DE3404133A1

DE3404133A1 - Verfahren zur aufbereitung von mit organischen bestandteilen angereichertem bohrschlamm

Info

Publication number: DE3404133A1
Application number: DE19843404133
Authority: DE
Inventors: Achim Dipl.-Ing. Dr. 6635 Schwalbach Wilhelm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-02-07
Filing date: 1984-02-07
Publication date: 1985-08-08

Description

Verfahren zur Aufbereitung von mit organischen Bestand-
teilen angereichertem Bohrschlamm Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von mit organischen Bestandteilen angereichertem Bohrschlamm, der als Nebenprodukt beim Niederbringen von Erdölbohrungen anfällt.
Beim Niederbringen von Erdölbohrungen fällt als Nebenprodukt Bohrschlamm an. Dabei handelt es sich um eine feinkörnige Suspension, die in der Regel mit organischen Bestandteilen, wie Bohrchemikalien und Rohöl, angereichert ist. Bisher sind derartige Bohrschlämme meist deponiert worden, da wegen der relativ geringen Anteile an organischen Bestandteilen sich eine Aufbereitung als aufwendig und somit unwirtschaftlich erwies.
Im Zuge der sich verschärfenden Bestimmungen zum Umweltschutz wird es jedoch zunehmend erforderlich, auch derartige Bohrschlämme einer umweltfreundlicheren Endablagerung zuzuführen, das heißt die organischen Bestandteile vor dem Deponieren aus den Bohrschlämmen abzutrennen, Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Aufbereitung von mit organischen Bestandteilen angereicherten Bohrschlämmen zu entwickeln, Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Bohrschlamm unter erhöhtem Druck und gegebenenfalls erhöhter Temperatur in einer Reaktionszone mit einer niedrig siedenden Kohlenwasserstofffraktion in Kontakt gebracht wird, daß das dabei anfallende Reaktionsprodukt zunächst in eine feststoffhaltige Rückstandsfraktion und eine mit den organischen Bestandteilen beladene Lösungsmittelfraktion zerlegt wird, daß aus der Lösungsmittelfraktion die organischen Bestandteile abgetrennt werden und daß das Lösungsmittel dann erneut mit frischem Bohrschlamm in Kontakt gebracht wird.
Als Lösungsmittel für die Extraktion der organischen Bestandteile im Bohrschlamm eignen sich alleine oder in Mischung insbesondere Kohlenwasserstoffe mit zwei bis fünf Kohlenstoffatomen (im folgenden C2 - bis C5 - Kohlenwasserstoffe genannt), wie z. X, Äthan, Äthylen, Propan, Propylen, Butan, Buthylen, Pentan, Penten.
Darüber hinaus können aber auch C2 - bis C5 - Kohlenwasserstoffschnitte aus der Rohöldestillation oder entsprechende Erdgaskondensate und / oder C2 - und CD - Kohlenwasserstoffe und gegebenenfalls C02 haltiges Erdgas verwendet werden, Der Reaktionsdruck liegt in der Regel zwischen etwa 20 und 200 bar, vorzugsweise zwischen etwa 30 und 70 bar, bei einer Reaktionstemperatur unterhalb etwa 200 ° C.
Es hat sich gezeigt, daß sich durch die erfindungsgemäße Behandlung des Bohrschlammes mit den genannten Lösungsmitteln bei den entsprechenden Drücken und Temperaturen, also unter verhältnismäßig milden Bedingungen, die organischen Bestandteile nahezu vollständig aus der Bohrschlammsuspension extrahieren lassen, wobei selbstverständlich die Lösungsmittelzusammensetzung sowie der Druck und die Temperaturen Je nach Art der Rohdlbestandteile sowie der Bohrchemikalien im Einzelfall entsprechend variiert bzw. optimiert werden kann.
Dabei kann, falls das Lösungsmittel nach einem weiteren Merkmal der Erfindung im überkritischen Zustand eingesetzt wird, das Extraktionsvermögen und somit der Wirkungsgrad des Verfahrens sogar noch erheblich gesteigert werden.
Vorteilhafterweise werden die beiden Reaktionspartner, also der Bohrschlamm und das Lösungsmittel, mittels einer Strahldüse in die Reaktionszone eingespeist, wobei entweder einer der Reaktionspartner oder aber auch ein Teil des anfallenden Reaktionsproduktes bzw. ein Teil der aus dem Reaktionsprodukt bereits abgetrennten feststoffhaltigen Rückstandsfraktion unter einem gegenüber dem Reaktionsdruck erhdhten Druck als Treibstrahlmedium verwendet werden. Durch die Anwendung einer Strahldüse werden die entsprechenden Medien mit einer sehr hohen Relativgeschwindigkeit in die Reaktionszone eingespeist, mit der Folge, daß in dem am Ausgang der Düse entstehenden stark turbulenten Scherfeld eine innige Durchmischung und starke Verkleinerung der anfallenden Tröpfchen erfolgt. Die dadurch entstehende große Stoffaustauschfläche bewirkt einen schnellen Reaktionsablauf, so daß nur verhältnismäßig kleine Reaktionsvolumina benötigt werden.
Die Aufbereitung des in der Reaktionszone anfallenden Reaktionsproduktes, also der wässrigen, im wesentlichen von organischen Bestandteilen befreiten feststoffhaltigen Rückstandsfraktion einerseits und der mit dem Hauptteil der extrahierten organischen Bestandteile beladenen Lösungsmittelfraktion andererseits erfolgt zweckmäßigerweise in zwei Schritten.
Zunächst wird beispielsweise in einem der Reaktionszone unmittelbar nachgeschalteten Trenngefäß mit integriertem Innenzyklon-Abscheider die feststoffhaltige Rückstandsfraktion abgetrennt und aus der Anlage als deponiefähiges Abfallprodukt abgezogen, Falls ein Teil dieser Rückstandsfraktion als Treibstrahlmedium für die Strahldüse verwendet wird und somit sich der Bedarf für eine entsprechende Zusatzpumpe sowieso ergibt, erweist es sich als zweckmäßig, die gesamte Rückstandsfraktion auf den erhöhten Druck zu pumpen und nunmehr den Energieinhalt der nicht als Treibstrallmedium benötigten und aus der Anlage abzuziehenden Restmenge zum Fordern des frischen Bohrschlammes auf den Druck der Reaktionszone zu nutzen, z, B. in einer Art Membran- oder Mammutpumpe.
Zur Aufbereitung der mit den organischen Bestandteilen beladenen Lösungsmittelfraktion wird diese nach der Entspannung einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei das niedrig siedende Lösungsmittel aus der verbleibenden Flüssigphase ausdampft, Nach Trennung der beiden Phasen werden die flüssig anfallenden organischen Bestandteile aus der Anlage abgezogen, während die Lösungsmitteldämpfe verflüssigt, auf Reaktionsdruck gepumpt, dann auf Reaktionstemperatur erhitzt und schließlich erneut in die Reaktionszone eingespeist werden.
Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen, Gemäß der Figur wird frischer mit organischen Bestandteilen, wie z. B. Rohöl und Bohrchemikalien, angereicherter Bohrschlamm aus einem Behälter 1 einer weiter hinten ausführlich erläuterten Druckerhöhungseinrichtung 2 zugeführt, dort auf den Reaktionsdruck des Verfahrens, der Je nach Anwendungsfall zwischen 20 und 200 bar liegt, gepumpt und anschließend über eine Leitung 3 und eine Strahldüse 4 in einen Reaktionsraum 5 gefördert. Gleichzeitig mit dem frischen Bohrschlamm wird über eine Leitung 6 und die Strahldüse 3 bereits auf Reaktionsdruck gepumptes erwärmtes Lösungsmittel, z. B. ein aus C2 - bis C5 - Kohlenwasserstoffen bestehender Rohöldestillationsschnitt, dem Reaktion: raum 5 zugeführt. Als Treibstrahlmedium dient im vorliegenden Ausfühuungsbeispiel ein Teil der als Reaktionsprodukt anfallenden feststoffhaltigen und von organischen Bestandteilen weitgehend befreiten Rückstandsfraktion, welcher aus dem Sumpf eines mit dem Reaktionsraum 5 unmittelbar verbundenen Trenngefäßes 7 abgezogen, in einer Kreiselpumpe 8 auf den erforderlichen Treibstrahldruck gepumpt und dann über eine Leitung 9 der Strahldüse 4 zugeleitet wird.
Am Ausgang der Strahldüse werden aufgrund der hohen Relativ geschwindigkeit der durch die Düse strömenden Medien diese turbulent vermischt, so daß sehr große Stoffaustauschfläche: und somit Stoffübergangszahlen erreicht werden.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades kann durch eine Verbindung 10 zwischen dem Trenngefäß 7 und dem Reaktionsraum 4 kontinuierlich ein Teil der im Trenngefäß anfallenden Suspension in den Reaktionsraum 4 eingeleitet werden.
Der Teil der im Sumpf des Trenngefäßes 7 anfallenden Rückstandsfraktion, der nicht als Treibstrahlmedium für die Strahldüse 4 benötigt wird, wird unter einem gegenüber dem Reaktionsdruck erhdhten Druck über eine Leitung 11 abgezogen und in der Druckerhdhungseinrichtung 2 zum Fördern des frischen Bohrschlammes auf Reaktionsdruck herangezogen. Diese Einrichtung, die zwei durch eine elastische Membran 12 voneinander getrennte Kammern 13, 14 aufweist, arbeitet wie folgt: Zunächst wird die Kammer 13 bis zum Endaussohlag der Membran 12 (siehe gestrichelte Linie) mit frischem Bohrschlamm aus dem Behälter 1 gefüllt. Dabei ist das Ventil 15 geöffnet und das Ventil 16 geschlossen, Anschließend wird das Ventil 15 geschlossen und das Ventil 16 geöffnet. Gleichzeitig wird bei geschlossenem Ventil 17 und geöffnetem Ventil 18 unter hohem Druck stehende Suspension in die Kammer 14 eingeleitet. Dadurch wird die Membran 12 in die Kammer 13 verschoben und der in dieser Kammer vorhandene Bohrschlamm durch das geöffnete Ventil 16 gedrückt. Sobald die Kammer 15 entleert ist, werden die Ventile 16 und 18 geschlossen und die Ventile 15 und 17 wieder geöffnet, sodaß sich die Kammer 13 wieder füllt, während der Inhalt der Kammer 14 in einen Entgasungsbehälter 19 abfließt, usw. Bei diesem System ist somit gewährleistet, daß ständig gleichzeitig die gleichen Mengen an extrahiertem Bohrschlamm aus der Anlage abgezogen bzw. an frischem Bohrschlamm in die Anlage eingeschleust werden. Die insgesamt ausgetauschte Bohrschlammmenge wird durch den Schalttakt der Ventile 17 und 18 bestimmt.
Die im Kopf des Trenngefäßes 7 anfallende, mit den organischen Bestandteilen angereicherte Lösungsmittelfraktion wird über einen Schlammabscheider-Innenzyklon 20 abgezogen und in einem Entspannungsventil 21 entspannt. Anschließend wird das Lösungsmittel zunächst in einem Wärmetauscher 22 und dann in einem fremdbezeizten Wärmetauscher 23 vollständig verdampft, während die organischen Bestandteile in der flüssigen Phase verbleiben.
In einem Abscheider 24 erfolgt die Trennung der beiden Phasen. Während die organischen Bestandteile über eine Leitung 25 aus der Anlage abgezogen werden, werden die im Kopf des Abscheiders 24 anfallenden Lösungsmitteldämpfe nach Zumischung der durch eine Leitung 26 strömenden Dämpfe aus dem Entgasungsbehälter t9 zunächst in einem Wärmetauscher 27 und dann in dem Wärmetauscher 22 abgekühlt und dabei verflüssigt. Mittels einer Kolbenpumpe 28 wird das Lösungsmittel auf Reaktionsdruck gepumpt, dann in dem Wärmetauscher 27 auf Reaktionstemperatur erhitzt und schließlich über die Leitung 6 erneut der Strahldüse 4 zugeführt. Lösungsmittelverluste sowie die zum Anfahren der Anlage benötigten Lösungsmittelmengen können aus einem Lösungsmittelvorratsbehälter 29 bei gestellt werden.
Falls die Anlage mit einem Lösungsmittel im überkritischen Zustand betrieben wird, können die entsprechenden Bedingungen (Druck, Temperatur) mittels der Pumpe 28 und dem Wärmetauscher 27 eingestellt werden. In diesem Falle ist das Lösungsmittel keine Flüssigkeit, sondern ein überkritisches Gas.
- L e e r s e i t e -

Claims

Patentansxrüche: 1. Verfahren zur Aufarbeitung von mit organischen Bestandteilen angereichertem Bohrschlamm, der als Nebenprodukt beim Niederbtingen von Brdölbohrungen anfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrschlamm unter erhdhtem Druck und gegebenenfalls erhöhter Temperatur in einer Reaktionszone mit einer niedrig siedenden Xohlenwasserstofffraktion als Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird, daß das dabei anfallende Reaktionsprodukt zunächst in eine feststoffhaltige Rückstandsfraktion und eine mit den organischen Bestandteilen beladene Lösungsmittelfraktion zerlegt wird, daß aus der Lösungsmittelfraktion die organischen Bestandteile abgetrennt werden und daß das Ldsungsmittel dann erneut mit frischem Bohrschlamm in Kontakt gebracht wird.
2, Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ldsungsmittel Kohlenwasserstoffe mit zwei bis fünf Kohlenstoffatomen (C2 bis C5) oder Mischungen solcher Kohlenwasserstoffe verwendet werden.
3. Verfahren nach einem der AnsprUche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel C2 - bis C5 - Kohlenwasserstoffschnitte aus der Rohdldestillation verwendet werden,
4, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Erdgaskondensate und / oder C2 - und Ca - Kohlenwasserstoffe und gegebenenfalls C02 haltiges Erdgas verwendet werden,
5, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone unter einem Druck zwischen 20 und 200 bar, vorzugsweise zwischen 30 und 70 bar, steht, und die Temperatur unterhalb etwa 200 o C liegt,
6, Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ldsungsmittel im überkritischen Zustand mit dem Bohrschlamm in Kontakt gebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Anspriiche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrschlamm und das Lösungsmittel mittels einer Strahld#se in die Reaktionszone eingespeist werden, wobei eine der beiden Fraktionen als Xreibstrahliedium benutzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Reaktionsproduktes oder ein Teil der aus dem Reaktionsprodukt abgetrennten feststoffhaltigen Rfickstandsfraktion unter einem gegenüber dem Reaktionsdruck erhalten Druck als Treibstrahlmedium verwendet wird,
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte feststoffhaltige RAckstandsfraktion auf Treibstrahldruck gepumpt wird und daß der Energieinhalt des nicht als Treibstrahlmedium eingesetzten und aus der Anlage abzuziehenden Teils der Rückstandsfraktion genutzt wird, den zu behandelnden Bohrschlamm auf den Druck der Reaktionszone zu fördern,
10, Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderung des Bohrschlainmes auf den Druck der Reaktionszone mittels einer Druckerhöhungseinrichtung erfolgt, die zwei durch eine elastische Membran voneinander getrennte Kammern aufweist, wobei die eine Kammer eingangsseitig absperrbar mit einem Speicherbehälter für frischen Bohrschlamm und ausgangsseitig absperrbar mit der Reaktionszone verbunden ist, während die zweite Kammer eingangsseitig absperrbar mit dem Ausgang der Förderpumpe für das Treibstrahlmedium und ausgangsseitig absperrbar mit einem Auffangbehälter für die aus der Anlage abzuziehende feststoffhaltige Rückstandsfraktion in Verbindung steht.
11, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der feststoffhaltigen Rückstandsfraktion aus dem Reaktionsprodukt in einem der Reaktionszone unmittelbar nachgeschalteten Trenngefäß mit integriertem Innenzyklon erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis Ii, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Abtrennung der feststoffhaltigen Rückstandsfraktion verbleibende, mit den organischen Bestandteilen beladene L#sungsmittelfraktion entspannt wird, daß aus der entspannten beladenen Lösungsmittelfraktion das Lösungsmittel durch Wärmezufuhr verdampft und anschließend das gasfdrmige Lösungsmittel und die verbleibende im wesentlichen aus den organischen Bestandteilen bestehende Flüssigphase zerlegt werden, daß die Flüssigphase aus der Anlage abgezogen wird, daß das verbleibende gasförmige Lösungsmittel erneut durch Wärmeentzug verflüssigt, auf Reaktionsdruck gepumpt, dann auf die Reaktionstemperatur erwärmt und anschließend erneut in die Reaktionszone eingespeist wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erneute Verflüssigung des Lösungsmittels zunächst im Wärmetausch mit dem auf Druck gepumpten flüssigen Lösungsmittel und dann im Wärmetausch mit der entspannten beladenen Lösungsmittelfraktion erfolgt, wobei im Zuge des Wärmetausches zwischen dem gasförmigen Lösungsmittel und dem auf Druck gepumpten flüssigen Lösungsmittel das letztere auf die Reaktionstemperatur erwärmt wird.