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 сточных вод по а.с. СССР №956438, МПК⁶ 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 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, Бюл. №48, включающее гидроциклон с патрубками подвода исходной воды, отвода верхнего слива нефтепродуктов и нижнего слива очищенной воды, приспособления для распределения сточной воды, камеру очистки сточных вод, снабженную вертикальной перегородкой, отделяющей камеры верхнего и нижнего сливов гидроциклона, расположенными наклонно к горизонтали и в верхней их части соединенных 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 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, 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 цилиндрических камер. Отстойник имеет разделительные перегородки, делящие отстойник на рабочую и буферную зоны. В верней части отстойника расположены нефтесборники с патрубками для отвода нефти. Устройство для отвода очищенной воды с отбойником расположены 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 недостаточная эффективность очистки нефтесодержащих сточных вод (НСВ) вследствие перемешивания потоков эмульсии верхнего и нижнего сливов друг с другом и эмульсией, содержащейся в верхней части отстойника, с образованием общего потока эмульсии высокой полидисперсной внутренней нефтяной фазой, что снижает эффект очистки НСВ.

Низкий эффект очистки также обусловлен тем, что отстойник оборудован распределителями, расположенными в нефтяной (гидрофобной) фазе (слое), которые обладают относительно низкой степенью равномерности распределения НСВ по живому сечению отстойника и не оказывают разрушающие действия на промежуточный слой, т.е. сохраняется возможность образования промежуточного агломератного слоя на границе раздела фаз ″нефть-вода″ из примесей, содержащихся в НСВ. По мере роста и уплотнения этого слоя в процессе фильтрования НСВ через нефтяной слой, механические примеси выносятся потоком НСВ, загрязняют очищенную воду, снижая эффект очистки НСВ.

Недостатком данного устройства является также несовершенство системы сбора и удаления осадка со дна отстойника, которая не позволяет собрать и удалить осадок достаточно полно, своевременно и без отключения установки с работы.

Изобретение направлено на повышение эффекта очистки НСВ за счет совершенствования конструкции и размещения устройств распределения исходной НСВ, сбора и удаления очищенной воды; устройств смыва, сбора и удаления осадка со дна отстойника, а также совершенствования и размещения гидродинамических коалесцирующих насадок.

Решение задачи достигается тем, что в предлагаемом устройстве, включающем 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 оно снабжено гидравлически, гидродинамически, технологически взаимосвязанными не менее чем тремя секциями отстаивания, из которых две крайние секции снабжены коалесцирующими гидродинамическими крупнозернистыми гидрофобными фильтрами, расположенными между четырьмя перегородками, из которых две крайние выполнены не доходящими до нижней части крайних секций и две средние - не доходящими до верха средней секции; крайние секции снабжены распределителями воды, выполненными в виде трубчатых коллекторов с ответвлениями, снабженными расположенными перпендикулярно к их горизонтальной оси в шахматном порядке закручивающими устройствами в виде цилиндроконических гидроциклонов, с одним наглухо закрытым сверху торцом и другим снизу открытым, выполненным в виде сходящего сопла и присоединенными попеременно разносторонними к их цилиндрической части корпуса тангенциальными патрубками, с направленными вверх открытыми концами сопел; распределители расположены ниже уровня границы фаз ″нефть-вода″; нижняя часть средней секции снабжена водосборным устройством, выполненным в виде трубчатого коллектора с присоединенными к нему трубчатыми дырчатыми ответвлениями с отверстиями, расположенными снизу с двух сторон от вертикальной оси ответвления в шахматном порядке под углом не более 30° к вертикальной оси; посередине нижняя часть каждой из двух крайних секций снабжена как минимум двумя патрубками отвода осадка, объединенными трубопроводом; в нижних частях крайних секций в зоне накопления осадка установлены устройства смыва осадка, выполненные в виде замкнутого трубчатого коллектора - напорного кольца, снабженного закручивающими устройствами, установленными перпендикулярно и направленными открытым сходящим соплом в сторону патрубков отвода осадка; напорный кольцевой коллектор снабжен с двух противоположных сторон симметрично расположенными как минимум двумя подводящими кольцевыми патрубками одинакового диаметра с кольцевым коллектором.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для очистки нефтесодержащей сточной воды (НСВ), на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - разрез I-I, на фиг.4 - схема узлов для распределения исходной НСВ, на фиг.5 - схема узлов для смыва осадка.

Устройство состоит из трубопровода 1 для подачи исходной нефтесодержащей сточной воды (НСВ), напорного трубчатого кольца 2, связанного с напорными гидроциклонами 3, например пятью гидроциклонами, но как минимум двумя гидроциклонами с патрубками 4 для подачи исходной НСВ, отвода верхнего слива 5 и отвода нижнего слива 6. Напорное кольцо 2 служит для равномерного распределения воды по гидроциклонам 3 и давления на входе в гидроциклон 3. Гидроциклоны 3 снабжены цилиндрическими камерами верхнего слива 7 и нижнего слива 8. Камеры верхнего слива 7 снабжены напорным кольцом 9 посредством патрубков 10. Камеры нижнего слива 8 снабжены напорным кольцом 11 посредством патрубков 12.

Напорные кольца 9 и 11 служат для равномерного сбора и отвода воды соответственно из камер 7 и 8 через соответствующие патрубки 10 и 12. Напорные кольца 9 и 11 трубопроводами 13 и 14 соответственно соединены распределительными устройствами 15 и 16 отстойника 17.

Отстойник 17 имеет две крайние разделительные перегородки 18 и 19, не доходящие до нижней части отстойника 17 и две среднеразделительные перегородки 20 и 21, не доходящие до верхней части отстойника 17. Перегородки 18, 19, 20, 21 делят отстойник 17 на следующие рабочие секции: крайние 22 - секция очистки НСВ отстаиванием, куда НСВ поступает через распределительное устройство 15 и 23 - секция очистки НСВ отстаиванием, куда НСВ поступает через распределительное устройство 16; средняя 24 - секция доочистки НСВ отстаиванием.

Распределительные устройства 15 и 16 служат для равномерного распределения НСВ по живому сечению рабочих крайних секций 22 и 23 отстойника 17 соответственно. Распределительные устройства 15 и 16 по конструкции аналогичны и состоят из трубчатых коллекторов соответственно 25 и 26, а также трубчатых ответвлений 27 и 28 (фиг.1, 2, 4). Ответвления 27 и 28 снабжены закручивающими устройствами 29 (фиг.4), выполненными в виде цилиндроконического гидроциклона 29, одним наглухо закрытым сверху торцом 30, например круглой заглушкой при помощи сварки, и другим снизу открытым сходящим соплом 31. К цилиндрическому корпусу закручивающего устройства 29 тангенциально присоединен патрубок 32 для подачи НСВ из ответвлений 28 (27) во внутреннюю его полость. На выходе открытого сходящего сопла 31 закручивающего устройства 29 образуется широкая закрученная струя 33 (закрученный поток НСВ) (фиг.4), которая имеет большой угол расширения (α), меньшую дальнобойность (l), повышенную эжекционную способность.

Закручивающие устройства 29 присоединены к ответвлениям 26, 27 с двух противоположных сторон в шахматном порядке с попеременно разносторонними тангенциальными патрубками 32, так, что образующиеся закрученные потоки вращаются у одного устройства 29 по часовой стрелке, у другого по шахматному порядку - против часовой стрелки. Распределительные устройства 15 и 16 расположены ниже уровня границы фаз 34 “нефть (35) - вода (36)”, что предотвращает образование промежуточного агломератного слоя на границе фаз 34.

Все это предотвращает образование промежуточного агломератного слоя на границе фаз 34 “нефть (35) - вода (36)”, а также способствует интенсивной коалесценции (укрупнению) капель нефти, их переход в слой нефти (массопередаче, массообмену). В результате увеличивается стабильность процесса и эффект очистки НСВ.

Нижние части секции 22 и 23 по дну отстойника 17 снабжены по центру патрубками 37, например, четыре-пять патрубков 37 в каждой секции (как минимум два патрубка в каждой секции) для сбора, удаления осадка и опорожнения секции 22 и 23 отстойника 17. Выше патрубков 37 в зоне накопления осадка 38 расположено устройство для смыва осадка, выполненное в виде замкнутого трубчатого коллектора - напорного кольца 39, снабженного закручивающими устройствами 40 (фиг.1, 2, 3, 5), которые по конструкции аналогичны закручивающим устройствам 29 (см. фиг.4). Закручивающие устройства 40 своими патрубками 32 установлены перпендикулярно к кольцевому коллектору 39 с двух его сторон в шахматном порядке и направлены своим открытым сходящим соплом 31 в сторону патрубков 37. Все это позволяет увеличить эжекционную способность, эффективность смыва и наиболее полному удалению осадка из секций 22 и 23 отстойника 17.

Напорный кольцевой коллектор 39 снабжен с двух сторон симметрично расположенными как минимум двумя подводящими воду кольцевыми патрубками (трубопроводами) 41 одинакового диаметра с кольцевым коллектором 39, что способствует равномерной подаче воды в закручивающие устройства 40 и их стабильной работе при максимально одинаковых условиях.

Все патрубки 37 каждой секции 22 и 23 отстойника 17 объединены трубопроводами соответственно 42 и 43 для отвода осадка в шламонакопитель.

Секции 22 и 23 отстойника 17 снабжены гидродинамическими коалесцирующими фильтрами (насадками) 44 и 45, загрузкой которых служит крупнозернистый гидрофобный материал, например: полиэтилен, полипропилен, гидрофобизированный керамзит дробленый или недробленый и др.

Нижняя часть секции 24 снабжена трубчатым коллектором 46 с присоединенным к ним трубчатыми дырчатыми коллекторами - ответвлениями 47 и патрубком 48, служащими для равномерного сбора и отвода очищенной воды. При этом отверстия 49 на ответвлениях 47 расположены снизу в шахматном порядке под углом не более 30° к вертикальной оси коллектора-ответвления 47.

Для опорожнения секции 24 служит патрубок 50, а опорожнение секций 22 и 23 может осуществляться через патрубки 37 и трубопроводы 42 и 43 соответственно.

В верхней части секций 22, 23 и 45 расположены нефтесборники 51 с патрубками 52 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 и патрубки 4 в гидроциклоны 3 (например, пять 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 (коалесценция) капель нефти, увеличивается монодисперсность внутренней нефтяной фазы НСВ, в также происходит разделение НСВ на два потока эмульсии, 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 по патрубкам 5 и 6 поступают в цилиндрические камеры 7 и 8 в виде закрученных струй, при этом увеличивается время гидродинамической обработки 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 капель; 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 эффект очистки НСВ. Далее НСВ из цилиндрических камер 7 поступает в напорное кольцо 9, откуда по трубопроводу 13 в распределитель 15. Через закручивающее устройство 29 распределителя 15 в виде равномерно распределенного потока широко закрученных струй эмульсия подается в высококонцентрированный по нефти слой эмульсии. В области границы фаз “нефть (35) - вода (36)” закрученные струи эмульсии создают зону турбулентного перемешивания с одновременным вовлечением эжектируемой части эмульсии с окружающих слоев. Происходит интенсивное перемешивание содержимого слоя нефти 35 и потока струй НСВ; интенсифицируется процесс эффективной коалесценции капель нефти, переход укрупнившихся капель нефти в слой уловленной нефти 35, в результате осуществляется эффективная контактная очистка НСВ от нефти.

Уловленная нефть из верхних частей секции 22 и 23 по мере накопления удаляется через нефтесборники 51 и патрубки 52.

НСВ из цилиндрических камер 8 по патрубку 12 поступает в напорное кольцо 11, далее по трубопроводу 14 в распределитель 16 и через закручивающее устройство 29 распределителя 16 в виде равномерно распределенного потока широко раскрученных струй эмульсии подается в высококонцентрированный по нефти слой эмульсии. Далее в секции 23, в условиях интенсивного турбулентного перемешивания потоков НСВ, происходит коалесценция и контактная очистка НСВ аналогично вышеописанному.

Мелкодисперсные частицы нефти, вынесенные потоком воды из секций 22 и 23 отстойника 17, вместе с потоком воды поступают в насадки 44 и 45, и при фильтрации в направлении снизу-вверх частицы нефти укрупняются в слоях фильтрующих загрузок 44 и 45 соответственно, и всплывают в зоне 24, накапливаются в верхней части 35 этой зоны, а далее по мере накопления удаляются через нефтесборник 51 и патрубок 52.

Очищенная вода удаляется из секции 24 через коллектора 46 с ответвлениями 47 и патрубок 48.

Механические примеси осаждаются в секциях 22 и 23, накапливаются на дне отстойника 17. Для удаления накопленного осадка 39 со дна секций 22 и 23 отстойника 17 в напорные кольцевые коллекторы 39 по кольцевым трубопроводам 41 и патрубкам 53 подается под напором вода, которая вытекает из закручивающих устройств 40 и одновременно вовлекает часть осадка с окружающих слоев, перемешивает и смывает его к патрубкам 37. Далее взмученный и смытый осадок по трубопроводам 42 и 43 (соответственно секции 22 и 23) отводится в шламонакопитель.

Достоинством предлагаемого устройства являются разделение отстойника на три взаимосвязанные секции очистки, высокий и стабильный эффект очистки; высокая удельная производительность; оперативность и возможность достаточно полного удаления осадка без отключения устройства (аппарата) из работы и без нарушения нормальной его работы; уменьшение количества аппаратов при большой производительности и в связи с этим сокращение длин трубопроводов обвязки и количества запорно-регулирующей арматуры; компактность и высокоиндустриальность его изготовления и монтажа; сокращение сроков монтажа, строительства; дает возможность для создания эффективной технологии очистки НСВ при наименьших материальных, трудовых, временных 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 гидроциклон, цилиндрические камеры на выходе верхнего и нижнего сливов гидроциклона, отстойник с перегородками, делящими его на рабочую и буферную секции. В верхней части рабочей секции расположены распределительные устройства для воды из верхнего и нижнего сливов гидроциклона, патрубки для отвода нефти, очищенной воды и осадка. Устройство снабжено тремя секциями отстаивания, из которых две крайние снабжены коалесцирующими гидродинамическими крупнозернистыми гидрофобными фильтрами, расположенными между четырьмя перегородками. Крайние секции снабжены распределителями воды в виде трубчатых коллекторов с ответвлениями, снабженными закручивающими устройствами в виде цилиндроконических гидроциклонов, с одним наглухо закрытым сверху торцом и другим снизу открытым, выполненным в виде сходящего сопла. Технический результат состоит в повышении эффективности очистки. 5 ил.

Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод, включающее 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 отстойник имеет гидравлически, гидродинамически, технологически взаимосвязанные не менее чем три секции отстаивания, из которых две крайние секции снабжены коалесцирующими гидродинамическими крупнозернистыми гидрофобными фильтрами, расположенными между четырьмя перегородками, из которых две крайние выполнены не доходящими до нижней части крайних секций и две средние не доходящими до верха средней секции; крайние секции снабжены распределителями воды, выполненными в виде трубчатых коллекторов с ответвлениями, снабженными расположенными перпендикулярно их горизонтальной оси в шахматном порядке закручивающими устройствами в виде цилиндроконических гидроциклонов, с одним наглухо закрытым сверху торцом и другим снизу открытым, выполненным в виде сходящего сопла, и присоединенными попеременно разносторонними к их цилиндрической части корпуса тангенциальными патрубками, с направленными вверх открытыми концами сопел; при этом распределители расположены ниже уровня границы фаз "нефть - вода"; нижняя часть средней секции снабжена водосборным устройством, выполненным в виде трубчатого коллектора с присоединенными к нему трубчатыми дырчатыми ответвлениями с отверстиями, расположенными снизу с двух сторон от вертикальной оси ответвления в шахматном порядке под углом не более 30° к вертикальной оси; посередине нижняя часть каждой из двух крайних секций снабжена как минимум двумя патрубками отвода осадка, объединенными трубопроводом; в нижних частях крайних секций в зоне накопления осадка установлены устройства смыва осадка, выполненные в виде замкнутого трубчатого коллектора - напорного кольца, снабженного закручивающими устройствами, установленными перпендикулярно и направленными открытым сходящим соплом в сторону патрубков отвода осадка; напорный кольцевой коллектор снабжен с двух противоположных сторон симметрично расположенными как минимум двумя подводящими кольцевыми патрубками одинакового диаметра с кольцевым коллектором.