УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ВОДОСОДЕРЖАЩИХ НЕФТЯНЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к энергосберегающим и экологически безопасным устройствам нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использована для переработки водосодержащих нефтяных отходов.
Известно устройство для обезвоживания нефти (заявка на изобретение RU 92006433, МПК В01D 17/035, дата публикации 20.01.1996), содержащее цилиндрический корпус, насадку, сепарирующее устройство с отбойником, расположенное в верхней части корпуса, штуцеры для ввода и вывода продуктов нефтеподготовки.
Недостатком технического решения является неудовлетворительная степень обезвоживания нефтепродуктов.
В качестве ближайшего аналога принято устройство для обезвоживания нефти (см. а.с. 1233900, МПК В01D 17/04, С10G 33/06, дата публикации 10.06.2013), содержащее цилиндрический резервуар, канал подвода водосодержащих нефтяных отходов в полость резервуара, распыливающий узел, выполненный с возможностью эжектирования водосодержащих нефтяных отходов.
Недостатком ближайшего аналога являются значительная металлоемкость конструкции и неудовлетворительная степень обезвоживания нефтепродуктов в силу следующих факторов:
- отсутствие системы предварительного подогрева исходного продукта значительно повышает энергозатраты на эжектирование эмульсии;
- использование затопленных струй ограничивает зону турбулизации исходных продуктов;
- наличие импульсной подачи дренажной воды вызывает возникновение переходных гидродинамических процессов и не обеспечивает стационарного режима отделения водной части;
- периодичность процесса, обусловленная необходимостью ожидания образования промежуточного слоя.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается повышении степени обезвоживания водосодержащих нефтяных отходов.
Указанный технический результат достигается посредством заявленного устройства для обезвоживания водосодержащих нефтяных отходов, содержащего цилиндрический резервуар, канал подвода водосодержащих нефтяных отходов в полость резервуара, распыливающий узел, выполненный с возможностью эжектирования водосодержащих нефтяных отходов, для чего выпускное отверстие канала подвода открыто в полость распыливающего узла, в котором распыливающий узел расположен на вертикальной оси резервуара и выполнен в виде форсунки, причем выход распыливающего узла размещен над уровнем нефтепродукта в резервуаре, кроме того распыливающий узел коаксиально установлен в полости цилиндрического кожуха с коническим днищем, снабженным соосными продольной оси резервуара сливной зоной и центральным отверстием, причем сливная зона содержит как минимум три сквозных сливных отверстия, равноудаленных друг от друга и вертикальной оси резервуара, при этом через центральное отверстие пропущен распыливающий узел, причем над полостью цилиндрического кожуха, соосно с ним, с образованием кольцевого зазора с его стенками и зазора с внутренней поверхностью резервуара, закреплен отбойный щит в форме купола, ориентированного вершиной вверх, кроме того под цилиндрическим кожухом, соосно с ним, размещен тонкопленочный испаритель, выполненный в виде тела вращения с периодическим изменением размеров поперечного сечения, при этом верхней стенке верхней секции корпуса тонкопленочного испарителя придана форма конуса, вершина которого обращена вверх, а примыкающая к нему нижняя стенка секции выполнена в виде конуса обращенного вниз и состыкована с обращенной к ней верхней стенкой нижележащей секции тонкопленочного испарителя, выполненной с параметрами, соответствующими параметрам его верхней секции, причем полость верхней секции тонкопленочного испарителя сообщена с кольцевым газовым коробом, который сообщен патрубками, снабженными упругими вставками, с пространством, образованным резервуаром и внешним корпусом и выполненным с возможностью циркуляции в нем теплоносителя, кроме того полость нижней секции тонкопленочного испарителя сообщена с источником теплоносителя, при этом пространство над дном цилиндрического кожуха и пространство над верхней секцией тонкопленочного испарителя сообщено сквозными каналами, выполненными в кольцевом газовом коробе изолированными от его полости, соосно со сквозными сливными отверстиями, кроме того в полостях секций тонкопленочного испарителя, в их сечениях с максимальными размерами, размещены горизонтальные отбойные щиты с зазором по их периметру, а под нижними поверхностями секций тонкопленочного испарителя размещены тарельчатые поддоны, нижние кромки которых расположены с зазором относительно поверхности тонкопленочного испарителя, кроме того пространство над отбойным щитом сообщено с патрубком, подключенным к вакуум-насосу.
Кроме того дно резервуара снабжено дренажными патрубками, один из которых сообщен с линией отвода нефтепродукта. Кроме того радиус отбойного щита превышает минимальный радиус вертикального мелкодисперсного факела распыла и полость тарельчатых поддонов сообщена с полостью соответствующей секции тонкопленочного испарителя посредством каналов. Кроме того стенки сквозных сливных отверстий цилиндрического кожуха и сквозных каналов кольцевого газового короба выполнены конической формы. Кроме того резервуар установлен на вертикальных стойках, выполнен составным и содержит три секции, скрепленные между собой с помощью фланцевого соединения для обеспечения доступа к тонкопленочному испарителю и внутренней поверхности днища резервуара.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «распыливающий узел расположен на вертикальной оси резервуара и выполнен в виде форсунки, причем выход распыливающего узла размещен над уровнем нефтепродукта в резервуаре» повышает эффективность обезвоживания за счет обеспечения высокой дисперсности обезвоживаемого материала, в результате чего происходит увеличение суммарной площади испарения отдельных капель эмульсии (и, соответственно - отгонки водяной фракции из капель нефтеводяной эмульсии), что обусловливает ускорение процесса кипения нефтеводяной эмульсии в вертикальном мелкодисперсном факеле распыла, этому также способствует пониженное давление в полости резервуара.
Признаки «распыливающий узел коаксиально установлен в полости цилиндрического кожуха с коническим днищем, снабженным соосными продольной оси резервуара сливной зоной и центральным отверстием, причем сливная зона содержит как минимум три сквозных сливных отверстия, равноудаленных друг от друга и вертикальной оси резервуара, при этом через центральное отверстие пропущен распыливающий узел, причем над полостью цилиндрического кожуха, соосно с ним, с образованием кольцевого зазора с его стенками и зазора с внутренней поверхностью резервуара, закреплен отбойный щит в форме купола, ориентированного вершиной вверх» обеспечивают эффективный отбор нефтесодержащей фракции для ее равномерного подвода на поверхность тонкопленочного испарителя.
Признаки «под цилиндрическим кожухом, соосно с ним, размещен тонкопленочный испаритель, выполненный в виде тела вращения с периодическим изменением размеров поперечного сечения, при этом верхней стенке верхней секции корпуса тонкопленочного испарителя придана форма конуса, вершина которого обращена вверх, а примыкающая к нему нижняя стенка секции выполнена в виде конуса обращенного вниз и состыкована с обращенной к ней верхней стенкой нижележащей секции тонкопленочного испарителя, выполненной с параметрами, соответствующими параметрам его верхней секции» и «в полостях секций тонкопленочного испарителя, в их сечениях с максимальными размерами, размещены горизонтальные отбойные щиты с зазором по их периметру, а под нижними поверхностями секций тонкопленочного испарителя размещены тарельчатые поддоны, нижние кромки которых расположены с зазором относительно поверхности тонкопленочного испарителя» повышают эффективность обезвоживания за счет эффективного термического воздействия на обезвоживаемый материал (обеспечивается дополнительное поверхностное испарение водяной фракции при ее кипении в тонкой пленке нефтеводяной эмульсии, стекающей по обогреваемым поверхностям).
Признаки «полость верхней секции тонкопленочного испарителя сообщена с кольцевым газовым коробом, который сообщен патрубками, снабженными упругими вставками, с пространством, образованным резервуаром и внешним корпусом и выполненным с возможностью циркуляции в нем теплоносителя, кроме того полость нижней секции тонкопленочного испарителя сообщена с источником теплоносителя, при этом пространство над дном цилиндрического кожуха и пространство над верхней секцией тонкопленочного испарителя сообщено сквозными каналами, выполненными в кольцевом газовом коробе изолированными от его полости, соосно со сквозными сливными отверстиями» обеспечивают обогрев полости тонкопленочного испарителя и тарельчатых поддонов, а также пространства, образованного резервуаром и внешним корпусом, посредством теплоносителя, в качестве которого используют дымовые газы с температурой 170-250°C, а также позволяют снизить теплопотери и предварительно сформировать подушку в верхней части тонкопленочного испарителя, что также повышает эффективность обезвоживания.
Признак «пространство над отбойным щитом сообщено с патрубком, подключенным к вакуум-насосу» обеспечивает одновременный отбор и удаление образующихся паров воды из полости резервуара и, кроме того, обеспечивая разряжение в резервуаре обеспечивает снижение температуры кипения эмульсии и тем, самым снижает энергоемкость процесса обезвоживания.
Признак «дно резервуара снабжено дренажными патрубками, один из которых сообщен с линией отвода нефтепродукта» обеспечивает отвод нефтепродукта из полости резервуара.
На фиг.1 изображен вертикальный разрез устройства.
На фиг.2 изображен горизонтальный разрез устройства.
На чертежах показаны резервуар 1, канал подвода 2 водосодержащих нефтяных отходов в полость резервуара 1, распыливающий узел 3 в виде форсунки, вертикальная ось 4 резервуара 1, цилиндрический кожух 5 с коническим днищем 6, центральное отверстие 7 и сквозные сливные отверстия 8 сливной зоны 9 цилиндрического кожуха 5, отбойный щит 10, тонкопленочный испаритель 11, кольцевой газовый короб 12, патрубки 13 с упругими вставками 14, внешний корпус 15, сквозные каналы 16 кольцевого газового короба 12, горизонтальные отбойные щиты 17, тарельчатые поддоны 18, патрубок 19, подключенный к вакуум-насосу, дренажные патрубки 20, каналы 21.
Дно резервуара 1 снабжено дренажными патрубками 20, один из которых сообщен с линией отвода нефтепродукта (на чертежах не показана).
Выпускное отверстие канала подвода 2 открыто в полость распиливающего узла 3.
Распыливающий узел 3 в виде форсунки расположен на вертикальной оси 4 резервуара 1 и коаксиально установлен в полости цилиндрического кожуха 5.
Коническое днище 6 цилиндрического кожуха 5 снабжено соосными продольной оси резервуара 1 сливной зоной 9, содержащей как минимум три сквозных сливных отверстия 8, равноудаленных друг от друга и вертикальной оси 4 резервуара 1 и центральное отверстие 7, через которое пропущен распыливающий узел 3.
Над полостью цилиндрического кожуха 5, соосно с ним, с образованием кольцевого зазора с его стенками и зазора с внутренней поверхностью резервуара 1, закреплен отбойный щит 10 в форме купола, ориентированного вершиной вверх, радиус отбойного щита 10 превышает минимальный радиус вертикального мелкодисперсного факела распыла.
Пространство над отбойным щитом 10 сообщено с патрубком 19, подключенным к вакуум-насосу (на чертежах не показан).
Под цилиндрическим кожухом 5, соосно с ним, размещен тонкопленочный испаритель 11, выполненный в виде тела вращения с периодическим изменением размеров поперечного сечения, при этом верхней стенке верхней секции корпуса тонкопленочного испарителя 11 придана форма конуса, вершина которого обращена вверх, а примыкающая к нему нижняя стенка секции выполнена в виде конуса обращенного вниз и состыкована с обращенной к ней верхней стенкой нижележащей секции тонкопленочного испарителя 11, выполненной с параметрами, соответствующими параметрам его верхней секции.
В полостях секций тонкопленочного испарителя 11, в их сечениях с максимальными размерами, размещены горизонтальные отбойные щиты 17 с зазором по их периметру, а под нижними поверхностями секций тонкопленочного испарителя 11 размещены тарельчатые поддоны 18, нижние кромки которых расположены с зазором относительно поверхности тонкопленочного испарителя 11.
Полость тарельчатых поддонов 18 сообщена с полостью соответствующей секции тонкопленочного испарителя 11 посредством каналов 21.
Полость верхней секции тонкопленочного испарителя 11 сообщена с кольцевым газовым коробом 12, который сообщен патрубками 13, снабженными упругими вставками 14, с пространством, образованным резервуаром 1 и внешним корпусом 15 и выполненным с возможностью циркуляции в нем теплоносителя, кроме того полость нижней секции тонкопленочного испарителя 11 сообщена с источником теплоносителя (на чертежах не показан).
Пространство над дном цилиндрического кожуха 5 и пространство над верхней секцией тонкопленочного испарителя 11 сообщено сквозными каналами 16, выполненными в кольцевом газовом коробе 12 изолированными от его полости, соосно со сквозными сливными отверстиями 8 цилиндрического кожуха 5.
Стенки сквозных сливных отверстий 8 цилиндрического кожуха 5 и сквозных каналов 16 кольцевого газового короба 12 выполнены конической формы.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Предварительно прогревают резервуар 1. Для этого теплоноситель, в качестве которого используют дымовые газы с температурой 170-250°C, подают в полость тонкопленочного испарителя 11 и тарельчатые поддоны 18 через каналы 21, откуда он попадает через патрубки 13 с упругими вставками 14 в пространство, образованное резервуаром 1 и внешним корпусом 15, создавая подушку в верхней части тонкопленочного испарителя 11, и далее выводится наружу.
После кратковременного прогрева резервуара 1 включают вакуум-насос (на чертежах не показан), обеспечивая конечное давление 0,05-0,1 ата.
Водосодержащие нефтяные отходы, предварительно подогретые до температуры 100-110°C, подают через канал подвода 2 на распиливающий узел 3, обеспечивающий образование мелкодисперсного факела распыла. Вследствие значительного превышения температуры кипения воды осуществляется непрерывный процесс объемного вскипания водяной фракции в распыленном мелкодисперсном факеле в полости цилиндрического кожуха 5.
Водяные пары поступают через кольцевой зазор между стенками цилиндрического кожуха 5 и отбойным щитом 10, конденсируются и попадают в патрубок 19, подключенный к вакуум-насосу (на чертежах не показан), а нефтесодержащая фракция стекает по отбойному щиту 10, попадает в цилиндрический кожух 5, затем опускается по коническому днищу 6, откуда через сквозные сливные отверстия 8 сливной зоны 9 и сквозные каналы 16 кольцевого газового короба 12 поступает в верхнюю секцию тонкопленочного испарителя 11, в процессе равномерного отекания по внешней поверхности тонкопленочного испарителя 11 и тарельчатым поддонам 18 нефтесодержащая фракция теряет влагу вследствие поверхностного кипения водяной фракции, обезвоженный нефтепродукт оседает на дне резервуара 1 и выводится через дренажный патрубок 20, сообщенный с линией отвода нефтепродукта (на чертежах не показана).
Образующиеся в процессе поверхностного кипения водяной фракции водяные пары поднимаются вверх и, проходя между внутренней поверхностью резервуара 1 и стенками цилиндрического кожуха 5, поступают в патрубок 19, подключенный к вакуум-насосу (на чертежах не показан). Далее цикл повторяется.
Заявляемое устройство позволяет повысить степень обезвоживания водосодержащих нефтяных отходов за счет повышения тепловой эффективности резервуара благодаря утилизации теплоты уходящих дымовых газов.