УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ И НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/40 C02F1/40 C02F101/32 

Изобретение относится к области очистки жидкостей от взвешенных веществ и нефтепродуктов и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, например в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей и химической промышленностях, на морском и речном транспорте для обработки трюмно-балластных судовых вод, в городском хозяйстве для очистки ливневых и дождевых вод, производственных стоков автозаправок и автомоек, а также для очистки природных вод из поверхностных источников.

Содержание нефтепродуктов в очищаемой воде может изменяться в широких пределах, вплоть до очень высокого в критических ситуациях аварийного разлива нефтепродуктов. При этом нефтепродукты могут присутствовать как в плавающем состоянии, так и в коллоидном, эмульгированном и растворенном виде. Во многих случаях необходима очистка воды также от механических примесей.

Качественное разделение указанных компонентов важно для целей повторного использования очищенной воды в производственном цикле или ее сбросе в водоемы без нанесения вреда окружающей среде, а также для последующей утилизации выделенных нефтепродуктов.

Известно устройство для разделения несмешивающихся жидкостей, содержащее корпус с вертикальными перегородками, патрубок для подачи исходной смеси и патрубки для выхода воды и нефти. В устройстве установлена перегородка в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием вверх, с тангенциальными отверстиями в верхней части, сообщенными с патрубком для подачи исходной смеси. В процессе работы устройства выделенная из смеси нефть сливается через верхнее основание, а дополнительное отделение нефти от смеси происходит в канале, образованном перегородкой и стенкой корпуса. Механические примеси оседают на днище и удаляются через соответствующий патрубок (RU 2077917 С1, 1997). Это устройство отличается крайней простотой конструкционного выполнения, однако оно не обеспечивает высокую степень разделения смеси.

Другое известное устройство для разделения несмешивающихся жидкостей состоит из цилиндрического с конусным днищем корпуса, в котором выполнены камеры разделения для тяжелой и легкой фазы. Камеры разделены перегородкой в форме воронки, верхняя часть которой открыта в сторону камеры легкой фазы, а также радиальными перегородками. Устройство снабжено узлами подачи очищаемой жидкости, отвода очищенной воды, нефтепродуктов и осадка (FR 2480617 А, 1981). Факторами, ограничивающими эффективность работы данного устройства, являются несовершенства системы впуска очищаемой жидкости, создающей дополнительный эффект взмучивания смеси, и системы удаления вспывающих загрязнений, допускающей значительное включение в них воды, что затрудняет дальнейшую утилизацию нефтепродуктов.

Наиболее близким аналогом предложенного устройства является известное из SU 1777925 А1, 1992 устройство для очистки жидкости от взвешенных веществ и нефтепродуктов, включающее цилиндрический корпус с коническим днищем, коаксиально расположенную внутри него погружную обечайку, выполненную в виде усеченного конуса, снабженного расположенными на верхнем и нижнем основаниях цилиндрами, установленными с зазором относительно стенок корпуса, при этом во внутренней полости нижнего цилиндра образована камера первичного разделения, между стенкой корпуса, с одной стороны, и конической частью обечайки и верхним цилиндром, с другой стороны, образована камера вторичного разделения, в зазоре между нижним цилиндром и стенкой корпуса расположен тонкослойный модуль разделения, выполненный в виде плоских наклонных пластин, а в коническом днище образована осадочная камера. Узел подачи исходной жидкости выполнен в виде полукольцевого лотка, соединенного с камерой первичного разделения при помощи трубопроводов с патрубками, обеспечивающими тангенциальный ввод в нее исходной жидкости. Узел отвода очищенной воды выполнен в виде расположенного снаружи корпуса кольцевого лотка и сообщающихся с ним радиальных лотков, которые соединены с верхним цилиндром, а узел отвода нефтепродуктов выполнен в виде воронки, установленной в указанном верхнем цилиндре.

За счет эффективного совмещения процессов первичного разделения в центробежном потоке, вторичного и тонкослойного разделения обеспечивается извлечение из жидкости до 80% взвешенных веществ и нефтепродуктов. Однако в связи с возросшими требования, предъявляемые к качеству сточных вод, а также необходимостью более полной утилизации нефтепродуктов, содержащихся в исходных загрязненных жидкостях, указанный показатель качества разделения явно является недостаточным. Кроме того, несовершенным является узел вывода очищенной воды, поскольку не исключено попадание в нее выделившихся нефтепродуктов.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлась разработка относительно компактного устройства с оптимальным соотношением размеров входящих в него элементов для повышения эффективности процесса извлечения из исходной жидкости взвешенных веществ и нефтепродуктов, работающего без снижения качества очистки воды при резком повышении давления исходной жидкости или значительном увеличении в ней концентрации нефтепродуктов.

Поставленная задача решается тем, что устройство для очистки жидкости от взвешенных веществ и нефтепродуктов включает цилиндрический корпус с коническим днищем и узлами подачи исходной жидкости, отвода очищенной воды, нефтепродуктов и шлама, коаксиально расположенную внутри корпуса обечайку, выполненную в виде усеченного конуса, снабженного расположенными на верхнем и нижнем основаниях цилиндрами, установленными с зазором относительно стенок корпуса, причем во внутренней полости нижнего цилиндра образована камера первичного разделения, между стенкой корпуса, с одной стороны, и конической частью обечайки и верхним цилиндром, с другой стороны, образована камера вторичного разделения, в зазоре между нижним цилиндром и стенкой корпуса расположен тонкослойный модуль разделения, выполненный в виде плоских пластин, установленных под углом 32-55^o к горизонту, в коническом днище образована осадочная камера, узел подачи исходной жидкости выполнен в виде полукольцевого лотка, соединенного с камерой первичного разделения при помощи трубопроводов с тангенциальными патрубками ввода, а узел отвода нефтепродуктов выполнен в виде воронки, установленной с возможностью вертикального перемещения в указанном верхнем цилиндре, и отличается тем, что выполнено при следующем соотношении размеров:
D_к:D_в:D_н=1:(0,25-0,35):(0,7-0,9),
Н_в:Н_о:Н_н=(0,6-1):1:(0,8-1,1),
где D_к - внутренний диаметр корпуса, D_в - внешний диаметр верхнего цилиндра, D_н - внешний диаметр нижнего цилиндра, Н_в - высота верхнего цилиндра, Н_о - высота конической части обечайки, Н_н - высота нижнего цилиндра,
при этом узел отвода очищенной воды выполнен в виде расположенного снаружи корпуса кольцевого лотка, сообщающегося с камерой вторичного разделения при помощи отверстий, расположенных на равном расстоянии друг от друга в стенке корпуса ниже уровня жидкости в этой камере, диаметр воронки для отвода нефтепродуктов составляет (0,3-0,6)D_в, а угол конусности днища относительно вертикальной оси составляет 45-75^o.

В частном случае расстояние между пластинами модуля тонкослойного разделения составляет (0,05-0,25)Н_н.

Предпочтительно в верхней части корпуса с обеспечением возможности перекрытия отверстий для вывода очищенной воды устанавливают цилиндрическую шторку.

Указанная в формуле совокупность признаков позволяет получить предусмотренный технический результат, поскольку предлагаемая конструкция характеризуется оптимальным соотношением параметров и новым выполнением узла отвода очищенной воды. Выход за предложенные диапазоны соотношений параметров приводит к снижению эффективности разделения исходной жидкости и не позволяет обеспечивать высокое качество очистки воды при резком повышении давления исходной жидкости или значительном увеличении в ней концентрации нефтепродуктов.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вид спереди с частичными разрезами, на фиг.2 - вид сверху, а на фиг.3 показан верхний цилиндр обечайки с воронкой для сбора и отвода нефтепродуктов.

Устройство включает цилиндрический корпус 1 с коническим днищем 2 и коаксиально расположенной в нем погружной обечайкой, выполненной в виде усеченного конуса 3, основания которого соединены с верхним цилиндром 4 и нижним цилиндром 5. В зазоре между нижним цилиндром и корпусом размещены плоские наклонные пластины 6, образующие тонкослойный модуль разделения с каналами 7. Камера первичного разделения образована во внутренней полости нижнего цилиндра 5, камера вторичного разделения образована между корпусом 1, с одной стороны, и конической частью обечайки 3 и верхним цилиндром 4, с другой стороны, а осадочная камера расположена в коническом днище 2. Подающий трубопровод 8 исходной жидкости соединен с полукольцевым лотком 9, расположенным в верхней части корпуса и соединенным при помощи трубопроводов 10 с верхней частью нижнего цилиндра 5 с обеспечением возможности тангенциального ввода посредством патрубков 11. Для отвода очищенной воды служит кольцевой лоток 12, расположенный снаружи верхней части корпуса и сообщенный при помощи отверстий 13 с камерой вторичного разделения (при этом отверстия выполнены ниже уровня жидкости) и с трубопроводом отвода очищенной воды 14. Для сбора плавающих загрязнений в верхнем цилиндре 4 установлена воронка 15, соединенная с гибким трубопроводом отвода нефтепродуктов 16 и снабженная механизмом вертикального перемещения 17. В днище установлен трубопровод для отвода шлама 18.

Устройство работает следующим образом. Исходную жидкость по трубопроводу 8 подают в полукольцевой лоток 9, откуда она по подающим трубопроводам 10 через тангенциальные вводы 11 поступает в камеру первичного разделения, расположенную в нижнем цилиндре 5, равномерно смешиваясь с находящейся там жидкостью и приводя ее во вращательное движение. В результате вращения жидкости, содержащей оседающие (взвеси, шлам) и легкие (нефтепродукты) загрязнения, происходит процесс их сепарации. В поле центробежных сил более тяжелые частицы группируются вблизи внутренней поверхности нижнего цилиндра 5 и опускаются в осадочную камеру, расположенную в коническом днище 2.

По мере накопления шлама его удаляют через трубопровод 18 под действием гидростатического напора столба жидкости, находящейся в устройстве. Более легкие загрязнения - эмульгированные нефтепродукты - постепенно вытесняются сначала в коническую часть обечайки 3, а затем в верхний цилиндр 4, образуя плавающий слой. По мере накопления всплывающих загрязнений их слой растет. При соответствующей регулировке высоты воронки 15 слой нефтепродуктов начинает переливаться внутрь нее, поступать в трубопровод отвода нефтепродуктов 16 и далее на утилизацию.

Освобожденная от наиболее крупных частиц жидкость, огибая нижний цилиндр 5 обечайки, поступает в тонкослойный модуль разделения и движется по каналам 7, при этом на пластинах 6 образуется тонкий слой осадка, который сползает в осадочную камеру 2. Очищаемая жидкость по каналам 7 поднимается вверх, где в камере вторичного разделения завершается ее очистка. Очищенная вода непрерывно отводится через отверстия 13 в лоток 12, а затем поступает в трубопровод 14.

Указанное выполнение устройства соответствует оптимальным условиям гравитационного и центробежного разделения в двух камерах и тонкослойном модуле. В модуле первичного разделения жидкость плавно вращается и твердые частицы эффективно отделяются и опускаются в осадочную камеру. Эмульгированные нефтепродукты, двигаясь в ламинарном режиме, постепенно вытесняются в коническую часть обечайки 3, где происходит расслоение эмульсии, а затем выделенные нефтепродукты поступают в верхний цилиндр 4 и заполняют его объем. При помощи механизма 17 воронку 15 погружают приблизительно на половину высоты верхнего цилиндра, при этом плавающий слой нефтепродуктов, практически не содержащий воды, начинает переливаться внутрь воронки 15. Выделенные нефтепродукты далее поступают в трубопровод 16.

Восходящий поток очищаемой воды огибает край нижнего цилиндра и попадает в каналы 7 тонкослойного модуля разделения, в которых движется вверх в ламинарном режиме. Оптимальный угол наклона пластин 6 к горизонту составляет 32-55^o, а оптимальное расстояние между пластинами составляет 0,05-0,25 высоты нижнего цилиндра, при этом зазор между внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой нижнего цилиндра, практически равный ширине пластин 6, составляет 0,05-0,15 от внутреннего диаметра корпуса. Указанные параметры определяют оптимальные размеры каналов, в которых восходящим потоком движется вода и сползает вниз выделившийся шлам, не забивая эти каналы. При этом в несколько раз сокращается время осаждения твердых частиц, кроме того, плоские пластины 6 преграждают путь поперечным потокам жидкости, создающим взмучивающий эффект. В процессе движения очищаемой воды в тонкослойных каналах 7 происходит коалесценция тонко эмульгированных нефтепродуктов, которые образуют пленку на поверхности очищенной воды. Образовавшаяся пленка всплывает и медленно увеличивается в объеме в верхней части камеры вторичного разделения. Однако эта пленка не попадает в лоток 12, т.к. отверстия 13 выполнены ниже уровня жидкости в камере вторичного разделения.

Удаление накопившихся плавающих загрязнений из камеры вторичного разделения производят периодически следующим образом. В период удаления шлама из осадочной камеры 2 перекрывают трубопровод 8, уровень жидкости опускают ниже кромки нижнего цилиндра 5. Предпочтительно в этот период при помощи цилиндрической шторки (не показана), расположенной в верхней части корпуса со стороны внутренней или внешней его стенки, закрывают отверстия 13. При последующем заполнении устройства исходной жидкостью основная часть загрязнений из камеры вторичного разделения оказывается в верхней части камеры первичного разделения и затем наряду с другими нефтепродуктами попадает в верхний цилиндр 4, откуда удаляется через воронку 15.

Соотношение размеров элементов устройства такое, что режим течения жидкости является ламинарным практически в течение всего периода разделения и мало зависит от колебаний давления жидкости на входе в устройство (в пределах обычных изменений этого параметра). При выходе за пределы предложенных значений параметров устройства и соотношений D_к:D_в:D_н=1:(0,25-0,35):(0,7-0,9) и Н_в:Н_о:Н_н=(0,6-1):1:(0,8-1,1) предусмотренный технический результат не достигается, при этом степень очистки от нефтепродуктов и взвешенных веществ не превышает 95%.

Изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1
Для очистки исходной жидкости (сточных вод машиностроительного производства), содержащей 25 мг/л нефтепродуктов и 62 мг/л взвешенных частиц, использовали установку, схема которой показана на чертеже. Параметры установки: внутренний диаметр корпуса D_к - 100 см, внешний диаметр верхнего цилиндра D_в - 30 см, внешний диаметр нижнего цилиндра D_н - 80 см, высота верхнего цилиндра Н_в - 40 см, высота конической части обечайки Н_о - 45 см, высота нижнего цилиндра Н_н - 50 см, т.е.

D_к:D_в:D_н=1:0,3:0,8,
Н_в:Н_о:Н_н=0,9:1:1,1,
угол наклона пластин модуля тонкослойного разделения к горизонту - 40^o, расстояние между ними - 5 см (0,1 Н_н), диаметр воронки для отвода нефтепродуктов - 15 см (0,5 D_в), а угол конусности днища относительно вертикальной оси - 60^o. Производительность установки - 2,5 м³/ч. В результате проведенной сепарации получили воду, содержащую 0,75 мг/л нефтепродуктов (степень очистки 97%) и 1,2 мг/л взвешенных частиц (степень очистки 96,8%).

Пример 2
Очищали сточную воду автозаправки, среднесуточная концентрация нефтепродуктов (преимущественно, углеводородов С₄-С₁₅) в которой составляла 110 мг/л, а взвешенных частиц - 140 мг/л. Использовали установку, представленную на чертеже, имеющую следующие параметры: D_к - 60 см, D_в - 15 см, D_н - 42 см, Н_в - 24 см, Н_о - 40 см, Н_н - 32 см, т.е. D_к:D_в:D_н=1:0,25:0,7; Н_в:Н_о:Н_н=0,6: 1: 0,8. Угол наклона пластин модуля тонкослойного разделения к горизонту - 55^o, расстояние между ними - 8 см (0,25 Н_н), диаметр воронки для отвода нефтепродуктов - 9 см (0,6 D_в), а угол конусности днища относительно вертикальной оси - 75^o. Производительность установки - 1,2 м³/ч. В результате проведенной сепарации получили воду, содержащую 3,9 мг/л нефтепродуктов (степень очистки 96,5%) и 5,2 мг/л взвешенных частиц (степень очистки 96,3%).

Пример 3
Очищали сточную воду в соответствии с примером 2. Отличия установки состояли в следующем: D_в - 21 см, D_н - 54 см, Н_о - 24 см, Н_н - 26 см (D_к:D_в: D_н= 1:0,35:0,9; Н_в:Н_о:Н_н=1:1:1,1), угол наклона пластин модуля тонкослойного разделения к горизонту - 32^o, расстояние между ними - 1,3 см (0,05 Н_н), диаметр воронки для отвода нефтепродуктов 7 см (0,3 D_в), а угол конусности днища относительно вертикальной оси - 45^o.

В результате проведенной сепарации получили воду, содержащую 4,2 мг/л нефтепродуктов (степень очистки 96,2%) и 5,6 мг/л взвешенных частиц (степень очистки 96%).

Таким образом, предложенная установка относительно компактна, проста в изготовлении и обслуживании, обладает высокой эффективностью и надежна в работе.

Изобретение относится к очистке жидкостей от взвешенных веществ и нефтепродуктов. Устройство включает цилиндрический корпус с коническим днищем и коаксиальную обечайку в виде усеченного конуса с верхним и нижним цилиндрами. Во внутренней полости нижнего цилиндра образована камера первичного разделения, между стенкой корпуса и конической частью обечайки и верхним цилиндром образована камера вторичного разделения, в зазоре между нижним цилиндром и стенкой корпуса расположен тонкослойный модуль в виде плоских наклонных пластин. В коническом днище образована осадочная камера. Узел подачи исходной жидкости выполнен в виде полукольцевого лотка, соединенного с камерой первичного разделения при помощи трубопроводов с тангенциальными патрубками ввода. Узел отвода нефтепродуктов выполнен в виде воронки, установленной с возможностью вертикального перемещения. Соблюдается заданное соотношение диаметров корпуса и цилиндров и высот цилиндров и конической части обечайки. Технический результат - повышение эффективности извлечения взвешенных веществ и нефтепродуктов без снижения качества очистки воды при повышении давления исходной жидкости или увеличении в ней концентрации нефтепродуктов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для очистки жидкости от взвешенных веществ и нефтепродуктов, включающее цилиндрический корпус с коническим днищем и узлами подачи исходной жидкости, отвода очищенной воды, нефтепродуктов и шлама, коаксиально расположенную внутри корпуса обечайку, выполненную в виде усеченного конуса, снабженного расположенными на верхнем и нижнем основаниях цилиндрами, установленными с зазором относительно стенок корпуса, причем во внутренней полости нижнего цилиндра образована камера первичного разделения, между стенкой корпуса, с одной стороны, и конической частью обечайки и верхним цилиндром, с другой стороны, образована камера вторичного разделения, в зазоре между нижним цилиндром и стенкой корпуса расположен тонкослойный модуль разделения, выполненный в виде плоских пластин, установленных под углом 32-55^o к горизонту, в коническом днище образована осадочная камера, узел подачи исходной жидкости выполнен в виде полукольцевого лотка, соединенного с камерой первичного разделения при помощи трубопроводов с тангенциальными патрубками ввода, а узел отвода нефтепродуктов выполнен в виде воронки, установленной с возможностью вертикального перемещения в указанном верхнем цилиндре, отличающееся тем, что выполнено при следующем соотношении размеров:
D_K:D_B:D_H=1:(0,25-0,35):(0,7-0,9),
Н_В:Н₀:Н_Н=(0,6-1):1:(0,8-1,1),
где D_K - внутренний диаметр корпуса;
D_B - внешний диаметр верхнего цилиндра;
D_H - внешний диаметр нижнего цилиндра;
Н_В - высота верхнего цилиндра;
Н₀ - высота конической части обечайки;
Н_H - высота нижнего цилиндра,
при этом узел отвода очищенной воды выполнен в виде размещенного снаружи корпуса кольцевого лотка, сообщающегося с камерой вторичного разделения при помощи отверстий, расположенных на равном расстоянии друг от друга в стенке корпуса ниже уровня жидкости в этой камере, диаметр воронки для отвода нефтепродуктов составляет (0,3-0,6)D_B, а угол конусности днища относительно вертикальной оси составляет 45-75^o. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между пластинами в модуле тонкослойного разделения составляет (0,05-0,25)Н_H. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в верхней части корпуса с обеспечением возможности перекрытия отверстий для вывода очищенной воды установлена цилиндрическая шторка.