Устройство для разделения водонефтяной эмульсии

Полезная модель относится к области химии, нефтехимии, нефте- и газопереработки, а именно к устройствам и системам разделения гетерогенных жидких смесей, и может применяться, в частности, для разделения водонефтяной эмульсии.
Известен способ организации разделения жидкостных эмульсий, включающий пропускание разделяемой эмульсии через горизонтально расположенный корпус круглого сечения с патрубками для ввода исходной эмульсии и раздельного вывода ее компонентов после разделения, внутри которого под углом не ниже угла оттекания жидкости по направлению к движущемуся потоку последовательно расположены несколько слоев фильтрующего материала (см. патент RU № 2105584, МПК B01D 17/04, 1997 г.).
Недостатком этого способа является высокая сложность изготовления устройства, укладки и замены слоев фильтрующего материала, связанная со специфической (овальной) формой этих слоев.
Известен способ организации разделения жидкостных эмульсий, использующий устройство, содержащее герметичный корпус в виде полой цилиндрической обечайки с крышками, с патрубками подачи потока исходной эмульсии и раздельного вывода потоков компонентов эмульсии, и расположенный внутри корпуса проницаемый для потоков фильтрующий блок, содержащий слой фильтрующего коалесцентного материала. Фильтрующий блок выполнен в виде опорной рамы прямоугольной формы, внешние края которой герметично прикреплены к внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса и к внутренним поверхностям крышек (см. патент RU № 2455047, МПК B01D 17/022, 2010 г.).
Недостатком данного способа и устройства является недостаточно высокая эффективность разделения жидкостных эмульсий, связанная с тем, что один из компонентов эмульсии может накапливаться внутри пор фильтрующего материала и затем, после заполнения пор, выдавливаться сквозным потоком эмульсии, протекающей через фильтрующий материал, обратно в этот поток.
В качестве ближайшего аналога принято устройство, содержащее корпус, снабженный патрубком подачи исходной эмульсии, патрубками раздельного вывода компонентов эмульсии, и расположенный внутри корпуса фильтрующий блок, содержащий слои фильтрующего материала. Фильтрующий блок разделяет объем корпуса на верхнюю и нижнюю части. Патрубки подачи исходной эмульсии и вывода одного из компонентов эмульсии расположены в верхней части корпуса над фильтрующим блоком, а патрубок вывода второго компонента эмульсии расположен в нижней части корпуса под фильтрующим блоком. Корпус содержит внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса устройства при эксплуатации таким образом, чтобы фильтрующий блок располагался горизонтально или с подъемом в направлении пропускания эмульсии. Фильтрующий блок может содержать слои пористо-ячеистого металла или сплава либо их комбинации с другими фильтрующими материалами (см. патент RU № 2456050 МПК B01D 17/022, 2010 г.).
Недостатками данного устройства является то, что разделение эмульсий производится путем их отстаивания и расслаивания, что существенно снижает скорость процесса и приводит к снижению эффективности разделения и низкой производительности такой технологии.
Основной задачей, на решение которой направлена предполагаемая полезная модель, является качественное разделение водонефтяной эмульсии.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении эффективности очистки воды от нефтепродуктов за счет непрерывной фильтрации и прохождения всего потока водонефтяной эмульсии через фильтрующий блок.
Поставленная задача решается тем, что устройство для разделения водонефтяной эмульсии, содержащее корпус, снабженный патрубком подачи водонефтяной эмульсии, патрубками раздельного вывода воды и нефтепродуктов, внутренними разделительными ребрами, герметично контактируемыми с фильтрующим блоком, разделяющим объем корпуса устройства на верхнюю и нижнюю части, при этом патрубок вывода нефтепродуктов расположен в верхней части корпуса над фильтрующим блоком, патрубок вывода воды расположен в нижней части корпуса под фильтрующим блоком, отличается тем, что фильтрующий блок соединяется с корпусом и подающим трубопроводом фланцевым соединением и представляет собой жесткий цилиндрический каркас, обтянутый целлюлозной тканью, пропитанной ZnO, верхняя часть которого гидрофобна и олеофильна и пропитана раствором этилового спирта и лаурической кислоты, а нижняя часть гидрофильна и олеофобна и пропитана водоспиртовым раствором едкого натра.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом совокупность отличительных признаков формулы полезной модели обеспечивает качественное разделение водонефтянной эмульсии.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства для разделения водонефтяной эмульсии, на фиг. 2 изображен вертикальный разрез устройства для разделения водонефтяной эмульсии, на фиг. 3 изображен вертикальный разрез вида слева устройства для разделения водонефтяной эмульсии.
На чертежах показаны подающий трубопровод 1, фланец 2, корпус 3, патрубок подачи 4 водонефтяной эмульсии 5, патрубок вывода воды 6, патрубок вывода нефтепродуктов 7, разделительные ребра 8, стопорное кольцо 9, верхняя гидрофобная и олеофильная часть 10, нижняя гидрофильная и олеофобная часть 11.
Устройство для разделения водонефтяной эмульсии, устанавливаемое на подающий трубопровод 1 с помощью фланцев 2 состоит из корпуса 3, снабженного патрубком подачи 4 водонефтяной эмульсии 5, раздельными патрубками вывода воды 6 и нефтепродуктов 7, внутренними разделительными ребрами 8, которые предназначены для разделения потока очищенной воды от нефтепродуктов, прошедших фильтрующий блок.
2
5
2
Фильтрующий блок представляет собой стопорное кольцо 9, к которому приварен жесткий цилиндрический каркас, обтянутый модифицированной целлюлозной тканью, верхняя часть 10 которого пропитана раствором этилового спирта и лаурической кислоты, обеспечивающим гидрофобные свойства ткани, а нижняя часть 11 пропитана водоспиртовым раствором едкого натра NaOH / CHOH / HO, обеспечивающим гидрофильные свойства ткани.
Устройство подготавливают к работе следующим образом.
Фильтрующий блок состоит из жесткого цилиндрического каркаса, приваренного к стопорному кольцу, обтянутого модифицированной целлюлозной тканью.
Чтобы получить модифицированную ткань, целлюлозную ткань толщиной 0,28 см и размером пор 10-15 мкм пропитывают известным составом и по известной технологии, описанными в статье «Preparation of smart and reversible wettability cellulose fabrics for oil/water separation using a facile and economical method», Tao Fana, Qinghe Qiana, Zhihui Houa, Yiping Liua,, Ming Lua (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861718308312).
2
2
Необходимо 10 г раствора NaOH подогреть до 99°С и поддерживать такую температуру в течение 60 мин. Далее NaOH, мочевину и дистиллированную воду помещают в химическую емкость, где происходит перемешивание компонентов. Получают раствор объемом 100 мл, состоящий из 7% NaOH и 12% водного раствора мочевины. Далее полученный раствор необходимо охладить в течение 28-32 мин при температуре 11°С. Затем в готовый раствор помещают целлюлозную ткань на 2 ч, затем ткань погружают в подготовленный 65% водный раствор ZnCl ровно на 5 сек для лучшего впитывания ZnCl.
2
2
4
2
4
Целлюлозную ткань, пропитанную водным раствором NaOH и ZnCl, помещают в паровую машину для процесса декатирования на 10 мин. После необходим процесс коагуляции, который осуществляют путем погружения в 5% (по массе) HSO / 10% -ый водный раствор NaSO на 15 минут. Далее пропитанную целлюлозную ткань многократно промывают деионизированной водой, сушат при 80-83°С и в заключение запекают при 160°C.
Полученную модифицированную целлюлозную ткань натягивают на жесткий каркас со стопорным кольцом. Получившийся фильтрующий блок погружают наполовину в раствор этилового спирта и лаурической кислоты на 2 мин, чтобы получить гидрофобную и олеофильную поверхность. После этого вторую часть фильтрующего блока опускают в водоспиртовой раствор едкого натра на 2 мин для получения гидрофильной и олеофобной поверхности.
Устройство работает следующим образом.
Ранее подготовленный фильтрующий блок вставляют в корпус устройства 3 для разделения водонефтяной эмульсии до того момента, пока опорное кольцо фильтрующего блока не соприкоснется с фланцем 2 корпуса, а вся длина фильтрующего блока не соприкоснется с разделительными ребрами 8. На подающий трубопровод 1 и на трубопроводы вывода воды 6 и нефтепродуктов 7 монтируют собранное устройство для разделения водонефтяной эмульсии с помощью фланцевого соединения 2.
По подающему трубопроводу 1 водонефтяная эмульсия 5 попадает в корпус 3 через патрубок и далее - напрямую в фильтрующий блок. Нефтепродукты, имеющие плотность меньше чем у воды, под действием силы Архимеда поднимаются в верхнюю часть 10 фильтрующего блока и беспрепятственно проходят через гидрофобную и олеофильную поверхность модифицированной целлюлозной ткани, пропитанной раствором этилового спирта и лаурической кислоты, и после этого выводятся через патрубок 7. Вода не может пройти через верхнюю 10 гидрофобную часть фильтрующего блока, поэтому под действием силы тяжести проходит через гидрофильную и олеофобную поверхность модифицированной целлюлозной ткани, пропитанной водоспиртовым раствором едкого натра, и выводится через патрубок 6.