УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2005 года по МПК C02F1/40 C02F103/34 

Изобретение относится к технике очистки нефтесодержащих сточных вод нефтепромыслов и может быть использовано в других отраслях промышленности, сельского хозяйства и т.д., сточные воды которых содержат нефть и нефтепродукты.

Известно устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по а.с. СССР №1699935, C 02 F 1/00, В 01 D 17/038, опубл. 23.12.91, Бюл. №47, включающее отстойник с нефтесборником, патрубок для ввода эмульсии, выполненный с соотношением диаметра к длине, равным 1:10 - 1:50, гидроциклонную камеру с тангенциальным вводом, которая снабжена диспергатором в виде сопла, патрубки для отвода очищенной воды, уловленной нефти и осадка.

Недостатками данного устройства является низкая эффективность очистки нефтесодержащих сточных вод вследствие неполного использования энергии закрученного потока в патрубке, соединяющем отстойник и трубу с диспергатором. Это объясняется тем, что практически вся энергия закрученного потока затрачивается на разделение эмульсии на нефть и воду, а не на коалесценцию капель нефти при движении их по патрубку.

Известно устройство для очистки сточных вод по а.с. СССР №956438, C 02 F 9/00, опубл. 07.09.82, Бюл. №33, представляющее собой комбинацию гидроциклон-отстойник и состоящее из трубопровода подачи исходной воды, напорного гидроциклона, соединительного патрубка, распределительных устройств нижнего и верхнего сливов соответственно, отстойника, разделенного перегородкой на два яруса, патрубков для отвода очищенной воды, нефти и выпуска осадка.

Данное устройство снабжено регулируемыми сифонами, которые используются для распределения и уравновешивания давлений в системе - соединительный патрубок-отстойник, для стабилизации гидродинамического режима процесса очистки.

Недостатком данного устройства также является низкая эффективность очистки нефтесодержащих сточных вод вследствие недостаточного использования энергии закрученного потока на сливах гидроциклона.

Известно устройство для очистки сточных вод по а.с. СССР №1063784 А, МПК⁶ C 02 F 1/70, опубл. 30.12.83 г., Бюл. №48, включающее гидроциклон с патрубками подвода исходной воды, отвода верхнего слива нефтепродуктов и нижнего слива очищенной воды, приспособление для распределения сточной воды, камеру очистки сточных вод, снабженную вертикальной перегородкой, отделяющей камеры верхнего и нижнего слива гидроциклона, расположенные наклонно к горизонтали и в верхней их части соединенные щелью в перегородке. Данное устройство снабжено дозировочным насосом, всасывающий патрубок которого сообщен с верхней частью отстойника, а нагнетательный - с патрубком подвода исходной воды. Эффективность разработанного устройства достигается при искусственном повышении концентрации нефти в исходной сточной воде.

Недостатком такого устройства является его относительная сложность и невозможность использования остаточной энергии закрученных потоков на сливах гидроциклона.

Прототипом изобретения является устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод по патенту РФ на изобретение №2189360, опубл. 20.09.2002 г., Бюл. №26, включающее трубопровод для подачи исходной воды, напорный гидроциклон, цилиндрические камеры верхнего слива и нижнего слива гидроциклона. В верхней части рабочей зоны отстойника расположены распределительные устройства для воды из верхнего слива и нижнего слива гидроциклона, в которые поступает вода из соответствующих цилиндрических камер. Отстойник имеет разделительные перегородки, делящие отстойник на рабочую и буферную зоны. В верхней части отстойника расположены нефтесборники с патрубками для отвода нефти. Устройство для отвода очищенной воды с отбойником расположено в буферной зоне отстойника. В нижней части отстойника установлены патрубки для отвода осадка. В верхней части отстойника образуется слой отслоившейся нефти.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность очистки нефтесодержащих сточных вод (НСВ) вследствие перемешивания потоков эмульсии верхнего и нижнего сливов друг с другом и эмульсией, содержащейся в верхней части отстойника, которые отличаются по фазово-дисперсным характеристикам, при этом образуется эмульсия с высокой полидисперсной внутренней нефтяной фазой, что снижает эффект процесса коалесценции, а следовательно, очистки нефтесодержащей сточной воды (НСВ).

Низкий эффект очистки НСВ объясняется также тем, что эмульсия (НСВ) из цилиндрических камер верхнего и нижнего сливов, поступая в отстойник, проходит через различные многочисленные штуцирующие устройства, местные сопротивления (отводы, тройники, повороты потока, внезапные сужения и расширения потока и т.д.), в которых скорость и турбулентность потока возрастают на несколько порядков, что приводит к уменьшению, передиспергированию частиц нефти, что в свою очередь приводит к снижению процесса эффективной коалесценции и, как следствие, к уменьшению эффекта очистки.

Кроме того, разрушение бронирующих оболочек капель нефти и агрегативных частиц механических примесей и образование при этом тонкодиспергированных частиц ускоряет восстановление и упрочнение бронирующих оболочек на тонкодиспергированных частицах нефти эмульсии (НСВ) при движении ее по длинным трубопроводам, подводящим эту эмульсию в верхнюю часть отстойника. Это обстоятельство также снижает эффект очистки НСВ.

Изобретение направлено на повышение эффекта очистки нефтесодержащей сточной воды за счет совершенствования конструкции распределительных устройств и размещения распределительных устройств в двух раздельных отстойниках, а также за счет размещения в отстойниках коалесцирующих гидродинамических гранулированных гидрофобных насадок.

Решение задачи достигается тем, что устройство, включающее: расположенные горизонтально гидроциклон с патрубками подвода исходной воды, отвода верхнего и нижнего сливов, цилиндрические камеры на выходе верхнего и нижнего сливов гидроциклона; отстойник, снабженный перегородками: не доходящей до верхней его части и не доходящей до нижней его части, делящими отстойник на рабочую и буферную секции, в верхней части рабочей секции отстойника расположены распределительные устройства для воды из верхнего и нижнего сливов гидроциклона, патрубки для отвода нефти, очищенной воды и осадка, согласно изобретения снабжено дополнительным аналогичным отстойников и дополнительным аналогичным гидроциклоном, при этом отстойники гидравлически взаимосвязаны с гидроциклонами; цилиндрические камеры гидроциклонов снабжены распределителями воды, выполненными в виде напорных трубчатых дырчатых коллекторов одинакового диаметра с цилиндрическими камерами, являющихся их продолжением и расположенными в верхней части отстойников, при этом верхняя часть коллектора-распределителя расположена непосредственно на границе фаз “нефть - вода”; напорные трубчатые дырчатые коллекторы нижнего слива размещены в одном из отстойников, а верхнего слива - в другом; отстойники расположены на расстоянии друг от друга не менее чем 67 диаметров цилиндрической камеры гидроциклона; каждый отстойник снабжен коалесцирующей гидродинамической гидрофобной крупнозернистой гранулированной загрузкой, расположенной между перегородками и на 2/3 высоты загрузки ниже горизонтальной оси отстойника.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для очистки нефтесодержащей сточной воды (вид сверху), на фиг.2 вид по I-I, на фиг.3 - разрез по II-II.

Устройство состоит из трубопровода 1 подачи исходной нефтесодержащей сточной воды (НСВ), напорного трубчатого кольца 2, связанного с напорными гидроциклонами 3, например шестью гидроциклонами или как минимум двумя гидроциклонами, патрубками подачи 4 исходной НСВ. Напорное кольцо 2 служит для равномерного распределения воды по гидроциклонам 3. Гидроциклоны 3 посредством патрубков верхнего слива 5 и нижнего слива 6 соединены цилиндрическими камерами соответственно верхнего слива 7 и нижнего слива 8. Камеры верхнего слива 7 снабжены напорными трубчатыми дырчатыми коллекторами 9. Камеры нижнего слива 8 снабжены напорными трубчатыми дырчатыми коллекторами 10. Трубчатые дырчатые коллекторы 9 и 10 являются продолжением цилиндрических камер 7 и 8 соответственно, при этом дырчатые коллекторы 9 и 10 и цилиндрические камеры 7 и 8 имеют равные (одинаковые) диаметры и соединены между собой при помощи фланцев. В верхней части коллекторов 9 и 10 имеются отверстия 11, расположенные в шахматном порядке под углом не менее 45° к вертикальной оси коллектора.

Дырчатые коллекторы 9 и 10 служат для равномерного распределения исходной НСВ по живому сечению отстойников 12 и 13. При этом дырчатые коллекторы 9 расположены в верхней части отстойника 12 и верхней своей плоскостью на уровне границы фаз 14 “нефть (15) - вода (16)”, а дырчатые коллекторы 10 расположены в верхней части отстойника 13 и верхней своей плоскостью на уровне границы фаз 17 “нефть (18) - вода (19)”.

Отстойники 12 и 13 (как минимум два отстойника) расположены на расстоянии друг от друга не менее 67d (фиг.3), где d - диаметр цилиндрической камеры гидроциклона, что позволяет, оптимально разместить цилиндрических камер максимальной длины, гидроциклонов и оборудования между отстойниками, сократить длину трубопроводов обвязки устройства, упростить обвязку, уменьшить количество различных местных сопротивлений при обвязке и компоновке устройства, уменьшить занимаемые площади устройством, а также способствует наиболее экономичной компоновке и улучшению условий работы устройства.

Нижняя часть отстойника 12 снабжена по центру трубчатым дырчатым коллектором 20 для сбора и удаления осадка с отверстиями, расположенными снизу, а выше коллектора 20 с двух его сторон симметрично расположены трубчатые телескопические равноплечные коллекторы 21, снабженные соплами 22 для смыва накопившегося осадка со дна отстойника 12. Сопла 22 установлены перпендикулярно к телескопическому коллектору и направлены в сторону дырчатого коллектора 20.

Нижняя часть отстойника 13 также снабжена по центру трубчатым дырчатым коллектором 23, трубчатыми телескопическими коллекторами 24, снабженными соплами 25 аналогичной выше описанной конструкции, как для отстойника 12.

Отстойники 12 и 13 снабжены коалесцирующими гидродинамическими насадками (фильтрами) 26 и 27 соответственно. Загрузкой насадок 26 и 27 служит гранулированный крупнозернистый гидрофобный материал, например полиэтилен. Коалесцирующие гидродинамические насадки 26 и 27 расположены на 2/3 высоты загрузки ниже горизонтальной оси отстойников и между перегородками 28 и 29, не доходящими до нижней части отстойников 12 и 13 соответственно, и перегородками 30 и 31, не доходящими до верхней части отстойников 12 и 13 соответственно. Перегородки 28, 29, 30, 31 и коалесцирующие гидродинамические насадки 26 и 27 каждого отстойника 12 и 13 делят их на две секции: 32 и 33 - рабочие секции и 34 и 35 - буферные секции. Гидродинамические насадки (фильтры) 26 и 27 служат для интенсификации коалесценции (укрупнения) капель нефти, что способствует повышению эффекта очистки НСВ последующим отстаиванием. При этом насадки 26 и 27 также способствуют гашению придонных потоков, фиксации объемов отстаивания и накопления осадка.

Буферные секции 34 и 35 служат для дополнительной очистки отстаиванием НСВ, прошедших предварительную гидродинамическую обработку в коалесцирующих насадках 26 и 27.

В нижней части буферной секции 34 отстойника 12 размещены трубчатый сборный дырчатый коллектор 36 для сбора и удаления осадка, а выше коллектора 36 с двух сторон симметрично расположены трубчатые телескопические равноплечные коллекторы 37 с соплами 38 аналогичной конструкции вышеописанным.

В буферной секции 34 отстойника 12 размещены дугообразный трубчатый коллектор 39 с патрубком 40 и дугообразный отбойник 41, которые обеспечивают равномерный сбор и отвод очищенной воды по живому сечению секции 34, при этом отбойник 41 также способствует гашению придонных потоков, фиксации в буферной секции 34 объемов дополнительного отстаивания и накопления осадка.

Буферная секция 35 отстойника 13 также оборудована трубчатым дырчатым коллектором для сбора и удаления осадка, коллекторами с соплами для смыва осадка, дугообразным трубчатым коллектором и дугообразным отбойником аналогичной конструкции, что и в отстойнике 12 согласно вышеописанному.

В верхней части отстойников 12 и 13 расположены нефтесборники 42 с патрубками 42' для отвода уловленной нефти.

Устройство работает следующим образом. Исходная НСВ, содержащая плавающую и эмульгированную нефть и механические примеси по трубопроводу 1 под напором подается через напорное трубчатое распределительное кольцо 2 в гидроциклоны 3 (например, шесть гидроциклонов, но как минимум два гидроциклона). В гидроциклонах 3 осуществляется гидродинамическая обработка НСВ в поле центробежных массовых, а также поверхностных сил, в результате чего разрушаются бронирующие оболочки на частицах (каплях, глобулах) нефти и агрегаты из механических примесей, происходит укрупнение капель нефти, увеличивается монодисперность внутренней нефтяной фазы НСВ, а также происходит разделение НСВ на два потока эмульсий, отличающихся по фазово-дисперсным характеристикам. Поток из верхних сливов 5 гидроциклонов 3 поступает в цилиндрические камеры 7, а поток из нижних сливов 6 - в цилиндрические камеры 8. Потоки эмульсии поступают в цилиндрические камеры 7 и 8 в виде закрученных струй, при этом увеличивается время гидродинамической обработки эмульсии (НСВ) в закрученном поле массовых сил, энергия которых используется для наиболее полной реализации всех стадий механизма разрушения нефтяной эмульсии (деформация и разрушение бронирующих оболочек на глобулах нефти; сближение, столкновение капель; слияние и укрупнение (коалесценция) капель; концентрация, осаждение капель; выделение дисперсной фазы в виде сплошной фазы - расслоение, разделение эмульсии на нефть и воду) и, как следствие, повышается эффективность очистки НСВ. Далее из цилиндрических камер верхних сливов 5 поток эмульсии (НСВ) поступает в трубчатые дырчатые коллекторы 9, из отверстий которых в виде равномерно распределенного потока струй эмульсии подается в слой нефти 15 (слой высококонцентрированной по нефти эмульсии) отстойника 12. Струи эмульсии, вытекающие из отверстий 11 дырчатых коллекторов 9, создают в области границы фаз 14 “нефть (15) - вода (16)” зону турбулентного перемешивания, где происходит интенсивное перемешивание потока струй НСВ с содержимым высококонцентрированного по нефти слоя эмульсии (нефти) 18, интенсивная и эффективная коалесценция капель нефти, переход укрупнившихся капель нефти в слой уловленной нефти 18, эффективная контактная очистка НСВ от нефти, расслоение исходной НСВ на нефть и воду.

Поток эмульсии (НСВ) из цилиндрических камер 8 нижних сливов 6 поступает в трубчатые дырчатые коллекторы 10, из отверстий 11 которых в виде равномерно распределенного потока струй эмульсии подается в слой нефти 18 (слой высококонцентрированный по нефти эмульсии) отстойника 13, струи эмульсии, вытекающие из отверстий 11 дырчатого коллектора 9, создают в области границы фаз 17 “нефть (18) - воды (19)” зону турбулентного перемешивания, где происходит интенсивное перемешивание потока струй НСВ с содержимым слоя нефти 18, интенсивная и эффективная коалесценция капель нефти, переход укрупнившихся капель нефти в слой уловленной нефти 18, эффективная контактная очистка НСВ от нефти, расслоение исходной НСВ на нефть и воду.

При этом высокий эффект очистки НСВ от нефти достигается тем, что при поступлении потоков эмульсии в виде закрученных струй в цилиндрические камеры 7 и 8, снабженные дырчатыми распределительными коллекторами 9 и 10, увеличивается время гидродинамической обработки эмульсии в закрученном поле массовых, а также поверхностных сил, энергия которых используется для наиболее полной реализации всех стадий механизма разрушения нефтяной эмульсии. Кроме того, подача предварительно гидродинамически обработанной НСВ в гидроциклонах 3 и цилиндрических камерах 7 и 8 непосредственно в распределительные коллекторы 9 и 10 дает возможность максимально исключить прохождение эмульсий через различные штуцирующие устройства 7 и местные сопротивления, в которых, как известно, скорость потока и турбулентность возрастают на 1-2 порядка, что может приводить к уменьшению диаметров глобул нефти в десятки и сотни раз и увеличению полидисперности эмульсии, что в свою очередь приводит к уменьшению эффективной коалесценции, следовательно, эффекта очистки НСВ.

В полости гидроциклонов 3, цилиндрических камер 7 и 8 и на их сливах образуются полидисперсные потоки эмульсий (НСВ), отличающиеся внутренними фазово-дисперсными характеристиками, а именно полидисперсность эмульсии верхнего слива всегда больше (2-3 и более раз) полидисперсности эмульсии нижнего слива. Смешение таких потоков и одновременный совместный ввод их в отстойник определяют существование в общем потоке целого спектра разных диаметров капель нефти, что ухудшает условия коалесценции. Это обстоятельство снижает эффективность очистки НСВ.

Поэтому раздельный ввод эмульсии верхнего и нижнего сливов в отдельно стоящие отстойники способствует повышению эффекта очистки НСВ.

В формировании прочных бронирующих оболочек большую роль играют тонкодиспергированные и коллоидные вещества, содержащиеся в НСВ. Разрушение в гидроциклоне бронирующих оболочек частиц нефти и агрегативных частиц механических примесей, их перераспределение в потоке аппарата в существующей схеме гидроциклон-камеры-распределители отстойника несколько ускоряет восстановление и упрочнение бронирующих оболочек на каплях нефти, что снижает эффективность процесса коалесценции, а следовательно, очистки НСВ.

В предлагаемом устройстве для очистки НСВ время существования НСВ, обработанной в гидроциклонах 3 и закрученном потоке цилиндрических камер 7 и 8, практически равно нулю, поскольку обработанная НСВ вводится в зону очистки на границе раздела фаз 14 и 17 отстойников 12 и 13 мгновенно через распределители 9 и 10, являющиеся продолжением цилиндрических камер 7 и 8 соответственно.

При этом упрочнение и проявление упругих свойств брони, их влияние на процесс коалесценции капель нефти практически отсутствуют, что способствует повышению эффекта очистки НСВ.

В предлагаемом устройстве уловленная нефть по мере накопления отводится через нефтесборники 42 и патрубки 42'.

Для удаления накопленного осадка со дна рабочих секций 32 и 33 отстойников 12 и 13 в напорные коллектора 21 и 24 по трубопроводам 43 подается под напором вода, которая, вытекая из сопел 22 и 25, смывает осадок к сборным дырчатым коллекторам 20 и 23, далее смытый осадок по трубопроводам 45 отводится в осадкоуплотнитель.

Для удаления накопленного осадка со дна буферной секции 34 и 35 отстойников 12 и 13 в напорные коллекторы 47 по трубопроводам 44 подается под напором вода, которая, вытекая из сопел 38, смывает осадок к сборным дырчатым коллекторам 36, далее смытый осадок по трубопроводам 46 отводится в осадкоуплотнитель.

Мелкодисперсные частицы нефти, вынесенные потоком воды из рабочих секций 32 и 33 отстойников 12 и 13, укрупняются в слоях загрузок гидродинамических коалесцирующих насадок 26 и 27 соответственно и всплывают в буферных секциях 34 и 35, накапливаются в верхних частях этих секций, а далее удаляются через нефтесборники 42 и патрубок 42'.

Очищенная вода удаляется из буферных секций 34 и 35 через коллекторы 39, отбойники 41 и патрубки 40.

Достоинствами предлагаемого устройства являются высокий эффект очистки, высокая удельная производительность, относительно меньший вес единичных аппаратов, входящих в состав устройства, высокая стабильность и полнота завершения процессов коалесценции и очистки НСВ при весьма неравнозначных количественных и качественных параметрах исходной эмульсии; компактность устройства и высокоиндустриальность его изготовления и монтажа; возможность для создания и реализации эффективной технологии очистки НСВ при наименьших материальных, трудовых и энергетических затратах.

Изобретение относится к очистке нефтесодержащих сточных вод нефтепромыслов и может быть использовано в других отраслях промышленности, сельского хозяйства и т.д., сточные воды которых содержат нефть и нефтепродукты. Устройство содержит горизонтальные гидроциклоны, гидравлически взаимосвязанные с отстойниками. Гидроциклоны на выходе верхнего и нижнего сливов имеют цилиндрические камеры, которые снабжены распределителями воды в виде трубчатых дырчатых коллекторов. Коллекторы нижнего слива размещены в одном отстойнике, а верхнего - в другом. В каждом отстойнике размещена коалесцирующая гидрофобная гранулированная загрузка. Технический результат состоит в повышении эффекта очистки воды от нефти. 3 ил.

Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, включающее расположенные горизонтально гидроциклон с патрубками подвода исходной воды, отвода верхнего и нижнего сливов, цилиндрические камеры на выходе верхнего и нижнего сливов гидроциклона; отстойник, снабженный перегородками: не доходящей до верхней его части и не доходящей до нижней его части, делящими отстойник на рабочую и буферную секции, в верхней части рабочей секции отстойника расположены распределительные устройства для воды из верхнего и нижнего сливов гидроциклона, патрубки для отвода нефти, очищенной воды и осадка, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным аналогичным отстойником и дополнительным аналогичным гидроциклоном, при этом отстойники гидравлически взаимосвязаны с гидроциклонами; цилиндрические камеры гидроциклонов снабжены распределителями воды, выполненными в виде напорных трубчатых дырчатых коллекторов одинакового диаметра с цилиндрическими камерами, являющимися их продолжением и расположенными в верхней части отстойников, при этом верхняя часть коллектора-распределителя расположена непосредственно на границе фаз “нефть - вода”; напорные трубчатые дырчатые коллекторы нижнего слива размещены в одном из отстойников, а верхнего слива - в другом; отстойники расположены на расстоянии друг от друга не менее чем 67 диаметров цилиндрической камеры гидроциклона; каждый отстойник снабжен коалесцирующей гидродинамической гидрофобной крупнозернистой гранулированной загрузкой, расположенной между перегородками и на 2/3 высоты загрузки ниже горизонтальной оси отстойника.