СОРБЦИОННЫЙ ФИЛЬТР С РЕГЕНЕРИРУЮЩЕЙ СИСТЕМОЙ

Полезная модель относится к области очистки жидкостей от маслонефтепродуктов и может быть использована в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности.
Известен сорбционный фильтр [RU 169004, МПК В01D 25/00,опубл. 01.03.2017], предназначенный для очистки сточных вод от загрязняющих веществ, обеспечивающий повышение эффекта адсорбции за счет использования материалов, не подверженных разрушению в химически агрессивной водной среде. Сорбционный фильтр включает цилиндрический корпус с крышкой и вспомогательными патрубками, заполненный сорбентом, а также электроды, создающие разность потенциалов и расположенные в корпусе вертикально, при этом сорбент выполнен в виде многослойной конструкции.
Недостатками известной конструкции являются необходимость послойной загрузки в фильтр нескольких видов сорбента, что повышает трудоемкость запуска и очистки устройства, а также повышенный расход электроэнергии в процессе эксплуатации устройства, связанный с наличием внутри устройства электродов, используемых для поляризации сорбента.
Также известен двухступенчатый напорный фильтр [RU 2527216, МПК B01D 24/18, опубл. 27.08.2014], содержащий вертикальный цилиндрический корпус со сферическими крышкой и днищем, разделенный горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю камеры. Верхняя и нижняя камеры устройства загружены соответственно плавающим гранулированным материалом и тяжелой многослойной загрузкой. Очищаемая вода поступает через среднее распределительное устройство верхней камеры и фильтруется снизу вверх через плавающую гранулированную загрузку для очистки от грубодисперсных загрязнений.
Основными недостатками приведенного аналога, помимо использования трех видов сорбента для загрузки устройства, являются его компактный дизайн, обуславливающий низкие скорости фильтрации потока, неприемлемые для высокоскоростных и многотоннажных производств, а также большая доля занимаемого сорбентом внутри устройства пространства - от 50 до 80%, что также является фактором, замедляющим процесс фильтрования, затрудняющим очистку сорбента, и возымеет негативный экономический эффект при возможном проектировании устройства в менее компактном разрешении.
Наиболее близким аналогом для предлагаемой полезной модели является устройство для очистки отработанной воды [RU 2503483, МПК B01D 24/00, опубл. 10.01.2014], имеющее резервуар, фильтрующую среду из скорлупы грецких орехов, размещенную в резервуаре, и питающий впускной канал, расположенный в резервуаре выше фильтрующей среды. Фильтровальное устройство может иметь всасывающую трубную систему, размещенную в фильтрующей среде, которая скомпонована и предназначена для оборачивания фильтрующей среды, а также впускной канал для отфильтровываемой текучей среды, скомпонованный и размещенный для подачи первой текучей среды во всасывающую трубную систему.
Недостатком данного технического решения является технологическая непродуманность компановки корпуса устройства: к примеру, не предусмотрены отверстия и трубы для загрузки и выгрузки сорбента, опорные конструкции для обечайки фильтра, смотровые окна, в описательной части трубной системы устройства отсутствует привязка к конкретным деталям его аппаратной конструкции, которые также не отображены на рисунках, дающих представление исключительно о направлении технологических потоков.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в понижении уровня содержания маслонефтепродуктов и механических примесей в фильтруемой жидкости. Технический результат может быть также описан как осветление либо повышение степени очистки водонефтяной эмульсии, которую представляет собой фильтруемая жидкость, в том случае, если содержание в ней механических примесей оценивается как нулевое.
Данный технический результат достигается за счет специфичной конструкции фильтра, основной деталью которой является обечайка на подпорках с патрубками, дифференцируемыми по функционалу. Осветление входящего потока жидкости происходит в результате адсорбции загрязняющего вещества поверхностью загружаемого в корпус фильтра сорбента, в качестве которого используется скорлупа грецких орехов, известная своими адсорбционными свойствами и широко применяемая в эксплуатации фильтрационных устройств. Процесс фильтрации осуществляется путем пропускания фильтруемой жидкости через слой сорбента, уровень загрузки которого равен 45-50% от высоты корпуса фильтра, и дальнейшего отвода очищенной жидкости через нижний патрубок. Дополнительно посредством обвязки обечайки системой труб, обеспечивающих возможность проводить противоточную промывку сорбента водой, в конструкции фильтра реализуется регенерирующая система, позволяющая многократно продлить срок службы используемого сорбента, реже проводить его полную замену.
Корпус обечайки фильтра выполнен в форме полого цилиндра, верхняя и нижняя поверхность которого имеют полуэллиптическую форму. Боковая поверхность обечайки содержит: четыре смотровых окна; патрубки для ввода и вывода сорбента, закрытые люками (нижний патрубок может также использоваться для доступа во внутреннюю часть фильтра с целью проведения ревизии внутренней поверхности фильтра, очистительных и ремонтных работ); патрубок, соединяющий верхнюю часть обечайки с картриджным фильтром (расположенным непосредственно внутри обечайки и предназначенным для улавливания сорбента, уносимого вместе с потоком жидкости, направляемым на этапе противоточной промывки фильтра), являющийся частью трубной обвязки фильтра, позволяющей проводить промывку и регенерацию, сорбента; патрубок для гидровыгрузки сорбента, проводимой по мере необходимости (в зависимости от степени его загрязненности, рассчитываемой с учетом срока его использования и характеристик фильтруемой жидкости); патрубок для подачи фильтруемой жидкости; трубопровод размывки, предназначенный для подачи промывной воды потоком, флюидизирующим слой сорбента. В самой низкой точке нижней полуэллиптической части корпуса находится патрубок, предусмотренный для отвода отфильтрованной воды. Противоположно ему, сверху к корпусу прикреплен воздушник - патрубок тонкого диаметра, предназначенный для отвода газообразной составляющей входящего потока.
Предпочтительный вариант осуществления полезной модели показан на фиг. 1, фиг. 2. На фиг. 1 дан стандартный чертеж устройства: три вида с указанием размеров и условных обозначений (1 - люк засыпки; 2 - люк для выгрузки (люк-лаз); 3 - трубопровод размывки («размыватель»); 4 - патрубок, подсоединенный к внутрикорпусному картриджному фильтру; 5 - патрубок для гидровыгрузки; 6 - смотровое окно; 7 - патрубок для выхода среды; 8 - воздушник; 9 - патрубок для входящей среды. На фиг. 2 дополнительно даны пять изображений полезной модели, два из которых дублируют соответствующие изображения на фиг. 1, остальные три являются поясняющими к ним и являются видами устройства «слева» и «сбоку», а также видом «слева» в продольном разрезе.
Сорбционный фильтр работает следующим образом.
Полный цикл работы фильтра включает пять протекающих последовательно режимов: фильтрация, флюидизация, сброс промывочной жидкости, осаждение и уплотнение сорбента. Во время фильтрации через патрубок для входящей среды в корпус фильтра поступает фильтруемая жидкость и под действием силы тяжести проходит сквозь слой сорбента, покоящийся на ложном дне внутри корпуса фильтра; очищенная от нефтемасляных и механических примесей жидкость отводится снизу через патрубок в центре днища. Дополнительно сверху через воздушник удаляются попадающие в корпус фильтра со входящим потоком газообразные компоненты, что необходимо для поддержания давления внутри сосуда, коим является фильтр, на достаточно низком уровне, исключающем возникновение аварийных ситуаций. Во время режима флюидизации, следующего за фильтрацией (которая останавливается либо по прошествии определенного времени, либо по достижению определенной разницы давлений, замеряемых на входе и выходе из фильтра, либо вручную), происходит псевдоожижение или взрыхление слоя сорбента, необходимое для проведения его последующей противоточной промывки. Происходит это в результате того, что часть фильтруемой жидкости начинает циркулировать через нижний патрубок, картриджный фильтр и трубопровод размывки, таким образом, заполняя собой весь корпус фильтра полностью; частицы сорбента при этом находятся в ней во взвешенном состоянии - так происходит псевдоожижение слоя сорбента. Патрубок, подсоединенный в верхней части обечайки к картриджному фильтру другим своим концом подсрединен ко всасывающей трубной системе: таким образом сквозь картридж проходит поток жидкости, который при этом не уносит с собой частицы сорбента, но дополнительно очищается от маслонефтяных и твердых взвесей, после этого возвращаясь в корпус фильтра через трубопровод размывки и создавая внутри обечайки вихревой поток из сорбента, фильтруемой жидкости и удаляемых из жидкости взвесей, движущийся против часовой стрелки. После флюидизации, в результате которой поверхность сорбента была в достаточной степени очищена от загрязняющих веществ посредством их перехода в промывную жидкость, производится сброс промывной жидкости, осуществляемый следующим образом. Через трубопровод, подводивший жидкость от картриджного фильтр а к трубопроводу размывки в процессе предыдущего режима, жидкость перестает поступать к размывателю и начинает отводиться из системы. Одновременно через нижний патрубок (выходной для режима фильтрации) подается фильтруемая жидкость, пропускаемая через сорбент снизу вверх; так же, как и в предыдущем режиме, картриджный фильтр улавливает частицы сорбента, препятствуя их уносу из системы. Режим заканчивается тогда, когда степень загрязненности сорбента станет на три четверти меньше той, которая установилась до начала его промывки. Следующий далее режим работы фильтра - осаждение сорбента. Всасывающая трубная система, вытягивавшая поток жидкости через картриджный фильтр наружу, выключается, и под действием силы тяжести скорлупа, до сих пор находившаяся во взвешенном состоянии в жидкости, оседает на дно фильтра. Перед возобновлением собственно фильтрации устройство в течение короткого времени переходит в режим уплотнения сорбента: для этого через нижний патрубок удаляется жидкость, в которой во взвешенном состоянии находился сорбент, в результате чего слой сорбента снова принимает форму, пригодную для ведения сквозь него процесса фильтрации жидкости в направлении сверху вниз. Рабочий цикл устройства начинается заново.
Таким образом, заявляется сорбционный фильтр с регенерацией, содержащий корпус на подпорках, выполненный в форме полого цилиндра, верхняя и нижняя поверхности которого имеют полуэллиптическую форму, четыре смотровых окна, патрубки для ввода и вывода сорбента, закрытые люками, патрубок, являющийся частью трубной обвязки фильтра, позволяющей проводить промывку и регенерацию сорбента, и соединяющий верхнюю часть обечайки с картриджным фильтром, расположенным непосредственно внутри обечайки и предназначенным для улавливания помещаемого внутрь фильтра сорбента, уносимого вместе с потоком жидкости, направляемым на этапе противоточной промывки фильтра, в качестве которого используется скорлупа грецких орехов, патрубок для гидровыгрузки сорбента, патрубок для подачи фильтруемой жидкости, трубопровод размывки, патрубок, предусмотренный для отвода отфильтрованной воды, воздушник, характеризующийся тем, что полный цикл работы включает пять протекающих последовательно режимов: фильтрация, флюидизация, сброс промывочной жидкости, осаждение и уплотнение сорбента.