RU2627784C1

RU2627784C1 - Device for oil wastes recycling

Info

Publication number: RU2627784C1
Application number: RU2016117413A
Authority: RU
Inventors: Алексей Сергеевич Градов; Евгений Сергеевич Сусеков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ"
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-08-11

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device for oil waste recycling contains scroll conveyor body, a auger placed in it, a heater, an additional steam generator. The body of the scroll conveyor in the upper part is made in the form of a rectangular box, the bottom wall of which is made in the form of a porous plate with a porosity of 0.2-0.6, on which a horizontal tube bundle is installed. In the lower part, the body is made in the form of two semi-cylindrical slots installed in parallel and connected along a generatrix of a cylindrical surface. The auger is made in the form of two spirals, each of which is installed in a semicylindrical slot. On the axis of each spiral there is a pipe with a porous wall, which is connected to the steam generator with its input. The output of each pipe with a porous wall is connected to a rectangular box. The heater in the form of a tube bundle is installed from the outside on the conveyor body and is connected to the output of a horizontal tube bundle with its input.

EFFECT: reduction of hydrocarbon losses during oil wastes recycling, reduced harmful discharges to environment.

4 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к технологии переработки нефтяных отходов и может быть применено в нефтедобывающей и нефтехимической промышленности для получения из отходов углеводородного сырья, а также в энергетике для получения жидких и газообразных топлив из отходов.The invention relates to a technology for the processing of oil waste and can be used in the oil and petrochemical industries for the production of hydrocarbon waste from raw materials, as well as in the energy sector for producing liquid and gaseous fuels from waste.

Известен способ получения дистиллятных фракций из нефтепродуктов, остатков перегонки нефти, газового конденсата и нефтешламов и устройство для его осуществления (см. патент РФ №2204583, опубликован 20.05.2003 г.). Устройство включает танки для сырья и остатка, трубчатую печь для сырья, насосы, реакторы, печь для нагрева инертного газа. В реакторе расположен излучающий экран, поверхность которого параллельна поверхности нефтепродукта, при этом экран разогревается беспламенными газовыми горелками, а расстояние от поверхности экрана до поверхности жидкости 30-300 мм.A known method of producing distillate fractions from petroleum products, residues of distillation of oil, gas condensate and oil sludge and a device for its implementation (see RF patent No. 2204583, published 05/20/2003). The device includes tanks for raw materials and residues, a tubular furnace for raw materials, pumps, reactors, an inert gas heating furnace. In the reactor there is a radiating screen, the surface of which is parallel to the surface of the oil product, while the screen is heated by flameless gas burners, and the distance from the screen surface to the liquid surface is 30-300 mm.

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

1. Высокий расход энергии на процесс переработки, обусловленный необходимостью создания вакуума в реакторе при одновременном интенсивном испарении нефтепродуктов в результате нагрева. Для откачки образующихся паров и поддержания в заданных пределах низкого давления в реакторе требуется мощное откачивающее оборудование, потребляющее электрическую энергию.1. High energy consumption for the refining process, due to the need to create a vacuum in the reactor while intensively evaporating oil products as a result of heating. Powerful pumping equipment that consumes electrical energy is required to pump the generated vapors and maintain the low pressure within the specified limits in the reactor.

2. Потери ценного углеводородного сырья, пары которого вначале смешивают с инертным газом, а затем выделяют из данной смеси, в результате чего часть паров неизбежно остается в потоке инертного газа и при последующем прогреве инертного газа в печи сгорает или коксуется с отложениями кокса на поверхностях нагрева.2. Losses of valuable hydrocarbon feedstocks, the vapors of which are first mixed with an inert gas, and then extracted from this mixture, as a result of which part of the vapor inevitably remains in the inert gas stream and, when the inert gas is subsequently heated in the furnace, burns or cokes with coke deposits on the heating surfaces .

3. Значительные выбросы вредных веществ в окружающую среду, которые образуются при разогреве излучающего экрана беспламенными газовыми горелками.3. Significant emissions of harmful substances into the environment, which are formed when the radiating screen is heated by flameless gas burners.

Известно устройство для очистки почвы от нефтепродуктов, включающее приемный бункер, перемешивающее устройство, винтовой конвейер, сушилку, представляющую собой корпус с расположенными один над другим ленточными конвейерами. В корпусе сушилки под конвейерами установлены горелки для сжигания сорбента с нефтепродуктами, в верхней части сушилки расположена камера для сбора отработанных газов, соединенная через циклон и абсорбер с дымососом (см. патент РФ №2517222, опубликован 27.05.2014 г. Бюл. №15).A device for cleaning the soil of oil products, including a receiving hopper, a mixing device, a screw conveyor, a dryer, which is a casing with belt conveyors located one above the other, is known. In the dryer housing, under the conveyors, burners are installed for burning the sorbent with oil products, in the upper part of the dryer there is a chamber for collecting exhaust gases, connected through a cyclone and an absorber to a smoke exhaust (see RF patent No. 2517222, published May 27, 2014 Bull. No. 15) .

К недостаткам данного устройства относятся:The disadvantages of this device include:

1. Высокий расход энергии для очистки почвы от нефтепродуктов, связанный с необходимостью сжигания газа, а также отсутствием возврата тепловой энергии в сушилку и выбросом нагретых продуктов сгорания в атмосферу.1. High energy consumption for cleaning soil from oil products, associated with the need to burn gas, as well as the lack of return of thermal energy to the dryer and the release of heated combustion products into the atmosphere.

2. Потеря нефтепродуктов, которые вначале извлекаются из почвы путем адсорбции, а затем сжигаются вместе с сорбентом. При этом уничтожается (сжигается) и ценный продукт сорбент на основе графена.2. Loss of petroleum products, which are first extracted from the soil by adsorption, and then burned together with the sorbent. At the same time, a valuable product sorbent based on graphene is destroyed (burned).

3. Большие выбросы вредных веществ в окружающую среду, которые неизбежно образуются при сжигании сорбента с адсорбированными нефтепродуктами и с потоком продуктов сгорания выбрасываются в атмосферу.3. Large emissions of harmful substances into the environment, which inevitably arise when the sorbent is burned with adsorbed oil products and with the flow of combustion products are released into the atmosphere.

Известно устройство для переработки органических и минеральных отходов, включающее цилиндрический корпус, выполненный с двойной стенкой с выходным окном для отбора жидкой и газообразной фракций и снабженный загрузочной крышкой, расположенный внутри корпуса смеситель с входными и выходными окнами для теплоносителя. Смеситель выполнен из трех наклонных трубчатых элементов с лопастями, расположенных через 120° и жестко установленных одним концом на торцевой стенке корпуса с входными окнами для соединения с нагревателями, а другим концом - на внутренней стенке с выходными окнами для подачи теплоносителя в полость между двумя стенками. Кроме того, в корпусе установлены уплотнитель исходного сырья и трубка для отвода пара и подвода жидких реагентов (см. патент РФ №2507236, опубликован 20.02.2014 г.).A device for processing organic and mineral wastes is known, including a cylindrical body made with a double wall with an exit window for sampling liquid and gaseous fractions and equipped with a loading lid, a mixer located inside the housing with inlet and outlet windows for the coolant. The mixer is made of three inclined tubular elements with blades located 120 ° and rigidly mounted at one end on the end wall of the housing with inlet windows for connection to heaters, and at the other end on the inner wall with exit windows for supplying coolant into the cavity between the two walls. In addition, a feedstock compactor and a tube for removing steam and supplying liquid reagents are installed in the casing (see RF patent No. 2507236, published 02.20.2014).

1. Высокий расход энергии для переработки отходов, связанный с периодическим действием устройства, т.е. устройство загружается отходами, осуществляется нагрев, отбор газовой и жидкой фракции и выгрузка обработанного остатка. После этого устройство необходимо опять загружать и нагревать.1. High energy consumption for waste processing associated with the periodic operation of the device, ie the device is loaded with waste, heating, selection of the gas and liquid fractions and unloading of the treated residue is carried out. After that, the device must be loaded and heated again.

2. Низкий ресурс работы устройства из-за износа в результате трения отходов о стенки корпуса и лопасти, а также из-за повышенной коррозии, вызываемой образующейся в верхней части устройства кислотно-щелочной газовой смесью.2. The low life of the device due to wear due to friction of waste on the walls of the housing and the blade, as well as due to increased corrosion caused by the acid-base gas mixture formed in the upper part of the device.

3. Образование вредных соединений (алкалоидов, диоксидов, канцерогенов и других вредных газов) для предотвращения выброса которых в окружающую среду необходимы специальные системы очистки газов.3. The formation of harmful compounds (alkaloids, dioxides, carcinogens and other harmful gases) to prevent the release of which into the environment, special gas cleaning systems are needed.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятое нами за прототип устройство для очистки нефтезагрязненного грунта от нефтепродуктов, содержащее корпус шнекового транспортера, помещенный в него шнек, загрузочный бункер, нагреватель, резервуар для сбора нефти. Нагреватель выполнен масляным, состоит из емкости, заполненной маслом, и узла подогрева масла. Корпус шнекового транспортера помещен в емкость масляного нагревателя (см. патент РФ №2297288, опубликован 20.04.2007 г.).Closest to the proposed invention is the prototype device for cleaning oil-contaminated soil from oil products, containing a screw conveyor housing, a screw placed in it, a loading hopper, a heater, and an oil collection tank. The heater is made of oil, consists of a tank filled with oil, and an oil heating unit. The screw conveyor housing is placed in the capacity of the oil heater (see RF patent No. 2297288, published April 20, 2007).

1. Высокий расход энергии для переработки отходов, обусловленный высокими потерями тепловой энергии, которые неизбежно происходят при перекачке нагретого масла от узла подогрева по трубопроводам к масляному нагревателю, а также расходом электрической энергии на процесс перекачки масла.1. High energy consumption for waste processing, due to the high losses of thermal energy that inevitably occur during the transfer of heated oil from the heating unit through pipelines to the oil heater, as well as the consumption of electrical energy for the oil transfer process.

2. Потеря нефтепродуктов в результате того, что нефтепродукты невозможно полностью отжать из нефтезагрязненного грунта. В грунте остаются высоковязкие углеводороды, что требует организации стадии последующей очистки данного грунта.2. Loss of oil products as a result of the fact that oil products cannot be completely squeezed out of oil-contaminated soil. Highly viscous hydrocarbons remain in the soil, which requires the organization of the stage of subsequent cleaning of this soil.

3. Высокие выбросы вредных веществ в окружающую среду как с не полностью очищенным грунтом, так и с продуктами сгорания, которые выбрасываются в окружающую среду из узла подогрева масла.3. High emissions of harmful substances into the environment both with incompletely cleaned soil and with combustion products that are released into the environment from the oil heating unit.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение расхода энергии для переработки нефтяных отходов, уменьшение вредных выбросов в окружающую среду, а также снижение потерь углеводородов при переработке нефтяных отходов.The objective of the invention is to reduce energy consumption for the processing of oil waste, reducing harmful emissions into the environment, as well as reducing the loss of hydrocarbons in the processing of oil waste.

Поставленная задача решается тем, что устройство для переработки нефтяных отходов, содержащее корпус шнекового транспортера, помещенный в него шнек, нагреватель, согласно изобретению дополнительно содержит парогенератор, при этом корпус шнекового транспортера в верхней части выполнен в виде прямоугольного короба, нижняя стенка которого выполнена в виде пористой пластины с пористостью 0,2-0,6, на которой установлен горизонтальный трубный пучок, а в нижней части корпус выполнен в виде двух полуцилиндрических желобов, установленных параллельно и соединенных по образующей цилиндрической поверхности, шнек выполнен в виде двух спиралей, каждая из которых установлена в полуцилиндрическом желобе, а по оси каждой спирали установлена труба с пористыми стенками, которая своим входом соединена с парогенератором, выход каждой трубы с пористой стенкой подключен к прямоугольному коробу, а нагреватель в виде трубного пучка установлен с внешней стороны на корпусе транспортера и своим входом подключен к выходу горизонтального трубного пучка.The problem is solved in that the device for processing oil waste containing a screw conveyor housing, a screw placed in it, the heater, according to the invention further comprises a steam generator, while the screw conveyor housing in the upper part is made in the form of a rectangular box, the lower wall of which is made in the form a porous plate with a porosity of 0.2-0.6, on which a horizontal tube bundle is installed, and in the lower part the body is made in the form of two semi-cylindrical gutters installed in parallel flaxly and connected along the generatrix of the cylindrical surface, the screw is made in the form of two spirals, each of which is installed in a semi-cylindrical trough, and a pipe with porous walls is installed along the axis of each spiral, which is connected to the steam generator by its inlet, the outlet of each pipe with a porous wall is connected to a rectangular duct, and a heater in the form of a tube bundle is installed on the outer side of the conveyor body and connected to the output of the horizontal tube bundle with its input.

Выполнение корпуса шнекового транспортера в верхней части в виде прямоугольного короба, нижняя стенка которого выполнена в виде пористой пластины с пористостью 0,2-0,6, на которой установлен горизонтальный трубный пучок, обеспечивает возможность перегрева водяного пара и равномерной по всей площади транспортера подачи пара к нефтяным отходам для их нагрева и термического разложения с образованием газообразных продуктов, которые смешиваются с потоком водяного пара, в результате чего снижаются скорости реагирования между компонентами газообразных продуктов и предотвращается образование вторичных продуктов (смол, кокса и др.).The execution of the screw conveyor casing in the upper part in the form of a rectangular box, the lower wall of which is made in the form of a porous plate with a porosity of 0.2-0.6, on which a horizontal tube bundle is installed, provides the possibility of overheating of water vapor and uniform throughout the area of the steam supply conveyor to oil wastes for their heating and thermal decomposition with the formation of gaseous products that mix with the flow of water vapor, resulting in reduced reaction rates between the components of ha zoobraznyh products and prevents the formation of secondary products (resins, coke, etc.).

Равномерная подача водяного пара к поверхности нефтяных отходов приводит к снижению температуры кипения образующихся жидких продуктов термолиза отходов (т.е. образующиеся в результате термического разложения жидкие углеводороды испаряются при более низких температурах и в виде паров выводятся из шнекового транспортера), что предотвращает конденсацию их на стенках шнекового транспортера.A uniform supply of water vapor to the surface of oil waste leads to a decrease in the boiling point of the resulting liquid waste thermolysis products (i.e., liquid hydrocarbons formed as a result of thermal decomposition evaporate at lower temperatures and are removed from the screw conveyor in the form of vapors), which prevents them from condensing onto walls of the screw conveyor.

Исполнение нижней стенки короба в виде пористой пластины с пористостью 0,2-0,6 позволяет достичь эффекта быстрого нагрева потока водяного пара, который фильтруется через поры пластины и интенсивно нагревается в результате теплообмена с развитой поверхностью (большой удельной поверхностью пор) пластины. Так как количество передаваемого тепла от поверхности к обтекающему ее потоку прямо пропорционально величине этой поверхности, то с ростом площади поверхности возрастает и тепловой поток от этой поверхности к обтекающему ее потоку.The execution of the bottom wall of the box in the form of a porous plate with a porosity of 0.2-0.6 allows you to achieve the effect of rapid heating of the water vapor stream, which is filtered through the pores of the plate and intensively heated as a result of heat exchange with a developed surface (large specific pore surface) of the plate. Since the amount of heat transferred from the surface to the stream flowing around it is directly proportional to the value of this surface, then with increasing surface area, the heat flow from this surface to the stream flowing around it also increases.

Использование пластины с пористостью ниже 0,2 приведет к резкому росту гидродинамического сопротивления, т.е. для прокачки водяного пара через пластину с пористостью менее 0,2 при заданном расходе потребуется создание большого перепада давления по толщине пластины, в результате чего пластина деформируется или разрушится и транспортер выйдет из строя.Using a plate with a porosity below 0.2 will lead to a sharp increase in hydrodynamic resistance, i.e. for pumping water vapor through a plate with a porosity of less than 0.2 at a given flow rate, it will be necessary to create a large pressure drop across the plate thickness, as a result of which the plate is deformed or collapses and the conveyor fails.

Использование пластины с пористостью более 0,6 приведет к резкому снижению поверхности теплопередачи (снижению общей поверхности пор), в результате чего протекающий через поры пластины водяной пар не будет интенсивно нагреваться (т.е. при пористости более 0,6 водяной пар будет "проскакивать" через пластину практически без существенного нагрева, а это приведет к снижению или полному прекращению процесса термолиза углеводородов, содержащихся в отходах, т.е. данные углеводороды не будут извлекаться из нефтяных отходов.Using a plate with a porosity of more than 0.6 will lead to a sharp decrease in the heat transfer surface (lowering the total surface of the pores), as a result of which the water vapor flowing through the pores of the plate will not heat up intensively (i.e., with porosity of more than 0.6, the water vapor will “slip through” "through the plate with virtually no significant heating, and this will lead to a decrease or complete cessation of the process of thermolysis of hydrocarbons contained in the waste, ie these hydrocarbons will not be extracted from oil waste.

Применение горизонтального трубного пучка, который установлен на поверхности пористой пластины, позволяет прокачивать через пучок теплоноситель и таким образом обеспечивать нагрев самой пористой пластины, которая в свою очередь передает тепло протекающему через ее поры водяному пару. Одновременно при этом трубный пучок нагревается и передает тепло путем излучения к поверхности нефтяных отходов.The use of a horizontal tube bundle, which is mounted on the surface of the porous plate, allows the coolant to be pumped through the beam and thus provide heating for the porous plate itself, which in turn transfers heat to water vapor flowing through its pores. At the same time, the tube bundle heats up and transfers heat by radiation to the surface of the oil waste.

Размещение нагретого трубного пучка на поверхности пористой пластины обеспечивает обтекание поверхности труб пучка водяным паром, который вытекает из пор пластины, что приводит к эффекту создания паровой завесы, т.е. пары углеводородов, которые образовались в нефтяных отходах в результате термолиза, не могут достичь нагретой поверхности труб и претерпеть там термическое разложение с образованием кокса, который осядет на самой поверхности. Осаждение кокса на поверхности труб самого пучка приведет к созданию теплоизолирующей рубашки из слоя углерода, в результате чего интенсивности передачи тепла от трубного пучка к пористой пластине и нефтяным отходам резко снизится, а сами трубы пучка перегреются и выйдут из строя.The placement of the heated tube bundle on the surface of the porous plate provides a flow of steam around the surface of the tube tubes, which flows from the pores of the plate, which leads to the effect of creating a vapor curtain, i.e. vapors of hydrocarbons that were formed in oil waste as a result of thermolysis cannot reach the heated surface of the pipes and undergo thermal decomposition there with the formation of coke, which will settle on the surface itself. The deposition of coke on the surface of the tubes of the beam itself will lead to the creation of a heat-insulating jacket from the carbon layer, as a result of which the intensity of heat transfer from the tube bundle to the porous plate and oil waste will decrease sharply, and the beam tubes themselves will overheat and fail.

Однако путем диффузии некоторая часть паров углеводородов будет проникать через паровую завесу, поступать к нагретой поверхности труб и разлагаться с образованием кокса.However, by diffusion, some of the hydrocarbon vapors will penetrate through the steam curtain, enter the heated surface of the pipes and decompose to form coke.

Поскольку вытекающий перегретый водяной пар из пор пластины обтекает поверхность труб и контактирует с осевшим на поверхности углеродом (коксом), то протекает реакция взаимодействия углерода (кокса) с водяным паром С + H₂O = СО + H₂. Таким образом, оседающий на поверхности труб кокс реагирует с водяным паром с образованием газов СО и H₂, что и обеспечивает очистку поверхности нагретых труб.Since the effluent superheated water vapor from the pores of the plate flows around the pipe surface and is in contact with carbon (coke) deposited on the surface, the reaction of carbon (coke) with water vapor C + H ₂ O = CO + H ₂ proceeds. Thus, the coke deposited on the surface of the pipes reacts with water vapor to produce CO and H ₂ gases, which ensures that the surface of the heated pipes is cleaned.

Одновременно при этом образующиеся газы СО и H₂ (являются восстановительными газами) реагируют с парами углеводородов, что приводит к частичному гидрированию углеводородов с улучшением качественных показателей образующихся новых продуктов (снижается содержание серы в этих продуктах). Таким образом, снижаются вредные выбросы в окружающую среду и потери углеводородов при переработке отходов.At the same time, the CO and H ₂ gases formed (which are reducing gases) react with hydrocarbon vapors, which leads to partial hydrogenation of hydrocarbons with an improvement in the quality indicators of the new products formed (the sulfur content in these products decreases). Thus, harmful emissions into the environment and losses of hydrocarbons during waste processing are reduced.

В результате размещения пучка труб (нагревателя) на поверхности пористой пластины (в этой зоне самая высокая температура пара, выходящего из пор пластины, что необходимо для реагирования углерода с водородом) обеспечивается два эффекта: эффект снижения образования кокса на поверхности труб и эффект образования восстановительных газов (СО и H₂).As a result of placing the tube bundle (heater) on the surface of the porous plate (in this zone, the highest temperature of the steam leaving the pores of the plate, which is necessary for the carbon to react with hydrogen), two effects are provided: the effect of reducing the formation of coke on the pipe surface and the effect of the formation of reducing gases (CO and H ₂ ).

При размещении пучка труб ниже поверхности пористой пластины интенсивность протекания реакции взаимодействия углерода с водородом на поверхности труб пучка резко снизится из-за снижения температуры водяного пара и его концентрации в результате смешивания с парами углеводородов, образующимися в процессе термолиза отходов. Это приведет к зарастанию поверхности труб коксом и резкому падению передачи тепла отходам путем излучения.When the tube bundle is placed below the surface of the porous plate, the intensity of the reaction of carbon-hydrogen interaction on the surface of the tube tubes will sharply decrease due to a decrease in the temperature of water vapor and its concentration as a result of mixing with hydrocarbon vapors generated during waste thermolysis. This will lead to overgrowth of the pipe surface with coke and a sharp drop in heat transfer to waste by radiation.

Выполнение корпуса в нижней части в виде двух полуцилиндрических желобов, установленных параллельно и соединенных по образующей цилиндрической поверхности, обеспечивает возможность увеличить поверхность нижней части, через которую подводят тепло для процесса термолиза отходов.The execution of the housing in the lower part in the form of two semi-cylindrical gutters installed in parallel and connected along the generatrix of the cylindrical surface, makes it possible to increase the surface of the lower part through which heat is supplied for the waste thermolysis process.

Выполнение шнека в виде двух спиралей, каждая из которых установлена в полуцилиндрическом желобе, обеспечивает возможность непрерывной переработки нефтяных отходов путем перемещения их от входа к выходу транспортера при одновременном подводе тепла излучением и конвекцией от трубного пучка, а также путем теплопроводности от нижнего нагревателя через стенку корпуса. При этом спирали практически не перекрывают поток излучения от горизонтального трубного пучка, установленного на нижней стенке прямоугольного короба, что обеспечивает эффективный нагрев отходов.The execution of the screw in the form of two spirals, each of which is installed in a semi-cylindrical trough, provides the possibility of continuous processing of oil waste by moving them from the inlet to the conveyor outlet while supplying heat by radiation and convection from the tube bundle, as well as by heat conduction from the lower heater through the housing wall . In this case, the spirals practically do not block the radiation flux from the horizontal tube bundle mounted on the bottom wall of the rectangular duct, which ensures efficient heating of the waste.

Установка по оси каждой спирали трубы с пористой стенкой, которая своим входом соединена с парогенератором, а выход каждой трубы с пористой стенкой подключен к прямоугольному коробу, обеспечивает возможность подачи водяного пара от парогенератора в трубу с пористой стенкой, который (водяной пар) через пористую стенку трубы вытекает в корпус транспортера и смешивается с потоком водяного пара, выходящим из пористой пластины прямоугольного короба. В результате взаимодействия двух потоков возникает турбулентность образующейся смеси, что приводит к интенсификации (значительному росту) конвективной передачи тепла и ускорению процесса термолиза, так как скорость последнего определяется скоростью подвода тепловой энергии. Часть водяного пара проходит через перфорированную трубу и поступает в прямоугольный короб, из которого затем через пористую пластину выходит в корпус транспортера.The installation along the axis of each spiral of a pipe with a porous wall, which is connected with a steam generator at its inlet, and the output of each pipe with a porous wall is connected to a rectangular box, provides the possibility of supplying water vapor from the steam generator to a pipe with a porous wall, which (water vapor) through the porous wall the pipe flows into the conveyor body and mixes with a stream of water vapor exiting the porous plate of the rectangular box. As a result of the interaction of the two flows, turbulence of the resulting mixture occurs, which leads to the intensification (significant increase) of convective heat transfer and acceleration of the thermolysis process, since the speed of the latter is determined by the rate of heat energy supply. Part of the water vapor passes through the perforated pipe and enters a rectangular box, from which it then exits through the porous plate into the conveyor body.

Выполнение нагревателя в виде трубного пучка, установленного с внешней стороны на корпусе транспортера и своим входом подключенного к выходу горизонтального трубного пучка, обеспечивает подвод тепловой энергии к нефтяным отходам через нижнюю стенку корпуса к отходам и подвод тепловой энергии к водяному пару через верхнюю стенку прямоугольного короба. Одновременно данный нагреватель в виде труб, равномерно размещенных по всей поверхности транспортера, играет роль тепловой изоляции, т.е. предотвращает утечки тепла из объема шнекового транспортера, что снижает затраты энергии на процесс переработки отходов.The implementation of the heater in the form of a tube bundle mounted externally on the conveyor body and connected to the output of a horizontal tube bundle with its input ensures the supply of thermal energy to oil waste through the lower wall of the body to the waste and the supply of thermal energy to water vapor through the upper wall of the rectangular box. At the same time, this heater in the form of pipes uniformly placed over the entire surface of the conveyor plays the role of thermal insulation, i.e. prevents heat leakage from the volume of the screw conveyor, which reduces energy costs for the waste processing process.

При этом высокотемпературные продукты сгорания (теплоноситель) вначале поступают в горизонтальный трубный пучок, разогревают трубы, что создает поток теплового излучения, а затем продукты сгорания с более низкой температурой поступают в установленный на корпусе транспортера нагреватель. Это позволяет достичь высокой интенсивности потока теплового излучения от горизонтального трубного пучка к отходам (их поверхности) и снижает температуру теплоносителя, который поступает в нагреватель на корпусе транспортера. Подача в данный нагреватель высокотемпературных продуктов сгорания приведет к большим тепловым потерям тепла в окружающую среду, а также к перегреву и выходу из строя нагревателя. Таким образом, обеспечивается снижение расхода энергии для переработки нефтяных отходов.In this case, high-temperature combustion products (coolant) first enter the horizontal tube bundle, heat the pipes, which creates a stream of thermal radiation, and then the combustion products with a lower temperature enter the heater mounted on the conveyor body. This allows to achieve a high intensity of the heat radiation flux from the horizontal tube bundle to the waste (their surface) and reduces the temperature of the coolant that enters the heater on the conveyor body. The supply of high-temperature combustion products to this heater will lead to large heat losses of heat into the environment, as well as to overheating and failure of the heater. Thus, a reduction in energy consumption for the processing of oil waste is provided.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства для переработки нефтяных отходов. На фиг. 2 приведен поперечный разрез шнекового транспортера. На фиг. 3 приведен продольный разрез горизонтального трубного пучка. На фиг. 4 приведен нагреватель в виде трубного пучка.In FIG. 1 shows a General view of the device for processing oil waste. In FIG. 2 is a cross-sectional view of a screw conveyor. In FIG. 3 shows a longitudinal section of a horizontal tube bundle. In FIG. 4 shows a tube bundle heater.

Устройство содержит накопитель нефтяного шлама 1, подключенный к бункеру загрузки 2; шлюзовой затвор 3 с отходами 4; накопительную камеру 5 со шлюзовым затвором 6; шнековый транспортер 7 и подключенный к нему двигатель 8; и шнек в виде двух вращающихся спиралей 9; полуцилиндрические желоба 10; выход 11; топку 12 с краном 13; подключенный к топке горизонтальный трубный пучок 14; входной коллектор 15; выходной коллектор 16; трубопровод 17, подключенный к входному коллектору 18 нагревателя 19 в виде трубного пучка; корпус 20 транспортера 7; выходной коллектор 21; дымосос 22, подключенный к дымовой трубе 23; парогенератор 24 с краном 25, подключенным к трубе с пористой стенкой 26; трубопровод 27, подключенный к прямоугольному коробу 28 с пористой нижней стенкой 29; компрессор 30, подключенный к конденсатору 31; холодильник 32; компрессор 33; сепаратор 34; накопители 35 и 36; краны 37 и 38; шлюзовой затвор 39; накопитель 40; тепловую изоляцию 41, установленную на корпусе транспортера 7.The device comprises an oil sludge storage device 1 connected to a loading hopper 2; airlock 3 with waste 4; storage chamber 5 with a lock gate 6; screw conveyor 7 and a motor 8 connected thereto; and a screw in the form of two rotating spirals 9; semi-cylindrical troughs 10; exit 11; a furnace 12 with a crane 13; a horizontal tube bundle 14 connected to the furnace; input collector 15; output collector 16; a pipe 17 connected to the input manifold 18 of the heater 19 in the form of a tube bundle; the housing 20 of the conveyor 7; output collector 21; a smoke exhauster 22 connected to a chimney 23; a steam generator 24 with a faucet 25 connected to a pipe with a porous wall 26; a pipeline 27 connected to a rectangular duct 28 with a porous bottom wall 29; a compressor 30 connected to a capacitor 31; refrigerator 32; compressor 33; separator 34; drives 35 and 36; cranes 37 and 38; lock gate 39; drive 40; thermal insulation 41 mounted on the body of the conveyor 7.

Согласно изобретению устройство работает следующим образом.According to the invention, the device operates as follows.

Из накопителя 1 в бункер загрузки 2 при закрытом шлюзовом затворе 3 подают заданное количество нефтяных отходов. После этого открывают шлюзовой затвор 3 и отходы 4 под действием собственного веса проваливаются в накопительную камеру 5 и задерживаются на закрытом шлюзовом затворе 6. Закрывают затвор 3 и открывают затвор 6. Отходы 4 под действием собственного веса проваливаются в шнековый транспортер 7. Одновременно с подачей отходов в транспортер 7 включают двигатель 8 и приводят в движение (вращение) шнек в виде двух спиралей 9. Под действием вращающихся спиралей 9 нефтяные отходы перемещаются по желобам 10 к выходу 11. От топки 12 через кран 13 в горизонтальный трубный пучок 14 через входной коллектор 15 с заданным расходом и при температуре не ниже 1000°C подают дымовые газы. Дымовые газы протекают по трубам трубного пучка 14 и нагревают их до температуры 800-900°C, а сами охлаждаются до температуры 800°C. Нагретые трубы излучают тепловую энергию, которая поглощается нефтяными отходами, перемещаемыми спиралями 9, в результате чего происходит нагрев отходов.From the drive 1 to the loading hopper 2 with a closed lock gate 3 serves a predetermined amount of oil waste. After that, the lock gate 3 is opened and the waste 4 under the influence of its own weight falls into the accumulation chamber 5 and is delayed by the closed lock gate 6. The shutter 3 is closed and the shutter is opened 6. Waste 4 falls under the influence of its own weight into the screw conveyor 7. Simultaneously with the waste feed the motor 8 is turned on to the conveyor 7 and the auger is set in motion (rotation) in the form of two spirals 9. Under the action of the rotating spirals 9, the oil waste moves along the channels 10 to the exit 11. From the furnace 12 through the crane 13, they are horizontal the first tube bundle 14 through the inlet manifold 15 with a given flow rate and at a temperature not lower than 1000 ° C serves flue gases. Flue gases flow through the pipes of the tube bundle 14 and heat them to a temperature of 800-900 ° C, and they themselves are cooled to a temperature of 800 ° C. The heated pipes emit thermal energy, which is absorbed by the oil waste transported by the spirals 9, as a result of which the waste is heated.

Охлажденные дымовые газы из горизонтального трубного пучка 14 выходят через выходной коллектор 16 и по трубопроводу 17 поступают во входной коллектор 18 нагревателя 19 в виде трубного пучка, установленного с внешней стороны корпуса 20 транспортера 7. Протекая по трубам нагревателя 19, дымовые газы в результате теплообмена нагревают стенки корпуса 20, а сами охлаждаются. Из труб нагревателя 19 дымовые газы через выходной коллектор 21 c помощью дымососа 22 выводят в дымовую трубу 23 и выбрасывают в атмосферу.Cooled flue gases from the horizontal tube bundle 14 exit through the outlet manifold 16 and through a pipe 17 enter the inlet manifold 18 of the heater 19 in the form of a tube bundle mounted on the outside of the conveyor housing 20. When flowing through the pipes of the heater 19, the flue gases are heated by heat exchange the walls of the housing 20, and they themselves are cooled. From the pipes of the heater 19, the flue gases through the exhaust manifold 21 by means of a smoke exhauster 22 are led out into the chimney 23 and emitted into the atmosphere.

Тепло от нагретых стенок корпуса 20 передается газовой среде, которая находится внутри транспортера 7. Тепло также через стенки полуцилиндрических желобов 10 путем теплопроводности передается нефтяным отходам, которые перемещаются под действием вращающихся спиралей 9. При вращении спиралей 9 происходит интенсивное перемешивание нефтяных отходов, благодаря чему отходы равномерно нагреваются.The heat from the heated walls of the housing 20 is transferred to the gas medium that is inside the conveyor 7. Heat is also transferred through the walls of the semi-cylindrical grooves 10 to the oil waste, which moves under the action of the rotating spirals 9. When the spirals 9 rotate, the oil waste is intensively mixed, so the waste evenly heated.

От парогенератора 24 через кран 25 с заданным расходом в трубу с пористой стенкой 26 подают водяной пар при температуре 100-160°C.From the steam generator 24 through the valve 25 with a given flow rate, water vapor is supplied to the pipe with a porous wall 26 at a temperature of 100-160 ° C.

Водяной пар протекает по трубе 26 и частично через пористую стенку фильтруется и выходит в виде струек в объем транспортера 7. Другая часть водяного пара проходит через трубу с пористой стенкой 26 и по трубопроводу 27 поступает в прямоугольный короб 28. Эта часть водяного пара через нижнюю пористую стенку 29 короба 28 фильтруется и в виде струек вытекает в объем транспортера 7. Прямоугольный короб нагревается в результате передачи тепла от нагревателя 19 через верхнюю стенку короба, а также в результате передачи тепла от горизонтального трубного пучка 14.Water vapor flows through the pipe 26 and is partially filtered through the porous wall and exits as streams into the volume of the conveyor 7. Another part of the water vapor passes through the pipe with the porous wall 26 and through the pipe 27 enters the rectangular box 28. This part of the water vapor through the lower porous the wall 29 of the duct 28 is filtered and flows in the form of streams into the volume of the conveyor 7. The rectangular duct is heated as a result of heat transfer from the heater 19 through the upper wall of the duct, as well as as a result of heat transfer from the horizontal pipe Ucka 14.

В результате подвода тепловой энергии нагревается поступающий в прямоугольный короб водяной пар за счет конвективного теплообмена со стенками короба 28. Водяной пар нагревается дополнительно при фильтрации через нижнюю пористую стенку 29 и при высокой температуре вытекает в объем транспортера 7. В объеме транспортера 7 струи водяного пара, выходящие из стенки трубы 26, сталкиваются со струями водяного пара, выходящими из нижней пористой стенки 29 короба 28. В результате образуются турбулентные потоки водяного пара, которые интенсифицируют конвективный перенос тепла от горизонтального трубного пучка 14 к нефтяным отходам, что ускоряет процесс нагрева отходов до температуры термического разложения.As a result of the supply of thermal energy, the water vapor entering the rectangular box is heated due to convective heat exchange with the walls of the box 28. The water vapor is heated additionally by filtration through the lower porous wall 29 and at high temperature flows into the volume of the conveyor 7. In the volume of the conveyor 7 are jets of water vapor, exiting the wall of the pipe 26, collide with jets of water vapor exiting the lower porous wall 29 of the duct 28. As a result, turbulent flows of water vapor are formed, which intensify nvektivny heat transfer from the horizontal tube bundle 14 to the waste oil, which accelerates the process waste heat to a temperature of thermal decomposition.

В результате нагрева нефтяных отходов до температуры 500-650°C начинает протекать термолиз содержащихся в отходах углеводородов с образованием паров и твердого остатка. Пары углеводородов смешиваются с водяным паром, и данную смесь с помощью компрессора 30 непрерывно выводят в конденсатор 31, который охлаждают, путем прокачки воды от холодильника 32. В результате охлаждения до температуры 40-80°C часть паров углеводородов и водяной пар конденсируются с образованием смеси вода - жидкие углеводороды, а часть паров углеводородов не конденсируется из-за низкой температуры конденсации. Данные пары с помощью компрессора 33 выводят из конденсатора 31 и подают на сжигание в топку 12.As a result of heating oil waste to a temperature of 500-650 ° C, thermolysis of the hydrocarbons contained in the waste begins to form with the formation of vapors and a solid residue. Hydrocarbon vapors are mixed with water vapor, and this mixture is continuously withdrawn by a compressor 30 to a condenser 31, which is cooled by pumping water from the refrigerator 32. As a result of cooling to a temperature of 40-80 ° C, some of the hydrocarbon vapors and water vapor condense to form a mixture water - liquid hydrocarbons, and part of the hydrocarbon vapor does not condense due to the low condensation temperature. These pairs using a compressor 33 are removed from the capacitor 31 and fed to the combustion chamber 12.

Смесь воды и жидких углеводородов из конденсатора 31 непрерывно подают в сепаратор 34, в котором отделяют жидкие углеводороды и подают их в накопитель 35, воду из сепаратора 34 подают в накопитель 36. Из накопителя 36 через кран 37 с заданным расходом воду подают в топку 12 и при высокой температуре осуществляют огневое обезвреживание воды, т.е. сжигают все остаточные углеводороды. При этом вода испаряется и смешивается с продуктами горения топлива и неконденсирующихся газов, в результате чего образуется теплоноситель с повышенным содержанием водяных паров. Повышенное содержание водяных паров, в сравнении с обычными дымовыми газами, приводит к росту удельной теплоемкости таких дымовых газов, а это означает, что такой теплоноситель имеет более высокий коэффициент теплообмена, в результате чего возрастает теплопередача и снижается удельный расход теплоносителя, что в итоге приводит к снижению расхода энергии на процесс переработки нефтяных отходов. При этом подача воды в топку обеспечивает подавление процессов образования оксидов азота (вредных соединений). Таким образом, обеспечивается снижение вредных выбросов в окружающую среду при переработке нефтяных отходов.A mixture of water and liquid hydrocarbons from the condenser 31 is continuously supplied to a separator 34, in which liquid hydrocarbons are separated and fed to the accumulator 35, water from the separator 34 is supplied to the accumulator 36. From the accumulator 36, water is supplied to the furnace 12 through a valve 37 with a predetermined flow rate and at high temperature, fire neutralization of water is carried out, i.e. burn all residual hydrocarbons. In this case, the water evaporates and mixes with the products of combustion of fuel and non-condensable gases, as a result of which a heat transfer medium with a high content of water vapor is formed. The increased water vapor content, in comparison with conventional flue gases, leads to an increase in the specific heat of such flue gases, which means that such a heat carrier has a higher heat transfer coefficient, as a result of which heat transfer increases and the specific heat carrier consumption decreases, which ultimately leads to reduce energy consumption in the process of processing oil waste. In this case, the water supply to the furnace provides suppression of the formation of nitrogen oxides (harmful compounds). Thus, the reduction of harmful emissions into the environment during the processing of oil waste is ensured.

Части жидких углеводородов из накопителя 35 через кран 38 с заданным расходом подают в парогенератор 24 и сжигают для производства рабочего водяного пара.Part of the liquid hydrocarbons from the reservoir 35 through the valve 38 with a given flow rate is supplied to the steam generator 24 and burned to produce working water vapor.

Образующийся при термическом разложении нефтяных отходов твердый остаток под действием вращающихся спиралей 9 выгружают из транспортера 7 через выход 11 в шлюзовой затвор 39, из которого подают в накопитель 40. Для снижения тепловых потерь транспортер 7 снабжен тепловой изоляцией 41.The solid residue formed during the thermal decomposition of oil waste under the action of rotating spirals 9 is discharged from the conveyor 7 through the outlet 11 into the lock gate 39, from which it is fed to the accumulator 40. To reduce heat loss, the conveyor 7 is provided with thermal insulation 41.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Из накопителя 1 в бункер загрузки 2 при закрытом шлюзовом затворе 3 подают 50 кг нефтяных отходов, которые содержат 40 масс. % нефтепродуктов, 32% механических примесей (песок, глина, камни и др.) и 18% воды. После этого открывают шлюзовой затвор 3 и отходы 4 под действием собственного веса проваливаются в накопительную камеру 5 и задерживаются на закрытом шлюзовом затворе 6. Закрывают затвор 3 и открывают затвор 6. Отходы 4 под действием собственного веса проваливаются в шнековый транспортер 7. Таким образом, нефтяные отходы порционно по 50 кг из накопителя 1 подают в транспортер 7 через каждые 3 минуты, что обеспечивает производительность 1000 кг/ч.From the drive 1 to the loading hopper 2 with a closed lock gate 3 serves 50 kg of oil waste, which contain 40 mass. % of petroleum products, 32% of mechanical impurities (sand, clay, stones, etc.) and 18% of water. After that, the lock gate 3 is opened and the waste 4 under the influence of its own weight falls into the accumulation chamber 5 and is delayed by the closed lock gate 6. The shutter 3 is closed and the shutter is opened 6. Waste 4 falls into the screw conveyor 7 due to its own weight. Thus, the oil 50 kg of waste from the drive 1 is fed into the conveyor 7 every 3 minutes, which ensures a productivity of 1000 kg / h.

Одновременно с подачей отходов в транспортер 7 включают двигатель 8 и приводят со скоростью вращения 6 об/мин в движение шнек в виде двух спиралей 9. Под действием вращающихся спиралей 9 нефтяные отходы перемещаются по желобам 10 к выходу 11. От топки 12 через кран 13 в горизонтальный трубный пучок 14 через входной коллектор 15 с расходом 1400 м³/ч и при температуре 1000°C подают дымовые газы. Дымовые газы протекают по трубам трубного пучка 14 и нагревают их до средней по длине труб температуры 800°C, а сами охлаждаются до температуры 900°C. Нагретые трубы излучают тепловую энергию, которая поглощается нефтяными отходами, перемещаемыми спиралями 9, в результате чего происходит нагрев отходов.Simultaneously with the supply of waste to the conveyor 7, the engine 8 is turned on and the auger in the form of two spirals 9 is driven with a rotation speed of 6 rpm. Under the action of the rotating spirals 9, the oil waste moves through the gutters 10 to the exit 11. From the furnace 12 through the crane 13 into horizontal tube bundle 14 through the inlet manifold 15 with a flow rate of 1400 m ³ / h and at a temperature of 1000 ° C serves flue gases. Flue gases flow through the pipes of the tube bundle 14 and heat them to a temperature average of 800 ° C along the length of the pipes, and they themselves are cooled to a temperature of 900 ° C. The heated pipes emit thermal energy, which is absorbed by the oil waste transported by the spirals 9, as a result of which the waste is heated.

В процессе нагрева отходов вначале происходит нагрев, испарение воды и перегрев образующегося водяного пара.In the process of heating the waste, heating, evaporation of water and overheating of the generated water vapor first occur.

Количество необходимой энергии для нагрева и испарения воды, а также перегрева образующегося водяного пара (пар образуется из содержащейся в отходах воды) может быть рассчитано по известному соотношению:The amount of necessary energy for heating and evaporating water, as well as overheating of the generated water vapor (steam is formed from the water contained in the waste) can be calculated by the known ratio:

Q₁=C_wM_w(T₁₀₀-T₂₀)+R_wM_w+C_sM_w(T₆₅₀-T₁₀₀)=Q ₁ = C _w M _w (T ₁₀₀ -T ₂₀ ) + R _w M _w + C _s M _w (T ₆₅₀ -T ₁₀₀ ) =

=4,18 кДж/кг°C. 180 кг/ч (100°C-20°C)+2257кДж/кг. 180 кг/ч+= 4.18 kJ / kg ° C. 180 kg / h (100 ° C-20 ° C) + 2257kJ / kg. 180 kg / h +

+2 кДж/кг°C. 180 кг/ч (650°C-100°C)=664452 кДж/ч,+2 kJ / kg ° C. 180 kg / h (650 ° C-100 ° C) = 664452 kJ / h,

или тепловая мощность для испарения воды и перегрева водяного пара составит величину:or thermal power for evaporation of water and overheating of water vapor will be:

W_ВОДЫ=(664452 кДж / 3600 с)=185 кВт.W _WATER = (664452 kJ / 3600 s) = 185 kW.

Здесь принято C_W=4,18 кДж/кг°C - удельная теплоемкость воды;Here it is accepted C _W = 4.18 kJ / kg ° C - specific heat of water;

Mw=180 кг/ч - количество испаряемой воды из 1000 кг нефтяного шлама (18 масс. %); T₁₀₀=100°C - температура кипения воды; T₂₀=20°С - начальная температура нефтяного шлама; R_W=2257 кДж/кг - удельная теплота испарения воды; C_S=2 кДж/кг°C - удельная теплоемкость водяного пара; T₆₅₀=650°C - температура до которой перегревается водяной пар (температура в транспортере 7).Mw = 180 kg / h - the amount of evaporated water from 1000 kg of oil sludge (18 wt.%); T ₁₀₀ = 100 ° C - boiling point of water; T ₂₀ = 20 ° С - initial temperature of oil sludge; R _W = 2257 kJ / kg - specific heat of evaporation of water; C _S = 2 kJ / kg ° C - specific heat of water vapor; T ₆₅₀ = 650 ° C - the temperature to which water vapor overheats (temperature in the conveyor 7).

В процессе переработки отходов происходит также нагрев содержащихся в отходах нефтепродуктов, испарение этих нефтепродуктов и перегрев образующихся паров до 650°C.In the course of waste processing, the oil products contained in the waste are also heated, the oil products evaporate and the vapors formed overheat to 650 ° C.

Количество необходимой энергии на этот процесс может быть рассчитано аналогично, как и для нагрева и испарения воды:The amount of energy needed for this process can be calculated in the same way as for heating and evaporating water:

Q₂=C_нM_н+(T₂₀₀-T₉₀)+R_нM_н+R_SM_н+C_уM_н(T₆₅₀-T₃₅₀)=Q ₂ = C _n M _n + (T ₂₀₀ -T ₉₀ ) + R _n M _n + R _S M _n + C _y M _n (T ₆₅₀ -T ₃₅₀ ) =

=2 кДж/кг°C. 400 кг/ч (200°C-90°C)+= 2 kJ / kg ° C. 400 kg / h (200 ° C-90 ° C) +

+260 кДж/кг. 400 кг/ч+250 кДж/кг. 400 кг/ч+260 kJ / kg. 400 kg / h + 250 kJ / kg. 400 kg / h

+2,41 кДж/кг°C. 400 кг (650°С-350°C)=581200 кДж/ч,+2.41 kJ / kg ° C. 400 kg (650 ° C-350 ° C) = 581200 kJ / h,

или тепловая мощность для нагрева, испарения, термолиза углеводородов и перегрева паров их составит величину:or thermal power for heating, evaporation, thermolysis of hydrocarbons and superheating of their vapors will be:

W_нефти=(581200 кДж / 3600 с)=161 кВт.W _oil = (581200 kJ / 3600 s) = 161 kW.

Здесь принято, что на процесс термолиза расходуется R_H=260 кДж/кг, а на испарение нефтепродуктов Rs=250 кДж/кг, а удельная теплоемкость паров углеводородов равна C_У=2,41 кДж/кг°C, а удельная теплоемкость жидких нефтепродуктов C_H=2 кДж/кг°C. Поскольку нефтепродукты испаряются в диапазоне температур от T₉₀=90°C до T₅₀₀=500°C, то принята средняя температура, до которой нагреваются нефтепродукты в жидком виде (T₂₀₀=200°C), а также средняя температура паров нефтепродуктов T₃₅₀=350°C, от которой осуществляют перегрев до T₆₅₀=650°C, M_H=400 кг/ч - количество нефтепродуктов в 1000 кг отходов.It is assumed here that R _H = 260 kJ / kg is spent on the thermolysis process, and Rs = 250 kJ / kg on the evaporation of oil products, and the specific heat capacity of hydrocarbon vapors is C _U = 2.41 kJ / kg ° C, and the specific heat capacity of liquid oil products C _H = 2 kJ / kg ° C. Since oil products evaporate in the temperature range from T ₉₀ = 90 ° C to T ₅₀₀ = 500 ° C, the average temperature to which oil products are heated in liquid form (T ₂₀₀ = 200 ° C), as well as the average temperature of oil vapor T ₃₅₀ = 350 ° C, from which overheating is carried out to T ₆₅₀ = 650 ° C, M _H = 400 kg / h - the amount of oil in 1000 kg of waste.

В процессе переработки отходов происходит нагрев механических примесей до 650°C.In the course of waste processing, mechanical impurities are heated to 650 ° C.

Количество необходимой энергии на этот процесс может быть рассчитано по соотношению:The amount of energy needed for this process can be calculated by the ratio:

Q₃=C_nM_n(T₆₅₀-T₂₀)=0,8 кДж/кг°C. 320 кг/ч (650°C-20°C)=161280 кДж/ч.Q ₃ = C _n M _n (T ₆₅₀ -T ₂₀ ) = 0.8 kJ / kg ° C. 320 kg / h (650 ° C-20 ° C) = 161280 kJ / h.

Здесь принято C_n=0,8 кДж/кг°C - удельная теплоемкость механических примесей, M_n=320 кг/ч - количество механических примесей в 1000 кг отходов (32%).Here it is assumed that C _n = 0.8 kJ / kg ° C is the specific heat of mechanical impurities, M _n = 320 kg / h is the amount of mechanical impurities in 1000 kg of waste (32%).

Тепловая мощность для нагрева механических примесей составит величину:The thermal power for heating mechanical impurities will be:

W_{примесей}=(161280 кДж / 3600 с)=45 кВт.W _impurities = (161280 kJ / 3600 s) = 45 kW.

Таким образом, полезная тепловая мощность, которая необходима для переработки 480 кг/ч нефтяных отходов, составляет величину:Thus, the useful thermal power, which is necessary for the processing of 480 kg / h of oil waste, is:

W=W_воды+W_нефти+W_{примесей}=185 кВт + 161 кВт + 45 кВт = 391 кВт.W = W _water + W _oil + W _impurities = 185 kW + 161 kW + 45 kW = 391 kW.

Принимая, что коэффициент полезного действия оборудования составляет 30%, получим общую тепловую мощность для переработки равной:Assuming that the efficiency of the equipment is 30%, we get the total heat capacity for processing equal to:

W_o=W/0,3=(391 кВт)/0,3=1303 кВт.W _{o =} W / 0.3 = (391 kW) / 0.3 = 1303 kW.

Для обеспечения такой тепловой мощности необходимо в топке 12 сжигать следующее количество жидкого топлива с удельной теплотой сгорания q=40000 кДж/кг:To ensure such thermal power, it is necessary to burn the following amount of liquid fuel in the furnace 12 with a specific heat of combustion q = 40,000 kJ / kg:

или 117 кг/ч.

or 117 kg / h.

Охлажденные дымовые газы из горизонтального трубного пучка 14 с расходом 1400 кг/ч выходят через выходной коллектор 16 и по трубопроводу 17 поступают во входной коллектор 18 нагревателя 19 в виде трубного пучка, установленного с внешней стороны корпуса 20 транспортера 7. Протекая по трубам нагревателя 19, дымовые газы в результате теплообмена нагревают стенки корпуса 20, а сами охлаждаются. Из труб нагревателя 19 дымовые газы через выходной коллектор 21 с помощью дымососа 22 выводят в дымовую трубу 23 и выбрасывают в атмосферу.Cooled flue gases from the horizontal tube bundle 14 with a flow rate of 1400 kg / h exit through the output manifold 16 and through the pipe 17 enter the inlet manifold 18 of the heater 19 in the form of a tube bundle installed on the outside of the conveyor body 20 7. Flowing through the pipes of the heater 19, flue gases as a result of heat exchange heat the walls of the housing 20, and they themselves are cooled. From the pipes of the heater 19, the flue gases through the exhaust manifold 21 with the help of a smoke exhauster 22 are led into the chimney 23 and emitted into the atmosphere.

От парогенератора 24 через кран 25 с расходом G₁=500 кг/ч в трубу с пористой стенкой 26 подают водяной пар при температуре 110°C. Толщина стенок трубы составляет 1=0,01 м. Наружный диаметр трубы D=0,05 м, а длина трубы L=2 м. Водяной пар через пористые стенки трубы фильтруется за счет перепада давления, т.е.From the steam generator 24 through the valve 25 with a flow rate of G ₁ = 500 kg / h, water vapor is supplied to the pipe with a porous wall 26 at a temperature of 110 ° C. The wall thickness of the pipe is 1 = 0.01 m. The outer diameter of the pipe is D = 0.05 m and the pipe length is L = 2 m. Water vapor is filtered through the porous walls of the pipe due to pressure drop, i.e.

где P₂ - давление водяного пара внутри трубы. Принимаем P₂=0,2 МПа,where P ₂ is the pressure of water vapor inside the pipe. Take P ₂ = 0.2 MPa,

P₁- давление водяного пара внутри транспортера 7. ПринимаемP ₁ - water vapor pressure inside the conveyor 7. Accept

P₁=0,1 МПа.P ₁ = 0.1 MPa.

Скорость фильтрации водяного пара через пористую стенку трубы определяется на основании закона Кармана-Козени:The rate of filtration of water vapor through the porous wall of the pipe is determined based on the Karman-Cozeni law:

(см. А. В. Лыков. Тепломассообмен (Справочник). – М.: Энергия, 1971. С. 340).(see A. V. Lykov. Heat and mass transfer (Reference). - M.: Energy, 1971. P. 340).

Здесь величина k=10^-13 м² представляет собой проницаемость стенки трубы; η=13×10^-6Па×с - является вязкостью водяного пара.Here, k = 10 ⁻¹³ m ² represents the permeability of the pipe wall; η = 13 × 10 ^-6 Pa × s - is the viscosity of water vapor.

Площадь поверхности стенки, через которую водяной пар фильтруется и поступает в транспортер 7, составляет величину:The surface area of the wall through which water vapor is filtered and enters the conveyor 7 is:

S=πDL=3,14×0,05×2=0,314 м².S = πDL = 3.14 × 0.05 × 2 = 0.314 m ² .

В этом случае объемный расход водяного пара через пористую стенку трубы будет равен:In this case, the volumetric flow rate of water vapor through the porous wall of the pipe will be equal to:

При удельной плотности водяного пара ρ=1,12 кг/м³ массовый расход будет равен G₂=101 кг/ч. Другая часть водяного пара с расходом 500 кг/ч - 101 кг/ч = 399 кг/ч проходит через трубу с пористой стенкой 26 и по трубопроводу 27 поступает в прямоугольный короб 28. Эта часть водяного пара через нижнюю пористую стенку 29 с пористостью ε=0,2 короба 28 фильтруется и в виде струек вытекает в объем транспортера 7.With a specific density of water vapor ρ = 1.12 kg / m ^{3, the} mass flow rate will be equal to G ₂ = 101 kg / h. Another part of the water vapor with a flow rate of 500 kg / h - 101 kg / h = 399 kg / h passes through a pipe with a porous wall 26 and through a pipe 27 enters a rectangular box 28. This part of the water vapor through the lower porous wall 29 with a porosity ε = 0.2 boxes 28 are filtered and in the form of streams flows into the volume of the conveyor 7.

При уменьшении пористости стенки ниже ε=0,2 резко снижается проницаемость и становится равной k=10^-14 м².With decreasing wall porosity below ε = 0.2, permeability sharply decreases and becomes equal to k = 10 ^-14 m ² .

В нашем случае длина пористой стенки L_СТ=2 м, а ширина Н_СТ=0,5 м, поэтому площадь поверхности будет S_СТ=1 м². Через эту поверхность (стенку) водяной пар фильтруется и поступает в транспортер 7. Толщина стенки составляет D_СТ=0,02 м.In our case, the length of the porous wall L _CT = 2 m, and the width H _CT = 0.5 m, so the surface area will be S _CT = 1 m ² . Through this surface (wall), water vapor is filtered and enters the conveyor 7. The wall thickness is D _ST = 0.02 m

Скорость фильтрации водяного пара через стенку при расходе G₃=399 кг/ч составит величину:The rate of filtration of water vapor through the wall at a flow rate of G ₃ = 399 kg / h will be:

V=G₃/3600^ρ S_СТ=(399 кг) / (3600 с × 1,12 кг/м³ × 1 м²)=0.1 м/с.V = G _3/3600 _PT ^ρ S = (399 kg) / (3600 × 1.12 kg / m ³ × 1 m ²⁾ = 0.1 m / s.

На основании закона Кармана-Козени получим:Based on the Karman-Cozeny law, we get:

Отсюда следует, что для обеспечения такой скорости фильтрации необходимо создать перепад давления:It follows that to ensure such a filtration rate, it is necessary to create a pressure drop:

В этом случае произойдет разрушение стенки. Таким образом, использование стенки с пористостью ниже 0,2 невозможно из-за резкого роста перепада давления, необходимого для обеспечения расхода водяного пара 399 кг/ч. В этом случае (при пористости стенки ниже 0,2) она становится практически непроницаемой для водяного пара.In this case, the destruction of the wall. Thus, the use of a wall with a porosity below 0.2 is impossible due to a sharp increase in the pressure drop necessary to ensure a flow of water vapor of 399 kg / h. In this case (with a wall porosity below 0.2), it becomes practically impermeable to water vapor.

Прямоугольный короб нагревается в результате передачи тепла от нагревателя 19 через верхнюю стенку короба, а также в результате передачи тепла от горизонтального трубного пучка 14.The rectangular duct is heated as a result of heat transfer from the heater 19 through the upper wall of the duct, as well as as a result of heat transfer from the horizontal tube bundle 14.

В результате подвода тепловой энергии нагревается поступающий в прямоугольный короб водяной пар за счет конвективного теплообмена со стенками короба 28. Водяной пар нагревается дополнительно при фильтрации через нижнюю пористую стенку 29 и при температуре Т=650°C вытекает в объем транспортера 7. В объеме транспортера 7 струи водяного пара, выходящие из стенки трубы 26, сталкиваются со струями водяного пара, выходящими из нижней пористой стенки 29 короба 28. В результате образуются турбулентные потоки водяного пара, которые интенсифицируют конвективный перенос тепла от горизонтального трубного пучка 14 к нефтяным отходам, что ускоряет процесс нагрева отходов до температуры термического разложения.As a result of the supply of thermal energy, the water vapor entering the rectangular box is heated due to convective heat exchange with the walls of the box 28. The steam is heated additionally by filtration through the lower porous wall 29 and at a temperature of T = 650 ° C flows into the volume of the conveyor 7. In the volume of the conveyor 7 water vapor jets exiting the wall of the pipe 26 collide with water jets exiting the lower porous wall 29 of the duct 28. As a result, turbulent water vapor flows are generated that intensify the convection The effective heat transfer from the horizontal tube bundle 14 to the oil waste, which accelerates the process of heating the waste to the temperature of thermal decomposition.

В результате нагрева нефтяных отходов до температуры 650°C начинает протекать термолиз содержащихся в отходах углеводородов с образованием паров и твердого остатка.As a result of heating the oil waste to a temperature of 650 ° C, the thermolysis of the hydrocarbons contained in the waste begins to form vapors and a solid residue.

В нашем случае практически все нефтепродукты испаряются и разлагаются с образованием газов и паров углеводородов, т.е. образуется 400 кг/ч углеводородов в газообразном и парообразном состоянии, а также испаряется вся вода 180 кг/ч.In our case, almost all oil products evaporate and decompose to form gases and hydrocarbon vapors, i.e. 400 kg / h of hydrocarbons are formed in a gaseous and vaporous state, and all water 180 kg / h is also evaporated.

Пары углеводородов 400 кг/ч и 180 кг/ч водяного пара (испарившаяся вода) смешиваются с 500 кг/ч подаваемого водяного пара и образуется смесь в количестве 1080 кг/ч, которую с помощью компрессора 30 непрерывно выводят в конденсатор 31, который охлаждают, путем прокачки воды от холодильника 32. В результате охлаждения до температуры 40-80°C часть паров углеводородов в количестве 360 кг/ч конденсируется, а также конденсируется водяной пар в количестве 680 кг/ч. В результате этого образуется смесь вода - жидкие углеводороды в количестве (360+680)=1040 кг/, а часть паров углеводородов 40 кг/ч не конденсируется из-за низкой температуры конденсации. Данные пары с помощью компрессора 33 выводят из конденсатора 31 и подают на сжигание в топку 12. Сжигание данных паров эквивалентно сжиганию 30 кг/ч жидкого топлива. Поэтому количество сжигаемого жидкого топлива в топке 12 снижают до величины 117 кг/ч - 30 кг/х = 87 кг/ч.Hydrocarbon vapors of 400 kg / h and 180 kg / h of water vapor (evaporated water) are mixed with 500 kg / h of supplied water vapor and a mixture is formed in the amount of 1080 kg / h, which by means of compressor 30 is continuously discharged to a condenser 31, which is cooled, by pumping water from the refrigerator 32. As a result of cooling to a temperature of 40-80 ° C, part of the hydrocarbon vapor in the amount of 360 kg / h is condensed, as well as water vapor in the amount of 680 kg / h is condensed. As a result of this, a water-liquid hydrocarbon mixture is formed in an amount of (360 + 680) = 1040 kg /, and part of the 40 kg / h hydrocarbon vapor does not condense due to the low condensation temperature. These vapors are removed from the condenser 31 by a compressor 33 and fed to the combustion chamber 12. Combustion of these vapors is equivalent to burning 30 kg / h of liquid fuel. Therefore, the amount of liquid fuel burned in the furnace 12 is reduced to a value of 117 kg / h - 30 kg / h = 87 kg / h.

Смесь воды и жидких углеводородов из конденсатора 31 с расходом 1040 кг/ч непрерывно подают в сепаратор 34, в котором отделяют жидкие углеводороды и подают их в накопитель 35 с расходом 360 кг/ч, воду из сепаратора 34 подают в накопитель 36 с расходом 680 кг/ч. Из накопителя 36 через кран 37 с расходом 360 кг/ч воду подают в топку 12 и при высокой температуре осуществляют огневое обезвреживание воды, т.е. сжигают все остаточные углеводороды. При этом вода испаряется и смешивается с продуктами горения топлива и неконденсирующихся газов, в результате чего образуется теплоноситель с повышенным содержанием водяных паров.A mixture of water and liquid hydrocarbons from the condenser 31 with a flow rate of 1040 kg / h is continuously fed to a separator 34, in which liquid hydrocarbons are separated and fed to a storage tank 35 with a flow rate of 360 kg / h, water from the separator 34 is fed to a storage tank 36 with a flow rate of 680 kg / h From the drive 36 through the valve 37 with a flow rate of 360 kg / h, water is supplied to the furnace 12 and, at high temperature, fire neutralization of water is carried out, i.e. burn all residual hydrocarbons. In this case, the water evaporates and mixes with the products of combustion of fuel and non-condensable gases, as a result of which a heat transfer medium with a high content of water vapor is formed.

Повышенное содержание водяных паров, в сравнении с обычными дымовыми газами, приводит к росту удельной теплоемкости таких дымовых газов, а это означает, что такой теплоноситель имеет более высокий коэффициент теплообмена, в результате чего возрастает теплопередача и снижается удельный расход теплоносителя, что в итоге приводит к снижению расхода энергии на процесс переработки нефтяных отходов. При этом подача воды в топку обеспечивает подавление процессов образования оксидов азота (вредных соединений). Таким образом, обеспечивается снижение вредных выбросов в окружающую среду при переработке нефтяных отходов.The increased water vapor content, in comparison with conventional flue gases, leads to an increase in the specific heat of such flue gases, which means that such a heat carrier has a higher heat transfer coefficient, as a result of which heat transfer increases and the specific heat carrier consumption decreases, which ultimately leads to reduce energy consumption in the process of processing oil waste. In this case, the water supply to the furnace provides suppression of the formation of nitrogen oxides (harmful compounds). Thus, the reduction of harmful emissions into the environment during the processing of oil waste is ensured.

Части жидких углеводородов из накопителя 35 через кран 38 с расходом 40 кг/ч подают в парогенератор 24 и сжигают для производства рабочего водяного пара.Parts of liquid hydrocarbons from the reservoir 35 through the valve 38 with a flow rate of 40 kg / h are supplied to the steam generator 24 and burned to produce working water vapor.

Образующийся при термическом разложении нефтяных отходов твердый остаток в количестве 320 кг/ч под действием вращающихся спиралей 9 выгружают из транспортера 7 через выход 11 в шлюзовой затвор 39, из которого подают в накопитель 40. Для снижения тепловых потерь транспортер 7 снабжен тепловой изоляцией 41.The solid residue resulting from the thermal decomposition of oil waste in the amount of 320 kg / h under the action of rotating spirals 9 is discharged from the conveyor 7 through the outlet 11 into the lock gate 39, from which it is fed to the accumulator 40. To reduce heat loss, the conveyor 7 is provided with thermal insulation 41.

Пример 2Example 2

Из накопителя 1 в бункер загрузки 2 при закрытом шлюзовом затворе 3 подают 75 кг нефтяных отходов, которые содержат 50 масс. % нефтепродуктов, 30% механических примесей (песок, глина, камни и др.) и 10% воды. После этого открывают шлюзовой затвор 3 и отходы 4 под действием собственного веса проваливаются в накопительную камеру 5 и задерживаются на закрытом шлюзовом затворе 6. Закрывают затвор 3 и открывают затвор 6. Отходы 4 под действием собственного веса проваливаются в шнековый транспортер 7. Таким образом, нефтяные отходы порционно по 75 кг из накопителя 1 подают в транспортер 7 через каждые 3 минуты, что обеспечивает производительность 1500 кг/ч.From the drive 1 to the loading hopper 2 with a closed lock gate 3 serves 75 kg of oil waste, which contain 50 mass. % of petroleum products, 30% of mechanical impurities (sand, clay, stones, etc.) and 10% of water. After that, the lock gate 3 is opened and the waste 4 under the influence of its own weight falls into the accumulation chamber 5 and is delayed by the closed lock gate 6. The shutter 3 is closed and the shutter is opened 6. Waste 4 falls into the screw conveyor 7 due to its own weight. Thus, the oil 75 kg of waste from the drive 1 is fed into the conveyor 7 every 3 minutes, which ensures a productivity of 1500 kg / h.

Одновременного с подачей отходов в транспортер 7 включают двигатель 8 и приводят со скоростью вращения 9 об/мин в движение шнек в виде двух спиралей 9. Под действием вращающихся спиралей 9 нефтяные отходы перемещаются по желобам 10 к выходу 11. От топки 12 через кран 13 в горизонтальный трубный пучок 14 через входной коллектор 15 с расходом 1500 м³/ч и при температуре 1100°C подают дымовые газы. Дымовые газы протекают по трубам трубного пучка 14 и нагревают их до средней по длине труб температуры 900°C, а сами охлаждаются до температуры 900°C. Нагретые трубы излучают тепловую энергию, которая поглощается нефтяными отходами, перемещаемыми спиралями 9, в результате чего происходит нагрев отходов.Simultaneously with the supply of waste to the conveyor 7, the engine 8 is turned on and the auger in the form of two spirals 9 is driven with a rotation speed of 9 rpm. Under the action of the rotating spirals 9, the oil waste moves through the gutters 10 to the exit 11. From the furnace 12 through the crane 13 into horizontal tube bundle 14 through the inlet manifold 15 with a flow rate of 1500 m ³ / h and at a temperature of 1100 ° C serves flue gases. Flue gases flow through the pipes of the tube bundle 14 and heat them to a temperature average of 900 ° C along the length of the pipes, and they themselves are cooled to a temperature of 900 ° C. The heated pipes emit thermal energy, which is absorbed by the oil waste transported by the spirals 9, as a result of which the waste is heated.

Q₁=C_wM_w(T₁₀₀-T₂₀)+R_wM_w+C_sM_w(T₅₀₀-T₁₀₀)=Q ₁ = C _w M _w (T ₁₀₀ -T ₂₀ ) + R _w M _w + C _s M _w (T ₅₀₀ -T ₁₀₀ ) =

=4,18 кДж/кг°C. 150 кг/ч (100°C - 20°C)+2257 кДж/кг. 150 кг/ч += 4.18 kJ / kg ° C. 150 kg / h (100 ° C - 20 ° C) +2257 kJ / kg. 150 kg / h +

+ 2 кДж/кг°C. 150 кг/ч (500°C - 100°C)=508710 кДж/ч,+ 2 kJ / kg ° C. 150 kg / h (500 ° C - 100 ° C) = 508710 kJ / h,

W_воды=(508710 кДж / 3600 с)=141 кВт.W _{water =} (508710 kJ / 3600 s) = 141 kW.

M_W=150 кг/ч - количество испаряемой воды из 1500 кг нефтяного шлама (10 масс. %); T₁₀₀=100°C - температура кипения воды; T₂₀=20°C - начальная температура нефтяного шлама; R_W=2257 кДж/кг - удельная теплота испарения воды; C_S=2 кДж/кг°C - удельная теплоемкость водяного пара; T₅₀₀=500°C – температура, до которой перегревается водяной пар (температура в транспортере 7).M _W = 150 kg / h - the amount of evaporated water from 1500 kg of oil sludge (10 wt.%); T ₁₀₀ = 100 ° C - boiling point of water; T ₂₀ = 20 ° C - initial temperature of oil sludge; R _W = 2257 kJ / kg - specific heat of evaporation of water; C _S = 2 kJ / kg ° C - specific heat of water vapor; T ₅₀₀ = 500 ° C - temperature to which water vapor overheats (temperature in the conveyor is 7).

В процессе переработки отходов происходит также нагрев содержащихся в отходах нефтепродуктов, испарение этих нефтепродуктов и перегрев образующихся паров до 500°C.In the process of waste processing, the oil products contained in the waste are also heated, the oil products evaporate and the vapors formed overheat to 500 ° C.

Q²=С_нМ_н(Т₂₀₀-T₉₀)+R_нM_н+R_SM_н+С_уМ_н(T₅₀₀-T₃₅₀)=Q ² = C _n M _n (T ₂₀₀ -T ₉₀ ) + R _n M M _n + R _S M _n + C _y M _n (T ₅₀₀ -T ₃₅₀ ) =

=2 кДж/кг°C. 750 кг/ч (200°C - 90°C)+= 2 kJ / kg ° C. 750 kg / h (200 ° C - 90 ° C) +

+260 кДж/кг. 750 кг/ч + 250 кДж/кг. 750 кг/ч+260 kJ / kg. 750 kg / h + 250 kJ / kg. 750 kg / h

+2,41 кДж/кг°C. 750 кг (500°C - 350°C)=818625 кДж/ч,+2.41 kJ / kg ° C. 750 kg (500 ° C - 350 ° C) = 818625 kJ / h,

W_нефти=(818625 кДж / 3600 с)=227 кВт.W _oil = (818625 kJ / 3600 s) = 227 kW.

Здесь принято, что на процесс термолиза расходуется R_H=260 кДж/кг, а на испарение нефтепродуктов Rs=250 кДж/кг, а удельная теплоемкость паров углеводородов равна Су=2,41 кДж/кг°C, а удельная теплоемкость жидких нефтепродуктов C_H=2 кДж/кг°C. Поскольку нефтепродукты испаряются в диапазоне температур от T₉₀=90°C до T₅₀₀=500°C, то принята средняя температура, до которой нагреваются нефтепродукты в жидком виде (T₂₀₀=200°C), а также средняя температура паров нефтепродуктов T₃₅₀=350°C, от которой осуществляют перегрев до T₅₀₀=500°C, M_H=750 кг/ч - количество нефтепродуктов в 1500 кг отходов.It is assumed here that R _H = 260 kJ / kg is spent on the thermolysis process and Rs = 250 kJ / kg on the evaporation of oil products, and the specific heat capacity of hydrocarbon vapors is Su = 2.41 kJ / kg ° C, and the specific heat capacity of liquid oil products C _H = 2 kJ / kg ° C. Since oil products evaporate in the temperature range from T ₉₀ = 90 ° C to T ₅₀₀ = 500 ° C, the average temperature to which oil products are heated in liquid form (T ₂₀₀ = 200 ° C), as well as the average temperature of oil vapor T ₃₅₀ = 350 ° C, from which overheating is carried out to T ₅₀₀ = 500 ° C, M _H = 750 kg / h - the amount of oil in 1,500 kg of waste.

В процессе переработки отходов происходит нагрев механических примесей до 500°C.In the course of waste processing, mechanical impurities are heated to 500 ° C.

Q₃=C_nM_n(T₅₀₀-T₂₀)=0,8 кДж/кг°C. 450 кг/ч (500°C - 20°C)=172800 кДж/ч.Q ₃ = C _n M _n (T ₅₀₀ -T ₂₀ ) = 0.8 kJ / kg ° C. 450 kg / h (500 ° C - 20 ° C) = 172800 kJ / h.

Здесь принято C_n=0,8 кДж/кг°C - удельная теплоемкость механических примесей, M_n=450 кг/ч - количество механических примесей в 1500 кг отходов (30%).Here it is assumed that C _n = 0.8 kJ / kg ° C is the specific heat of mechanical impurities, M _n = 450 kg / h is the amount of mechanical impurities in 1500 kg of waste (30%).

Тепловая мощность для нагрева механических примесей составит величину: W_{примесей}=(172800 кДж/ 3600 с)=48 кВт.The thermal power for heating mechanical impurities will be: W _impurities = (172800 kJ / 3600 s) = 48 kW.

Таким образом, полезная тепловая мощность, которая необходима для переработки 480 кг/ч нефтяных отходов составляет величину:Thus, the useful thermal power, which is necessary for the processing of 480 kg / h of oil waste is:

W=W_воды+W_нефти+W_{примесей}=141 кВт + 227 кВт + 48 кВт = 416 кВт.W = W _water + W _oil + W _impurities = 141 kW + 227 kW + 48 kW = 416 kW.

W_o=W/0,3=(416 кВт)/0,3=1387 кВт.W _o = W / 0.3 = (416 kW) / 0.3 = 1387 kW.

Охлажденные дымовые газы из горизонтального трубного пучка 14 с расходом 1500 кг/ч выходят через выходной коллектор 16 и по трубопроводу 17 поступают во входной коллектор 18 нагревателя 19 в виде трубного пучка, установленного с внешней стороны корпуса 20 транспортера 7. Протекая по трубам нагревателя 19, дымовые газы в результате теплообмена нагревают стенки корпуса 20, а сами охлаждаются. Из труб нагревателя 19 дымовые газы через выходной коллектор 21 с помощью дымососа 22 выводят в дымовую трубу 23 и выбрасывают в атмосферу.Cooled flue gases from the horizontal tube bundle 14 with a flow rate of 1500 kg / h exit through the output manifold 16 and through the pipe 17 enter the inlet manifold 18 of the heater 19 in the form of a tube bundle mounted on the outside of the conveyor body 20 7. Flowing through the pipes of the heater 19, flue gases as a result of heat exchange heat the walls of the housing 20, and they themselves are cooled. From the pipes of the heater 19, the flue gases through the exhaust manifold 21 with the help of a smoke exhauster 22 are led into the chimney 23 and emitted into the atmosphere.

От парогенератора 24 через кран 25 с расходом G₁=750 кг/ч в трубу с пористой стенкой 26 подают водяной пар при температуре 110°C. Толщина стенок трубы составляет l=0,01 м. Наружный диаметр трубы D=0,05 м, а длина трубы L=2 м. Водяной пар через пористые стенки трубы фильтруется за счет перепада давления, т.е.From the steam generator 24 through the valve 25 with a flow rate of G ₁ = 750 kg / h, water vapor is supplied to the pipe with a porous wall 26 at a temperature of 110 ° C. The wall thickness of the pipe is l = 0.01 m. The outer diameter of the pipe is D = 0.05 m and the pipe length is L = 2 m. Water vapor is filtered through the porous walls of the pipe due to pressure drop, i.e.

P₁ - давление водяного пара внутри транспортера 7. ПринимаемP ₁ - water vapor pressure inside the conveyor 7. Accept

P₁=0,1 МПа.P ₁ = 0.1 MPa.

Здесь величина k=10^-13 м² представляет собой проницаемость стенки трубы; η=13×10^-6Па×c - является вязкостью водяного пара.Here, k = 10 ⁻¹³ m ² represents the permeability of the pipe wall; η = 13 × 10 ^-6 Pa × s - is the viscosity of water vapor.

S=πDL=3,14×0,05×2=0,314 м².S = πDL = 3.14 × 0.05 × 2 = 0.314 m ² .

При удельной плотности водяного пара ρ=1,12 кг/м³ массовый расход будет равен G₂=101 кг/ч. Другая часть водяного пара с расходом 750 кг/ч - 101 кг/ч = 649 кг/ч проходит через трубу с пористой стенкой 26 и по трубопроводу 27 поступает в прямоугольный короб 28. Эта часть водяного пара через нижнюю пористую стенку 29 с пористостью ε=0,6 короба 28 фильтруется и в виде струек вытекает в объем транспортера 7. При увеличении пористости стенки больше ε=0,6 резко возрастает проницаемость и становится равной k=10^-10 м².With a specific density of water vapor ρ = 1.12 kg / m ^{3, the} mass flow rate will be equal to G ₂ = 101 kg / h. Another part of the water vapor with a flow rate of 750 kg / h - 101 kg / h = 649 kg / h passes through a pipe with a porous wall 26 and through a pipe 27 enters a rectangular box 28. This part of the water vapor through the lower porous wall 29 with a porosity ε = 0.6 box 28 is filtered and flows in the form of streams into the volume of conveyor 7. With an increase in wall porosity greater than ε = 0.6, permeability sharply increases and becomes equal to k = 10 ^-10 m ² .

В нашем случае длина пористой стенки L_СТ=2 м, а ширина H_СТ=0,5 м, поэтому площадь поверхности будет S_СТ=1 м². Через эту поверхность (стенку) водяной пар фильтруется и поступает в транспортер 7. Толщина стенки составляет D_СТ=0,02 м.In our case, the length of the porous wall L _CT = 2 m, and the width H _CT = 0.5 m, so the surface area will be S _CT = 1 m ² . Through this surface (wall), water vapor is filtered and enters the conveyor 7. The wall thickness is D _ST = 0.02 m

Водяной пар через пористую стенку короба фильтруется за счет перепада давления, т.е.Water vapor is filtered through the porous wall of the box due to the pressure drop, i.e.

где P₂ - давление водяного пара внутри короба. Принимаем P₂=0,2 МПа,where P ₂ is the pressure of water vapor inside the duct. Take P ₂ = 0.2 MPa,

P₁=0,1 МПа.P ₁ = 0.1 MPa.

При такой скорости фильтрации через пористую стенку водяной пар не успевает нагреться от T=100°C до необходимой температуры T=500°C.At this rate of filtration through the porous wall, water vapor does not have time to heat up from T = 100 ° C to the required temperature T = 500 ° C.

В этом случае поступающий в корпус 7 водяной пар с температурой значительно ниже 500°C (примерно с T=150°C) снизит температуру (охладит корпус 7), в результате чего не будет происходить термолиз отходов.In this case, the water vapor entering the housing 7 with a temperature well below 500 ° C (approximately from T = 150 ° C) will lower the temperature (cool the housing 7), as a result of which thermolysis of the waste will not occur.

Таким образом, использование трубы с пористостью стенки выше 0,6 невозможно из-за резкого снижения температуры и прекращения процесса термолиза нефтяных отходов.Thus, the use of a pipe with a wall porosity higher than 0.6 is impossible due to a sharp decrease in temperature and termination of the process of thermolysis of oil waste.

Прямоугольный короб нагревается в результате передачи тепла от нагревателя 19 через верхнюю станку короба, а также в результате передачи тепла от горизонтального трубного пучка 14.The rectangular duct is heated as a result of heat transfer from the heater 19 through the upper box machine, as well as as a result of heat transfer from the horizontal tube bundle 14.

В результате подвода тепловой энергии нагревается поступающий в прямоугольный короб водяной пар за счет конвективного теплообмена со стенками короба 28. Водяной пар нагревается дополнительно при фильтрации через нижнюю пористую стенку 29 и при температуре T=500°C вытекает в объем транспортера 7. В объеме транспортера 7 струи водяного пара, выходящие из стенок пористой трубы 26, сталкиваются со струями водяного пара, выходящими из нижней пористой стенки 29 короба 28. В результате образуются турбулентные потоки водяного пара, которые интенсифицируют конвективный перенос тепла от горизонтального трубного пучка 14 к нефтяным отходам, что ускоряет процесс нагрева отходов до температуры термического разложения.As a result of the supply of thermal energy, the water vapor entering the rectangular box is heated due to convective heat exchange with the walls of the box 28. Water vapor is heated additionally by filtration through the lower porous wall 29 and at a temperature T = 500 ° C flows into the volume of the conveyor 7. In the volume of the conveyor 7 water vapor jets exiting the walls of the porous pipe 26 collide with water jets exiting the lower porous wall 29 of the duct 28. As a result, turbulent water vapor flows are generated which intensify comfort convective heat transfer from the horizontal tube bundle 14 to the waste oil, which accelerates the process waste heat to a temperature of thermal decomposition.

В результате нагрева нефтяных отходов до температуры 500°C начинает протекать термолиз содержащихся в отходах углеводородов с образованием паров и твердого остатка.As a result of heating the oil waste to a temperature of 500 ° C, the thermolysis of the hydrocarbons contained in the waste begins to form vapors and a solid residue.

В нашем случае практически все нефтепродукты испаряются и разлагаются с образованием газов и паров углеводородов, т.е. образуется 750 кг/ч углеводородов в газообразном и парообразном состоянии, а также испаряется вся вода 150 кг/ч.In our case, almost all oil products evaporate and decompose to form gases and hydrocarbon vapors, i.e. 750 kg / h of hydrocarbons are formed in a gaseous and vapor state, and all water is evaporated at 150 kg / h.

Пары углеводородов 750 кг/ч и 150 кг/ч водяного пара (испарившаяся вода) смешиваются с 750 кг/ч подаваемого водяного пара и образуется смесь в количестве 1650 кг/ч, которую с помощью компрессора 30 непрерывно выводят в конденсатор 31, который охлаждают, путем прокачки воды от холодильника 32. В результате охлаждения до температуры 40-80°C часть паров углеводородов в количестве 675 кг/ч конденсируется, а также конденсируется водяной пар в количестве 900 кг/ч. В результате этого образуется смесь вода - жидкие углеводороды в количестве (675+900)=1575 кг/ч, а часть паров углеводородов 75 кг/ч не конденсируется из-за низкой температуры конденсации.Hydrocarbon vapors of 750 kg / h and 150 kg / h of water vapor (evaporated water) are mixed with 750 kg / h of supplied water vapor and a mixture is formed in an amount of 1650 kg / h, which is continuously discharged by a compressor 30 to a condenser 31, which is cooled, by pumping water from the refrigerator 32. As a result of cooling to a temperature of 40-80 ° C, part of the hydrocarbon vapor in the amount of 675 kg / h is condensed, as well as water vapor in the amount of 900 kg / h is condensed. As a result of this, a water-liquid hydrocarbon mixture is formed in an amount of (675 + 900) = 1575 kg / h, and part of the 75 kg / h hydrocarbon vapor does not condense due to the low condensation temperature.

Данные пары с помощью компрессора 33 выводят из конденсатора 31 и подают на сжигание в топку 12. Сжигание данных паров эквивалентно сжиганию 56 кг/ч жидкого топлива. Поэтому количество сжигаемого жидкого топлива в топке 12 снижают до величины 126 кг/ч - 56 кг/х = 70 кг/ч.These vapors are removed from the condenser 31 by a compressor 33 and fed to the combustion chamber 12. Combustion of these vapors is equivalent to burning 56 kg / h of liquid fuel. Therefore, the amount of liquid fuel burned in the furnace 12 is reduced to a value of 126 kg / h - 56 kg / h = 70 kg / h.

Смесь воды и жидких углеводородов из конденсатора 31 с расходом 1575 кг/ч непрерывно подают в сепаратор 34, в котором отделяют жидкие углеводороды и подают их в накопитель 35 с расходом 675 кг/ч, воду из сепаратора 34 подают в накопитель 36 с расходом 900 кг/ч. Из накопителя 36 через кран 37 с расходом 900 кг/ч воду подают в топку 12 и при высокой температуре осуществляют огневое обезвреживание воды, т.е. сжигают все остаточные углеводороды. При этом вода испаряется и смешивается с продуктами горения топлива и неконденсирующихся газов, в результате чего образуется теплоноситель с повышенным содержанием водяных паров.A mixture of water and liquid hydrocarbons from a condenser 31 with a flow rate of 1575 kg / h is continuously fed into a separator 34, in which liquid hydrocarbons are separated and fed to a reservoir 35 with a flow rate of 675 kg / h, water from the separator 34 is fed to a reservoir 36 with a flow rate of 900 kg / h From the drive 36, through the faucet 37 with a flow rate of 900 kg / h, water is supplied to the furnace 12 and, at high temperature, water is rendered harmless, i.e. burn all residual hydrocarbons. In this case, the water evaporates and mixes with the products of combustion of fuel and non-condensable gases, as a result of which a heat transfer medium with a high content of water vapor is formed.

Части жидких углеводородов из накопителя 35 через кран 38 с расходом 60 кг/ч подают в парогенератор 24 и сжигают для производства рабочего водяного пара.Parts of liquid hydrocarbons from the reservoir 35 through the valve 38 with a flow rate of 60 kg / h are fed to the steam generator 24 and burned to produce working water vapor.

Образующийся при термическом разложении нефтяных отходов твердый остаток в количестве 450 кг/ч под действием вращающихся спиралей 9 выгружают из транспортера 7 через выход 11 в шлюзовой затвор 39, из которого подают в накопитель 40. Для снижения тепловых потерь транспортер 7 снабжен тепловой изоляцией 41.The solid residue resulting from the thermal decomposition of oil waste in the amount of 450 kg / h under the action of rotating spirals 9 is discharged from the conveyor 7 through the outlet 11 into the lock gate 39, from which it is fed to the accumulator 40. To reduce heat loss, the conveyor 7 is provided with thermal insulation 41.

Заявленное устройство для переработки нефтяных отходов отличается от известных улучшенными показателями по расходу энергии для переработки отходов, низкими выбросами вредных веществ в окружающую среду, а также низкими потерями углеводородов.The claimed device for the processing of oil waste differs from the known improved performance in energy consumption for waste processing, low emissions of harmful substances into the environment, as well as low losses of hydrocarbons.

Claims

A device for processing oil waste containing a screw conveyor housing, a screw placed in it, a heater, characterized in that it further comprises a steam generator, while the screw conveyor housing in the upper part is made in the form of a rectangular box, the lower wall of which is made in the form of a porous plate with porosity 0.2-0.6, on which a horizontal tube bundle is installed, and in the lower part the body is made in the form of two semi-cylindrical gutters installed in parallel and connected along a generatrix surface, the screw is made in the form of two spirals, each of which is installed in a semi-cylindrical trough, and a pipe with a porous wall is installed along the axis of each spiral, which is connected to the steam generator by its inlet, the output of each pipe with a porous wall is connected to a rectangular box, and the heater a tube bundle is mounted externally on the conveyor body and connected to the output of a horizontal tube bundle by its input.