СПОСОБ ОТСТАИВАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B01D17/25 C02F1/40 

Предлагаемое изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при процессах отстаивания нефти и нефтепродуктов, очистки сточных вод от нефти, нефтепродуктов от механических примесей путем отстаивания, а также при отстаивании других эмульсий и суспензий в химической технологии.

Наиболее простым способом отстаивания эмульсий и суспензий является гравитационное отстаивание в статических условиях, т.е. в отстойниках периодического действия.

Известно, что для ускорения процесса отстоя эмульсий и суспензий используют нагрев. Нагрев может быть произведен в самом отстойнике или вне отстойника (Байков Н.М., Позднышев Г.Н., Мансуров Р.И. Сбор и промысловая подготовка нефти, газа и воды. М.: Недра, 1981, с. 155). Однако на практике часто желаемый эффект не достигается. Из-за разности температур жидкости в отстойнике возникают сильные конвективные токи, которые мешают процессу отстоя.

Известны также предложения (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии, Изд. ГХИ, М., 1960, с. 205) о том, что нагревательные элементы в отстойниках необходимо конструировать и располагать так, чтобы не возникали вертикальные токи жидкости. Это достигается тем, что нагревательные элементы располагают вертикально по всей высоте отстойника для достижения равномерной температуры, а следовательно, и одинаковой плотности жидкости.

Однако и в этом случае поставленная цель не достигается, так как при нагреве в любом случае имеет место разность температур и возникает конвективное движение.

Задачей настоящего предложения является повышение эффективности процесса периодического отстоя жидкостей путем использования конвективного движения.

Поставленная задача решается так, что используется способ отстаивания, включающий заполнение отстойника отстаиваемой жидкостью, нагревание жидкости и выдерживание в течение необходимого времени, отличающийся тем, что в случаях, когда дисперсная фаза тяжелее, чем дисперсионная среда, нагрев жидкости производят в боковой части отстойника, а когда дисперсная фаза легче, чем дисперсионная среда, нагрев жидкости производят в нижней части отстойника так, чтобы конвективное движение дисперсионной среды в срединной части отстойника совпадало по направлению с движением дисперсной фазы.

При такой организации конвективного движения скорость гравитационного движения дисперсной фазы увеличивается на величину скорости конвективного движения. Когда эти скорости по величине одного порядка, скорость отстаивания увеличивается минимум в два раза, а при отстаивании мелкодисперсной фазы, т.е. при тонкой очистке, скорость отстаивания увеличивается в несколько раз.

При периодической работе отстойника, т.е. отстаивании путем заполнения и выдержки времени отстаивания в отстойнике, конвективное движение из-за разности температур жидкости и стенки отстойника имеет замкнутый характер. Если, например, боковая стенка отстойника теплее, чем жидкость, находящаяся внутри отстойника, конвективное движение организуются так, что у боковой стенки отстойника жидкость поднимается в тонком пограничном слое, а в срединной части отстойника жидкость опускается. В случае, когда боковая стенка отстойника холоднее, чем содержащаяся в нем жидкость, у боковой стенки отстойника жидкость опускается в тонком пограничном слое, а в срединной части отстойника - жидкость поднимается.

В случае отстоя нефтяной эмульсии в зависимости от количества содержания нефти и воды отстой происходит путем всплытия легкой дисперсной фазы (нефти) или осаждения тяжелой дисперсной фазы (воды).

В любом случае отстой нефтяной эмульсии происходит с инверсией фаз, как только эмульсия разделяется на нефтяную и водяную части, в нефтяной части дисперсионной средой является нефть, дисперсной фазой - вода, а в водяной части, наоборот, дисперсионной средой является вода, дисперсной фазой - нефть. Поэтому в нефтяной части отстой происходит осаждением капель воды, а в водяной части - всплыванием капель нефти.

Следовательно, в одном и том же отстойнике для ускорения отстоя в нефтяной и водной частях необходимо создать конвективное движение в противоположных направлениях соответственно по направлениям движения всплывающих капель нефти в водяной части и оседающих капель воды в нефтяной части.

Такие условия работы отстойника создаются путем нагрева жидкости в нижней части и у боковой стенки отстойника в области выше границы раздела нефть-вода.

Схема размещения нагревателей на стенке горизонтального цилиндрического отстойника в случае одновременного отстоя водяной и нефтяной частей приведена на чертеже.

На чертеже обозначены: 1 - корпус отстойника; 2, 3, 4 - нагреватели; а - нефтяная, б - водяная части отстойника.

Предлагаемый способ отстаивания может быть реализован при любой геометрической форме отстойника путем размещения нагревателей на наружной стенке или внутри отстойника.

В частных случаях, например, когда требуется отстой подготовленной нефти, т.е. водяная часть значительно меньше, достаточно обеспечить необходимое конвективное движение в нефтяной части, а когда требуется отстой при очистке воды, т.е. нефтяная часть значительно меньше, чем водяная часть, достаточно обеспечить необходимое конвективное движение в водяной части, в таких случаях необходимое конвективное движение создается размещением нагревателя только на нижней части стенки или на боковой стенке отстойника.

На чертеже стрелками указано направление конвективного движения дисперсионной среды, а точками со стрелкой указано движение капель дисперсной фазы.

Необходимое конвективное движение в отстойнике может быть организовано и другими методами, например путем подачи газа через распределители в пограничную или срединную часть отстойника.

Следует отметить, что дисперсная фаза может увлекаться движением жидкости в пограничном слое. Однако в тонком пограничном слое состояние капель дисперсной фазы оказывается неустойчивым и капли быстро выталкиваются за пределы пограничного слоя и дальше движутся в направлении осаждения или всплытия в срединной части отстойника.

Использование: в нефтяной и химической промышленности при гравитационном отстаивании эмульсий и суспензий. Сущность изобретения: организация конвективного движения в дисперсионной среде так, чтобы оно совпадало с направлением движения дисперсной фазы. Для этого нагрев жидкости производят в боковой части отстойника, когда дисперсная фаза тяжелее дисперсионной среды, или в нижней части отстойника, когда дисперсная фаза легче дисперсионной среды. Положительный эффект: увеличивается скорость дисперсной фазы на величину скорости конвективного движения, что в несколько раз увеличивает скорость отстоя, увеличивается производительность отстойников. 1 ил.

Способ отстаивания, включающий заполнение отстойника жидкостью, нагревание жидкости и выдерживание в течение необходимого времени, отличающийся тем, что когда дисперсная фаза тяжелее, чем дисперсионная среда, нагрев жидкости производят в боковой части отстойника, а когда дисперсная фаза легче, чем дисперсионная среда, нагрев жидкости производят в нижней части отстойника так, чтобы конвективное движение дисперсионной среды в срединной части отстойника совпадало по направлению с движением дисперсной фазы.