УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ВОД (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК C02F1/40 C02F103/34 

Изобретение относится к очистке нефтесодержащих вод и может быть использовано для очистки нефтепромысловых вод в системе поддержания пластового давления.

Известен гидрофобный фильтр (Авт.свид. СССР N 1535570, B 01 D 17/022, Бюл. N 2, 1990 г.), содержащий камеру, в которой размещен слой контактной массы из нефти с образованием границы раздела нефть-вода, патрубки для подвода сточной воды и отвода очищенной воды и нефти, кроме того на границе раздела нефть-вода, устройство снабжено пластинами, расположенными под углом к горизонту 50 . . . 60^o, при этом верхняя поверхность пластин выполнена гидрофильной, а нижняя - гидрофобной. Применение твердой фазы уменьшает время жизни капель воды, находящихся в углеводородном слое вблизи границы раздела нефть-вода, уменьшает эффект вторичного эмульгирования за счет разрыва углеводородной жидкостной прослойки между этой каплей воды и слоем воды.

Известный гидрофобный фильтр не дает высокой степени очистки воды.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является гидрофобный фильтр (Авт.сид. N 682242, B 01 D 17/22, 1976 г.), в котором нефтесодержащая вода фильтруется в контактной массе (углеводородной жидкости). В процессе фильтрации капель воды диспергированная в воде нефть переходит в углеводородный слой. Устройство содержит цилиндроконический корпус, камеру коалесценции с сетками, между которыми размещен коалесцирующий материал, патрубки для удаления нефтепродуктов и шлама и приспособление для удаления очищенной воды, причем камера коалесценции выполнена в виде усеченного конуса, а сетки размещены в верхнем и нижнем основаниях конуса, приспособление для удаления воды выполнено в виде гидрозатвора.

Недостатком известного фильтра является невысокая степень очистки воды.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения степени очистки воды.

Указанная задача по первому варианту решается тем, что в устройстве для очистки нефтесодержащих вод, содержащем 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, согласно изобретению камера коалесценции выполнена в виде патрона, расположенного коаксиально корпусу с образованием кольцевого зазора между ними, внутри которого размещена глухая перегородка, образующая в нижней части корпуса секцию гидроциклона, отношение расстояния между перегородкой и границей раздела нефть-вода к высоте патрона равно 1:1 ... 1:1,2, при этом верхний торец патрона расположен на уровне границы раздела нефть-вода, а отношение высоты патрона к высоте корпуса под границей раздела нефть-вода равно 1: 1,1 ... 1:1,2, причем площадь сечения патрона относится к площади образованного кольцевого зазора, как 1:3 ... 1:5, кроме того устройство дополнительно снабжено сетками, расположенными выше и ниже границы раздела нефть-вода, между которыми расположены гидрофильные гранулированные твердофазные частицы, причем отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте корпуса над границей раздела нефть-вода равно 1:1 ... 1: 2, отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте слоя гранул под границей раздела нефть-вода равно 1:1 ... 1:2, а отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте патрона равно 1:5 ... 1:10, патрубок подвода воды расположен тангенциально корпусу.

Указанная задача по второму варианту решается тем, что в устройстве для очистки нефтесодержащих вод, включающем 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, согласно изобретению камера коалесценции выполнена в виде патрона, расположенного коаксиально корпусу с образованием кольцевого зазора между ними, в котором размещены полочные блоки с углом наклона полок 30 ... 60^o относительно горизонта, выполненные из гидрофобного материала, а отношение высоты полочного блока к высоте патрона равно 1:1,5 ... 1:2, отношение расстояния между полкой и границей раздела нефть-вода к высоте патрона равно 1: 1 ... 1:1,2, при этом верхний торец патрона расположен на уровне границы раздела нефть-вода, отношение высоты патрона к высоте корпуса под границей раздела нефть-вода равно 1:1,1 ... 1:1,2, причем площадь сечения патрона относится к площади образованного кольцевого зазора, как 1:3 ... 1:5, кроме того устройство дополнительно снабжено сетками, расположенными выше и ниже границы раздела нефть-вода, между которыми расположены гидрофильные гранулированные твердофазные частицы, отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте корпуса над границей раздела нефть-вода равно 1: 1 ... 1:2, отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте слоя гранул под границей раздела нефть-вода равно 1:1 .. . 1:2, а отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте патрона равно 1:5 ... 1:10, причем в обоих вариантах коалесцирующая загрузка выполнена из полистирола фракции 2 ... 5 мм, гидрофильные гранулированные твердофазные частицы выполнены из стеклянных шариков фракции 2 ... 5 мм.

На фиг. 1 изображено устройство для очистки нефтесодержащих вод по первому варианту выполнения настоящего изобретения.

На фиг. 2 изображено устройство для очистки нефтесодержащих вод по второму варианту выполнения настоящего изобретения.

Согласно первому варианту выполнения устройство для очистки нефтесодержащих вод содержит цилиндроконический корпус 1, внутри которого коаксиально расположен патрон с коалесцирующей загрузкой 2, поддерживаемой сеткой 3. В верхней части патрона 2 расположен слой гранулированных гидрофильных частиц 4, ограниченный сетками 5, находящимися выше и ниже границы раздела углеводородной жидкости (нефти) 6 и воды 7. Верхний торец патрона 2 расположен на уровне этой границы раздела. В кольцевом зазоре, образованном корпусом 1 и патроном 2, расположена глухая перегородка 8, разделяющая верхнюю и нижнюю часть устройства. Выше перегородки 8 и вблизи нее расположена сборная система 9 и патрубок отвода воды 10. В нижней части корпуса 1 расположен тангенциально патрубок подвода воды 11.

Во втором варианте изобретения фиг. 2 в кольцевом зазоре, образованном корпусом 1 и патроном 2, расположены полочные блоки 8 (фиг. 2). В нижней части корпуса расположена сборная система 9 и патрубки отвода и подвода воды 10 и 11.

Устройство для очистки нефтесодержащих вод работает следующим образом.

Вариант 1. Нефтесодержащая вода подается тангенциально в нижнюю часть корпуса 1, представляющую собой гидроциклон. Твердые взвешенные вещества с плотностью большей плотности воды будут концентрироваться под действием центробежных сил вблизи стенок, а затем сползают в приямок и отводятся. Такой прием чрезвычайно эффективен в том случае, когда высока концентрация взвешенных веществ в очищенной воде. Известно (Роев Г.А., Юфин В.А. "Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. - М.: Недра, 1987 г. - 224 с.), что взвешенные вещества препятствуют процессу коалесценции и дальнейшему отделению нефти от воды. Нефтяные капли концентрируются вблизи оси корпуса 1 и вместе с потоком воды фильтруются в коалесцирующей гидрофобной загрузке патрона 2. В качестве коалесцирующей загрузки используют полистирольные гранулы фракции 2 ... 5 мм или фторопластовые гранулы той же фракции. Капли эмульгированной в воде нефти осаждаются на поверхности зерен загрузки, укрупняются, образуют пленочную нефть, избыток которой перетекает в вышележащие слои под действием гидродинамических сил потока. В конечном итоге пленочная нефть коалесцирует со слоем нефти 6. Избыток нефти отводится периодически через верхний патрубок. Вода, частично очищенная от нефти в коалесцирующей загрузке, переливается через верхнюю кромку патрона 2 и попадает в гидрофобный фильтр, в котором на границе раздела нефть-вода расположен слой гидрофильных стеклянных шариков 4 фракции 2 ... 5 мм. В гидрофобном фильтре происходит более тонкая очистка воды от нефти за счет коалесценции эмульгированных капель нефти со слоем нефти. Стеклянные шарики 4 обладают значительно большой удельной поверхностью, что облегчает с одной стороны процесс слияния капель воды с нижележащим подстилающим слоем воды, а с другой стороны, уменьшает эффект вторичного эмульгирования, происходящего за счет разрыва пленки нефти, образующейся между каплей и слоем воды непосредственно перед их слиянием. Гидрофильная твердая фаза в большей степени ускоряет этот процесс, чем гидрофобная. Пройдя гидрофобный слой вода попадает в кольцевой зазор между корпусом 1 и патроном 2, откуда удаляется с помощью сборного устройства 9 и патрубка отвода 10. Поскольку скорость фильтрации в гидрофобном фильтре допускается до 12 ... 15 м/ч, а в коалесцирующих аппаратах до 40 м/ч (Роев Г.А., Юфин В.А. "Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов". - М.: Недра, 1987 г. - с. 224), то площадь сечения патрона 2 относится к площади ее кольцевого зазора, как 1:3 ... 1:5. Остальные соотношения геометрических параметров устройства определены экспериментально. Установлены следующие параметры соотношений: отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте корпуса над границей раздела нефть-вода равно H₁:H₂ = 1:1 ... 1:2, отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте слоя гранул под границей раздела нефть-вода равно H₁:H₃ = 1:1 ... 1:2, отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте патрона равно H₁:H₅ = 1:5 ... 1:10, отношение высоты патрона к высоте корпуса под границей раздела нефть-вода равно H₅:H₆ = 1:1,1 ... 1:1,2, а отношение расстояния между перегородкой и границей раздела нефть-вода к высоте патрона равно H₄:H₅ = 1:1 ... 1:1,2.

Устройство для очистки нефтесодержащих вод по второму варианту функционирует аналогично предыдущему за исключением того, что, пройдя гидрофобный слой, вода попадает в кольцевой зазор между корпусом 1 и патроном 2, проходят полочные блоки 8, которые ускоряют процесс отделения оставшейся в воде эмульгированной нефти и диспергированных взвешенных веществ. Экспериментами доказано, что оптимальным углом наклона для отделения нефти является 30 ... 60^o относительно горизонта. Оптимальным случаем являются гидрофобные свойства нижних сторон пластин, по которым всплывают капли нефти, и гидрофильные свойства верхних сторон пластин, по которым сползают взвешенные вещества. Капли нефти, сползая по пластинам, укрупняются, всплывают вверх, и переходят в слои нефти, взвешенные вещества осаждаются, накапливаются в приямке, периодически отводятся из устройства.

Пример. Провели опыт для обоснования отношения высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте слоя гранул под границей раздела нефть-вода H₁:H₃. Высоту патрона приняли равной H₅ = 1 м, H₁ = 0,1 м. В опытах использовали натурную нефтепромысловую воду, скорость фильтрации в патроне 40 м/ч, в кольцевом зазоре - 12 м/ч. Результаты приведены в таблице.

Оптимальным соотношением следует считать H₁:H₂ = 1:1 ... 1:2. При увеличении соотношения качество очистки не улучшается, но габариты устройства увеличиваются.

Изобретение может быть реализовано при очистке нефтепромысловых вод в системе поддерживания пластового давления.

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить по сравнению с прототипом эффективность очистки нефтесодержащих вод.

Изобретение относится к очистке нефтесодержащих вод и может быть использовано для очистки нефтепромысловых вод в системе поддержания пластового давления. Устройство содержит камеру коалесценции в виде патрона коаксиального корпусу. В кольцевом зазоре размещена глухая перегородка с образованием в нижней части корпуса гидроциклона. В кольцевом зазоре могут быть размещены полочные блоки из гидрофобного материала. Указаны соотношения высоты и площади патрона к другим размерам устройства. Коалесцирующая загрузка выполнена из полистирола. Технический результат состоит в повышении степени очистки воды. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. 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, отличающееся тем, что 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, отношение расстояния между перегородкой и границей раздела нефть-вода к высоте патрона равно 1:1-1:1,2, при этом верхний торец патрона расположен на уровне границы раздела нефть-вода, а отношение высоты патрона к высоте корпуса под границей раздела нефть-вода равно 1:1,1-1:1,2, причем площадь сечения патрона относится к площади образованного кольцевого зазора, как 1:3-1:5, устройство дополнительно снабжено сетками, расположенными выше и ниже границы раздела нефть-вода, между которыми расположены гидрофильные гранулированные твердофазные частицы, причем отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте корпуса над границей раздела нефть-вода равно 1:1-1:2, отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте слоя гранул под границей раздела нефть-вода равно 1:1-1:2, а отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте патрона равно 1:5-1:10, патрубок подвода воды расположен тангенциально корпусу. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коалесцирующая загрузка выполнена из полистирола фракции 2-5 мм. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидрофильные гранулированные твердофазные частицы выполнены из стеклянных шариков фракции 2-5 мм. 4. 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, отличающееся тем, что камера коалесценции выполнена в виде патрона, расположенного коаксиально корпусу с образованием кольцевого зазора между ними, в котором размещены полочные блоки с углом наклона полок 30-60° относительно горизонта, выполненные из гидрофобного материала, а отношение высоты полочного блока к высоте патрона равно 1:1,5-1:2, отношение расстояния между полкой и границей раздела нефть-вода к высоте патрона равно 1:1-1:1,2, при этом верхний торец патрона расположен на уровне границы раздела нефть-вода, отношение высоты патрона к высоте корпуса под границей раздела нефть-вода равно 1:1,1-1:1,2, причем площадь сечения патрона относится к площади образованного кольцевого зазора, как 1: 3-1:5, кроме того, устройство дополнительно снабжено сетками, расположенными выше и ниже границы раздела нефть-вода, между которыми расположены гидрофильные гранулированные твердофазные частицы, отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте корпуса над границей раздела нефть-вода равно 1: 1-1:2, отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте слоя гранул под границей раздела нефть-вода равно 1: 1-1: 2, а отношение высоты гидрофобного слоя над границей раздела нефть-вода к высоте патрона равно 1:5-1:10. 5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что коалесцирующая загрузка выполнена из полистирола фракции 2-5 мм. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что гидрофильные гранулированные твердофазные частицы выполнены из стеклянных шариков фракции 2-5 мм.