is drill cuttings, and the description below will therefore focus on this material. However, it should be emphasized that the invention is not limited to drying drilling cuttings.

I forbindelse med utvinning av olje benyttes det store mengder oljebasert boreslam. Anvendelse av oljebasert boreslam, i motsetning til vannbasert boreslam, medfører betydelige boretekniske fordeler ved så vel lete- som produk-sjonsboring av oljebrønner både fra land- og offshore-baserte boreoperasjoner. In connection with the extraction of oil, large quantities of oil-based drilling mud are used. The use of oil-based drilling mud, in contrast to water-based drilling mud, entails significant drilling technical advantages in both exploration and production drilling of oil wells from both onshore and offshore drilling operations.

Borekaksen består typisk av oppmalt stein og leire som er brakt opp fra grunnen ved hjelp av borevæsker (mud) og rester av borevæsker som de mekaniske separasjonsmetodene som benyttes i forbindelse med boreoperasjonene ikke klarer å fjerne. Boreslam består av spesielle baseoljer, vann, diverse kjemikalier og spesielle typer finmalt leire. Meget store mengder av denne typen avfall genereres hvert år verden over, og påfører oljeselskapene betydelige kostnader i forbindelse med håndtering, transport og rensing. Rensing medfører fjerning av olje fra faststoffet slik at oljen kan brukes om igjen til boreoperasjoner og faststoffet deponeres som inert avfall eller anvendes som fyllmasse eller annet. Drilling cuttings typically consist of ground rock and clay that has been brought up from the ground with the help of drilling fluids (mud) and residues of drilling fluids that the mechanical separation methods used in connection with the drilling operations are unable to remove. Drilling mud consists of special base oils, water, various chemicals and special types of finely ground clay. Very large quantities of this type of waste are generated every year worldwide, and impose significant costs on the oil companies in connection with handling, transport and cleaning. Cleaning entails the removal of oil from the solid so that the oil can be reused for drilling operations and the solid is deposited as inert waste or used as filler or other.

På grunn av oljeinnholdet i borekaksen som returnerer fra borehullet kan det ikke deponeres fritt i naturen, og oljen må således fjernes fra kaksen for å sikre en miljøvennlig deponering. Due to the oil content in the cuttings that return from the borehole, it cannot be deposited freely in nature, and the oil must thus be removed from the cuttings to ensure an environmentally friendly disposal.

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 dampes av. It is particularly the fine-grained part of the drilling mud that is problematic. The coarse-grained part is sieved out on vibrating sieves and can be washed before being dumped, or oil residues can be steamed off.

Den finkornede delen som kommer fra vibrasjonssiktene eller vaskeprosessen blir vanligvis behandlet i sentrifuger eller hydrosykloner, hvor en oppnår at en andel olje og vann skilles fra slammet. The fine-grained part that comes from the vibrating sieves or the washing process is usually processed in centrifuges or hydrocyclones, where it is achieved that a proportion of oil and water is separated from the sludge.

Den resterende del av oljen er sterkt bundet til slammet, og det finnes ingen tilstrekkelig tilfredsstillende måte å separere denne oljen fra restslammet. The remaining part of the oil is strongly bound to the sludge, and there is no sufficiently satisfactory way to separate this oil from the residual sludge.

Konvensjonelle behandlingsanlegg for denne typen avfall er basert på indirekte oppvarming. Dette innebærer at kaksen er i kontakt med heteflater som oppvarmes ved hjelp av eksempelvis het olje eller røkgass. Flere prosesser basert på indirekte oppvarming benyttes i stor skala i landbaserte installasjoner. Conventional treatment plants for this type of waste are based on indirect heating. This means that the cake is in contact with hot surfaces that are heated using, for example, hot oil or flue gas. Several processes based on indirect heating are used on a large scale in land-based installations.

Videre beskriver US 4208134 et mikseapparat for batch-miksing av et behandlingsmateriale og partikulært materiale hvor minst et blandeelement er roterbart anordnet deri. Furthermore, US 4208134 describes a mixing apparatus for batch mixing of a treatment material and particulate material where at least one mixing element is rotatably arranged therein.

Av het olje apparater kan nevnes "CLTU" som leveres av Soil Recovery A/S i Danmark og "Thermal-D™" som markedsføres av Oiltools International. CLTU prosessen er en såkalt tallerkentørke hvor materialet varmes opp av en rotor bestående av tallerker fylt med het olje. Thermal-D™ maskinen er en såkalt "paddle dryer" hvor rotoren består av spesielle agitatorlegemer fylt med het olje. I begge disse apparatene har rotoren den tilleggsfunksjonen at den besørger langsom transport av materialet gjennom maskinen. Hot oil devices include "CLTU" supplied by Soil Recovery A/S in Denmark and "Thermal-D™" marketed by Oiltools International. The CLTU process is a so-called plate dryer where the material is heated by a rotor consisting of plates filled with hot oil. The Thermal-D™ machine is a so-called "paddle dryer" where the rotor consists of special agitator bodies filled with hot oil. In both of these devices, the rotor has the additional function of providing slow transport of the material through the machine.

Materialet vil i løpet av gjennomløpet i prosessen bli varmet opp gradvis slik at man på grunn av de ulike koke-punktene først fordamper av vann som materialet måtte inne-holde og deretter de ulike oljefraksjonene. Typisk koke-punktsfordeling for vanlige baseoljer som benyttes i borevæsker ligger fra 180-200°C til 280-340°C. På grunn av den begrensede brukstemperaturen til konvensjonelle hetoljer vil den maksimale temperaturen som materialet kan få i disse prosessene ligge på rundt 280-300<<>,C, og gir i mange tilfeller ikke tilstrekkelig fordamping av oljen i materialet, eventuelt må behandlingskapasiteten begrenses ved at man gir materialet lengre oppholdstid slik at man oppnår nær samme temperatur i materialet som i het oljen. During the course of the process, the material will be gradually heated so that, due to the different boiling points, water that the material may contain is first evaporated and then the various oil fractions. Typical boiling point distribution for common base oils used in drilling fluids is from 180-200°C to 280-340°C. Due to the limited use temperature of conventional hot oils, the maximum temperature that the material can reach in these processes will be around 280-300<<>,C, and in many cases does not provide sufficient evaporation of the oil in the material, possibly the processing capacity must be limited by that you give the material a longer residence time so that you achieve close to the same temperature in the material as in the hot oil.

Prosesser oppvarmet med røkgass består gjerne av store roterende tromler hvor materialet langsomt transporteres gjennom, og samtidig oppvarmes av varm røkgass fra for-brenning av olje eller gass på utsiden av trommelen. Apparatene kan ha forskjellige agitatorarrangementer på innsiden for å bedre omrøringen i materialet. Disse apparatene har ikke samme temperaturbegrensning som de hetolje-oppvarmede prosessene, da røkgassen gjerne kan være 800-900<*>C. Teknikken medfører imidlertid meget store installasjoner, og lang oppholdstid for materialet kan medføre termisk nedbryting av oljen som ønskes gjenvunnet i samme kvalitet som opprinnelig. Av kommersielt anvendte apparater nevnes THOR™ som markedsføres av VARCO International og OnSite™ Technology's ITD prosess. ;Videre er det kjent innen teknikkens stilling en anordning som benytter friksjonsprinsippet for å påføre tilstrekkelig energi til at oljefraksjonen dampes av. Dette prinsipp er beskrevet i søkers eget patent N0155832. I denne prosessen benyttes en hammermølle med svingbare rotorarmer, samt ribber i statoren, til å finknuse alle partikler i materialet som ønskes fordampet. Med dette oppnås at varmen som genereres vil besørge fordamping av oljen i materialet ved angivelig en lavere temperatur enn ved normal fordamping. Man bryter med denne fremgangsmåte ned kapillærkreftene mellom oljekomponenten og faste partikler. Finknusing av materialet frigjør energi, og man behøver således ikke til-føre den "overvarme" som normalt må til for å tvinge ut væske som er bundet i kapillarer. ;Imidlertid har denne prosess klare begrensninger, og det tas med foreliggende oppfinnelse sikte på å frembringe en fremgangsmåte som er klart forbedret. ;En av de ulemper man opplever med fremgangsmåten beskrevet i N0155832 er den betydelige knusingen av slammaterialet. Denne finknusing av slammaterialet medfører at en stor andel av partiklene blir så små at de ikke effektivt lar seg holde tilbake i prosesskammeret, men blir revet med væskedampen. Partiklene blir videre så små at de er svært vanskelige, omtrent umulige, å skille ut med de teknikker for gassfaseutskilling som lar seg benytte på høytemperatur oljedamp. Partiklene vil dermed bli med til prosessens kondenseringsanlegg, og ender opp i de kondenserte væske-fåsene. Dette reduserer nytteverdien av prosessen betydelig, fordi formålet er å gjenvinne så rene faser som mulig. ;En annen begrensning med fremgangsmåten beskrevet i N0155832 er konstruksjonen med ribber i statoren. Dette medfører store slitasjerater på både rotorarmer og ribber, og selv med de beste tilgjengelige materialer for hard-belegging har vi erfart at vedlikeholdsintervallene blir for korte. ;Den foreliggende oppfinnelse skiller seg vesentlig fra fremgangsmåten beskrevet i N0155832 ved at man ikke er avhengig av å bryte ned kapillærkreftene, og at man således søker å unngå unødig nedknusing av materiale. Dette klarer man ved å ha en glatt innervegg på statoren, samt at rotorarmene er fast monterte for å redusere eventuelle svinge-bevegelser som kan fremme knusing. ;Det er således overraskende funnet at med disse endringer så vil man fortsatt være i stand til å fordampe oljer betydelig under deres normale atmosfæriske kokepunkt. Uten å være bundet av en bestemt teori så antas det at meka-nismen som ligger til grunn for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er en effektiv såkalt såkalt "steam stripping" . Med dette menes fordamping av en første komponent ved en temperatur langt under det normale atmosfæriske kokepunktet ved at den første komponentens partialtrykk i gassfasen reduseres ved å tilføre, eller av en allerede eksisterende, en andre komponent. Den første komponent er typisk en eller flere forskjellige oljer, men den andre komponent typisk er vanndamp. ;Har man for eksempel en første komponent med et kokepunkt på 300 °C ved normalt atmosfærisk trykk og 250 °C ved 0,1 atmosfærer kan man ved hjelp av "steam stripping" fordampe denne første komponenten i en beholder ved atmosfærisk trykk og 250 °C. For å gjøre dette må beholderen tilføres en vanndampmengde (andre komponent) som opptar 90% av damp-volumet som kommer ut av beholderen. Denne komponentens gassvolum blir dermed 10% og tilsvarende partialtrykk 0,1 atmosfærer. For å få full effekt av "steam strippingen" er det en betingelse at den første og den andre komponenten er så forskjellige at man ikke får noen molekylære inter-aksjoner mellom de to komponenter. Ved separering av olje fra oljeholdig slam, og ved anvendelse av vann som andre komponent er disse betingelser oppfylt. ;Ved separering av en første komponent fra et slammaterialet så kan man altså i prinsippet tilsette en andre komponent slik at "steam stripping"-betingelsene oppfylles, for å bevirke at den første komponent avdampes ved en temperatur betydelig under komponentens atmosfæriske kokepunkt. ;Som nevnt over så er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen testet ut på oljeholdig borekaks, og dette materialet inneholder faktisk tilstrekkelige mengder vann til at det er unødvendig med ekstern tilsetning av vann for at prinsippet skal virke. ;En for tiden foretrukket utførelse av foreliggende oppfinnelse utnytter således det vann som allerede er til stede sammen med oljen i boreavfallet til å fremskaffe en "steam stripping" effekt. ;Boreavfall har meget sjelden et vann/olje forhold som er mindre enn 1/2 på massebasis. Typiske baseoljer som brukes i borevæsker består av parafinske oljer med karbonkjede-lengder fra minimum Cu til maksimum C23med et gjennomsnitt på Ci6. Den gjennomsnittlige molekylvekten til oljen er dermed 216 g/mol, mot vannets 18 g/mol. Med et masseforhold på 1/2 blir dermed oljedampens volumfraksjon når alt vann og olje er fordampet = (2/216) / (1/18 + 2/216) = 14%. Det betyr at ved et arbeidstrykk på for eksempel 1,2 atmosfærer vil oljedampens gjennomsnittlige partialtrykk i prosesskammeret være på 0,17 atmosfærer. Ved slike trykk vil man ha kokepunktsreduksjoner for oljen på rundt 5CC, hvilket medfører en betydelig reduksjon i nødvendig prosess-temperatur for å oppnå fullstendig fordamping av olje fra materialet. De fleste baseoljer som benyttes i borevæsker lar seg fullstendig fordampe ved rundt 300<*>C, hvilket er i et område hvor uønskede termiske nedbrytingsprosesser er lite dominerende, og i et område hvor det er rimelig enkelt å designe systemer som oppfyller de spesielle sikkerhets-kravene som gjelder på offshore installasjoner. Processes heated with flue gas usually consist of large rotating drums through which the material is slowly transported, and at the same time heated by hot flue gas from the combustion of oil or gas on the outside of the drum. The devices can have different agitator arrangements inside to improve the stirring of the material. These devices do not have the same temperature limitation as the hot oil-heated processes, as the flue gas can easily be 800-900<*>C. However, the technique entails very large installations, and a long residence time for the material can result in thermal decomposition of the oil, which is desired to be recovered in the same quality as originally. Commercially used devices include THOR™ marketed by VARCO International and OnSite™ Technology's ITD process. ;Furthermore, a device is known in the state of the art which uses the friction principle to apply sufficient energy to evaporate the oil fraction. This principle is described in the applicant's own patent N0155832. In this process, a hammer mill with swiveling rotor arms, as well as ribs in the stator, is used to finely crush all particles in the material that is desired to be evaporated. With this, it is achieved that the heat generated will cause evaporation of the oil in the material at a supposedly lower temperature than with normal evaporation. This method breaks down the capillary forces between the oil component and solid particles. Finely crushing the material releases energy, and one thus does not need to add the "excess heat" that is normally needed to force out liquid that is bound in capillaries. However, this process has clear limitations, and the present invention aims to produce a method that is clearly improved. One of the disadvantages experienced with the method described in N0155832 is the considerable crushing of the sludge material. This fine crushing of the sludge material means that a large proportion of the particles become so small that they cannot be effectively held back in the process chamber, but are torn away with the liquid steam. The particles then become so small that they are very difficult, almost impossible, to separate out with the techniques for gas phase separation that can be used on high temperature oil vapour. The particles will thus be added to the process's condensing system, and end up in the condensed liquid basins. This significantly reduces the utility value of the process, because the purpose is to recover as pure phases as possible. ;Another limitation with the method described in N0155832 is the construction with ribs in the stator. This results in large wear rates on both rotor arms and ribs, and even with the best available materials for hard coating, we have experienced that the maintenance intervals are too short. ;The present invention differs significantly from the method described in N0155832 in that one does not depend on breaking down the capillary forces, and that one thus seeks to avoid unnecessary crushing of material. This is achieved by having a smooth inner wall on the stator, and that the rotor arms are firmly mounted to reduce any swinging movements that may promote crushing. It is thus surprisingly found that with these changes one will still be able to vaporize oils significantly below their normal atmospheric boiling point. Without being bound by a particular theory, it is assumed that the mechanism underlying the method according to the invention is an effective so-called "steam stripping". By this is meant the evaporation of a first component at a temperature far below the normal atmospheric boiling point by reducing the partial pressure of the first component in the gas phase by adding, or by an already existing, second component. The first component is typically one or more different oils, but the second component is typically water vapour. For example, if you have a first component with a boiling point of 300 °C at normal atmospheric pressure and 250 °C at 0.1 atmospheres, you can use "steam stripping" to evaporate this first component in a container at atmospheric pressure and 250 °C C. To do this, the container must be supplied with an amount of water vapor (second component) which occupies 90% of the volume of steam coming out of the container. This component's gas volume is thus 10% and the corresponding partial pressure 0.1 atmospheres. In order to get the full effect of the "steam stripping", it is a condition that the first and second components are so different that no molecular interactions between the two components occur. When separating oil from oily sludge, and when using water as a second component, these conditions are met. When separating a first component from a sludge material, one can in principle add a second component so that the "steam stripping" conditions are met, to cause the first component to evaporate at a temperature significantly below the component's atmospheric boiling point. As mentioned above, the method according to the invention has been tested on oily drilling cuttings, and this material actually contains sufficient amounts of water that it is unnecessary to add water externally for the principle to work. A currently preferred embodiment of the present invention thus utilizes the water that is already present together with the oil in the drilling waste to produce a "steam stripping" effect. Drilling waste very rarely has a water/oil ratio of less than 1/2 on a mass basis. Typical base oils used in drilling fluids consist of paraffinic oils with carbon chain lengths from a minimum of Cu to a maximum of C23 with an average of Ci6. The average molecular weight of the oil is thus 216 g/mol, against the water's 18 g/mol. With a mass ratio of 1/2, the volume fraction of the oil vapor when all water and oil has evaporated = (2/216) / (1/18 + 2/216) = 14%. This means that at a working pressure of, for example, 1.2 atmospheres, the average partial pressure of the oil vapor in the process chamber will be 0.17 atmospheres. At such pressures, there will be boiling point reductions for the oil of around 5CC, which entails a significant reduction in the necessary process temperature to achieve complete evaporation of oil from the material. Most base oils used in drilling fluids can be completely vaporized at around 300<*>C, which is in an area where undesirable thermal degradation processes are not dominant, and in an area where it is reasonably easy to design systems that meet the special safety the requirements that apply to offshore installations.

Med fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse oppnås det således at fordampingen foregår nærmest instantant i en nær homogent blandet beholder med meget kraftig omrøring. With the method according to the present invention, it is thus achieved that the evaporation takes place almost instantaneously in an almost homogeneously mixed container with very vigorous stirring.

Dette medfører en vesentlig forbedring av eksisterende teknologi for tørking av oljeholdige slammaterialer. Selv om prosessen beskrevet i N0155832 er den teknologi som teknisk er nærmest fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, så har denne som nevnt over så klare begrensninger med hensyn til finknusingen av partikler at den ikke har fått særlig stor anvendelse. Når man skal vurdere de fordeler som oppnås med foreliggende oppfinnelse så må man således sammen-ligne oppfinnelsen med de indirekte tørker som i dag benyttes for separering av slikt oljeholdig slammateriale. This entails a significant improvement of existing technology for drying oily sludge materials. Although the process described in N0155832 is the technology that is technically closest to the method according to the invention, as mentioned above, this has such clear limitations with regard to the fine crushing of particles that it has not been very widely used. When one is to assess the advantages achieved with the present invention, one must thus compare the invention with the indirect dryers that are currently used for separating such oily sludge material.

I motsetning til i de langsomt roterende indirekte oppvarm-ede prosessene gjør fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, på grunn av friksjonsvarmen som skapes, og på grunn av at materialet ikke finknuses, det mulig å utnytte "steam stripping" ved hjelp av det vannet som er tilstede i materialet. In contrast to the slowly rotating indirectly heated processes, the method according to the present invention, due to the frictional heat that is created, and due to the fact that the material is not finely crushed, makes it possible to utilize "steam stripping" with the help of the water that is present in the material.

Ser man på en langsomt roterende indirekte prosess vil ulike definerte faser dominere på ulike steder langsetter prosessens lengdeakse: 1. Forvarmingsfase: Første del av prosessen hvor all varme som tilføres går med til å heve materialets temperatur. 2. Vannfordampingsfase: Når materialet er varmet til vannets kokepunkt vil mesteparten av tilført energi gå med til å fordampe fritt vann. 3. Ny forvarmingsfase: Når det frie vannet er borte går tilført energi med til å heve temperaturen til kokepunktet for de letteste oljekomponentene og bundet vann. 4. Oljefordampingsfase: Ettersom gradvis tyngre olje-fraksjoner fordampes ut vil temperaturen gradvis stige. Maksimal temperatur ved slutten av prosessen er avgjørende for hvor mye olje som er igjen i materialet. For at damp som er frigitt i fase 2 skal fremme "steam stripping" av olje i fase 4 må dampen bringes effektivt i kontakt med materiale som er i fase 4. I de løsninger som er kjent innen teknikkens stilling legges ikke forholdene til rette for en slik kontakt. Dampen får i stor grad passere over materialet på sin veg til utløpet for avdamp uten effektiv blanding mellom damp og materiale. If you look at a slowly rotating indirect process, different defined phases will dominate in different places along the longitudinal axis of the process: 1. Preheating phase: First part of the process where all the heat that is supplied helps to raise the temperature of the material. 2. Water evaporation phase: When the material is heated to the water's boiling point, most of the supplied energy will be used to evaporate free water. 3. New pre-heating phase: When the free water is gone, added energy helps to raise the temperature to the boiling point for the lightest oil components and bound water. 4. Oil evaporation phase: As progressively heavier oil fractions evaporate, the temperature will gradually rise. The maximum temperature at the end of the process is decisive for how much oil remains in the material. In order for steam released in phase 2 to promote "steam stripping" of oil in phase 4, the steam must be effectively brought into contact with material that is in phase 4. In the solutions known in the state of the art, the conditions are not created for a such contact. The steam is largely allowed to pass over the material on its way to the outlet for steam without effective mixing between steam and material.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en anordning som er designet for effektiv utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Denne anordning vil nå bli nærmere beskrevet med henvisning til de medfølgende figurer, hvor: Fig. 1 viser en prinsipiell skisse av en tørkeanordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser som riss og utsnitt en utførelse av en anordning ifølge oppfinnelsen. The present invention also provides a device which is designed for efficient execution of the method according to the invention. This device will now be described in more detail with reference to the accompanying figures, where: Fig. 1 shows a principle sketch of a drying device according to the invention. Fig. 2 shows as a drawing and section an embodiment of a device according to the invention.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er således kjennetegnet ved at fordampning av en første komponent skjer ved en lavere temperatur enn den første komponentens atmosfæriske kokepunkt gjennom utnyttelse av den gassfase som etableres ved avdamping av en andre komponent, idet den andre komponent har et kokepunkt som ligger lavere enn for den første komponent, og at den andre komponents dampfases simultane tilstedeværelse reduserer den første komponents partialtrykk vesentlig i gassfasen som omgir materialet. The method according to the present invention is thus characterized by the fact that evaporation of a first component takes place at a lower temperature than the atmospheric boiling point of the first component through utilization of the gas phase that is established by evaporation of a second component, the second component having a boiling point that is lower than for the first component, and that the simultaneous presence of the second component's vapor phase significantly reduces the first component's partial pressure in the gas phase that surrounds the material.

Ytterligere alternative utførelser er angitt i underkravene 2-7. Further alternative embodiments are set out in sub-claims 2-7.

Den for tiden mest foretrukne utførelse av oppfinnelsen omfatter separering av vann og olje fra borekaks, dvs. slik at den første komponent er olje og den andre komponent er vann. The currently most preferred embodiment of the invention comprises the separation of water and oil from drilling cuttings, i.e. so that the first component is oil and the second component is water.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en hurtigroterende friksjonstørke for tørking av fluidholdig materiale omfattende et prosesskammer med minst en innføringsåpning, og en i dette prosesskammer opplagret rotor, idet det mellom prosesskammerets inneroverflater og rotorens ytteroverflater etableres et ringrom for opptak av materiale som skal tørkes, kjennetegnet ved at rotoren omfatter et antall faste ikke svingbare rotorarmer som slutter i en avstand innenfor inneroverflaten av prosesskammeret, og at inneroverflaten av statoren er glatt, og at rotoren roteres slik at det etableres en tangensialhastighet ytterst på rotorarmene i området 10 - 100 m/s. The present invention also relates to a fast-rotating friction dryer for drying fluid-containing material comprising a process chamber with at least one introduction opening, and a rotor stored in this process chamber, an annular space is established between the inner surfaces of the process chamber and the outer surfaces of the rotor for the absorption of material to be dried, characterized by that the rotor comprises a number of fixed, non-swingable rotor arms that end at a distance within the inner surface of the process chamber, and that the inner surface of the stator is smooth, and that the rotor is rotated so that a tangential speed is established at the outermost part of the rotor arms in the range of 10 - 100 m/s.

Ytterligere utførelser av anordningen er gitt i underkravene 9-19. Further embodiments of the device are given in sub-claims 9-19.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således også en hurtigroterende friksjonstørke (10). Rent praktisk kan anordningen (10) utføres som et sylindrisk prosesskammer (12)(stator) med en internt montert rotor (14). Rotoren (14) er utrustet med et antall rotorarmer (16) som slutter et lite stykke innenfor den statiske sylindriske beholderen (12). The present invention thus also relates to a fast-rotating friction dryer (10). In practical terms, the device (10) can be designed as a cylindrical process chamber (12) (stator) with an internally mounted rotor (14). The rotor (14) is equipped with a number of rotor arms (16) which end a short distance inside the static cylindrical container (12).

På de vanligste typer materialer som ønskes tørket, og med rotorarmer (16) produsert av konvensjonelle stållegeringer kan man angi følgende konstruktive karakteristika for friksjonstørken (10): 1. Diameter på sylindrisk prosesskammer: 0,5 - 5 m, typisk rundt 1 m. 2. Tangensialhastighet ytterst på rotorarmer: 10 - 100 m/s, typisk rundt 35 m/s. On the most common types of materials that are desired to be dried, and with rotor arms (16) produced from conventional steel alloys, the following constructive characteristics can be specified for the friction dryer (10): 1. Diameter of cylindrical process chamber: 0.5 - 5 m, typically around 1 m. 2. Tangential speed at the end of the rotor arms: 10 - 100 m/s, typically around 35 m/s.

3. Radiell klaring mellom prosesskammervegg og rotor: 3. Radial clearance between process chamber wall and rotor:

0 - 0,1 m, typisk ca. 0,03 m. 0 - 0.1 m, typically approx. 0.03 m.

4. Antall rotorarmer (16) i forhold til arealet til den sylindriske innerveggen til prosesskammeret (12): 10 - 100stk./m<2>, typisk ca. 30 stk./m<2>. 5. Totalt projeksert frontareal (16a) til den del av rotorarmene som er i inngrep med materialbedden sett i bevegelsesretningen i forhold til materialbeddens totale volum: 0,1 - 1m<2>/m<3>, typisk ca. 0,5m<2>/m3. 4. Number of rotor arms (16) in relation to the area of the cylindrical inner wall of the process chamber (12): 10 - 100 pcs./m<2>, typically approx. 30 pcs./m<2>. 5. Total projected front area (16a) of the part of the rotor arms that engages with the material bed seen in the direction of movement in relation to the material bed's total volume: 0.1 - 1m<2>/m<3>, typically approx. 0.5m<2>/m3.

Lengden til prosesskammeret (12) og dimensjonene til rotorarmene (16) i tangensiell retning spiller mindre rolle for prosessen. Føringene på disse blir gitt av de mekaniske påkjenningene konstruksjonen skal motstå, samt kravene til effektiv bortledning av damp som genereres i materialbedden. Ved å øke tangentialhastigheten får man betydelig variasjonsmuligheter for de ulike parametrene definert over. The length of the process chamber (12) and the dimensions of the rotor arms (16) in the tangential direction play less of a role for the process. The guides on these are given by the mechanical stresses the construction must withstand, as well as the requirements for efficient removal of steam generated in the material bed. By increasing the tangential speed, you get significant variation opportunities for the various parameters defined above.

Det essensielle med tørkeanordningen (10) er at denne utformes slik at de tre grunnleggende fysikalske prosessene blanding, varmegenerering og avdamping står i riktig forhold til hverandre. For å oppnå tilstrekkelig varmegenerering ved hjelp av interne kollisjons-, kontakt- og friksjonskrefter kreves det høye tangensialhastigheter på rotorarmene (16) som angitt i punkt 2. over. Antall rotorarmer (16) må ikke bli for stort, og armene (16) må ikke plasseres for tett da dette kan føre til at materialet i stoffbedden i stor grad roterer rundt sammen med rotoren, nærmest som et stivt legeme. Friksjonskreftene vil da i hovedsak oppstå mellom stoffbedden og veggen til den sylindriske beholderen (12) . Dette vil gi en for lav varmegenerering til å oppnå effektiv avdamping. Dessuten vil blandingsprosessen bli lite effektiv, og det vil bli umulig å opprettholde en stabil og tørr stoffbed. Det motsatte ytterpunkt, nemlig med for stor avstand mellom rotorarmene (16) er heller ikke bra. Da vil ikke en stor nok andel bedmateriale delta i den energioverførings-mekanismen som er beskrevet over, noe som medfører både lite effektiv blanding og for lav avdamping. Resultatet er at det oppstår lokale soner med for høg fuktighet. The essential thing about the drying device (10) is that it is designed so that the three basic physical processes of mixing, heat generation and evaporation are in the right relationship to each other. In order to achieve sufficient heat generation by means of internal collision, contact and frictional forces, high tangential speeds are required on the rotor arms (16) as indicated in point 2. above. The number of rotor arms (16) must not be too large, and the arms (16) must not be placed too closely as this can cause the material in the fabric bed to rotate around together with the rotor to a large extent, almost like a rigid body. The frictional forces will then mainly occur between the fabric bed and the wall of the cylindrical container (12). This will result in too little heat generation to achieve effective evaporation. Furthermore, the mixing process will become inefficient, and it will be impossible to maintain a stable and dry fabric bed. The opposite extreme, namely with too great a distance between the rotor arms (16) is also not good. Then a large enough proportion of bed material will not participate in the energy transfer mechanism described above, which results in both inefficient mixing and too little evaporation. The result is that local zones with excessively high humidity occur.

Gode resultater er oppnådd med den kombinasjon av para-metre som gitt i punkt 3-5, og en for tiden foretrukket utførelse av oppfinnelse er en anordning (10) med følgende karakteristika: Good results have been achieved with the combination of parameters given in points 3-5, and a currently preferred embodiment of the invention is a device (10) with the following characteristics:

1. Diameter på sylindrisk prosesskammer er ca. 1 m. 1. Diameter of cylindrical process chamber is approx. 1 m.

2. Tangensialhastighet ytterst på rotorarmer er i området 30-40 m/s, fortrinnsvis rundt 35 m/s. 3. Radiell klaring mellom prosesskammer (12) vegg (12a) og rotorarmens (16) frontareal (16a) er ca 0,03 m. 4. Antall rotorarmer (16) i forhold til arealet til den sylindriske prosesskammer innerveggen er 30 stk./m<2>. 5. Totalt projeksert frontareal (16a) til den del av rotorarmene som er i inngrep med material bedden sett i bevegelses retningen i forhold til materialbeddens totale volum er ca. 0,5 m<2>/m<3>. 2. Tangential speed at the end of the rotor arms is in the range of 30-40 m/s, preferably around 35 m/s. 3. Radial clearance between the process chamber (12) wall (12a) and the front area (16a) of the rotor arm (16) is approx. 0.03 m. 4. The number of rotor arms (16) in relation to the area of the cylindrical process chamber inner wall is 30 pcs./ m<2>. 5. Total projected front area (16a) of the part of the rotor arms that engages with the material bed seen in the direction of movement in relation to the total volume of the material bed is approx. 0.5 m<2>/m<3>.

En tilstrekkelig hurtig innblanding er viktig. Med den typiske kombinasjonen av tangensialhastighet, klaring og diameter som er indikert i punkter 1-3 over vil enkelte partikler i materialbedden kunne bevege seg nær 12 ganger rundt hele omkretsen av material bedden per sekund. Dette vil gi en blanding i tangensiell retning som er meget hurtig og effektiv. Man vil ikke kunne påvise gradienter i oljeinnholdet i tangensiell retning i et slikt apparat, bortsett fra i området like nedstrøms innmatingspunktene. I aksiell retning vil derimot blandingstiden bli noe lengre, da blandingsmekanismen er mer indirekte enn i tangensiell retning. Dette kan føre til at man kan påvise gradienter i oljeinnholdet i aksiell retning med maksimale verdier i de aksielle posisjoner hvor innmating skjer. Det essensielle for å lykkes med prosessen er at innmatingen reguleres slik at gjennomsnittlig oljeinnhold rundt hele omkretsen ved innmatingspunktene avpasses slik at kravene til restoljeinnhold i tørrstoffet er oppfylt. En jevnere fordeling av innmatingspunkt i aksiell retning vil gjøre prosessen mindre avhengig av effektiv aksiell miksing, og en utførelse ifølge oppfinnelsen vedrører således en anordning (10) der det er arrangert flere innmatings-punkter langs anordnings (10) aksielle utstrekning. Sufficiently rapid intervention is important. With the typical combination of tangential speed, clearance and diameter indicated in points 1-3 above, some particles in the material bed will be able to move close to 12 times around the entire circumference of the material bed per second. This will give a mixture in the tangential direction which is very fast and efficient. One will not be able to detect gradients in the oil content in a tangential direction in such an apparatus, except in the area immediately downstream of the feed points. In the axial direction, on the other hand, the mixing time will be somewhat longer, as the mixing mechanism is more indirect than in the tangential direction. This can lead to the detection of gradients in the oil content in the axial direction with maximum values in the axial positions where feeding takes place. The essential thing for the process to be successful is that the feed is regulated so that the average oil content around the entire circumference at the feed points is adjusted so that the requirements for residual oil content in the dry matter are met. A more uniform distribution of feed points in the axial direction will make the process less dependent on effective axial mixing, and an embodiment according to the invention thus relates to a device (10) where several feed points are arranged along the axial extent of the device (10).

For å skape den nødvendige varmegenerering vil kravet om effektiv blanding samtidig oppfylles. Rotorarmene (16) vil i hovedsak sørge for å slynge partiklene i stoff bedden i tangensiell retning, men det genereres også bevegelser av mindre systematisk natur i aksiell retning som sørger for den aksielle blandingen i stoff bedden. Dette medvirker til å samle stoffbedden langs den sylindriske beholderens (12) innervegg med krefter som langt overgår gravitasjons-kraftens tendens til å samle materialet i beholderens (12) bunn. Dragkreftene fra dampen som genereres i stoffbedden er heller ikke store nok til å transportere betydelige mengder materiale mot beholderens senter. Avdampen ledes derfor ut fra selve prosess/tørkekammeret gjennom et utløp (20) plassert nærmest mulig senter. Dette bidrar til å redusere medrivningen av partikler i avdamp til et aksep-tabelt nivå. In order to create the necessary heat generation, the requirement for efficient mixing will be met at the same time. The rotor arms (16) will mainly ensure that the particles are flung in the fabric bed in a tangential direction, but movements of a less systematic nature are also generated in the axial direction which ensure the axial mixing in the fabric bed. This helps to collect the material bed along the inner wall of the cylindrical container (12) with forces that far exceed the tendency of the gravitational force to collect the material in the bottom of the container (12). The drag forces from the steam generated in the fabric bed are also not great enough to transport significant amounts of material towards the center of the container. The steam is therefore led out from the process/drying chamber itself through an outlet (20) placed as close to the center as possible. This helps to reduce the entrainment of particles in the exhaust to an acceptable level.

Dersom man sammenligner anordningen ifølge oppfinnelse med den løsning som rent teknisk er nærmest, dvs den anordning som beskrives i NO 155.832, så er hoverforskjellene at anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse for det første ikke er utstyrt med langsgående sliteribber, og for det andre at der ikke er slagarmer montert på rotorplatene. Videre så har løsningen som er skissert i NO 155.832 inn-løpsåpning for material i den ene endeveggen og utløp for tørt materiale i den andre. Dette medfører at kontakten mellom vanndamp som dannes i den første delen av prosessen og partikler i fase 4 i den siste delen av prosessen bli vesentlig dårligere enn i en homogent mikset beholder, fordi det i fase 4 vil være en jevn strøm av oljedamp fra materialet mot gassvolumet innenfor material "bedden" som hindrer vanndamp i å komme i kontakt med og å bli opp-blandet med partiklene. If one compares the device according to the invention with the technically closest solution, i.e. the device described in NO 155,832, the main differences are that the device according to the present invention is firstly not equipped with longitudinal wear ribs, and secondly that there are no impact arms mounted on the rotor plates. Furthermore, the solution outlined in NO 155,832 has an inlet opening for material in one end wall and an outlet for dry material in the other. This means that the contact between water vapor formed in the first part of the process and particles in phase 4 in the last part of the process will be significantly worse than in a homogeneously mixed container, because in phase 4 there will be a steady flow of oil vapor from the material towards the gas volume within the material "bed" which prevents water vapor from coming into contact with and being mixed up with the particles.

Med anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse vil de enkelte partiklene som mates inn meget hurtig spres over hele material "bedden" i prosesskammeret på grunn av inn-matingsåpningen(es) plassering og apparatets konstruksjon. Hver enkelt partikkel vil gjennomgå de fire fasene over, men den intense omrøringen vil sørge for at det hele tiden befinner seg partikler i alle de fire fasene i hele material "beddens" utbredelse. Betrakter man et vist antall partikler vil dermed gassen som omgir partiklene i "bedden" ha samme blandingsforhold mellom vanndamp og oljedamp over det hele, og denne må være gitt av mengden vann og olje i materialet. Rundt enhver partikkel i en fluidisert bed vil det finnes et laminert grensesjikt av en viss tykkelse. Molekyler som fordamper fra partikkelens overflate må diffundere gjennom dette grensesjiktet for å komme til den turbulente homogent blandede gassfasen utenfor, og tykkelsen på grensesjiktet er bestemmende for konsentrasjons-gradienten som bestemmer diffusjonsraten og dermed avdamp-ingsraten. Så lenge partialtrykket til oljen i den homogene bulk gassfasen er lavere enn damptrykket ved aktuell temperatur, vil oljemolekyler diffundere gjennom det laminere grensesjiktet og inn i gassfasen. Desto tynnere grensesjikt desto mer effektiv blir "steam strippingen" av olje fra en partikkel som er i fase 4. Den høye rotasjons-hastigheten som er nødvendig for å holde materialet i prosesskammeret homogent mikset gir samtidig også en meget effektiv reduksjon i det laminere grenselagets tykkelse. With the device according to the present invention, the individual particles that are fed in will spread very quickly over the entire material "bed" in the process chamber due to the location of the feed opening(s) and the construction of the device. Each individual particle will undergo the four phases above, but the intense stirring will ensure that there are always particles in all four phases throughout the material "bed" spread. If one considers a certain number of particles, the gas surrounding the particles in the "bed" will therefore have the same mixing ratio between water vapor and oil vapor throughout, and this must be given by the amount of water and oil in the material. Around any particle in a fluidized bed there will be a laminated boundary layer of a certain thickness. Molecules that evaporate from the particle's surface must diffuse through this boundary layer to reach the turbulent homogeneously mixed gas phase outside, and the thickness of the boundary layer determines the concentration gradient which determines the diffusion rate and thus the evaporation rate. As long as the partial pressure of the oil in the homogeneous bulk gas phase is lower than the vapor pressure at the current temperature, oil molecules will diffuse through the laminar boundary layer and into the gas phase. The thinner the boundary layer, the more effective is the "steam stripping" of oil from a particle that is in phase 4. The high rotation speed, which is necessary to keep the material in the process chamber homogeneously mixed, also results in a very effective reduction in the thickness of the laminar boundary layer. .

Claims

1. Procedure for separating oil, water and other volatile components that can evaporate from oily material such as drilling cuttings, bleaching earth, sludge waste from oil tanks, oil shale and the like by evaporation in a neutral atmosphere, in a fast rotating friction dryer with fixed, non-swingable rotor arms (16 ) and where the inner surface is smooth, characterized in that evaporation of a first component occurs at a lower temperature than the atmospheric boiling point of the first component through utilization of the gas phase that is established by evaporation of a second component, the second component having a boiling point that is lower than for the first component, and that the simultaneous presence of the second component's vapor phase significantly reduces the first component's partial pressure in the gas phase that surrounds the material.

2. Method in accordance with claim 1, characterized in that the rotation in the friction dryer is sufficient to reduce the thickness of the laminar boundary layer surrounding the particles so that the concentration gradient of the first component's vapor from the surface of the particles into the gas mixture which is poor in vapor of the first component becomes as steep as possible.

3. Method in accordance with one of claims 1-2, characterized in that the first component is oil, or oil-like compounds.

4. Method in accordance with one of claims 1-2, characterized in that the second component is water.

5. Method in accordance with claim 4, characterized in that the second component is added to the material from which oil is to be separated.

6. Method in accordance with claim 4, characterized in that the water used as the second component is present in the material before the separation process starts.

7. Method in accordance with one of claims 1-6, characterized in that the friction dryer has a rotational speed in the range 10 - 100 m/s.

8. Fast-rotating friction dryer (10) for drying fluid-containing material comprising a process chamber (12) with at least one introduction opening (18), and a rotor (14) stored in this process chamber (12), in that between the inner surfaces (12a) of the process chamber (12) ) and the outer surfaces of the rotor (14), an annular space is established for the absorption of material to be dried, characterized in that the rotor (14) comprises a number of fixed non-swingable rotor arms (16) which end at a distance within the inner surface (12a) of the process chamber (12), and that the inner surface of the stator is smooth, and that the rotor (14) is rotated so that a tangential speed is established at the end of the rotor arms (16) in the range of 10 - 100 m/s.

9. Friction dryer 10) in accordance with claim 8, characterized in that the tangential speed at the end of the rotor arms (16) is in the range 30 - 40 m/s, preferably approx. 35 m/s.

10. Friction dryer 10) in accordance with claim 8, characterized in that the rotor arms (16) are arranged with a mutual distance so that a sufficiently rapid mixing of fed material and bed material is achieved so that no systematic oil content gradients can be detected in the device's (10) tangential direction.

11. Friction dryer (10) in accordance with claim 8, characterized in that the radial clearance distance between the inner surface (12a) of the process chamber (12) and the end edge (16a) of the rotor (16) is of the order of magnitude 0 - 0.1 m, preferably approx. 0.03 m.

12. Friction dryer (10) in accordance with claim 8, characterized in that the number of rotor arms (16) in relation to the area of the cylindrical inner surface (12a) of the process chamber (12) is in the order of 10 - 100 per m<2>.

13. Friction dryer (10) in accordance with claim 8, characterized in that the number of rotor arms (16) in relation to the area of the cylindrical inner surface (12a) of the process chamber (12) is approx. 30 pieces per m<2>.

14. Friction dryer (10) in accordance with claim 8, characterized in that the total area of the rotor's active front surface (16a) is of the order of 0.1 - 1 m<2>/m<3>.

15. Friction dryer (10) in accordance with claim 8, characterized in that the total area of the rotor's active front surface (16a) is approx. 0.5 m<2>/m<3>.

16. Friction dryer (10) in accordance with one of claims 8 - 16. characterized in that the device (10) comprises a number of inlets (18) distributed over the axial extent of the device (10).

17. Friction drying 10) in accordance with one of claims 8 - 16, characterized in that moisture content and collision, contact and frictional forces are indicated by sensor(s) in the process chamber (12), and that signals from this are communicated to a control unit that adapts input and output speeds mi and m0 respectively, so that a process is achieved in accordance with one of claims 1-7.

18. Friction dryer (10) in accordance with one of claims 8 - 17, characterized in that the stator and or rotor are equipped with heating surfaces.

19. Friction dryer (10) in accordance with claim 8, characterized in that the volume of the process chamber where the transfer of heat and evaporation takes place can be limited to 1.0 m<3> per ton of treated cake per cycle.