УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД

Полезная модель относится к очистке высококонцентрированных нефтесодержащих вод и может быть использована в нефтедобыче и нефтехимии.
Известно устройство для очистки нефтесодержащих вод, включающее горизонтально расположенный цилиндрический корпус, разделенный вертикальными перегородками на три камеры, соединенные гидравлически. Первая и третья камеры являются горизонтальными отстойниками, оборудованными системой удаления осадка и системой удаления всплывших капель нефти. Вторая камера заполнена полистирольными гранулами фракции 2-5 мм, на поверхности которых происходит коалесценция мелких капель нефти с образованием более крупных капель, всплывающих в последней третьей стадии. (Патент на ПМ №90783).
Недостатком устройства является недостаточно высокий эффект очистки нефтесодержащих вод.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки нефтесодержащих вод, включающее цилиндроконический корпус, в котором размещен слой контактной массы из нефти с образованием границы раздела нефть - вода, камеру коалесценции с сетками, между которыми размещена коалесцирующая загрузка, патрубки для подвода сточной воды и отвода очищенной воды, нефти и осадка. Камера коалесценции выполнена в виде патрона, расположенного коаксиально корпусу с образованием кольцевого зазора между ними, в котором размещена глухая перегородка, образующая в нижней части корпуса секцию гидроциклона. Верхний торец патрона расположен на уровне границы раздела нефть - вода. Устройство снабжено сетками, расположенными выше и ниже границы раздела нефть - вода, между которыми расположены гидрофильные гранулированные твердофазные частицы. (Патент RU №2170706).
Недостатком устройства является недостаточно высокий эффект очистки нефтесодержащих вод.
Задачей полезной модели является создание устройства для очистки нефтесодержащих вод с достижением следующего технического результата - увеличение эффекта очистки нефтесодержащих вод.
Задача решается тем, что в устройстве для очистки нефтесодержащих вод, включающем корпус, в котором размещен слой контактной массы из нефти с образованием границы раздела нефть - вода, патрубки подвода воды и отвода очищенной воды, нефти и осадка, камеру коалесценции с коалесцирующей загрузкой, выполненную в виде патрона, верхний торец которого расположен на уровне границы раздела нефть - вода, и сетки, расположенные выше и ниже границы раздела нефть - вода, между которыми расположены гидрофильные гранулированные частицы, согласно полезной модели корпус устройства имеет форму горизонтально расположенного цилиндра, в верхней части которого находятся монтажные крышки, а коалесцирующие патроны образуют два и более ряда по два и более патронов в каждом ряду, причем устройство содержит гидрозатвор и воронку для сбора уловленной нефти, соединенную с патрубком отвода нефти, при этом отношение площади фильтрования воды в слое нефти к площади фильтрования воды в коалесцирующих патронах находится в интервале от 3 до 5, причем в коалесцирующих патронах размещены электроды в виде стержней из электроположительных и электроотрицательных материалов, образующие электрохимические источники тока, в которых электроды одинаковой полярности образуют цилиндрические поверхности, расположенные коаксиально так, что полярность электродов чередуется.
Коалесцирующая загрузка выполнена из полистирольных гранул фракции 2-5 мм.
Электроположительные электроды выполнены из меди, электроотрицательные - из алюминия. Диаметр стержневых электродов равен 3-5 мм.
На фиг. 1 представлено продольное сечение устройства, на фиг. 2 -поперечное сечение устройства, на фиг. 3 - внешний вид коалесцирующего патрона, на фиг. 4 - сечение коалесцирующего патрона.
Корпус 1 устройства имеет цилиндрическую форму, закрытого с торцов обечайками. В верхней части корпуса расположены монтажные крышки 2, соединенные с помощью шарниров с корпусом. В корпусе 1 размещены в 2 ряда коалесцирующие патроны 3, имеющие цилиндрическую форму, переходящую в конус в нижней части. Коалесцирующие патроны 3 заполнены коалесцирующей загрузкой 4, представляющей собой сферические гранулы из гидрофобного материала (фторопласт, полистирол, полиэтилен) диаметром 3-5 мм. Коалесцирующие патроны общим коллектором соединены с патрубком 5 подвода воды. Верхние торцы коалесцирующих патронов 3 расположены на уровне границы раздела нефть - вода. Выше и ниже границы раздела нефть - вода расположены сетки 6 для удержания гидрофильных гранулированных частиц 7, например, стеклянных шариков диаметром 3-5 мм (верхняя сетка на фиг. 1 не показана). В слое воды расположена сборная система 8, соединенная с патрубком 9 отвода очищенной воды, который в свою очередь соединен с гидрозатвором 10. В слое нефти расположена воронка 11, соединенная с патрубком 12 отвода нефти. В нижней части корпуса 1 размещены патрубки 13 отвода осадка.
В коалесцирующих патронах 3 в верхней части выполнены перфорационные отверстия 14 в виде щелей шириной до 3 мм.
В коалесцирующих патронах 3 вертикально расположены электроотрицательные электроды 15 и электроположительные электроды 16, выполненные в виде стержней диаметром 3-5 мм. Электроды одинаковой полярности образуют цилиндрические поверхности, расположенные коаксиально, причем полярность электродов чередуется. Оптимальное расстояние между электродами составляет 220 мм (Назаров М.В. Очистка природных и сточных вод с применением электрохимических методов. / Автореферат канд. дисс: Уфа, 2008, 24 с, см. с. 15).
Устройство работает следующим образом. Нефтесодержащая вода после предварительного отстоя с содержанием нефти до 2% об. подается в патрубок 5 подвода воды, распределяется по коалесцирующим патронам 3. Вода в патронах фильтруется в коалесцирующей гидрофобной гранулированной загрузке 4 в направлении снизу вверх. Эмульгированная нефть смачивает поверхность гранул загрузки, образуя пленку, которая перетекает под действием гидродинамических сил потока вверх от гранулы к грануле и в конечном итоге сливается со слоем контактной массы, состоящей из той же нефти. Вода фильтруется в том же направлении, доходит до верхнего торца коалесцирующего патрона и фильтруется в слое нефти, разбиваясь на отдельные капли. Происходит процесс жидкостного фильтрования воды в нефти, при котором капли воды освобождаются от эмульгированной нефти. В процессе жидкостного фильтрования толщина слоя нефти существенно увеличивается за счет капель воды, вследствие чего отдельные капли нефти могут попасть в фильтрат, ухудшая качество очищенной воды. Для того чтобы предотвратить это явление ниже границы раздела нефть - вода размещены гидрофильные гранулы 7, например, стеклянные шарики, стабилизирующие новое положение границы раздела нефть - вода. Верхняя часть коалесцирующих патронов 3 оказывается в слое нефти, поэтому с целью увеличения площади фильтрования воды возможно выполнить в верхней части коалесцирующих патронов 3 перфорационные отверстия в виде щелей шириной менее 3 мм. Направление потоков воды в коалесцирующих патронах 3 показано на фиг. 3.
По мере фильтрования воды в устройстве часть очищаемой воды переходит в контактный слой, вследствие чего его толщина будет увеличиваться. Для удаления избытка нефти предусмотрена воронка 11, в которую нефть затекает и далее самотечно поступает к патрубку 12 отвода нефти.
Уровень жидкости в устройстве задается с помощью гидрозатвора 10. Уровень жидкости внутри устройства всегда будет выше уровня гидрозатвора 10 по закону сообщающихся сосудов, так как плотность нефти меньше плотности воды, поэтому избыток нефти самотечно удаляется воронкой 11. Очищенная вода (фильтрат) удаляется через патрубок 9 очищенной воды, соединенной с гидрозатвором 10. Осадок по мере накопления удаляется через патрубки 13.
Для увеличения эффекта очистки воды от эмульгированной нефти в коалесцирующих патронах 3 размещены стержневые электроды 15 и 16, образующие электрохимические источники тока. В качестве электроотрицательных электродов использованы алюминиевые стержни 15, в качестве электроположительных - медные стержни 16. Между разнополярными электродами возникает электрическое поле, поляризующее гранулы коалесцирующего материала 4, в результате чего на поверхности каждой гранулы появляются связанные положительные и отрицательные заряды. Эмульгированные в воде капли нефти имеют отрицательный заряд, поэтому они притягиваются электростатическими силами к положительным связанным зарядам, расположенным на коалесцирующих гранулах, что увеличивает эффективность коалесценции.
Коалесцирующие патроны 3 не требуют регенерации, так как в них не происходит осаждения каких либо веществ, а эмульгированная нефть трансформируется в пленочную нефть.
Пример. Проводили опыты по очистке нефтесодержащей воды с содержанием эмульгированной нефти 2% об. Скорость фильтрования воды в слое нефти поддерживали неизменной, равной 2 м/ч. Скорость фильтрования воды в коалесцирующем патроне изменяли в диапазоне от 6 до 15 м/ч. Результаты опытов представлены в таблице.
Таблица
- Зависимость остаточного содержания нефти в фильтрате от скорости фильтрования воды в коалесцирующем патроне
Скорость фильтрования, м/ч
6
8
10
12
15
Остаточное содержание нефти, мг/л
По прототипу
5,2
5,1
5,3
6,8
12,5
По ПМ
2,4
2,4
2,4
2,6
4,2
Увеличение эффекта очистки воды по сравнению с прототипом, %
53,8
52,9
54,7
61,7
66,4
Из полученных результатов следует, что эффект очистки воды существенно увеличился во всем диапазоне рекомендуемых скоростей от 6 до 10 м/ч.
Технический результат заключается в увеличении эффекта очистки нефтесодержащих вод от эмульгированной нефти и нефтепродуктов.