УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ЭМУЛЬГИРОВАННОЙ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2004 года по МПК C02F1/40 C02F1/40 C02F101/30 C02F103/34 

Изобретение относится к нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в частности к оборудованию, предназначенному для очистки сточных вод, содержащих нефть или продукты ее переработки, а также к системам заводнения пластов и подержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений.

Известны установки, использующие для разделения эмульсии нефти в воде активную коалесцирующую поверхность раздела фаз “вода-газ”, создаваемую за счет принудительной рециркуляции разделяемой эмульсии через сливные цилиндры - Аппараты АОВПЭ (аппараты очистки воды поверхностными эффектами) [патент № 1404464. 23.06. 1988].

В основе физики процесса разделения эмульсий нефти в воде лежит образование развитой, непрерывно обновляющейся границы раздела фаз “вода-газ”, в результате чего капли нефти, испытывающие на себе действие Вандерваальсовских межмолекулярных сил, переходят в пленочное состояние на границу “вода-газ”. Далее происходит коалесценция пленок (укрупнение) по их периметру и последующее отделение пленок нефти при прохождении потоком воды гидрозатвора.

Недостатком указанных аппаратов АОВПЭ является низкое значение удельной образующейся поверхности вода-газ, приходящейся на единицу объема рециркулируемой воды, вследствие чего эффект очистки воды от эмульгированной нефти невысок, и данная конструкция может эффективно использоваться лишь для разделения грубодисперсных эмульсий нефти в воде, заменяя, например, отстойную аппаратуру.

Для увеличения эффективности разделения требуется увеличение величины образующейся поверхности “вода-газ”, приходящейся на единицу объема рециркулируемой воды.

Наиболее близкой к предлагаемой установке является устройство для очистки жидкости от примесей - патент РФ № 1587003, 23.08.1990, выполненное в виде пленочного коалесцентора. Установка для очистки жидкости включает корпус с установленными в нем разделительными элементами, узлами ввода очищаемой жидкости и вывода разделенных фаз. Разделительный элемент выполнен в виде горизонтальной перегородки с отогнутыми вниз краями. Устройство снабжено гидрозатвором, установленным на отогнутых краях перегородки, при этом узел ввода очищаемой жидкости расположен над перегородкой по ее центру.

Работа установки подразумевает многократную рециркуляцию очищаемой воды, для чего в составе установки используются буферная емкость и насос. Установка способна обеспечить практически 100% удаление из воды капельной нефти и механических примесей, смоченных нефтью, с размерами более 3 мкм.

Недостатком описанной установки являются значительные ее габариты (из-за горизонтального расположения разделительных элементов) и высокие энергозатраты, вызванные необходимостью обеспечения высокой кратности рециркуляции (до 50 раз) очищаемого объема воды через разделительные элементы.

Задача изобретения - повышение качества очистки воды и сокращение материальных затрат.

Поставленная задача решается установкой для очистки воды от эмульгированной нефти и нефтепродуктов, включающей полый корпус с установленными в нем разделительными элементами, узел ввода очищаемой жидкости и узел вывода разделенных фаз. При этом разделительные элементы установлены в автономной внутренней емкости и выполнены в виде дисков, расположенных вертикально на вращающемся горизонтальном валу с возможностью размещения нижних половин дисков погруженными в очищаемую воду, а верхних - в газовой фазе корпуса, диски имеют ячеистую структуру в виде отверстий, выполненных в плоскости диска, а вал, на котором находятся диски, установлен с возможностью разделения им межфазной поверхности раздела “вода-газ” внутренней емкости пополам. Отверстия в диске предпочтительно имеют диаметр 3-5 мм и расположены на расстоянии 2 мм друг от друга в шахматном порядке.

Конструкция установки (роторно-дисковый-коалесцентор - РДК) представлена на фиг.1, где 1 - узел ввода очищаемой жидкости; 2 - электропривод, 3 - подшипники вала; 4 - вал; 5 - диски; 6 - внутренняя емкость; 7 - полый корпус; 8 - направляющая слива; 9 - противовороночное устройство; 10 - сборный коллектор.

Роторно-дисковый коалесцентор относится к устройствам, реализующим тонкопленочное разделение эмульсии нефть в воде за счет образования активной коалецирующей поверхности “вода-газ”.

РДК работает следующим образом. Очищаемая жидкость через узел ввода 1 поступает в автономную внутреннюю емкость 6 полого корпуса 7. При вращении полупогруженных в воду разделительных элементов в виде дисков 5 происходит увлечение некоторого объема воды их поверхностью в область газовой фазы и образование на поверхности дисков водной пленки. Капельная нефть, находящаяся в непосредственной близости от межфазной поверхности раздела “вода-газ” в пленках воды на вращающихся дисках, на расстоянии ≈0,1 мкм от границы раздела фаз, испытывает на себе действие Вандерваальсовских сил, приводящих к выходу капель из толщи пленки и переходу содержимого капель нефти на границу “вода-газ” путем растекания по ней. Таким образом, на непрерывно образующейся поверхности “вода-газ” идет процесс перехода из поверхностного слоя воды капель нефти в пленки на границу раздела фаз и коалесценция пленок между собой.

Пленочная нефть вместе с пленкой воды переносится диском 5 по направлению его вращения и переходит на границу слоя воды, расположенную за горизонтальным валом 4, где накапливается. Вал 4, на котором расположены диски 5, делит внутреннюю емкость 6 по верхней границе жидкости пополам. Скорость образования поверхности “вода-газ” за счет вращения дисков 5 выше скорости растекания нефти по поверхности “вода-газ”, поэтому образованные пленки уже не могут заново попасть на постоянно образующуюся поверхность “вода-газ” и занимать ее вторично. Поток воды вместе с пленочной нефтью стекает по направляющим слива 8 из внутренней емкости 6 корпуса 7 вниз, через противовороночное устройство 9 попадает в сборный коллектор 10 и далее в отстойную секцию, откуда через узел вывода разделенных фаз (на чертеже не показан) соответственно вода и нефть отводятся автономно. Диски коалесцентора специальным образом обработаны - имеют ячеистую структуру в виде просверленных в нем отверстий диаметром 3-5 мм, расположенных в шахматном порядке, на расстоянии 2 мм друг от друга (центры смачивания) для обеспечения абсолютной смачиваемости поверхности дисков водой (в том числе в присутствии ПАВ и нефти).

Пример конкретного выполнения.

Процесс тонкопленочного извлечения нефти осуществляли на “девонской воде” - Горкинские О.С. и “угленосной воде” - Сулеевская ТХУ с использованием роторно-дискового коалесцентора при следующих параметрах: расход воды на 1 погонный см периметра слива - 4,0 см³/сек, длина РДК - 100 см, частота вращения ротора - 60 об/мин, число дисков - 120, диаметр дисков - 250 мм.

В таблицах 1 и 2 показана эффективность снижения тонкодисперсной части эмульгированной нефти в обрабатываемых водах. На фиг.2 показано исходное распределение по размерам эмульгированной нефти в воде на входе в коалесцентор (Горкинские О.С.). Распределение эмульгированной нефти по размерам на Сулеевской ТХУ более тонкое - 80% всей массы эмульгированной нефти имеет размеры менее 5 мкм.

Как следует из результатов экспериментов, эффективность удаления из воды тонкодисперсной части эмульгированной нефти высокая. Удельная поверхность образования активной коалесцирующей поверхности вода-газ для предлагаемой конструкции установки практически в 9 раз выше, чем при использовании известной конструкции (патент РФ № 1587003), что позволяет при тех же энергозатратах на рециркуляцию воды достичь практически втрое большей глубины очистки.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки складывается из снижения затрат на очистку воды, увеличения межремонтного периода работы нагнетательных скважин, снижения темпов кольматации нефтенасыщенных блоков порового пространства пласта, увеличения конечного нефтеизвлечения.

Изобретение относится к нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в частности к оборудованию, предназначенному для очистки сточных вод, содержащих нефть или продукты ее переработки, а также к системам заводнения пластов и поддержания пластового давления. Установка включает полый корпус с установленными в нем разделительными элементами, узел ввода очищаемой жидкости и узел вывода разделенных фаз. Разделительные элементы установлены в автономной внутренней емкости и выполнены в виде дисков, расположенных вертикально на горизонтальном валу. Нижние половины дисков погружены в очищаемую воду, а верхние - в газовую фазу. Диски имеют ячеистую структуру в виде отверстий, выполненных в плоскости диска. Горизонтальный вал установлен с возможностью разделения межфазной поверхности раздела вода - газ во внутренней емкости пополам. При этом отверстия в диске могут быть расположены на расстоянии не более 2 мм друг от друга в шахматном порядке и иметь диаметр 3-5 мм. Технический результат - снижение затрат на очистку воды, увеличение нефтеизвлечения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Установка для очистки воды от эмульгированной нефти и нефтепродуктов, включающая полый корпус с установленными в нем разделительными элементами, узел ввода очищаемой жидкости и узел вывода разделенных фаз, отличающаяся тем, что разделительные элементы установлены в автономной внутренней емкости и выполнены в виде дисков, расположенных вертикально на горизонтальном валу с возможностью размещения нижних половин дисков погруженными в очищаемую воду, а верхних - в газовой фазе, при этом диски имеют ячеистую структуру в виде отверстий, выполненных в плоскости диска, а горизонтальный вал установлен с возможностью разделения межфазной поверхности раздела вода - газ во внутренней емкости пополам.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия в диске имеют диаметр 3-5 мм и расположены на расстоянии не более 2 мм друг от друга в шахматном порядке.