СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ С РАЗЛИЧНЫМ УДЕЛЬНЫМ ВЕСОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E02B15/04 

Изобретение относится к технике разделения воды и нефтепродуктов из их смеси и может быть использовано там, где сточные воды загрязнены нефтью и нефтепродуктами, и во всех отраслях народного хозяйства, где требуется разделить несмешивающиеся жидкости.

В настоящее время экологической проблемой стала очистка грунтовых вод и бассейнов рек в районах, где расположены нефтеперерабатывающие заводы, хранилища нефти или нефтепродуктов.

Известен способ очистки поверхности воды от нефти, при котором производят непрерывную откачку нефти с поверхности воды внутри ограждения в сборник нефти и принудительный выпуск воды из ограждения через нижнее отверстие (авт.св. СССР N 1059060, кл. Е 02 В 15/04, 1983). Однако данный способ очень энергоемкий, так как для его реализации требуется постоянная принудительная подача воды, загрязненной нефтью, в заграждение и принудительное откачивание разделенных воды и нефти, кроме того, степень их очистки низкая.

Известен способ разделения водонефтяной эмульсии, заключающийся в предварительном разделении эмульсии на нефтяную и водную фазы. В процессе разделения отделяют нефтяную фазу от водной посредством горизонтальной перегородки, на которой формируют инверсирующие слои периодической подачей чистой воды и обезвоженной нефти на и под перегородку соответственно (авт.св. СССР N 1519741, кл. В 01 D 17/04, 1989). Однако данному способу свойственна невысокая чистота разделения фаз, потому что процесс отстоя все время нарушается подачей воды и обезвоженной нефти на и под перегородку.

Известно устройство для разделения несмешивающихся жидкостей, содержащее вертикальный корпус с приемной камерой, образованной нижней частью этого корпуса и усеченным конусом с меньшим основанием в виде сетки и снабженной подающим трубопроводом исходной жидкости. В корпусе установлен патрубок отвода легкой фазы, который выполнен телескопическим, свободный конец которого снабжен поплавками и перемещается вертикально соответственно уровню выделяемой легкой фазы, например масла, горючего. Тяжелые твердые примеси собираются в приемной камере (авт.св. СССР N 1165637, кл. С 02 F 1/40, 1985). Однако это устройство позволяет только отбирать определенные легкие слои жидкости из промышленных отстойников, а не разделять несмешиващиеся жидкости из отстойника для дальнейшего их использования.

Известно устройство для разделения смесей различной плотности, содержащее емкость, в которой установлены вертикальные и поперечные перегородки, образующие приемную камеру, отстойную и камеру сбора легкой фазы (авт.св. СССР N 1159588, кл. В 01 D 17/04, 1985). Однако в этом устройстве невысокая степень разделения фаз и, кроме того, она находится в противоречии с производительностью, так как при увеличении напора подаваемой смеси чистота разделяемых фаз будет недостижима. После остановки устройства при его последующем включении обязательно будут образовываться воздушные пробки, нарушающие процесс разделения. Не исключено попадание легкой фазы в тяжелую при ее отводе. В подобных устройствах основной конструктивной и технологической трудностью является отделение легкой фазы. И в данном устройстве эта цель не решена.

За прототип заявляемого способа принят способ обезвоживания водонефтяной эмульсии путем ее гравитационного отстоя с образованием границы раздела фаз и их отвода. После раздела фаз нагревают границу раздела фаз промежуточный слой вода (авт.св. СССР N 1502045, кл. В 01 D 17/04, 1989).

Недостатками известного способа являются ограниченные возможности, во-первых, функциональные, так как способ предназначен для подготовки парафинистых нефтей, во-вторых, эксплуатационные, в силу сложности конструктивной реализации и невозможности ее изготовления в больших масштабах, т.е. ограничены габариты реализующей способ конструкции. Известный способ энергоемок.

За прототип заявляемого устройства принят отстойник с устройством для удаления масла с поверхности воды, содержащий отстойную камеру с подводящей трубой, камеру чистой воды, сообщающуюся с отстойной камерой через перегородку. Устройство для удаления масла выполнено в виде крышки с патрубками пирамидальной формы, установленной на отстойной камере. Перегородка между камерами в верхней части снабжена элементом, регулирующим уровень воды, установленным с возможностью перемещения по высоте (авт.св. СССР N 1491814, кл. С 01 F 1/40, 1989).

К недостаткам известного устройства относятся его ограниченные функциональные возможности, так как в его задачу входит только удаление масла с поверхности воды, а не разделение жидкостей, составляющих эмульсию, ограниченные габаритные возможности изготовления устройства из-за сложности изготовления устройства для удаления масла. Данное устройство может быть использовано в небольших мастерских, гаражах для очистки малых объемов несмешивающихся жидкостей.

Цель изобретения повышение эффективности очистки фаз из любых объемов смеси и расширение эксплуатационных возможностей за счет стабильности технологического процесса разделения и возможности изготовления устройства различных габаритов.

Указанная цель в способе разделения несмешивающихся жидкостей с различными удельными весами путем гравитационного отстоя в емкости и отвода разделенных фаз достигается за счет того, что разделение осуществляют после накопления слоя легкой фазы при гетерогенном состоянии фаз, а о начале и окончании вывода фаз из зоны гравитационного отстоя судят по положению переходного слоя, при этом соотношение мощностей их слоев выдерживают пропорциональными их удельным весам, а отвод разделенных фаз осуществляют через накопители отдельными потоками. Перед заполнением приемной камеры смесью в ней создают гидрозатвор накопителя тяжелой фазы.

Указанная цель в устройстве для разделения несмешивающихся жидкостей с различными удельными весами, содержащем приемную камеру, сообщающуюся с накопителем тяжелой фазы, подающий патрубок и патрубки отвода разделенных фаз, достигается за счет того, что оно снабжено накопителем легкой фазы, смежным с приемной камерой, в которой установлены регулируемые по высоте датчики контроля накопления легкой фазы. Устройство снабжено гасителем потока смеси. Приемная камера соединена с накопителем тяжелой фазы в придонной зоне, а с накопителем легкой фазы через сливное отверстие. Уровни установки датчиков ограничены уровнями расположения сливного и придонного отверстий.

Заявляемая группа изобретений связана между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел, предложение тем самым соответствует единству изобретения.

Выполнение условия накопления слой легкой фазы при гетерогенном состоянии фаз позволяет формировать необходимый для отбора слой легкой фазы, обеспечивая чистоту отводимого слоя.

Условие выдерживания соотношения мощностей слоев пропорционально их удельным весам определяет предел накапливания слоя легкой фазы.

Накопители в устройстве, реализующем заявляемый способ, позволяют осуществлять многоцикличный процесс разделения легкой и тяжелой фаз из их механической смеси.

Слежение за переходным слоем исключает попадание легкой фазы в тяжелую и тяжелой фазы в легкую при их отводе из зоны гравитационного отстоя.

В известных решениях не учитывалось, то что при выделении легкой и тяжелой фаз между ними образуется переходной слой, являющийся одной из причин, снижающих эффективность разделения. Переходной слой содержит воду и нефть, попадание этого слоя в отводимый поток нарушает однородность фазы в накопителе. Решения, направленные на исключение этого слоя (авт.св. СССР N 1423501, кл. С 02 F 1/40, 1988), не эффективны.

В известных решениях, предназначенных для разделения жидкостей из их смеси, главной конструктивной и технологической трудностью является отвод и сбор слоя легкой фазы при условии высокой степени разделения фаз (как правило, сбор и отвод обоих фаз в задачу этих решений не входили). Если выделяется тонкий слой легкой фазы его сбор невозможен. Трудность сбора легкой фазы сохраняется и при достаточности ее слоя, выделяемого при отстое. Наиболее известными являются решения, воздействующие на слой легкой фазы в динамическом режиме, для чего слой легкой фазы или закручивают в воронку (авт.св. СССР N 1263286, кл. В 01 D 17/038, 1986), что характерно, в частности, для гидроциклонов, с последующим сбором этого слоя, либо осуществляют принудительное удаление слоя легкой фазы с поверхности воды воздушной или водяной струей с последующим сбором этого слоя (авт.св. СССР N 1059060, кл. Е 02 В 15/04, 1983). Решения, основанные на гравитационном отстое смеси, используют различные ловушки, например на поплавках, куда сливается слой легкой фазы, что не исключает его обводнения при отборе либо попадания в этот момент легкой фазы в тяжелую.

Заявляемые решения обеспечивают высокую степень разделения фаз за счет исключения взаимопроникновения разделенных фаз при отводе. Это решается путем слежения за переходным слоем и возможностью накапливания слоя легкой фазы для его гарантированного отвода. Средством слежения являются датчики контроля положения слоев.

Изобретения являются новыми, так как их сущность не известна из уровня техники.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в плане; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1.

Заявляемый способ может быть реализован устройством для разделения воды и нефти или нефтепродуктов по заявляемому решению. Устройство содержит приемную камеру 1, в которой осуществляют гравитационный отстой. Смежно с приемной камерой 1 установлены накопитель тяжелой фазы 2 и накопитель легкой фазы 3. Приемная камера 1 соединена с накопителем легкой фазы 3 через сливное отверстие 4, а с накопителем тяжелой фазы 2 через отверстие 5 в придонной зоне. Приемная камера 1 снабжена подающим патрубком 6. Накопители тяжелой и легкой фаз снабжены соответственно патрубками 7 и 8 для отвода фаз. В приемной камере 1 установлены датчики 9 и 10 контроля положения слоев фаз. Уровни установки датчиков 9 и 10 ограничены уровнями расположения сливного 4 и придонного отверстия 5. Датчики 9 и 10 установлены с возможностью изменения их установки по высоте. В конкретном примере были использованы датчики, работающие по принципу нефтепродукты диэлектрик, вода- проводник. Для снижения напора поступающей смеси в приемную камеру 1 установлен гаситель потока 11.

Перед заполнением приемной камеры 1 смесью ее наполняют чистой водой до уровня, перекрывающего отверстие 5 в придонной зоне, создавая гидрозатвор накопителя тяжелой фазы 2. В процессе заполнения через подающий патрубок 6 приемной камеры 1 смесью начинается разделение ее на фазы: легкую нефтепродукты, тяжелую чистую воду. Между слоями нефтепродуктов и воды находится переходной слой. Формирующийся слой нефтепродуктов при гетерогенном состоянии фаз поднимается по мере заполнения приемной камеры 1. Если из смеси выделилось небольшое количество нефтепродуктов с мощностью слоя до 1 мм, то остальной объем приемной камеры 1 заполнен водой. В этом случае при достижении слоя нефтепродуктов верхнего датчика он дает сигнал на отвод чистой воды, которая через отверстие 5 поступает в накопитель тяжелой фазы 2. Отвод чистой воды осуществляют при непрекращающейся подаче смеси. Гаситель потока 11, установленный в приемной камере 1, снижает напор поступающей смеси и способствует сохранения равновесного состояния фаз. Технологический цикл повторяют до накопления в приемной камере 1 слоя нефтепродуктов достаточного для его отвода. При увеличении мощности слоя нефтепродуктов переходной слой достигает нижнего датчика 10, который дает сигнал о прекращении накапливания слоя нефтепродуктов и его отводе из приемной камеры 1. Соотношение мощностей слоев нефтепродуктов и воды выдерживают пропорционально их удельным весам. В противном случае слой нефтепродуктов "пробьет" слой воды и обводнится. Отводят нефтепродукты через сливное отверстие 4 в накопитель легкой фазы 3.

Нефтепродукты будут поступать в накопитель легкой фазы 3 до тех пор, пока переходной слой не достигнет верхнего датчика 9, что обеспечит исключение попадания воды в накопитель легкой фазы 3. Далее процесс повторяется по мере накопления слоя нефтепродуктов. После наполнения накопителей из них через патрубки 7 и 8 отводят воду и нефтепродукты. При реализации заявляемых решений могут быть использованы современные средства автоматизации для регулирования формирования слоя нефтепродуктов, а также для включения и выключения по сигналу датчиков насосов для откачивания нефтепродуктов и воды. Очищенные нефтепродукты и вода практически годны для использования по назначению. Устройство для несмешивающихся жидкостей с различными удельными весами по заявляемому решению может быть изготовлено из различных материалов: металла, бетона для больших габаритов, органического стекла для маленьких габаритов. Затруднений в изготовлении устройства любого масштаба (габарита) нет, это только обусловлено технологической потребностью.

Пример конкретного выполнения заявляемых решений показывает, что они воспроизводимы и работоспособны и обеспечивают достижение положительного эффекта, что говорит об их промышленной применимости.

Технико-экономические преимущества заявляемых решений заключается в повышении степени разделения фаз из их смеси за счет исключения взаимопроникновения разделенных фаз при их отводе из зоны отстоя, в повышении производительности процесса разделения путем улучшения эксплуатационных свойств за счет стабилизации технологического процесса и разделения любых объемов смеси, а также в возможности реализации устройства в различных масштабах за счет упрощения конструкции, как для небольших мастерских, автохозяйств, так и для нефтеперерабатывающих заводах и хранилищ нефти и нефтепродуктов, на судах и буровых. Объекты, реализующие заявленные решения, быстро окупаются.

Использование: в гидротехнике, а именно для разделения на исходные жидкости сточных технологических и грунтовых вод, загрязненных нефтью или нефтепродуктами, а также разделение несмешивающихся жидкостей независимо от масштаба производства и его отраслевой принадлежности. Сущность изобретения: при заполнении смесью жидкостей приемной камеры 1 происходит разделение смеси на легкую и тяжелую фазы. После накопления слоя легкой фазы осуществляют выход фаз в накопители тяжелой 2 и легкой 3 фаз при гетерогенном состоянии фаз. О начале и окончании выбора тяжелой и легкой фаз судят по положению переходного слоя. Легкую фазу отводят в накопитель 3 через сливное отверстие 4 с патрубком 8. Тяжелую фазу отводят в накопитель 2 через отверстие 5 в придонной зоне с патрубком 7. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ разделения несмешивающихся жидкостей с различным удельным весом, включающий гравитационный отстой смеси в емкости и отвод разделенных фаз за пределы емкости, отличающийся тем, что после накопления слоя легкой фазы в зоне отстоя при гетерогенном состоянии фаз осуществляют вывод фаз в накопители, причем о начале и окончании вывода тяжелой и легкой фаз из зоны гравитационного отстоя судят по положению переходного слоя, при этом соотношение мощностей слоев разделяемых фаз выдерживают пропорциональным их удельным весам, а отвод разделенных фаз осуществляют из накопителей тяжелой и легкой фаз отдельными потоками. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед заполнением емкости смесью жидкостей в ней создают гидрозатвор накопителя тяжелой фазы. 3. Устройство для разделения несмешивающихся жидкостей с различным удельным весом, содержащее приемную камеру, сообщающуюся с накопителем тяжелой фазы через отверстие в перегородке, подающий патрубок и патрубки отвода разделенных фаз, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками контроля накопления и накопителем легкой фазы, сообщающимся с приемной камерой через сливное отверстие, выполненное в верхней части перегородки, причем датчики контроля накопления слоя легкой фазы установлены в приемной камере с возможностью перемещения по высоте между отверстиями в перегородке. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено гасителем потока смеси, установленным в приемной камере. 5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что отверстие, соединяющее приемную камеру и накопитель тяжелой фазы, расположено в придонной зоне перегородки.