УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к установкам, предназначенным для удаления магнитной жидкости (МЖ) с поверхности разделенных материалов, полученных в результате разделения водонефтяных эмульсий и очистки нефтяных скважин от нефтешламов, и может быть использована в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, например, при утилизации нефтяных отходов.
6
Известна установка, описанная в способе регенерации магнитной жидкости (а.с. №1781895, МПК ВO3С 1/30, 10.06.1996), включающая ванну с жидкой средой, ультразвуковую установку для воздействия на помещаемый в ванну разделенный материал, смоченный магнитной жидкостью, и магнитную систему для улавливания удаленных с разделенного материала капель магнитной жидкости.
Общими признаками предлагаемой и известной установки являются: узел промывки разделенного материала, смоченного магнитной жидкостью, магнитная система для улавливания магнитной жидкости и емкость для выделенной магнитной жидкости.
Недостатками известной установки являются сложность оборудования, заэмульгированность МЖ отмывающей жидкостью, необходимость использования различных по конструкции устройств при смыве МЖ плотностью больше или меньше единицы. Но главным недостатком известной установки является низкая эффективность смыва МЖ, когда размер частиц не превышает 1,0 мм.
Наиболее близкой к заявляемой является установка, предназначенная для регенерации МЖ (J.Farkas, B.Hargitay Recovery and Reconstitation of Ferromagnetic Fluids, Separation science and Technology, 18 (10), pp 917-939, 1983).
На фиг.1 представлена схема прототипа - установки для смыва МЖ с поверхности разделенного материала. Установка содержит приемный бункер для подачи разделенного материала из МГ-сепаратора, сеточную ленту для вибрационного движения разделенного материала, смоченного МЖ, распылители для промывки разделенного материала керосином и емкостей для магнитной жидкости, разбавленной керосином, керосина и разделенного материала, смоченного керосином. В известной установке регенерации МЖ разделенный материал промывается керосином, который поступает через распылители на движущийся по сеточной ленте, материал путем вибрационных колебаний. Движение исходного керосина и уже содержащего часть отмытой МЖ прямо противоположно движению разделенного материала. Разбавленную МЖ концентрируют выпариванием или ультрафильтрацией, причем предпочтение отдают последней.
2
В прототипе представлен узел ультрафильтрации разбавленной магнитной жидкости, включающий трубный модуль, емкость разбавленной МЖ, емкость отрегенерированной МЖ, емкость промывочного керосина, циркуляционный насос, противоточный теплообменник типа труба в трубе, электронный блок управления. Узел для ультрафильтрации работает следующим образом. Сначала заполняется емкость для разбавленной МЖ, которая затем продавливается в "кольцо" установки, и включается циркуляционный насос. Давление в "кольце" поддерживается с помощью регулятора давления. После достижения заданной температуры открывается фильтрационный клапан (на рисунке не указан) и скорость фильтрации периодически измеряется путем отбора образцов. Технические возможности метода определяются пористой мембраной, на размер пор которой не влияет органический растворитель и которая не реагирует на повышение температуры. Ультрафильтрационная система UCAPSEP полностью отвечает этим требованиям. Основным компонентом системы является пористая труба с внутренним диаметром 6 мм, сделанная из чистого слегка графитированного углерода с диаметром пор порядка 10,0 нм и выдерживающая внутреннее давление до 30 атм. Для того, чтобы через стенку не проходили частички крупнее 10,0 нм, на внутреннюю поверхность трубы осаждают слой тугоплавкого оксида металла (обычно ZrO). Этот слой образует рабочий фильтр и придает угольной трубе необходимую жесткость. Угольная труба соосно вставлена в оболочку из нержавеющей стали.
При фильтрации частицы более 10,0 нм имеют тенденцию к созданию дополнительного барьера для материала, проходящего через стенку трубы, образуя в приграничных слоях уплотненные гелеподобные структуры. Для того, чтобы предотвратить возможность такого явления, которое может чрезмерно замедлить скорость фильтрации, рабочий раствор МЖ прокачивают через трубу с высокой тангенциальной скоростью.
Общими признаками предлагаемой и известной установки являются приемное устройство, соединенное с узлом для промывки разделенного материала, смоченного магнитной жидкостью, емкость для отмывающей жидкости и емкость для смеси магнитной и отмывающей жидкости.
Недостатками известной установки для смыва МЖ с поверхности разделенных материалов является многократное разбавление МЖ отмывающей жидкостью, что приведет к повышенным энергетическим затратам при удалении отмывающей жидкости, а открытое распыление керосина потребует дополнительную защиту персонала от испарения легких фракций керосина и установления дополнительного оборудования, чтобы исключить возможность создания взрывоопасных концентраций углеводородов в помещении. Кроме того, рекомендуемая для разделения МЖ и отмывающей жидкости ультрафильтрационная установка заметно усложняет процесс выделения МЖ и требует для своего осуществления использование сложного и дорогостоящего оборудования.
Техническая задача заключается в упрощении конструкции установки для выделения МЖ с поверхности смоченного магнитной жидкостью материала, в уменьшении расхода отмывающей жидкости для полного удаления МЖ с поверхности разделенного материала, в снижении энергетических затрат на доведение разбавленной МЖ до рабочих характеристик, а также в обеспечении экологичности и безопасности эксплуатации установки.
Поставленная задача достигается тем, что в установке для выделения магнитной жидкости с поверхности смоченных магнитной жидкостью материалов, включающей приемное устройство, соединенное с узлом для промывки смоченного магнитной жидкостью материала, емкость для отмывающей жидкости и емкость для смеси магнитной и отмывающей жидкости, узел для промывки представляет собой выполненный из немагнитного материала цилиндрический аппарат, содержащий постоянные магниты или электромагниты, размещенные с наружной стороны цилиндрического аппарата, кроме того, приемное устройство снабжено запирающей заслонкой, а емкость для отмывающей жидкости снабжена нагревательным устройством и соединена с верхней частью цилиндрического аппарата, при этом нижняя часть цилиндрического аппарата соединена с емкостью для смеси магнитной и отмывающей жидкости, снабженной нагревательным устройством, кроме того, на линиях подачи и отвода отмывающей и магнитной жидкостей установлены запорные устройства.
Кроме этого, на линии, соединяющей нижнюю часть цилиндрического аппарата с емкостью для смеси отмывающей и магнитной жидкости, установлено прозрачное окно или прибор для определения намагниченности вытекающей жидкости.
Кроме того, верхняя крышка цилиндрического аппарата снабжена распределительным устройством, а нижняя крышка цилиндрического аппарата снабжена опорной решеткой.
Преимуществом предлагаемой установки для выделения магнитной жидкости с поверхности материала, смоченного магнитной жидкостью, является простота ее выполнения и эксплуатации. Кроме этого, предлагаемая совокупность признаков позволяет снизить расходы на изготовление и обслуживание установки. Кроме того, предлагаемая совокупность признаков позволяет при полном удалении МЖ с поверхности разделенного материала, снизить расход отмывающей жидкости на смыв МЖ, а также обеспечить экологичность и безопасность при эксплуатации установки.
На фиг.2 представлена схема предлагаемой установки для выделения МЖ с поверхности материала, смоченного магнитной жидкостью.
Установка включает в себя цилиндрический аппарат 1, выполненный из немагнитного материала, с двумя откидывающимися крышками 2, 3, причем в верхней крышке 2 имеется приемное устройство 4, выполненное в виде воронки для загрузки разделенного материала, смоченного МЖ, с запирающей заслонкой 5 для обеспечения герметичности аппарата 1 при поступлении отмывающей жидкости в паровой фазе. Крышка 2 дополнительно снабжена распределительным устройством 6 для равномерного поступления отмывающей жидкости по всему сечению аппарата 1 и соединена с емкостью 7 для отмывающей жидкости через запорные устройства 8 и 9. Емкость 7 для отмывающей жидкости оборудована нагревательным устройством 10, которое может быть размещено как внутри, так и снаружи емкости 7. Подачу материала в воронку 4 можно осуществлять с помощью ленточного транспортера 11. Нижняя крышка 3 цилиндрического аппарата 1 снабжена встроенной опорной решеткой 12 и соединена с емкостью 13 для сбора МЖ, разбавленной отмывающей жидкостью, через запорное устройство 14. Причем для облегчения выгрузки отмытого от МЖ разделенного материала из аппарата 1 (например, в передвижной контейнер) опорная решетка 12 располагается в нижней крышке 3. С наружной стороны цилиндрического аппарата 1 установлено устройство 15 для создания внутри аппарата 1 градиентного магнитного поля, выполненное в виде постоянных магнитов или электромагнитов. Установка оборудована дополнительным запорным устройством 16, которое используется, когда установка предназначена не только для смыва МЖ с поверхности разделенного материала, но и для удаления отмывающей жидкости из разбавленной МЖ в емкости 13, чтобы получить МЖ с исходными рабочими характеристиками. Установка оборудована дополнительным запорным устройством 17 для подачи отмывающей жидкости в емкость 7. На линии, соединяющей нижнюю крышку 3 аппарата 1 с емкостью 13 для смеси отмывающей и магнитной жидкости, установлено прозрачное окно 18 или прибор для определения намагниченности вытекающей жидкости. Запорные устройства 20 и 21 предназначены для опорожнения емкостей 13 и 7 соответственно.
Установка работает следующим образом.
Сначала загружают цилиндрический аппарат 1 разделенным материалом, смоченным МЖ, и заполняют емкость 7 отмывающей жидкостью через запорное устройство 17. После заполнения аппарата 1 разделенным материалом закрывают заслонку 5 и открывают запорное устройство 8 или 9 в зависимости от того, будет ли отмывающая жидкость поступать в аппарат 1 в паровой фазе или жидкой при закрытом запорном устройстве 17. Затем нагревают отмывающую жидкость в емкости 7 с помощью нагревательного устройства 10. Нагревательное устройство 10, установленное в емкости с отмывающей жидкостью 7 или вне ее, позволяет нагревать жидкость до температуры, достаточной для поступления ее в цилиндрический аппарат 1 в паровой фазе. В качестве отмывающей жидкости используют индивидуальные углеводороды или фракции, выкипающие до 120°С. Пары отмывающей жидкости поступают в цилиндрический аппарат 1 через распределительное устройство 6 и, опускаясь вниз, смывают МЖ с поверхности разделенного материала. При этом происходит частичная конденсация паров отмывающей жидкости, и капли ее также будут перемещаться вниз, смывая МЖ, и через опорную решетку 12, установленную в нижней крышке 3, попадать через запорное устройство 14 в емкость 13 для сбора МЖ, разбавленной отмывающей жидкостью. По мере удаления МЖ с поверхности разделенного материала, цвет стекающей в емкость 13 жидкости будет светлеть до исходного цвета отмывающей жидкости. За завершением процесса удаления МЖ с поверхности можно следить через прозрачные стекла 18, установленные на линии слива МЖ вместе с отмывающей жидкостью в емкость 13 или по показаниям прибора 18, регистрирующего намагниченность насыщения стекающей жидкости. Отмываемая жидкость, обогащаясь частицами дисперсной фазы, будет повышать свои магнитные характеристики, увеличивая взаимодействие с магнитным полем, и скорость отекания вниз по аппарату 1. Градиентное магнитное поле создается постоянными магнитами 15, размещенными с наружной поверхности аппарата 1. Кроме того, магнитное поле может создаваться электромагнитами 15, т.е. может быть стационарным или совершать волнообразные движения вдоль оси цилиндрического аппарата 1. При создании волнообразных движений магнитного поля, создаваемого электромагнитами, увеличивается время контакта стекающей жидкости с разделенным материалом, т.е. повышается эффективность смыва МЖ.
После завершения процесса удаления МЖ с поверхности разделенного материала отмытый материал выгружается из аппарата 1 через нижнюю откидывающуюся крышку 3 (например, в передвижной контейнер), а собранную в емкости 13 смесь МЖ и отмывающей жидкости можно разделить нагреванием при помощи нагревательного устройства 19. Открыв запорное устройство 16, отмывающую жидкость в паровой фазе можно направить или в емкость для исходной отмывающей жидкости, или же непосредственно через запорное устройство 17 на заполнение емкости 7. При этом смесь не требуется нагревать до высоких температур, т.к. конец кипения отмывающей жидкости, используемой в предлагаемой установке, ниже начала кипения керосина, который предлагается использовать в прототипе в качестве отмывающей жидкости. Отрегенерированную МЖ можно повторно использовать в процессе разделения водонефтяных эмульсий.
Предлагаемая установка значительно проще известной, так как не содержит нагнетательных насосов, специальных распылительных устройств, до минимума сокращено число емкостей.
Энергетические затраты на процесс удаления МЖ удается сократить за счет уменьшения степени разбавления, а также за счет использования в качестве отмывающей жидкости низкокипящих углеводородных фракций или индивидуальных углеводородов. При удалении отмывающей жидкости МЖ не подвергается действию высоких температур, что позволяет сохранить рабочие характеристики отрегенерированной МЖ, и, следовательно, повторно использовать в процессах разделения водонефтяных эмульсий.
Предлагаемая установка опробована в лабораторных условиях, и подтверждено заметное снижение степени разбавления МЖ при смыве ее с поверхности разделенного материала. Установка очень проста в изготовлении и эксплуатации.
Предлагаемая установка может принести значительный экономический эффект при сравнительно небольших затратах.