СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2010 года по МПК C02F1/40 

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для выделения из них различных примесей, например нефтепродуктов.

Известен способ очистки нефтесодержащих сточных жидкостей, включающий их подачу в резервуар под поверхность сточных вод в резервуаре затопленной струей под давлением с последующей флотационной очисткой воды от примесей в зоне, изолированной от зоны насыщения сточных вод воздухом (SU № 996332, МКИ C02F 1/00, 1981).

Недостаток этого решения - неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных вод из-за низкой степени их аэрирования.

Известен также способ очистки нефтесодержащих сточных жидкостей, включающий их аэрирование подачей струями в объем аэрируемой жидкости через объем воздуха, находящийся под давлением, большим атмосферного, в полости герметичного кожуха, нижняя часть которого контактирует с аэрируемым объемом жидкости, последующее флотирование аэрированной жидкости при атмосферном давлении с удалением сфлотированных загрязнений, последующий нагрев жидкости, очищенной на первом этапе, и ее повторное флотирование во флотационном отсеке герметичного бака, в полости которого над поверхностью жидкости поддерживают давление паровоздушной смеси меньше атмосферного (см. патент на ПМ № 72965, МКИ C02F 1/40, 2006.01).

Недостатком этого решения также является неудовлетворительная степень очистки нефтесодержащих сточных жидкостей от тонкодисперсных примесей, равномерно распределенных по их объему из-за недостаточно высокого качества аэрирования их объема (степени насыщения, равномерности распределения воздушных пузырьков по объему вод и их дисперсности). Кроме того, в связи с малыми размерами пузырьков воздуха (что характерно для очистки вакууммированием) скорость флотации, определяемая скоростью их всплытия, невысока, что предопределяет невысокую производительность устройства.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в повышении степени аэрирования объема нефтесодержащих сточных жидкостей и повышении скорости флотации при очистке вакууммированием нефтесодержащих сточных жидкостей от тонкодисперсных примесей, равномерно распределенных по их объему.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что повышается степень аэрирования нефтесодержащих сточных жидкостей при одновременном повышении равномерности аэрирования их объема тонкодисперсными пузырьками воздуха и в обеспечении устойчивой поверхности раздела фаз пар-жидкость в объеме жидкости внутри вертикальных каналов за счет формирования в них дополнительных паровых зон (пузырей) и интенсивного сброса в них воздушной и паровой фазы. Их последующее слияние при подъемном движении формирует по высоте вертикальных каналов паровые прослойки в объеме жидкости, что обусловливает сброс в нее мелкодисперсной воздушной фазы при вакуумной флотации в виде пенных образований, вынос которых на свободную поверхность флотируемого объема жидкости происходит с более высокой скоростью, что увеличивает интенсивность и скорость флотации.

Поставленная задача решается тем, что способ очистки нефтесодержащих сточных жидкостей, включающий их аэрирование подачей струями в объем аэрируемой жидкости через объем воздуха, находящийся под давлением, большим атмосферного, в полости герметичного кожуха, нижняя часть которого контактирует с аэрируемым объемом жидкости, последующее флотирование аэрированной жидкости при атмосферном давлении с удалением сфлотированных загрязнений, последующий нагрев жидкости, очищенной на первом этапе, и ее повторное флотирование во флотационном отсеке герметичного бака, в полости которого над поверхностью жидкости поддерживают давление паровоздушной смеси меньше атмосферного, отличается тем, что струю очищаемой жидкости вводят в объем аэрируемой жидкости через воздушный кратер, который формируют в поверхностном слое этой жидкости, для чего струю очищаемой жидкости подают по оси потока сжатого воздуха, ориентированного перпендикулярно поверхности объема аэрируемой жидкости, при этом формируют кольцевой слой воздуха, непосредственно контактирующий со струей очищаемой жидкости, который подают встречно, кроме того, нагрев жидкости, отобранной для повторного флотирования, осуществляют до температуры, близкой к температуре насыщения в паровоздушном пространстве герметичного бака, флотационный отсек которого разделяют на вертикальные каналы, к стенкам которых подводят теплоту в количестве, достаточном для формирования в сечении каналов паровой фазы, при этом нагретую повторно флотируемую жидкость пропускают через названные вертикальные каналы флотационного отсека с возможностью ее взаимодействия с паровой фазой, формируемой в сечении вертикальных каналов флотационного отсека.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.

Признак «…струю очищаемой жидкости вводят в объем аэрируемой жидкости через воздушный кратер…» направлен на повышение степени насыщения вод воздухом.

Признак, указывающий, что воздушный кратер «формируют в поверхностном слое этой жидкости» обеспечивает возможность формирования на поверхности жидкости воздушного кратера (при ее обдуве перпендикулярным потоком сжатого воздуха).

Подача струи очищаемой жидкости «по оси потока сжатого воздуха» обеспечивает «точную привязку» положения оси потока жидкости к оси симметрии объема воздушного кратера.

Признак «…ориентированного перпендикулярно поверхности объема аэрируемой воды…» обеспечивает максимальную эффективность процесса формирования воздушного кратера и его симметричность относительно оси потока воздуха.

Признак «…формируют кольцевой слой воздуха, непосредственно контактирующий со струей очищаемой жидкости, который подают встречно…» направлен на интенсивную деформацию поверхности струи рабочей жидкости и образование на ней кольцевых волн, обусловливающих повышение коэффициента эжекции и увеличение степени насыщения очищаемого объема жидкости воздухом.

Признак «…нагрев жидкости, отобранной для повторного флотирования, осуществляют до температуры, близкой к температуре насыщения в паровоздушном пространстве герметичного бака…» обеспечивает устойчивую поверхность раздела фаз пар-жидкость в объеме жидкости внутри вертикальных каналов за счет формирования в них дополнительных паровых зон (пузырей) и интенсивного сброса в них воздушной и паровой фазы

Признаки «…флотационный отсек, который разделяют на вертикальные каналы, к стенкам которых подводят теплоту в количестве, достаточном для формирования в сечении каналов паровой фазы…» обеспечивают возможность интенсивного теплового воздействия (обеспечивающего интенсивное парообразование) на поток жидкости - формирование в них центров парообразования, обеспечивающих формирование дополнительных свободных поверхностей раздела фаз внутри объема жидкости.

Признак «нагретую повторно флотируемую жидкость пропускают через названные вертикальные каналы флотационного отсека с возможностью ее взаимодействия паровой фазой, формируемой в сечении вертикальных каналов флотационного отсека…» направлен на «сбор» тонкодисперсных пузырьков воздуха с прилипшими к ним тонкодисперсными частицами примесей с последующим всплытием с высокой скоростью к поверхности жидкости флотируемого объема.

На фиг.1 схематически показан поперечный разрез устройства, обеспечивающего реализацию заявленного способа; на фиг.2 - фиг.4 - узлы А, В и С этого устройства, и на фиг.5 показан разрез флотационного отсека герметичного бака.

Устройство для очистки нефтесодержащих сточных вод содержит емкость (атмосферный резервуар) 1, подводящую трубу 2 с сопловым насадком 3, кожух 4, конец 5 которого выполнен конфузорным, отбойник 6, флотирующий отсек 7 с открытыми верхними кромками, зазор между стенками отбойника 6 и внешними стенками резервуара 1, являющийся накопительным отсеком 8 резервуара 1. Кожух 4 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси в отбойнике 6 и крепится в рабочем положении по высоте резьбовыми зажимами 9, установленными на крышке 10 атмосферного резервуара 1. Внутри кожуха 4 размещены центрирующие радиальные косынки 11 с центрирующими кольцами 12, в которых установлен дополнительный кожух 13 с возможностью вертикального осевого перемещения относительно кожуха 4. Его крепление в рабочем положении осуществляют уплотнительным воротником 14, установленным на верхней крышке 15 кожуха 4. Здесь же смонтирован воздушный патрубок с дроссельно-запорным клапаном 16, регулирующий давление воздуха соответственно в кожухе 4 и дополнительном кожухе 13 на рабочих режимах. Внутри дополнительного кожуха 13 размещена подводящая труба 2 рабочей жидкости с возможностью вертикального осевого перемещения. Ее крепление в рабочем положении осуществляют уплотнительным узлом 17 на верхнем днище дополнительного кожуха 13. Нижний участок подводящей трубы 2 заключен в рубашку 18, конец которой выполнен в виде конфузорного насадка 19. Рубашка 18 имеет возможность осевого перемещения вдоль трубы рабочей жидкости 2 и крепится на ней резьбовым узлом 20. Между цилиндрической частью рубашки 18 и конфузорного насадка 19 установлен кольцевой желоб 21. Над верхней плоскостью кольцевого желоба 21 и под резьбовым узлом 20 в вертикальной стенке рубашки 18 по периметру выполнены сквозные отверстия 22. Сквозные отверстия 22, расположенные над верхней плоскостью кольцевого желоба 21, обеспечивают напорный вход воздуха из полости дополнительного кожуха 13 в полость рубашки 18, а сквозные отверстия 22 под резьбовым узлом 20 обеспечивают выход воздуха из полости рубашки 18 в полость дополнительного кожуха 13, что обусловливает встречное движение кольцевого слоя воздуха и напорной рабочей струи жидкости. Возможность осевого перемещения рубашки 18 относительно трубы 2 рабочей жидкости и дополнительного кожуха 13 позволяет изменять длину стабилизированного потока жидкости, истекающей из соплового насадка 3. Центрирование рубашки 18 относительно дополнительного кожуха 13 и трубы рабочей жидкости 2 выполнено установкой центрирующих колец и косынок внутри кожуха 13 аналогично кожуху 4. Срез дополнительного кожуха 13 размещен на уровне конфузорного насадка 19 рубашки 18 подводящей трубы 2, кромка которого размещена на расстоянии от кромки выпускного отверстия кожуха 4. Кроме того, полость дополнительного кожуха 13 сообщена с источником 23 сжатого воздуха. Возможность вертикального осевого перемещения кожуха 4, дополнительного кожуха 13 и подводящей трубы 2 позволяет изменять давление воздуха в кожухе 4 на рабочих режимах, а также геометрические параметры струи рабочей жидкости и воздушного кратера на поверхности жидкости.

Полости кожуха 4 и дополнительного кожуха 13 подключены к источнику сжатого воздуха - компрессору (на фиг.1 не показан).

Накопительная зона 8 емкости 1 связана трубопроводом 43 с герметичным баком 27, выполненным в виде отдельной емкости с вертикальной отбойной перегородкой 28, разделяющей его на флотационный 29 с открытыми верхними кромками и накопительный 30 отсеки (зазор между стенками отбойника 28 и внешними стенками герметичного бака 27). В нижней части герметичного бака 27 расположена распределительная камера 31, полученная установкой поперечной перегородки 32, ограниченная вертикальной отбойной перегородкой 28. Распределительная камера 31 переходит во флотационный отсек 29. В распределительной камере 31 смонтирован теплообменник 33 для нагрева воды, прошедшей ступень флотации при атмосферном давлении. Температура нагреваемой воды доводится до температуры насыщения, соответствующей давлению в паровоздушном пространстве над слоем пены 34 в герметичном баке 27.

Во флотационном отсеке 29 смонтированы плоскоовальные нагревательные элементы 35, скомпонованные в вертикальные панели. Между плоскоовальными нагревательными элементами 35, образующими вертикальные щелевые каналы 36, установлены профильные вставки 37, изготовленные из фторопласта, состоящие из левой и правой симметричных частей, плотно прилегающих к овальным зонам плоскоовальных нагревательных элементов 35. Концевые участки левой и правой симметричных частей вставок 37 также плотно прилегают друг к другу. Ширина профильных вставок 37 равна ширине плоскоовальных нагревательных элементов 35. Вдоль центральной части верхней и нижней впадин профильной вставки 37 выполнен продольный желобок 38, а остальная поверхность впадин плотно прилегает к обращенным к ним поверхностям плоскоовальных нагревательных элементов 35, причем полость продольного желобка 38 сообщена с вертикальным щелевым каналом 36 канавками 39. Канавки 39 расположены по длине профильных вставок 37, их количество определяется интенсивностью парообразования на поверхностях плоскоовальных нагревательных элементов в зоне продольных желобков 38. Поверхность дна продольного желобка 38 параллельна остальной поверхности впадин профильной вставки 37. Кроме того, полости продольных желобков 38 сообщены друг с другом посредством вертикального канала 40, образованного вертикальными стенками симметричных половин профильных вставок 37, длина которого ограничена зоной плотного прилегания симметричных половин вставок 37 на их концевых участках. Вертикальный канал 40 обусловливает проход жидкости и части паровой фазы из нижерасположенных продольных желобков 38 в верхние.

Плоскоовальные нагревательные элементы 35 замыкаются на входной и выходной коллекторы 41 греющей среды. Герметичный бак 27 и атмосферный резервуар 1 снабжены соответственно приемными емкостями 42 и 26 сбора сфлотированного продукта. Кроме того, на чертежах показаны отводные патрубки 24 и 25 атмосферного резервуара 1. Отводной патрубок 24 атмосферного резервуара 1 обеспечивает отвод сфлотированного продукта (пены), размещен на стенках резервуара 1 на уровне, соответствующем уровню жидкости в нем, а отводной патрубок 25 - осуществляет отвод сфлотированного продукта в камеру 26, а также показаны трубопровод 43, отводной 44 и воздушный 45 патрубки, патрубок 46 для отвода очищенной воды и дренажный патрубок 47 герметичного бака 27.

Перечисленные элементы и детали не отличаются по конструкции и материалам от известных элементов и деталей, используемых по сходному назначению, при сходных требованиях по прочности, производительности и т.п.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Рабочие параметры в устройстве доводят до номинала, а именно флотирующий отсек 7 и атмосферный резервуар 1 заполняют водой до верхних кромок стенок отбойника 6 (целесообразно на этапе запуска использовать очищенную воду).

Подвижный кожух 4 погружают в жидкость на глубину, соответствующую рабочему давлению воздуха в кожухе 4 в процессе аэрации. При этом расположенный в кожухе 4 подвижный дополнительный кожух 13 в сборе с трубой 2 и рубашкой 18 устанавливают по высоте с зазором, между нижним срезом кожуха 13 и конфузором 5 кожуха 4, определяемым режимными параметрами процесса. Рубашку 18 предварительно устанавливают на подводящей трубе 2 с соответствующим зазором среза сопла 3 и среза конфузорного насадка 19 для обеспечения соответствующей рабочему режиму длины стабилизированного участка истекающей струи из сопла 3.

Подают воздух по трубопроводу 23 в кожух 4 при закрытом клапане подачи воздуха на линии 23 в дополнительный кожух 13, вытесняя воду из флотирующего отсека 7 в накопительный 8, с последующим переливом по отводящему патрубку 25 в камеру 26 сфлотированного продукта с последующим ее дренированием. При этом рабочий уровень жидкости в кожухе 4 устанавливается над конфузором 5 кожуха 4, обеспечивая высоту слоя между нижним основанием конфузора и свободной поверхностью жидкости порядка 50-80 мм в зависимости от режимных параметров процесса. Затем подают воздух в дополнительный кожух 13, обеспечивая формирование воздушного кратера определенных геометрических параметров в поверхностном слое жидкости в кожухе 4, и регулируют рабочее давление в кожухе 4 путем дросселирования воздуха через дроссельно-запорный клапан 16 с контролем рабочего давления по манометру в верхней части кожуха.

Подают рабочую жидкость по трубе 2 и регулируют рабочие параметры в установке, доводя до номинала, при соответствующих рабочих давлениях воздуха (в пределах 1-2 ата) в кожухе 4.

Воздушная струя, выходящая из нижнего основания дополнительного кожуха 13, формирует на поверхности воды в кожухе 4 воздушный кратер, представляющий собой параболоид вращения, глубина и диаметр которого зависят от скорости воздушной струи, вытекающей из основания дополнительного кожуха 13. В кратер с высокой скоростью из сопла 3 трубы 2 подают струю рабочей жидкости, взаимодействующую с криволинейной поверхностью дна кратера и эжектирующую воздух с повышенным давлением, осуществляя процесс аэрации.

Возможность осевого вертикального перемещения кожуха 4, подводящей трубы 2 и дополнительного кожуха 13 позволяет изменять геометрические параметры истекающей струи, кратера и изменять степень аэрирования жидкости на рабочих режимах.

Избыточное давление воздуха в кратере в поверхностном слое жидкости, обусловленное дополнительной воздушной струей кожуха 13, обеспечивает повышенную эжектирующую способность водяной струи, вытекающей из соплового насадка 3.

Далее очищенную на первом этапе воду подают по трубопроводу 43 в распределительную камеру 31 герметичного бака 27. Здесь очищаемые воды проходят по тепловоспринимающему контуру теплообменника 33 и нагреваются теплотой низкопотенциальных сред (например, водой системы охлаждения двигателей, отработанным паром и т.д.) до температуры, близкой к температуре кипения, соответствующей давлению насыщения над свободной поверхностью жидкости в баке 1 (для справки: при Р=0,006 МПа; tc=36°C).

При температуре греющей среды 80-90°С (например, вода из системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания) в продольных желобках 38 профильных вставок 37 создается устойчивый режим кипения вследствие достаточного перегрева пристенных слоев жидкости относительно температуры насыщения жидкости в объеме флотационного отсека 29. Паровая фаза выходит в объем жидкости вертикальных каналов 36 через канавки 39 профильных вставок 37, образуя устойчивые центры кипения и парообразования на поверхности плоскоовальных нагревательных элементов 35.

Паровые пузыри располагаются по центру вертикальных каналов 36, обеспечивая интенсивный сброс в них мелкодисперсной воздушной среды и сфлотированных примесей. В процессе всплытия и роста паровых образований по высоте вертикальных каналов 36 образуются устойчивые паровые зоны, создающие внутри жидкости дополнительные поверхности раздела пар-жидкость.

В итоге увеличение массового газопарового содержания жидкости приводит к интенсивному подъемному движению в вертикальных щелевых каналах 36, что обусловливает значительную интенсификацию процессов вакуумной флотации с глубокой очисткой от коллоидных растворов, ароматических фракций и мелкодисперсных нерастворенных примесей.

Совместное выделение коллоидных и мелкодисперсных включений на поверхности раздела фаз в объеме жидкости вертикальных каналов 36 и дополнительное выделение мелкодисперсных включений на поверхности герметичного бака 27 в виде слоя пены 34 ведет к интенсификации процесса флотации в сравнении с обычным вакуумным режимом флотации жидкостей.

Слой пены 34, содержащий сфлотированные примеси, периодически удаляют известным способом через отводные патрубки 44. Пары нефтепродуктов и воды удаляют через воздушный патрубок 45 герметичного бака 27 в процессе работы вакуум-насоса, после чего они известным образом отделяются от воздуха и разделяются друг от друга (либо сбрасываются в нефтесодержащие воды, подлежащие очистке). Очищенная вода как более плотная среда увлекается вниз ко дну герметичного бака 27, при этом вертикальная отбойная перегородка 28 предотвращает попадание примесей в очищенную воду в процессе ее движения вниз, к патрубку 46 герметичного бака 27. Для периодической очистки дна герметичного бака 1 от накапливающегося шлама используют дренажные патрубки 47.

Конечная степень очистки воды, обрабатываемой предлагаемым способом, достигает 99,2%, что указывает на целесообразность применения предлагаемого способа.

Изобретение относится к очистке нефтесодержащих сточных жидкостей и может использоваться в различных отраслях промышленности. Способ включает подачу струями сточных жидкостей в объем аэрируемой жидкости через объем воздуха, находящийся под давлением, большим атмосферного, последующее флотирование аэрированной жидкости при атмосферном давлении с удалением сфлотированных загрязнений, нагрев жидкости и ее повторное флотирование во флотационном отсеке герметичного бака при давлении паровоздушной смеси меньше атмосферного. Струю очищаемой жидкости вводят в объем аэрируемой жидкости через воздушный кратер, который формируют в поверхностном слое этой жидкости, для чего струю очищаемой жидкости подают по оси потока сжатого воздуха, ориентированного перпендикулярно поверхности объема аэрируемой жидкости, при этом формируют кольцевой слой воздуха, непосредственно контактирующий со струей очищаемой жидкости, который подают встречно. Нагрев жидкости осуществляют до температуры, близкой к температуре насыщения, в паровоздушном пространстве герметичного бака, флотационный отсек которого разделяют на вертикальные каналы. Нагретую жидкость пропускают через вертикальные каналы с возможностью ее взаимодействия с паровой фазой. Технический результат состоит в повышении степени аэрирования и интенсивности и скорости флотации. 5 ил.

Способ очистки нефтесодержащих сточных жидкостей, включающий их аэрирование подачей струями в объем аэрируемой жидкости через объем воздуха, находящийся под давлением, большим атмосферного, в полости герметичного кожуха, нижняя часть которого контактирует с аэрируемым объемом жидкости, последующее флотирование аэрированной жидкости при атмосферном давлении с удалением сфлотированных загрязнений, последующий нагрев жидкости, очищенной на первом этапе, и ее повторное флотирование во флотационном отсеке герметичного бака, в полости которого над поверхностью жидкости поддерживают давление паровоздушной смеси меньше атмосферного, отличающийся тем, что струю очищаемой жидкости вводят в объем аэрируемой жидкости через воздушный кратер, который формируют в поверхностном слое этой жидкости, для чего струю очищаемой жидкости подают по оси потока сжатого воздуха, ориентированного перпендикулярно поверхности объема аэрируемой жидкости, при этом формируют кольцевой слой воздуха, непосредственно контактирующий со струей очищаемой жидкости, который подают встречно, кроме того, нагрев жидкости, отобранной для повторного флотирования, осуществляют до температуры, близкой к температуре насыщения в паровоздушном пространстве герметичного бака, флотационный отсек которого разделяют на вертикальные каналы, к стенкам которых подводят теплоту в количестве, достаточном для формирования в сечении каналов паровой фазы, при этом нагретую повторно флотируемую жидкость пропускают через названные вертикальные каналы флотационного отсека с возможностью ее взаимодействия с паровой фазой, формируемой в сечении вертикальных каналов флотационного отсека.