ФЛОТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО С ПОРОГАМИ И ГИДРАВЛИЧЕСКИМ СРЕДСТВОМ ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ КАПЕЛЬ МАСЛА Российский патент 2021 года по МПК B03D1/14 B01D17/02 C02F1/40 

Настоящее изобретение относится к флотационному устройству, предназначенному для отделения одной фазы от дисперсии, содержащей по меньшей мере первую непрерывную фазу и вторую дисперсную фазу, с образованием первой фракции с низким содержанием второй дисперсной фазы и второй фракции с высоким содержанием второй дисперсной фазы. Флотационное устройство, в частности, пригодно для отделения масла от дисперсии, содержащей в качестве непрерывной фазы воду и в качестве дисперсной фазы масло, с образованием фракции чистой воды и фракции, обогащенной маслом. Кроме этого, настоящее изобретение относится к способу отделения одной фазы от дисперсии, содержащей по меньшей мере первую непрерывную фазу и вторую дисперсную фазу, в частности, отделения масла от дисперсии, содержащей в качестве непрерывной фазы воду и в качестве дисперсной фазы масло, посредством флотационного устройства.

Флотация является физическим способом разделения посредством пузырьков газа, предназначенным для отделения жидкости, такой как масло, и/или твердого материала от непрерывной фазы, такой как вода, в которой диспергированы подлежащие отделению жидкость и/или твердый материал. При флотации используется различие поверхностного натяжения твердых материалов или гидрофобных жидкостей, таких как масло, и гидрофильной жидкости непрерывной фазы, такой как вода. В качестве газов в известных процессах флотации используют, главным образом, воздух, диоксид углерода или инертные газы, такие как азот. Пузырьки газа прилипают к дисперсной фазе, что ведет к образованию агрегатов частиц дисперсной фазы и/или капель дисперсной фазы с присоединенными пузырьками газа - с меньшей плотностью, чем у непрерывной фазы. Благодаря этому агрегаты поднимаются, или всплывают, к поверхности непрерывной фазы, образуя масляно-пенный слой или шламовый слой, соответственно, который затем удаляют, например, посредством устройства для съема плавающего материала.

Выделяющимся примером применения технологии флотации является отделение мелкозернистых твердых материалов, таких как руда, от других твердых частиц в водной суспензии. Часто для стабилизации образовавшихся агрегатов с присоединенными пузырьками воздуха во флотационной ванне присутствуют поверхностно-активные вещества и стабилизаторы пены. Частицы руды лишь немного смачиваются водой и поэтому прилипают к пузырькам воздуха. Тогда как агрегаты всплывают и могут быть сняты, остальные частицы преимущественно остаются в резервуаре и откачиваются насосом по окончании процесса флотации.

Другими примерами применения технологии флотации являются бумажная промышленность и очистка стоков. При изготовлении бумаги из макулатуры смесь воды и макулатуры подвергают флотации для удаления типографской краски. Точно так же, тонкодисперсные загрязняющие частицы и суспендированные материалы всплывают и, таким образом, отделяются от воды в процессе очистки стоков.

Другим важным примером применения технологии флотации является удаление капель масла из воды. Маслосодержащие сточные воды образуются, например, в ходе добычи, обработки, транспортировки, хранения и использования нефти и продуктов на ее основе. При флотации пузырьки газа прилипают к каплям масла, диспергированным в воде, образуя, таким образом, агрегаты капель масла и пузырьков газа, которые всплывают на поверхность воды, где образуют масляно-пенный слой, который механически снимают, например, посредством шламоуловителя. Оставшуюся воду, которая по меньшей мере в значительной степени очищена от капель масла, отводят через один или более выпусков в качестве чистой воды.

Имеется, по существу, два типа флотационных процессов, а именно, флотация растворенным газом (dissolved gas flotation, DGF) и флотация с газовым барботажем (induced gas flotation, IGF). Различие между этими двумя технологиями состоит в способе создания пузырьков газа и получаемом размере пузырьков. При DGF поток воды с газом, в частности, воздухом, растворенном в воде при высоком давлении, подает во флотационное устройство, где давление сразу же снижают, таким образом, находящийся под давлением воздух выделяется, образуя мельчайшие пузырьки, которые обычно имеют средний размер от 10 до 100 мкм. Такой размер пузырьков является особенно предпочтительным в случае отделения капель масла от непрерывной водной фазы, так как пузырьки газа имеют размер того же порядка, что и капли масла, благодаря чему повышается эффективность прилипания пузырьков газа к каплям масла. Пузырьки большего размера улавливают более мелкие пузырьки со значительно меньшей эффективностью, так как расстояние между пузырьками газа линейно соотносится с их размером.

В отличие от DGF, в ходе IGF газ подают в дисперсию через смесительное устройство, такое как турбинная мешалки, эдуктор, барботер, сопло или другие устройства, где образуются пузырьки газа. В некоторых случаях основной объем газа подают в смесительное устройство отдельно, в других случаях объем газа смешивают с водой, после чего подают в смесительное устройство или генератор пузырьков. Обычно, посредством смесительных устройств этих типов получают пузырьки намного большего размера, чем в процессе DGF, то есть, пузырьки газа размером от 1 до 100 мм.

В US 2013/0075338 А1 описано флотационное устройство IGF, предназначенное для отделения масла от потока добываемой воды, которое содержит удлиненный резервуар, на одном конце которого имеется впуск добываемой воды, а на другом конце - выпуск масла и выпуск очищенной воды. В резервуаре, в его нижней половине, также имеется множество газовых эдукторов, предназначенных для введения в резервуар потока газа, а также имеется ряд расположенных на расстоянии друг от друга перфорированных перегородок, расположенных перпендикулярно продольной оси резервуара, которые разделяют резервуар на несколько ячеек. В каждой из перегородок имеется множество круглых отверстий, расположенных по треугольной схеме, и каждая перегородка размещена так, что поток воды, проходящий сквозь перфорированную перегородку, сохраняет постоянное направление потока при прохождении всего ряда перфорированных перегородок. Каждый из множества газовых эдукторов находится между парой смежных перфорированных перегородок в ряду расположенных на расстоянии друг от друга перегородок. Всплывшие агрегаты масла и газа собираются в пеноприемниках, откуда их выводят. Недостаток этого флотационного резервуара заключается в том, что эффективность отделения в нем не оптимальна, и очищенная вода по-прежнему содержит значительное количество масла. Одной из причин этого является недостаточно оптимальная эффективность образования агрегатов, т.е., пузырьки газа не прилипают, по существу, ко всем каплям масла, имеющимся в дисперсии, и поэтому не все, по существу, масло, поднимается к поверхности воды. Другой причиной является то, что масляно-пенный слой или шламовый слой, соответственно, который образуется на поверхности воды, очень липкий и не обладает достаточным количеством движения, поэтому масляно-пенный слой в недостаточной степени перемещается к пеноприемникам и, таким образом, удаляется из воды не полностью.

Ввиду вышесказанного, целью настоящего изобретения является обеспечение флотационного устройства, предназначенного для отделения одной фазы от дисперсии, содержащей по меньшей мере первую непрерывную фазу и вторую дисперсную фазу, с образованием первой фракции с низким содержанием второй дисперсной фазы и второй фракции с высоким содержанием второй дисперсной фазы, характеризующегося повышенной эффективностью отделения по меньшей мере 90%, которое, в частности, пригодно для отделения масла от дисперсии, содержащей в качестве непрерывной фазы воду и в качестве дисперсной фазы масло, с образованием фракции, обогащенной маслом, и фракции чистой воды.

В соответствии с настоящим изобретением, эта цель достигается путем обеспечения флотационного устройства, предназначенного для отделения одной фазы от дисперсии, содержащей по меньшей мере первую непрерывную фазу и вторую дисперсную фазу, с образованием первой фракции с низким содержанием второй дисперсной фазы и второй фракции с высоким содержанием второй дисперсной фазы, и, в частности, для отделения масла от дисперсии, содержащей в качестве непрерывной фазы воду и в качестве дисперсной фазы масло, с образованием фракции, обогащенной маслом, и фракции чистой воды, при этом флотационное устройство содержит резервуар, в котором имеется:

- впуск дисперсии, образующий входной конец резервуара,

- выпуск первой фракции с низким содержанием второй дисперсной фазы, образующий выходной конец резервуара,

- выпуск второй фракции с высоким содержанием второй дисперсной фазы,

- выпуск газа,

- по меньшей мере один придонный порог,

- по меньшей мере один переливной порог, при этом переливной порог расположен на некотором расстоянии и смещен по направлению к выходному концу резервуара от придонного порога,

- по меньшей мере одно средство нагнетания газа, содержащее по меньшей мере одно отверстие для нагнетания в резервуар газа или дисперсии газа в жидкости, при этом по меньшей мере одно отверстие по меньшей мере одного средства нагнетания газа расположено по вертикали ниже придонного порога или расположено между придонным порогом и переливным порогом,

- по меньшей мере одно средство удаления, предназначенное для удаления с поверхности жидкости второй фракции, образующейся в ходе функционирования флотационного устройства на поверхности жидкости, и

по меньшей мере одно гидравлическое средство, предназначенное для проталкивания второй фракции, образующейся в ходе функционирования флотационного устройства на поверхности жидкости в резервуаре, в средство удаления посредством потока жидкости, посредством газожидкостного потока и/или посредством потока газа, при этом соответствующий поток жидкости, газожидкостной поток и/или поток газа выбрасывается гидравлическим средством на поверхность жидкости в резервуаре и/или на вторую фракцию, образующуюся в ходе функционирования флотационного устройства на поверхности жидкости.

Средство, предназначенное для гидравлического проталкивания второй фракции, образующейся в ходе функционирования флотационного устройства на поверхности жидкости в резервуаре, в средство удаления, такое как пеноприемник, определяется в контексте настоящего изобретения как средство, которое, в отличие от устройства для съема плавающего материала, такого как скребок шлама, не механически толкает вторую фракцию в средство удаления, а проталкивает вторую фракцию в средство удаления посредством потока жидкости, посредством газожидкостного потока или посредством потока газа, при этом соответствующий поток жидкости, газожидкостной поток и/или поток газа выбрасывается гидравлическим средством на поверхность жидкости в резервуаре или на масляно-пенный слой (т.е., вторую фракцию, образующуюся в ходе функционирования флотационного устройства на поверхности жидкости), соответственно.

Это решение основано на неожиданном обнаружении того, что при сочетании придонного порога с переливным порогом во флотационной резервуаре, при этом переливной порог расположен по потоку далее придонного порога, в сочетании с расположением средства нагнетания газа в канале, образованном между придонным порогом и переливным порогом, в сочетании с обеспечением гидравлического средства для гидравлического проталкивания второй фракции, образующейся в ходе функционирования флотационного устройства на поверхности жидкости в резервуаре, в средство удаления, достигают создания флотационного устройства со значительно повышенной эффективностью отделения. Флотационное устройство, соответствующее настоящему изобретению, в частности, пригодно для удаления капель масла из дисперсии масла в воде с очень высокой эффективностью отделения. В частности, флотационное устройство, соответствующее настоящему изобретению, позволяет удалять намного больше 90% капель масла из водно-масляной дисперсии, вплоть до нескольких тысяч частей на миллион масла, например, удалять более 98% масла из водно-масляной дисперсии, изначально содержащей от 300 частей на миллион до 1000 частей на миллион масла. Придонный порог и переливной порог образуют входную и смесительную камеру флотационного резервуара, в которой достигается эффективное нагнетание газа и гомогенное распределение пузырьков газа в водно-масляной дисперсии вследствие особого расположения порогов и средств нагнетания газа, как описано выше. Благодаря этому пузырьки газа эффективно прилипают к каплям масла. Флотационная камера, где агрегаты пузырьков газа, прилипших к каплям масла, всплывают или уже всплыли, образуется по потоку далее переливного порога и, благодаря эффективному присоединению пузырьков газа, происходящему во входной и смесительной камере, позволяет, по существу, всем каплям масла подниматься к поверхности воды и образовывать там масляно-пенный слой или шламовый слой, соответственно. Даже если этот масляно-пенный слой очень липкий и не обладает достаточным количеством движения, он эффективно, т.е. по меньшей мере по существу, полностью, удаляется с поверхности воды путем его гидравлического проталкивания посредством гидравлического средства в средство удаления, откуда он выводится из флотационного устройства. Другим преимуществом размещения переливного порога на некотором расстоянии и смещенным в направлении выходного конца резервуара от придонного порога и наличия средства нагнетания газа, так что по меньшей мере одно отверстие средства нагнетания газа расположено по вертикали ниже придонного порога или расположено между придонным порогом и переливным порогом, является то, что агрегаты пузырьков газа, прилипших к каплям масла, уже по меньшей мере частично поднимаются в дисперсии до того, как дисперсия переместится через верхний край переливного порога. По этой причине соответствующие агрегаты не возмущают или по меньшей мере незначительно возмущают воду во флотационной камере, и вода может течь, по существу, беспрепятственно от переливного порога вниз к нижнему краю придонного порога, расположенного от него далее по потоку. В целом, настоящим изобретением обеспечивается флотационное устройство, предназначенное для отделения одной фазы от дисперсии, содержащей по меньшей мере первую непрерывную фазу и вторую дисперсную фазу, в частности, для отделения масла от воды, характеризующееся повышенной эффективностью отделения по меньшей мере 90%, в частности, по меньшей мере 98%.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения:

- по меньшей мере один придонный порог продолжается вниз от своего верхнего края, прикрепленного в верхней части (предпочтительно, к верхней стороне) резервуара, до своего нижнего края и оканчивается над дном резервуара с образованием канала между нижним краем придонного порога и дном резервуара, обеспечивая протекание дисперсии по каналу, и

- по меньшей мере один переливной порог продолжается вверх от своего нижнего края, прикрепленного ко дну резервуара, до верхнего края и оканчивается под вершиной резервуара с образованием канала между верхним краем порога и вершиной резервуара, обеспечивая протекание дисперсии через верхний край переливного порога и по каналу, при этом переливной порог расположен на некотором расстоянии и смещен в направлении выходного конца резервуара от придонного порога так, что между придонным порогом и переливным порогом образуется горизонтальный канал, по которому дисперсия может протекать от дна вверх к верхнему краю переливного порога.

Термин «дно» резервуара означает самую нижнюю плоскость, край или точку полости резервуара. Так, в случае кубического резервуара дном является внутренняя поверхность стенки нижней стороны резервуара. В случае горизонтального цилиндрического резервуара дном является самая нижняя линия стенки нижней стороны резервуара. В случае вертикального цилиндрического резервуара со сферическим отстойником дном является самая нижняя точка стенки сферического отстойника резервуара.

В соответствии с этим, термин «вершина» резервуара означает самую верхнюю плоскость, край или точку полости резервуара. Так, в случае кубического резервуара вершиной является внутренняя поверхность стенки верхней стороны резервуара. В случае горизонтального цилиндрического резервуара вершиной является самая верхняя линия стенки верхней стороны резервуара. В случае вертикального цилиндрического резервуара со сферическим верхом вершиной является самая верхняя точка стенки сферического верха резервуара.

Термин «верхняя часть» резервуара означает часть резервуара, которая, при виде в вертикальном направлении, составляет верхнюю половину резервуара.

В принципе, настоящее изобретение специально не ограничивается расположением по меньшей мере одного гидравлического средства и расположением по меньшей мере одного средства удаления в резервуаре при условии, что средство удаления обеспечивает удаление с поверхности жидкости второй фракции, образующейся в ходе функционирования флотационного устройства на поверхности жидкости, и при условии, что гидравлическое средство обеспечивает проталкивание второй фракции в средство удаления посредством потока жидкости, потока газа или потока жидкости и газа. Предпочтительно, по меньшей мере одно средство удаления, а также по меньшей мере одно гидравлическое средство, оба, расположены по потоку дальше переливного порога, т.е., во флотационной камере резервуара. Более предпочтительно, средство удаления, такое как пеноприемник, расположено на выходном конце флотационной камеры резервуара, а гидравлическое средство расположено по потоку перед средством удаления, но все же во флотационной камере резервуара.

В другом усовершенствованном варианте настоящего изобретения предполагается, что по меньшей мере одно гидравлическое средство расположено на высоте верхнего края переливного порога или на высоте, превышающей высоту верхнего края переливного порога.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, флотационное устройство содержит по меньшей мере один дополнительный придонный порог, расположенный по потоку далее по меньшей мере одного переливного порога, при этом по меньшей мере одно средство удаления и по меньшей мере одно гидравлическое средство расположены между по меньшей мере одним переливным порогом и по меньшей мере одним дополнительным придонным порогом, расположенным по потоку далее переливного порога. Так, если флотационное устройство содержит более одного переливного порога, каждый дополнительный придонный порог расположен по потоку далее каждого переливного порога, при этом каждое гидравлическое средство расположено между переливным порогом и дополнительным придонным порогом, расположенным по потоку далее соответствующего переливного порога.

Предпочтительно, все переливные пороги являются вертикальными стенками без наклонных участков, так что ни один из порогов в ходе функционирования не создает во флотационном устройстве, в частности, во флотационной камере флотационного устройства вращающийся поток. Также является предпочтительным, что устройство не содержит каких-либо других устройство создания вращающегося потока, напротив, флотационная камера реализована как стабилизирующая.

Настоящее изобретение не имеет определенных ограничений в отношении типа гидравлического средства при условии, что оно позволяет проталкивать вторую фракцию, образующуюся в ходе функционирования флотационного устройства на поверхности жидкости, в средство удаления посредством потока жидкости, потока газа или потока жидкости и газа. Так по меньшей мере одно гидравлическое средство (которое далее также кратко именуется «эжектор») представляет собой устройство, выбрасывающее поток жидкости, поток газа или поток жидкости и газа на поверхность жидкости в резервуаре и/или на вторую фракцию (в частности, масляно-пенный слой), образующуюся на поверхности жидкости в резервуаре в ходе функционирования флотационного устройства. Предпочтительно, устройство выбрасывает поток жидкости, такой как поток воды.

Как указано выше, гидравлическое средство, предназначенное для выбрасывания потока жидкости, потока газа или потока жидкости и газа на поверхность жидкости в резервуаре и/или на вторую фракцию, образующуюся на поверхности жидкости в резервуаре в ходе функционирования флотационного устройства, предпочтительно, расположено и выполнено так, что выбрасываемый поток проталкивает вторую фракцию, образующуюся на поверхности жидкости в резервуаре в ходе функционирования флотационного устройства, в средство удаления. Следовательно, эжектор, предпочтительно, расположен так, что его отверстия для выбрасывания потока находятся на высоте верхнего края переливного порога, т.е., там, где в ходе функционирования флотационного устройства находится поверхность воды, или немного выше этой высоты, например, на 20%, предпочтительно, на 10%, более предпочтительно, на 5% общей высоты резервуара выше высоты верхнего края переливного порога.

Следовательно, является предпочтительным, чтобы отверстия гидравлического средства или эжектора, соответственно, были расположены на той же высоте, что и верхний край средства удаления, или выше этой высоты.

соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, это достигается путем обеспечения в качестве по меньшей мере одного эжектора трубы, содержащей одну или более распылительные головки, при этом каждая из одной или более распылительных головок содержит по меньшей мере одно распылительное сопло. Для достижения особенно хорошего, гомогенного распределения потока жидкости, потока газа или потока жидкости и газа после его поступления в эжектор, в данном варианте осуществления настоящего изобретения является особенно предпочтительным, чтобы эжектор представлял собой трубу, содержащую две или более распылительные головки, при этом каждая распылительная головка содержит множество распылительных сопел, при этом выражение «множество распылительных сопел» означает более пяти, даже более десяти, даже более десятков или даже сотен распылительных сопел.

В другом усовершенствованном варианте настоящего изобретения предполагается, что по меньшей мере одно гидравлическое средство или эжектор, соответственно, выполнен так, что выбрасывает поток жидкости, поток газа или поток жидкости и газа в горизонтальной плоскости или под углом от более 0° до 20° вниз от горизонтальной плоскости. Так, в данном варианте осуществления изобретения является предпочтительным, чтобы по меньшей мере одно гидравлическое средство или эжектор, соответственно, был реализован с целью выбрасывания потока жидкости. При выбрасывании потока в горизонтальной плоскости или под углом от более 0° до 20° вниз от горизонтальной плоскости выбрасываемый поток, по существу, не возмущает или не завихряет, соответственно, поверхность непрерывной фазы (в частности, поверхность воды) и слой второй фракции (в частности, масляно-пенный слой), образовавшийся на ней, как было бы в случае направления потока жидкости перпендикулярно к поверхности воды. В то же время, выбрасывание потока в горизонтальной плоскости или под углом от более 0° до 20° вниз от горизонтальной плоскости позволяет выбрасывать поток так, что он эффективным образом проталкивает вторую фракцию, образующуюся на поверхности жидкости в резервуаре в ходе функционирования флотационного устройства, в средство удаления, такое как пеноприемник, расположенный по потоку далее эжектора на высоте поверхности воды.

По тем же причинам является предпочтительным, чтобы по меньшей мере одно гидравлическое средство выбрасывало поток жидкости, поток газа или поток жидкости и газа в форме пленки, по меньшей мере, на 30% ширины резервуара. В этом варианте осуществления изобретения также является предпочтительным, чтобы по меньшей мере одно гидравлическое средство или эжектор, соответственно, был реализован с целью выбрасывания потока жидкости. Более предпочтительно, по меньшей мере, одно гидравлическое средство выбрасывает поток жидкости, поток газа или поток жидкости и газа в форме пленки по меньшей мере на 50%, более предпочтительно, по меньшей мере, на 80%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, на 90%, наиболее предпочтительно, по всей ширине резервуара.

Другим усовершенствованием описанного выше варианта осуществления настоящего изобретения является то, что по меньшей мере одно гидравлическое средство выполнено так, чтобы выбрасывать поток жидкости, поток газа или поток жидкости и газа в форме по меньшей мере по существу, гомогенной пленки. Термин «пленка» в этой связи означает, что после выбрасывания потока жидкости из гидравлического средства не образуется ни аэрозоль капель жидкости в воздухе, ни несколько отдельных струй жидкости, напротив, образуется жидкая пленка или очень тонкий слой жидкости, соответственно, который проталкивает вторую фракцию в средство удаления подобно стержню, движущемуся немного выше поверхности жидкости в направлении средства удаления. Выражение «по существу, гомогенная пленка» в этой связи означает пленку жидкости, в которой перепад расхода по ширине пленки жидкости составляет менее 25% среднего расхода пленки. Для образования такой пленки жидкость должна выбрасываться через распылительную головку гидравлического средства, характеризующуюся надлежащим небольшим расстоянием между соплами распылительной головки и надлежащим большим количеством сопел распылительной головки с достаточно высоким давлением, чтобы пленка жидкости была, по существу, гомогенной. Если при этом используют распылительную головку с соплами, для образования, по существу, гомогенной пленки жидкость должна выбрасываться гидравлическим средством так, чтобы образовывалось достаточное количество капель жидкости, расположенных достаточно близко друг к другу, при достаточно высоком давлении.

Настоящее изобретение не имеет определенных ограничений в отношении типа средства удаления, используемого для удаления с поверхности жидкости второй фракции, образующейся на поверхности жидкости в ходе функционирования флотационного устройства. В частности, хорошие результаты получают, когда по меньшей мере одно средство удаления представляет собой систему съема плавающего материала, например, одну или более регулируемых систем съема плавающего материала или один или более пеноприемников. Предпочтительно, средство удаления представляет собой пеноприемник, который расположен у выходного конца резервуара, при этом, средство удаления содержит находящийся на его верхнем конце переливной край, расположенный на высоте верхнего края переливного порога. Такой пеноприемник, в сочетании с описанным выше гидравлическим средством, проталкивающим вторую фракцию к пеноприемнику, позволяет эффективным образом удалять вторую фазу (в частности, масляно-пенный слой) с поверхности непрерывной фазы (в частности, поверхности воды), не создавая завихрений или по меньшей мере без заметного возмущения поверхности непрерывной фазы и образовавшегося на ней слоя второй фракции.

Для уменьшения потерь остаточной воды, включенной во вторую фракцию или масляно-пенную смесь, соответственно, удаляемую из резервуара посредством по меньшей мере одного средства удаления по потоку далее по меньшей мере одного средства удаления может быть расположен шламоотделитель, при этом, шламоотделитель обеспечивает отделение остаточной воды от второй фракции. Отделенная вода может быть рециркулирована в резервуар флотационного устройства, предпочтительно, во впуск или в канал, образованный между придонным порогом и переливным порогом.

В соответствии с настоящим изобретением по меньшей мере одно средство нагнетания газа содержит по меньшей мере одно отверстие для нагнетания в резервуар газа или дисперсии/раствора газа в жидкости, при этом по меньшей мере одно отверстие по меньшей мере одного средства нагнетания газа расположено по вертикали ниже придонного порога или расположено в канале, образованном между придонным порогом и переливным порогом. Предпочтительно, по меньшей мере одно отверстие по меньшей мере одного средства нагнетания газа расположено в канале на некоторой высоте, которая ниже нижнего края придонного порога (однако, оно может быть расположено выше нижнего края), более предпочтительно, по меньшей мере одно отверстие по меньшей мере одного средства нагнетания газа расположено по вертикали ниже нижнего края придонного порога с целью повышения эффективности разделения.

В принципе, по меньшей мере, одно средство нагнетания газа может представлять собой любое средство нагнетания газа, известное специалистам в данной области. Предпочтительно, флотационное устройство, соответствующее настоящему изобретению, используют для DGF, следовательно, является предпочтительным, чтобы по меньшей мере одно средство нагнетания газа представляло собой средство нагнетания для DGF. Например, по меньшей мере одно средство нагнетания газа содержит трубу, в которой имеется клапан сброса давления, и в которой смесь, содержащая жидкость и газ под давлением, по потоку перед клапаном сброса давления находится под давлением (например, от 300 до 600 кПа), при этом это давление резко снижается после клапана сброса давления, в результате чего газ образует дисперсию мельчайших пузырьков, предпочтительно, со средним размером пузырьков от 10 до 100 мкм.

Для достижения достаточного гомогенного распределения пузырьков газа в дисперсии, в усовершенствованном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается, чтобы по меньшей мере одно средство нагнетания газа дополнительно включало рассекатель, в котором имеется множество отверстий, предназначенных для распределения газа в дисперсии. Предпочтительно, отверстия рассекателя круглые и имеют диаметр, например, от 10 до 30 мм. Рассекатель, например, представляет собой трубу, идущую перпендикулярно продольной оси резервуара, т.е., в направлении ширины резервуара, при этом в стенке в верхней половине трубы имеется множество отверстий.

Для достижения широкого распределения пузырьков газа также является предпочтительным, чтобы отверстия рассекателя находились по меньшей мере на 25%, предпочтительно, по меньшей мере на 50% ширины резервуара, обеспечивая гомогенное распределение пузырьков газа в дисперсии по поперечному сечению резервуара.

качестве альтернативы одному или более средствам нагнетания для DGF, возможно, даже если это является менее предпочтительным в контексте настоящего изобретения, в качестве по меньшей мере одного средства нагнетания газа использовать одно или более средств нагнетания для IGF, таких как один или более эдукторов, каждый из которых содержит одно или более сопел и мешалку.

Придонный порог, а также переливной порог, представляют собой, в частности, пластины, например, металлические пластины. Пластины могут быть частично перфорированными или неперфорированными. В частности, является предпочтительным, чтобы по меньшей мере один придонный порог имел в своей верхней части отверстия, обеспечивающие парогазовое сообщение между передней по потоку и дальней по потоку камерами по меньшей мере одного придонного порога, как это имеет место в варианте осуществления изобретения, дополнительно описываемом ниже, где в резервуаре имеется несколько ячеек, чтобы обеспечивать парогазовое сообщение между ячейками. Однако, в контексте настоящего изобретения в качестве порогов могут быть использованы другие средства.

тобы канал, образованный между придонным порогом и дном, был, с одной стороны, достаточно широким и обеспечивал достаточный приток суспензии в резервуар, позволяющий поддерживать в резервуаре образованный уровень жидкости, а также образованный выходящий из флотационного резервуара поток, но, с другой стороны, достаточно узким, чтобы использовать его вклад в повышение эффективности разделения флотационного устройства, предлагается, чтобы расстояние между дном резервуара и нижней точкой нижнего края придонного порога составляло, предпочтительно, от 10 до 25% высоты резервуара. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, где придонный порог является пластиной с прямолинейным краем, параллельным горизонтальной плоскости, все точки нижнего края придонного порога находятся на одной и той же высоте. Однако, настоящее изобретение не ограничивается такими пластинами, напротив, охватывает также пластины, края которых не параллельны горизонтальной плоскости или даже не являются прямолинейными. В этой связи высота определяется как наибольшее расстояние между самой нижней точкой стенки резервуара и самой верхней точкой стенки резервуара, т.е., в случае цилиндрического резервуара - внутренний диаметр.

Кроме этого, является предпочтительным, чтобы расстояние между самой верхней точкой верхнего края переливного порога и вершиной резервуара составляло от 20 до 50% высоты резервуара. Это позволяет поддерживать в ходе функционирования флотационного устройства достаточно высокий уровень воды и располагать во флотационной камере (которая представляет собой камеру по потоку далее переливного порога) высотой, достаточной для эффективной флотации, а во входной и смесительной камере (которая представляет собой камеру между придонным порогом и переливным порогом) - высотой, достаточной для эффективного распределения пузырьков газа и полного или по меньшей мере, по существу, полного превращения капель масла в составе дисперсии в агрегаты с прилипшими к ним пузырьками газа.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, расстояние по вертикали между придонным порогом и переливным порогом составляет от 30 до 80%, более предпочтительно, от 40 до 60% высоты резервуара. Расстояние по вертикали между придонным порогом и переливным порогом соответствует расстоянию между нижним краем придонного порога и верхним краем переливного порога.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, расстояние по горизонтали между придонным порогом и переливным порогом составляет от 10 до 25% высоты резервуара.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, резервуар флотационного устройства содержит одну или более продольных модульных ячеек, расположенных в продольном направлении резервуара. Каждая из продольных модульных ячеек, если их имеется более одной, предпочтительно, отделена от смежной продольной модульной ячейки придонным порогом. Число продольных модульных ячеек зависит от необходимой производительности флотационного устройства.

Для небольшой производительности будет достаточно резервуара с одной продольной модульной ячейкой. Резервуар может содержать устройства и элементы, описанные выше. Кроме этого, по потоку перед придонным порогом может быть обеспечена впускная область, а по потоку далее продольной модульной ячейки может быть обеспечена выпускная область. Кроме этого, является предпочтительным, чтобы в этом варианте осуществления изобретения на выходном конце резервуара был расположен второй придонный порог, и по потоку далее него - второй переливной порог, чтобы отделять флотационную камеру резервуара от выпускной области, находящейся по потоку далее нее. При такой конструкции очищенную первую фракцию (в частности, чистую воду) отводят из флотационной камеры продольной модульной ячейки сначала через придонный, а затем переливной порог.

Если требуется большая эффективность разделения, резервуар флотационного устройства может содержать от 2 до 8, более предпочтительно, от 3 до 5, наиболее предпочтительно, 4 продольных модульных ячейки. По меньшей мере одна из продольных модульных ячеек, предпочтительно, все продольные модульные ячейки скомпонованы, как описано выше в отношении варианта осуществления резервуара, содержащего только одну продольную модульную ячейку. В этом варианте осуществления изобретения является предпочтительным, чтобы продольные модульные ячейки были расположены последовательно так, что придонный порог каждой из продольных модульных ячеек, расположенный по потоку далее смежной продольной модульной ячейки, образует дальний по потоку конец смежной продольной модульной ячейки. В этом варианте осуществления изобретения у дальнего по потоку конца самой дальней по потоку продольной модульной ячейки может находиться дополнительный придонный порог и по потоку далее него - дополнительный переливной порог с целью отделения флотационной камеры самой дальней по потоку продольной модульной ячейки от выпускной области, находящейся дальше по потоку.

Если в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения резервуар флотационного устройства содержит две или более продольных модульных ячеек, является предпочтительным, чтобы каждая из этих продольных модульных ячеек содержала:

- один придонный порог, продолжающийся вниз от своего верхнего края, прикрепленного в верхней части (предпочтительно, к верхней стороне) резервуара, до своего нижнего края и оканчивающийся над дном резервуара с образованием канала между нижним краем придонного порога и дном резервуара, обеспечивая протекание дисперсии по каналу,

- один переливной порог, продолжающийся вверх от своего нижнего края, прикрепленного ко дну резервуара, до верхнего края и оканчивающийся под вершиной резервуара с образованием канала между верхним краем порога и вершиной резервуара так, обеспечивая протекание дисперсии по каналу, при этом переливной порог расположен на некотором расстоянии и смещен в направлении выходного конца резервуара от придонного порога так, что между придонным порогом и переливным порогом образован канал, обеспечивающий протекание дисперсии от дна вверх к верхнему краю переливного порога,

- одно средство нагнетания газа, содержащее по меньшей мере одно отверстие для нагнетаний в резервуар газа или дисперсии газа в жидкости, при этом по меньшей мере одно отверстие по меньшей мере одного средства нагнетания газа расположено по вертикали ниже придонного порога или расположено в канале, образованном между придонным порогом и переливным порогом и расположено на высоте, находящейся ниже нижнего края придонного порога,

- одно средство удаления, предназначенное для удаления второй фракции, образующейся на поверхности жидкости в ходе функционирования флотационного устройства, с поверхности жидкости, при этом средство удаления расположено у дальнего по потоку конца продольной модульной ячейки резервуара, и

- одно гидравлическое средство, предназначенное для гидравлического проталкивания второй фракции, образующейся на поверхности жидкости в ходе функционирования флотационного устройства, в средство удаления.

В качестве альтернативы, каждая из продольных модульных ячеек скомпонована, как описано выше, за исключением того, что одна или более продольных модульных ячеек, расположенных у выходного конца резервуара, не содержат средство нагнетания газа. Например, резервуар может содержать четыре продольных модульных ячейки, при этом первые - при виде от входного конца резервуара в направлении выходного конца резервуара - три продольные модульные ячейки содержат одно средство нагнетания газа, тогда как последняя продольная модульная ячейка не содержит средство нагнетания газа. Точно так же, резервуар может содержать четыре продольных модульных ячейки, при этом первые - при виде от входного конца резервуара в направлении выходного конца резервуара - две продольные модульные ячейки содержат одно средство нагнетания газа, тогда как последние две продольные модульные ячейки не содержат средство нагнетания газа.

В соответствии с одним из конкретных предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, отношение длины каждой продольной модульной ячейки к высоте резервуара составляет от 0,5 до 3, более предпочтительно, от 0,8 до 1,8, наиболее предпочтительно, от 1,0 до 1,5.

В другом варианте развития идеи настоящего изобретения предлагается, чтобы отношение расстояния по горизонтали между придонным порогом и переливным порогом каждой из продольных модульных ячеек к длине продольной модульной ячейки (т.е., расстоянию по горизонтали между передним по потоку концом и дальним по потоку концом продольной модульной ячейки) составляло от 5 до 20%.

Настоящее изобретение не имеет определенных ограничений в отношении размеров резервуара. Так, резервуар может представлять собой вертикальный резервуар, высота которого больше ширины, или горизонтальный резервуар, длина которого больше высоты. Хорошие результаты, в частности, получены для горизонтальных резервуаров, в частности, для горизонтальных резервуаров с отношением длины к высоте, обеспечивающим время удерживания в резервуаре более 3 минут, более предпочтительно, более 4 минут.

Предпочтительно, отношение длины резервуара к высоте резервуара составляет от 2 до 10, более предпочтительно, от 4 до 8.

Точно так же, настоящее изобретение не имеет определенных ограничений в отношении формы резервуара. Пригодными примерами являются резервуары с прямоугольным или круглым поперечным сечением. Выпуск газа может быть расположен, в частности, в верхней части резервуара.

Другим аспектом настоящего изобретения является способ отделения одной фазы от дисперсии, содержащей по меньшей мере первую непрерывную фазу и вторую дисперсную фазу, в частности, отделения масла от дисперсии, содержащей в качестве непрерывной фазы воду и в качестве дисперсной фазы масло, при этом способ осуществляют во флотационном устройстве, описанном выше.

Предпочтительно, способ включает в себя следующие этапы, на которых:

а) подают дисперсию, содержащую по меньшей мере первую непрерывную фазу, предпочтительно воду, и вторую дисперсную фазу, предпочтительно масло, во впуск дисперсии на входном конце резервуара с некоторым расходом так, что в ходе осуществления способа в резервуаре поддерживается некоторый уровень жидкости, превышающий верхний(-ие) край(-я) переливного(-ых) порога(-ов),

b) подают газ или дисперсию газа в жидкости, предпочтительно, смесь воды, в которой диспергирован находящийся под давлением газ, по меньшей мере в одно средство нагнетания газа,

с) удаляют вторую фракцию, обогащенную второй дисперсной фазой, предпочтительно, масляно-пенную фракцию, посредством средства удаления,

d) удаляют первую фракцию с низким содержанием второй дисперсной фазы, предпочтительно, чистую воду, через выпуск первой фракции и

е) удаляют газ через выпуск газа.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, для удаления второй фракции, предпочтительно, масляно-пенной фракции, с поверхности воды эжектируют поток жидкости, поток газа или поток жидкости и газа на поверхность жидкости в резервуаре и/или на вторую фракцию, образующуюся на поверхности жидкости в резервуаре в ходе функционирования флотационного устройства, с целью гидравлического проталкивания при осуществлении данного способа второй фракции, образующейся на поверхности жидкости в резервуаре в ходе функционирования флотационного устройства, в средство удаления. Так, способ, предпочтительно, осуществляют во флотационном устройстве, в котором в качестве гидравлического средства применено устройство, предназначенное для выбрасывания потока жидкости, потока газа или потока жидкости и газа на поверхность жидкости в резервуаре и/или на вторую фракцию, образующуюся на поверхности жидкости в резервуаре в ходе функционирования флотационного устройства.

Предпочтительно, поток выбрасывается через выпуск(-и) по меньшей мере одного гидравлического средства в горизонтальной плоскости или под углом от более 0° до 20° вниз от горизонтальной плоскости так, что двухмерная пленка жидкости и/или газа образуется, по меньшей мере, на 30%, предпочтительно, по меньшей мере, на 50%, более предпочтительно, по меньшей мере, на 80%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, на 90%, наиболее предпочтительно, на всей ширине резервуара.

Способ настоящего изобретения особенно хорошо подходит для удаления масла из дисперсии масла в воде, характеризующейся содержанием масла вплоть до нескольких тысяч частей на миллион, например, от 100 до 1000 частей на миллион, например, от 200 до 500 частей на миллион. Эффективность отделения способом, соответствующим настоящему изобретению, составляет, предпочтительно, по меньшей мере 90%, более предпочтительно, по меньшей мере 98%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере 99%.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, способ осуществляют как DGF. Предпочтительно, газ, такой как воздух, азот или диоксид углерода, растворяют в воде, давление смеси повышают до 300-600 кПа, затем нагнетают в дисперсию посредством по меньшей мере одного средства нагнетания. Используемая при этом вода может являться частью очищенной воды, полученной как первая фракция, которую рециркулируют в устройство растворения газа, где газ под давлением растворяют в воде, после чего смесь подают по меньшей мере в одно средство нагнетания.

При осуществлении данного способа в дисперсию могут быть добавлены вспомогательные средства, такие как один или более регуляторов рН, один или более хлопьеобразователей и/или один или более коагулирующих агентов, путем их нагнетания в точке вблизи отверстий по меньшей мере одного средства нагнетания или путем их добавления в воду, используемую для приготовления смеси воды, в которой растворен или диспергирован газ под давлением, соответственно.

В соответствии с одним из конкретных предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, способ осуществляют так, что время удерживания в резервуаре составляет более 3 минут, более предпочтительно, более 4 минут.

Конкретные варианты осуществления, соответствующие настоящему изобретению, далее описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение поперечного сечения флотационного устройства, содержащего резервуар с четырьмя продольными модульными ячейками в соответствии с настоящей заявкой на патент,

Фиг. 2 представляет собой увеличенный схематичный вид одной второй из четырех продольных модульных ячеек резервуара флотационного устройства, показанного на фиг. 1, и

Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе на поверхность жидкости второй ячейки, показанной на фиг. 2, на котором представлено гидравлическое средство, предназначенное для гидравлического проталкивания второй фракции в средство удаления.

лотационное устройство 10, показанное на фиг. 1, содержит горизонтальный флотационный резервуар 12 с отношением длины к высоте, примерно, 4:1. Флотационный резервуар содержит расположенный на левом конце (который является входным концом) впуск 14 дисперсии масла в воде, расположенный на правом конце (который является выходным концом) выпуск 16 фракции чистой воды, расположенный на верхней стороне выпуск 18 газа и расположенный на нижней стороне выпуск 20 масляной фракции. Флотационный резервуар разделен на четыре продольные ячейки 22, 22’, 22’’, 22’’’, которые отделены друг от друга в продольном направлении флотационного резервуара 12 придонными порогами 24, 24’, 24’’, 24’’’, 24’^v.

ак показано на фиг. 1 и 2, каждая из четырех продольных ячеек 22, 22’, 22’’, 22’’’ содержит придонный порог 24, 24’, 24’’, 24’’’, 24’^v и переливной порог 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v. Каждый придонный порог 24, 24’, 24’’, 24’’’, 24’^v продолжается вниз от вершины 28 флотационного резервуара 12 к нижнему краю 30 придонного порога 24, 24’, 24’’, 24’’’, 24’^v и заканчивается над дном 32 флотационного резервуара 12, образуя канал 34 между нижним краем 30 порога 24, 24’, 24’’, 24’’’, 24’^v и дном 32 флотационного резервуара 12, по которому может протекать дисперсия.

Кроме этого, каждый переливной порог 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v продолжается вверх от дна 32 флотационного резервуара 12 к верхнему краю 36 переливного порога 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v и оканчивается под вершиной 28 флотационного резервуара 12, образуя канал 38 между верхним краем 36 порога 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v и вершиной 28 флотационного резервуара так, что обеспечивается протекание дисперсии через верхний край 36 переливного порога 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v и по каналу 38. Второй (при виде от входного конца флотационного резервуара 12) переливной порог 26’ флотационного резервуара 12, показанный на фиг. 2, является частью второй продольной модульной ячейки 22’ флотационного резервуара 12, тогда как расположенный далее по потоку переливной порог 26’’, показанный на фиг. 2, является частью следующей, третьей продольной модульной ячейки 22’’ флотационного резервуара 12.

Переливные пороги 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v каждой продольной модульной ячейки 22, 22’, 22’’, 22’’’ расположены на некотором расстоянии и смещены в направлении выходного конца 40 флотационного резервуара 12 от соответствующих придонных порогов 24, 24’, 24’’, 24’’’, 24’^v той же продольной модульной ячейки 22, 22’, 22’’, 22’’’ так, что в каждой продольной модульной ячейке 22, 22’, 22’’, 22’’’ образуется канал 42 между соответствующим придонным порогом 24, 24’, 24’’, 24’’’, 24’^v и соответствующим переливным порогом 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v. Канал 42 обеспечивает поток дисперсии масла в воде от дна к верхнему краю 36 соответствующего переливного порога 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v и через него. Пространство между каждым соответствующим придонным порогом 24, 24’, 24’’, 24’’’, 24’^v и соответствующим переливным порогом 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v каждой продольной ячейки 22, 22’, 22’’, 22’’’ образует входную и смесительную камеру каждой продольной модульной ячейки 22, 22’, 22’’, 22’’’ флотационного резервуара 12, в которой обеспечивается эффективное нагнетание газа и гомогенное распределение пузырьков газа в водно-масляной дисперсии. С другой стороны, каждая камера по потоку далее соответствующего переливного порога 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v каждой продольной ячейки 22, 22’, 22’’, 22’’’ является флотационной камерой соответствующей продольной ячейки 22, 22’, 22’’, 22’’’, в которой агрегаты пузырьков газа, прилипших к каплям масла, поднимаются вверх. Во флотационных камерах - в силу эффективного соединения пузырьков газа во входной и смесительной камере - по существу, все капли масла поднимаются к поверхности 46 воды и образуют на ней масляно-пенный слой или шламовый слой, соответственно.

В каждой из четырех продольных модульных ячеек 22, 22’, 22’’, 22’’’ установлено одно средство 44 нагнетания газа. В каждом средстве 44 нагнетания газа имеется несколько отверстий (не показаны) для нагнетания во флотационный резервуар 12 водной дисперсии, содержащей газ под давлением. Фактически, средство 44 нагнетания газа, схематично показанное на фиг. 2, содержит трубу, содержащую клапан сброса давления (не показан), и в которой смесь, содержащая жидкость и газ под давлением, по потоку перед клапаном сброса давления находится под давлением. Кроме этого, средство нагнетания газа также содержит рассекатель 48, в котором имеется множество отверстий (не показаны) для распределения газа в дисперсии. Более конкретно, рассекатель 48 представляет собой трубу, идущую перпендикулярно продольной оси резервуара, т.е., в направлении ширины резервуара, при этом, в стенке в верхней половине трубы имеется множество отверстий. Как схематично показано на фиг. 2, отверстия средства 44 нагнетания газа расположены в канале 42, образованном между придонным порогом 24’ и переливным порогом 26’, и находятся на высоте, которая ниже нижнего края 30 придонного порога 24’, но выше дна 32 флотационного резервуара 12.

Каждая из продольных модульных ячеек 22, 22’, 22’’, 22’’’ резервуара 12 содержит, как показано на фиг. 2 для второй продольной модульной ячейки 22’ и как описано далее со ссылкой на вторую продольную модульную ячейку 22’, расположенное на ее выходном конце средство 50 удаления, соответственно, предназначенное для удаления из флотационного резервуара 12 второй обогащенной маслом фракции (т.е., масляно-пенной фракции). Более конкретно, средство 50 удаления представляет собой пеноприемник 50, который, по существу, является кубическим коробом с четырьмя боковыми стенками и нижней стенкой, при этом, его верхняя сторона открыта и ограничена верхними краями четырех боковых стенок. Пеноприемник 50 одной из боковых стенок прикреплен к придонному порогу 24’’ смежной расположенной далее по потоку продольной модульной ячейки 22’’ так, что три остальные боковые стенки образуют переливные края, через которые масляно-пенный слой поступает в пеноприемник 50. У нижней стороны пеноприемника 50 имеется отверстие (не показано) для удаления масляно-пенного слоя и выведения его из резервуара 12. Шламоотделитель (не показан) может быть установлен по потоку далее пеноприемника 50, при этом, в шламоотделителе осуществляют отделение остаточной воды от масляно-пенного слоя. Вода, отделенная в шламоотделителе, может быть рециркулирована в резервуар 12, например, во впуск 14 или в первый канал 42, образованный между придонным порогом 24 и переливным порогом 26 первой продольной модульной ячейки 22. Отверстие (не показано) для удаления масляно-пенного слоя и выведения его из резервуара 12 соединено с выпуском 20 масляной фракции.

Для осуществления эффективного, полного и надлежащего перемещения масляно-пенного слоя с поверхности 46 воды в пеноприемник 50 и, таким образом, достижения эффективного, полного и надлежащего удаления масляно-пенного слоя с поверхности 46 воды, не возмущая границу раздела между поверхностью 46 воды и масляно-пенным слоем, по потоку перед устройством 50 удаления (но далее переливного порога 26’) и на высоте, находящейся выше верхнего края 36 переливного порога 26’, установлено гидравлическое средство или эжектор 52, соответственно, предназначенный для выбрасывания потока 53 воды. Эжектор 52 расположен и выполнен так, чтобы проталкивать масляно-пенный слой, образовавшийся на поверхности жидкости во флотационной резервуаре 12 в ходе функционирования флотационного устройства 10, в пеноприемник 50 посредством выбрасываемого потока 53 воды. Более конкретно, эжектор 52 образован из трубы 54, к которой прикреплены две распылительные головки 56, 56’, при этом, каждая из двух распылительных головок 56, 56’ содержит множество распылительных сопел 58. Труба 54 соединена со впуском воды (не показан) и, таким образом, в ходе функционирования в нее поступает вода, выбрасываемая как поток 53 воды. Эжектор 52 и, в частности, распылительные головки 56, 56’ эжектора 52 расположены на некоторой высоте немного выше (примерно, более, чем на 0% - 5% высоты резервуара) верхнего края 36 переливного порога 26’. Распылительные головки 56, 56’ эжектора 52 выполнены так, что выбрасывают поток 53 воды под углом α, примерно 10° вниз относительно горизонтальной плоскости Н. Распылительные головки 56, 56’ и распылительные сопла 58 выполнены и расположены так, что поток 53 воды выбрасывается через распылительные сопла 58 с образованием двухмерной пленки воды (на фиг. 3 показана схематично), распространяющейся, по существу, по всей ширине поверхности 46 жидкости в резервуаре 12, которая проталкивает масляно-пенный слой, образовавшийся на поверхности 46 жидкости, в пеноприемник 50.

В ходе функционирования флотационного устройства 10 дисперсию масла в воде, например, дисперсию, содержащую 300 частей на миллион масла, непрерывно подают во впуск 14 дисперсии на входном конце резервуара 12. Расход регулируют так, чтобы в ходе функционирования в резервуаре поддерживался уровень 46 жидкости, превышающий верхние края 36 переливных порогов 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v. Кроме этого, газ, например, воздух, непрерывно растворяют под давлением (от 300 до 600 кПа) в воде, в частности, в частично рециркулируемом потоке чистой воды, образуемом на выходном конце 40 резервуара 12. Получаемую таким образом смесь воды с растворенным или диспергированным, соответственно, газом под давлением непрерывно нагнетают во входную и смесительную камеру, образованную между придонными порогами 24, 24’, 24’’, 24’’’, 24’^v и переливными порогами 26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v каждой из продольных модульных ячеек 22, 22’, 22’’, 22’’’ посредством средства 44 нагнетания газа. Выходя из отверстий средства 44 нагнетания газа, газ под давлением высвобождается в суспензию и образует мельчайшие пузырьки со средним размером от 10 до 100 мкм. Пузырьки газа гомогенно распределяются по поперечному сечению каналов 42 и поднимаются вверх, при этом, пузырьки газа прилипают к каплям масла в составе дисперсии с образованием агрегатов капель масла с прилипшими к ним пузырьками. Благодаря прилипшим пузырькам газа, эти агрегаты имеют меньшую плотность, чем непрерывная водная фаза. Поэтому агрегаты поднимаются к поверхности 46 непрерывной водной фазы, образуя масляно-пенный слой. Масляно-пенный слой непрерывно проталкивают в пеноприемники 50 посредством пленки, образуемой потоком 53 воды, выбрасываемым через распылительные сопла 58 распылительных головок 56, 56’ гидравлического средства 52. Удаленный масляно-пенный слой непрерывно выводят из пеноприемников 50 и из резервуара 12. Точно так же, чистую воду непрерывно выводят из резервуара 12 через выпуск 16, газ непрерывно выводят из резервуара 12 через выпуск 18.

Перечень ссылочных позиций на фигурах

10 Флотационное устройство

12 Флотационный резервуар

14 Впуск дисперсии (масла в воде)

16 Выпуск первой фракции (фракции чистой воды)

18 Выпуск газа

20 Выпуск второй фракции (масляной фракции)

22, 22’, 22’’, 22’’’ Продольные модульные ячейки

24, 24’, 24’’, 24’’’, 24’^v Придонный порог

26, 26’, 26’’, 26’’’, 26’^v Переливной порог

28 Вершина флотационного резервуара

30 Нижний край придонного порога

32 Дно флотационного резервуара

34 Канал под придонным порогом

36 Верхний край переливного порога

38 Канал над переливным порогом

40 Выходной конец флотационного резервуара

42 Канал между придонным порогом и переливным порогом

44 Средство нагнетания газа

46 Поверхность жидкости/воды

48 Рассекатель

50 Средство удаления (пеноприемник) для удаления из резервуара второй фракции

52 Гидравлическое средство/средство для гидравлического выбрасывания потока газа и/или жидкости на поверхность воды

53 Поток жидкости (воды), выбрасываемый гидравлическим средством

54 Труба гидравлического средства

56, 56’ Распылительная головка

58 Распылительное сопло

α Угол выбрасывания потока относительно горизонтальной плоскости

Н Горизонтальная плоскость.

Предложенная группа изобретений относится к флотационному устройству, предназначенному для отделения одной фазы от дисперсии, содержащей по меньшей мере первую непрерывную фазу и вторую дисперсную фазу. Флотационное устройство, в частности, пригодно для отделения масла от дисперсии, содержащей в качестве непрерывной фазы воду и в качестве дисперсной фазы масло, с образованием фракции чистой воды и фракции, обогащенной маслом. Флотационное устройство содержит резервуар, в котором имеется: впуск дисперсии, образующий входной конец резервуара, выпуск первой фракции с низким содержанием второй дисперсной фазы, образующий выходной конец резервуара, выпуск второй фракции с высоким содержанием второй дисперсной фазы, выпуск газа, по меньшей мере один придонный порог, по меньшей мере один переливной порог, по меньшей мере одно средство нагнетания газа, содержащее по меньшей мере одно отверстие для нагнетания газа или дисперсии газа в жидкости в резервуар, по меньшей мере одно средство удаления, предназначенное для удаления с поверхности жидкости второй фракции, образующейся в ходе функционирования флотационного устройства на поверхности жидкости, и по меньшей мере одно гидравлическое средство, предназначенное для гидравлического проталкивания второй фракции, образующейся в ходе функционирования флотационного устройства на поверхности жидкости в резервуаре, в средство удаления посредством потока жидкости, посредством газожидкостного потока и/или посредством потока газа, при этом соответствующий поток жидкости, газожидкостный поток и/или поток газа выбрасывается гидравлическим средством на поверхность жидкости в резервуаре и/или на вторую фракцию, образующуюся в ходе функционирования флотационного устройства на поверхности жидкости. Переливной порог расположен на некотором расстоянии и смещен по направлению к выходному концу резервуара от придонного порога. По меньшей мере одно отверстие по меньшей мере одного средства нагнетания газа расположено по вертикали ниже придонного порога или расположено в канале, образованном между придонным порогом и переливным порогом. Расстояние по вертикали между придонным порогом и переливным порогом составляет от 30 до 80% высоты резервуара, при этом расстояние по вертикали между придонным порогом и переливным порогом соответствует расстоянию между нижним краем придонного порога и верхним краем переливного порога. В вышеуказанном флотационном устройстве осуществляют способ отделения масла от воды, в котором подают дисперсию, содержащую по меньшей мере первую непрерывную фазу и вторую дисперсную фазу, во впуск дисперсии резервуара с некоторым расходом так, что в ходе осуществления способа в резервуаре поддерживается некоторый уровень жидкости, превышающий верхний(-ие) край(я) переливного(-ых) порога(-ов), подают газ или дисперсию газа в жидкости по меньшей мере в одно средство нагнетания газа, удаляют вторую фракцию, обогащенную второй дисперсной фазой, посредством средства удаления, удаляют первую фракцию с низким содержанием второй дисперсной фазы через выпуск первой фракции и удаляют газ через выпуск газа. Технический результат – повышение эффективности отделения одной фазы от другой. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Флотационное устройство (10), предназначенное для отделения одной фазы от дисперсии, содержащей по меньшей мере первую непрерывную фазу и вторую дисперсную фазу, с образованием первой фракции с низким содержанием второй дисперсной фазы и второй фракции с высоким содержанием второй дисперсной фазы, и, в частности, для отделения масла от дисперсии, содержащей в качестве непрерывной фазы воду и в качестве дисперсной фазы масло, с образованием фракции, обогащенной маслом, и фракции чистой воды, при этом флотационное устройство (10) содержит резервуар (12), в котором имеется:

- впуск (14) дисперсии, образующий входной конец резервуара (12),

- выпуск (16) первой фракции с низким содержанием второй дисперсной фазы, образующий выходной конец (40) резервуара (12),

- выпуск (20) второй фракции с высоким содержанием второй дисперсной фазы,

- выпуск (18) газа,

- по меньшей мере один придонный порог (24, 24', 24'', 24''', 24'^v),

- по меньшей мере один переливной порог (26, 26', 26'', 26''', 26'^v), при этом переливной порог (26, 26', 26'', 26''', 26'^v) расположен на некотором расстоянии и смещен по направлению к выходному концу (40) резервуара (12) от придонного порога (24, 24', 24'', 24''', 24'^v),

- по меньшей мере одно средство (44) нагнетания газа, содержащее по меньшей мере одно отверстие для нагнетания газа или дисперсии газа в жидкости в резервуар (12), при этом по меньшей мере одно отверстие по меньшей мере одного средства (44) нагнетания газа расположено по вертикали ниже придонного порога (24, 24', 24'', 24''', 24'^v) или расположено в канале (42), образованном между придонным порогом (24, 24', 24'', 24''', 24'^v) и переливным порогом (26, 26', 26'', 26''', 26'^v),

- по меньшей мере одно средство (50) удаления, предназначенное для удаления с поверхности (46) жидкости второй фракции, образующейся в ходе функционирования флотационного устройства (10) на поверхности (46) жидкости, и

по меньшей мере одно гидравлическое средство (52), предназначенное для гидравлического проталкивания второй фракции, образующейся в ходе функционирования флотационного устройства (10) на поверхности (46) жидкости в резервуаре (12), в средство (50) удаления посредством потока (53) жидкости, посредством газожидкостного потока (53) и/или посредством потока (53) газа, при этом соответствующий поток (53) жидкости, газожидкостный поток (53) и/или поток (53) газа выбрасывается гидравлическим средством (52) на поверхность (46) жидкости в резервуаре (12) и/или на вторую фракцию, образующуюся в ходе функционирования флотационного устройства (10) на поверхности (46) жидкости,

при этом расстояние по вертикали между придонным порогом и переливным порогом составляет от 30 до 80% высоты резервуара, при этом расстояние по вертикали между придонным порогом и переливным порогом соответствует расстоянию между нижним краем придонного порога и верхним краем переливного порога.

2. Флотационное устройство (10) по п. 1, в котором:

- по меньшей мере один придонный порог (24, 24', 24'', 24''', 24'^v) продолжается вниз от своего верхнего края, прикрепленного в верхней части резервуара (12), до своего нижнего края (30) и оканчивается над дном резервуара (12) с образованием канала (34) между нижним краем (30) придонного порога (24, 24', 24'', 24''', 24'^v) и дном (32) резервуара (12), обеспечивая протекание дисперсии по каналу (34), и

- по меньшей мере один переливной порог (26, 26', 26'', 26''', 26'^v) продолжается вверх от своего нижнего края, прикрепленного ко дну (32) резервуара (12), до верхнего края (36) и оканчивается под вершиной (28) резервуара (12) с образованием канала (38) между верхним краем (36) порога и вершиной (28) резервуара (12), обеспечивая протекание дисперсии через верхний край (36) переливного порога (26, 26', 26'', 26''', 26'^v) и по каналу (38), при этом переливной порог (26, 26', 26'', 26''', 26'^v) расположен на некотором расстоянии и смещен в направлении выходного конца (40) резервуара (12) от придонного порога (24, 24', 24'', 24''', 24'^v), образуя между придонным порогом (24, 24', 24'', 24''', 24'^v) и переливным порогом (26, 26', 26'', 26''', 26'^v) горизонтальный канал (42), обеспечивающий протекание дисперсии от дна вверх к верхнему краю (36) переливного порога (26, 26', 26'', 26''', 26'^v).

3. Флотационное устройство (10) по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере одно средство (50) удаления, а также по меньшей мере одно гидравлическое средство (52) расположены по потоку далее переливного порога (26, 26', 26'', 26''', 26'^v).

4. Флотационное устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере одно гидравлическое средство (52) расположено по потоку перед средством (50) удаления на высоте верхнего края (36) переливного порога (26, 26', 26'', 26''', 26'^v) или на высоте, находящейся выше верхнего края (36) переливного порога (26, 26', 26'', 26''', 26'^v).

5. Флотационное устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, содержащее по меньшей мере один дополнительный придонный порог (24, 24', 24'', 24''', 24'^v), расположенный по потоку далее переливного порога (26, 26', 26'', 26''', 26'^v), при этом по меньшей мере одно средство (50) удаления и по меньшей мере одно гидравлическое средство (52) расположены между по меньшей мере одним переливным порогом (26, 26', 26'', 26''', 26'^v) и по меньшей мере одним дополнительным придонным порогом (24, 24', 24'', 24''', 24'^v), расположенным по потоку далее переливного порога (26, 26', 26'', 26''', 26'^v).

6. Флотационное устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере одно гидравлическое средство (52) расположено и выполнено с возможностью посредством выбрасываемого потока (53) проталкивания второй фракции, образующейся на поверхности (46) жидкости в резервуаре (12) в ходе функционирования флотационного устройства (10), в средство (50) удаления.

7. Флотационное устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере одно гидравлическое средство (52) представляет собой трубу, содержащую одну или более, предпочтительно, две или более, распылительные головки (56, 56'), при этом каждая из распылительных головок (56, 56') содержит по меньшей мере одно или, предпочтительно, множество распылительных сопел (58).

8. Флотационное устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере одно гидравлическое средство (52) выбрасывает поток (53) жидкости, поток газа или поток жидкости и газа в горизонтальной плоскости (Н) или под углом α от более чем 0° до 20° вниз относительно горизонтальной плоскости (Н).

9. Флотационное устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере одно гидравлическое средство (52) выбрасывает поток (53) жидкости в форме пленки по меньшей мере на 30%, предпочтительно, по меньшей мере на 50%, более предпочтительно, по меньшей мере на 80%, еще более предпочтительно, по меньшей мере на 90%, наиболее предпочтительно, на всей ширине резервуара (12).

10. Флотационное устройство (10) по п. 9, в котором по меньшей мере одно гидравлическое средство (52) выбрасывает поток (53) жидкости в форме пленки, при этом перепад расхода по ширине пленки составляет менее 25% среднего расхода пленки.

11. Флотационное устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере, одно средство (50) удаления представляет собой один или более пеноприемников (50), при этом, предпочтительно, один или более пеноприемников (50) в верхней части содержит переливной край, расположенный на высоте верхнего края (36) переливного порога (26, 26', 26'', 26''', 26'^v).

12. Флотационное устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере одно отверстие, по меньшей мере, одного средства (44) нагнетания газа расположено на высоте, находящейся ниже нижнего края (30) придонного порога (24, 24', 24'', 24''', 24'^v), и предпочтительно, расположено по вертикали ниже нижнего края (30) придонного порога (24, 24', 24'', 24''', 24'^v).

13. Флотационное устройство (10) по любому из предшествующих пунктов, в котором резервуар (12) содержит в продольном направлении от 2 до 8, предпочтительно, от 3 до 5, более предпочтительно, 4 продольных модульных ячейки (22, 22', 22'', 22'''), при этом продольные модульные ячейки (22, 22', 22'', 22''') расположены последовательно так, что придонный порог (24, 24', 24'', 24''', 24'^v) каждой продольной модульной ячейки (22, 22', 22'', 22'''), расположенный по потоку далее смежной продольной модульной ячейки (22, 22', 22'', 22'''), образует дальний по потоку конец смежной продольной модульной ячейки (22, 22', 22'', 22''').

14. Флотационное устройство (10) по п. 13, в котором каждая продольная модульная ячейка (22, 22', 22'', 22''') содержит:

- один придонный порог (24, 24', 24'', 24''', 24'^v), продолжающийся вниз от своего верхнего края, прикрепленного в верхней части резервуара (12), до своего нижнего края (30) и оканчивающийся над дном (32) резервуара (12) с образованием канала (34) между нижним краем (30) порога и дном (32) резервуара (12) так, обеспечивая протекание дисперсии по каналу (34),

- один переливной порог (26, 26', 26'', 26''', 26'^v), продолжающийся вверх от своего нижнего края, прикрепленного ко дну (32) резервуара (12), до верхнего края (36) и оканчивающийся под вершиной (28) резервуара (12) с образованием канала (38) между верхним краем (36) порога и вершиной (28) резервуара, обеспечивая протекание дисперсии по каналу (38), при этом переливной порог (26, 26', 26'', 26''', 26'^v) расположен на некотором расстоянии и смещен в направлении выходного конца (40) резервуара (12) от придонного порога (24, 24', 24'', 24''', 24'^v) так, что между придонным порогом (24, 24', 24'', 24''', 24'^v) и переливным порогом (26, 26', 26'', 26''', 26'^v) образован канал (42), обеспечивающий протекание дисперсии от дна вверх к верхнему краю (36) переливного порога (26, 26', 26'', 26''', 26'^v),

- одно средство (44) нагнетания газа, содержащее по меньшей мере одно отверстие для нагнетаний газа или дисперсии газа в жидкости в резервуар (12), при этом по меньшей мере одно отверстие по меньшей мере одного средства (44) нагнетания газа расположено по вертикали ниже придонного порога (24, 24', 24'', 24''', 24'^v) или расположено в канале (42), образованном между придонным порогом (24, 24', 24'', 24''', 24'^v) и переливным порогом (26, 26', 26'', 26''', 26'^v) и расположено на высоте, находящейся ниже нижнего края (30) придонного порога (24, 24', 24'', 24''', 24'^v),

- одно средство (50) удаления, предназначенное для удаления второй фракции, образующейся на поверхности (46) жидкости в ходе функционирования флотационного устройства (10), с поверхности (46) жидкости, при этом средство (50) удаления расположено у выходного конца (40) продольной модульной ячейки (22, 22', 22'', 22''') резервуара (12), и

- одно гидравлическое средство (52), предназначенное для гидравлического проталкивания второй фракции, образующейся на поверхности (46) жидкости в резервуаре (12) в ходе функционирования флотационного устройства (10), в средство (50) удаления.

15. Способ отделения одной фазы от дисперсии, содержащей по меньшей мере первую непрерывную фазу и вторую дисперсную фазу, в частности, для отделения масла от дисперсии, содержащей в качестве непрерывной фазы воду и в качестве дисперсной фазы масло, при этом способ осуществляют во флотационном устройстве (10) по любому из предшествующих пунктов, и способ, предпочтительно, включает в себя следующие этапы, на которых:

а) подают дисперсию, содержащую по меньшей мере первую непрерывную фазу и вторую дисперсную фазу, во впуск (14) дисперсии резервуара (12) с некоторым расходом так, что в ходе осуществления способа в резервуаре (12) поддерживается некоторый уровень (46) жидкости, превышающий верхний(-ие) край(я) переливного(-ых) порога(-ов) (26, 26', 26'', 26''', 26'^v),

b) подают газ или дисперсию газа в жидкости по меньшей мере в одно средство (44) нагнетания газа,

с) удаляют вторую фракцию, обогащенную второй дисперсной фазой, посредством средства (50) удаления,

d) удаляют первую фракцию с низким содержанием второй дисперсной фазы через выпуск (16) первой фракции и

е) удаляют газ через выпуск (18) газа.