Способ очистки нефтесодержащих сточных вод в конвективных потоках Российский патент 2023 года по МПК C02F1/465 C02F1/40 

Изобретение предназначено для использования в системах очистки воды на нефтеперерабатывающих и нефтедобывающих комплексах, в энергетике и пищевой промышленности.

Среди существующих на сегодняшний день методов очистки естественных и сточных вод от разнообразных загрязнений и нежелательных включений флотация занимает одно из ведущих мест. В технологии водоочистки широкое распространение получила так называемая напорная флотация, реализуемая на практике с помощью установок, в основу работы которых заложенные четыре технологических схемы насыщения воздухом очищаемой воды [1].

Основными составными конструктивными элементами установок являются флотационная камера, центробежный насос, трубопроводы, обеспечивающие подвод и отвод очищаемой воды. При поступлении насыщенной воды к флотореакторам избыточный воздух при уменьшении давления выделяется, образовывая мелкие пузырьки, с помощью которых флотируются наиболее диспергированные нефтепродукты.

Главным недостатком напорной флотации является наличие границы насыщения воды воздухом, а также конструктивное выполнение флотационной камеры с ограниченным объемным охватом пространства, что приводит к низкой эффективности.

Известна многоступенчатая установка флотационной очистки воды, содержащая два флотореактора и два флоторазделителя, соединенных последовательно вдоль потока очищаемой воды, насос рециркуляции, всасывающий трубопровод которого соединен с секцией очищенной воды, а напорный трубопровод через отводы соединен с флотореакторами каждой ступени, эжектор подачи воздуха, размещенный между всасывающими напорными трубопроводами насоса рециркуляции, трубопровод подвода очищаемой и трубопровод отвода очищенной воды. Отводы трубопровода насоса рециркуляции оснащены двухкамерными струйными аэраторами, установленными в нижней части флотореакторов и соединенными с воздушными редукторами, причем объем секций флоторазделителей в 4-5 раз превышает объем секций флотореакторов [2].

Главным недостатком многоступенчатой установки флотационной очистки является конструктивное выполнение флотореактора с размещением труб для подачи воды по высоте флотореактора и точечная подача воды с ограничением охвата площади аэрации, что приводит к низкой эффективности и производительности.

Наиболее близкой по технической сущности является установка для очистки нефтесодержащих и сточных вод, содержащая две ступени очистки, соединенные последовательно вдоль потока очищаемой воды и разделенные между собой посредством перегородок, каждая из которых состоит из флотореактора и флоторазделителя, разделенных посредством перегородки, аэрирующий узел первой ступени очистки, сообщенный через насос с придонной частью флоторазделителя последней ступени очистки, трубопровод подвода очищаемой и трубопровод отвода очищенной воды, выход трубопровода подвода очищаемой воды сообщен с придонной частью флотореактора первой ступени очистки, вход аэрирующего узла сообщен через насос с придонной частью флоторазделителя последней ступени очистки посредством трубопровода подвода воды на аэрацию, первый выход аэрирующего узла сообщен через дросселирующий клапан с входом в флотореактор первой ступени очистки, расположенным в нижней точке его днища, посредством трубопровода подвода аэрированной воды. Вторая и последующая ступени очистки снабжены деаэрирующими узлами, причем выход каждого из них расположен в днище и сообщен через дросселирующий клапан с входом в соответствующий флотореактор, расположенным в нижней точке его днища посредством трубопровода подвода деаэрированной воды, и через регулятор давления с входом в верхнюю часть деаэрирующего узла следующей ступени очистки посредством трубопровода подвода воды на деаэрацию. Второй выход аэрирующего узла сообщен через регулятор давления с входом в верхнюю часть деаэрирующего узла второй ступени очистки посредством трубопровода отвода аэрированной воды. Выход каждого дросселирующего клапана размещен у входа в соответствующий флотореактор. Площадь поперечного сечения днища каждого флотореактора равномерно уменьшается по направлению сверху вниз, кроме того, площадь поперечного сечения флоторазделителя не меньше площади поперечного сечения соответствующего флотореактора, кроме того, перегородки, отделяющие от флоторазделителей, флотореакторы выполнены с возможностью свободного перемещения потока очищаемой воды в верхних частях флотореакторов и флоторазделителей одной ступени очистки, а перегородки, разделяющие ступени очистки, выполнены с возможностью свободного перемещения потока очищаемой воды в придонных частях флоторазделителей и флотореакторов различных ступеней очистки, кроме того, аэрирующий узел выполнен с возможностью поддержания давления насыщения 0,3-0,6 МПа, а деаэрирующие узлы выполнены с возможностью поддержания давления насыщения 0,1-0,3 МПа. Установка дополнительно содержит приемник флотопены, снабженный патрубком ее отвода [3].

Главным недостатком установки для очистки нефтесодержащих и сточных вод является компоновка комплекса с наличием множества элементов регулировки и управления перемещением очищаемой воды, приводящая к снижению надежности при эксплуатации и ограничению по физико-гидродинамическим параметрам активации самого процесса электрофлотации.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении степени очистки нефтесодержащих сточных вод путем интенсификации процесса электрофлотации посредством образования гидродинамических эффектов в области расположения горизонтально ориентированных катодов, выполненных в виде жестко закрученных спиралевидных элементов для активизации процесса очистки нефтесодержащих сточных вод.

Технический результат достигается тем, что в способе очистки нефтесодержащих сточных вод в конвективных потоках посредством двух ступеней очистки, соединенных последовательно вдоль потока очищаемой воды и разделенных между собой, одна из которых состоит из флотореактора и флоторазделителя, разделенных посредством перегородки, аэрирующего узла, трубопровода подвода очищаемой воды и трубопровода отвода очищенной воды, выход трубопровода подвода очищаемой воды сообщен с придонной частью флотореактора, выход аэрирующего узла сообщен через дросселирующий клапан с входом в флотореактор, расположенный в нижней точке его днища, прямая перегородка, отделяющая от флоторазделителя флотореактор, выполнена с возможностью свободного перемещения потока очищаемой воды в верхней части флотореактора и флоторазделителя одной ступени очистки, аэрирующий узел выполнен с возможностью поддержания давления насыщения, комплекс дополнительно содержит приемник флотопены, снабженный патрубком ее отвода, обработка очищаемой воды электрофлотацией осуществляется в конвективных потоках, создаваемых пузырьками газа, полученными электролизом посредством второй ступени очистки после предварительной обработки в гидроциклоне с отделением укрупненных фракций примесей в очищаемой воде, при этом обработку во флотореакторе осуществляют насыщением тонкодиспергированными пузырьками воздуха, начиная с нижней точки днища флотореактора с концентрированием нефтяной фракции у поверхности вертикально ориентированных анодов и дискретным перемещением укрупняемых скоплений в восходящих конвективных потоках, периодически переходящих в локальные вихревые при контакте с поверхностью горизонтально ориентированных катодов, выполненных в виде жестко закрученных спиралевидных элементов, и последующим перемещением мелкими пузырьками водорода, интенсивно образующимися на поверхности горизонтально ориентированных катодов, а разделение очищаемой воды и нефтяных фракций производят в верхней части флотореактора путем формирования вихревых потоков жестко закрученными спиралевидными элементами поверхности горизонтально ориентированных катодов и последовательным выводом флотопены через флоторазделитель с прямой перегородкой и перегородкой дугообразной формы для разделения потоков, через верхний слив в приемник флотопены, а очищенной фракции воды - через нижний сливной патрубок в трубопровод отвода.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

На фиг. 1 - общий вид схемы комплекса для реализации способа; на фиг. 2 - показаны жестко закрученные спиралевидные элементы горизонтально ориентированных катодов.

Способ выполняется с помощью комплекса 1 с двумя ступенями очистки 2, 3, соединенных последовательно вдоль потока очищаемой воды и разделенных между собой. Первая ступень 2 включает гидроциклон 4 для отделения укрупненных фракций примесей в очищаемой воде. Вторая ступень 3 состоит из флотореактора 5 и флоторазделителя 6, разделенных посредством прямой перегородки 7. Флотореактор 5 включает аэрирующий узел 8, трубопровод подвода 9 очищаемой воды и трубопровод отвода 10 очищенной воды. Выход 11 трубопровода подвода 9 очищаемой воды сообщен с придонной частью 12 флотореактора 5, выход 13 аэрирующего узла 8 сообщен через дросселирующий клапан 14 с входом 15 в флотореактор 5, расположенный в нижней точке 16 его днища 17. Перегородка 7, отделяющая от флоторазделителя 6 флотореактор 5, выполнена с возможностью свободного перемещения потока очищаемой воды в верхней части 18 флотореактора 5 и флоторазделителя 6 второй ступени 3 очистки. Аэрирующий узел 8 выполнен с возможностью поддержания давления насыщения. Вторая ступень 3 комплекса 1 дополнительно содержит приемник флотопены 19, снабженный патрубком 20 ее отвода. Обработка во флотореакторе 5 осуществляется насыщением тонко диспергированными пузырьками воздуха, начиная с нижней точки 16 днища 17 флотореактора 5 с концентрированием нефтяной фракции у поверхности вертикально ориентированных анодов 21. Поверхности горизонтально ориентированных катодов 22 выполнены в виде жестко закрученных спиралевидных элементов 23. В верхней части 18 флотореактора 5 производят разделение очищаемой воды и нефтяных фракций. Через флоторазделитель 6 с прямой перегородкой 7 и перегородкой дугообразной формы 24 производят последовательный вывод флотопены через верхний слив 25 в приемник флотопены 19, а очищенной фракции воды - через нижний сливной патрубок 26. Питание флотореактора 5 может осуществляться от одного или нескольких источников энергии 27.

Способ очистки нефтесодержащих сточных вод в конвективных потоках осуществляется посредством комплекса 1 с двумя ступенями очистки 2, 3, соединенных последовательно вдоль потока очищаемой воды и разделенных между собой. После отделения укрупненных фракций примесей в гидроциклоне 4 первой ступени 2 очищаемая вода поступает через трубопровод подвода 9 во флотореактор 5 второй ступени 3 с флоторазделителем 6. Выход 11 трубопровода подвода 9 очищаемой воды сообщен с придонной частью 12 флотореактора 5, Обработка очищаемой воды электрофлотацией осуществляется в конвективных потоках, создаваемых пузырьками газа, полученными электролизом посредством второй ступени очистки 3. Питание флотореактора 5 может осуществляться от одного или нескольких источников энергии 27. Осуществляется насыщение потока очищаемой воды тонкодиспергированными пузырьками воздуха, начиная с нижней точки 16 днища 17 флотореактора 5 с концентрированием нефтяной фракции у поверхности вертикально ориентированных анодов 21. Через выход 13 аэрирующего узла 8, расположенного в нижней точке 16 днища 17 и снабженного дросселирующим клапаном 14 при входе 15 в флотореактор 5, осуществляется дискретное перемещение укрупняемых скоплений в восходящих конвективных потоках, периодически переходящих в локальные вихревые при контакте с поверхностью горизонтально ориентированных катодов 22, выполненных в виде жестко закрученных спиралевидных элементов 23. Спиралевидные элементы 23 усиливают влияние образующихся мелких пузырьков водорода на обрабатываемую среду. Отделение очищаемой воды и нефтяных фракций производят в верхней части 18 флотореактора 5 с последовательным выводом флотопены через флоторазделитель 6 с прямой перегородкой 7 и перегородкой дугообразной формы 24 через верхний слив 25 в приемник флотопены 19, снабженный патрубком 20 ее отвода, а очищенной фракции воды - через нижний сливной патрубок 26 в трубопровод отвода 10.

Способ повышает степень очистки нефтесодержащих сточных вод путем интенсификации процесса электрофлотации посредством образования гидродинамических эффектов, формируемых конструктивными особенностями.

Источники информации

1. Дерюгин Б.В., Дукин С.С. и др. «Микрофлотация. Водоочистка, обогащение». Г., 1986, с. 77).

2. Патент РФ №2367622. Многоступенчатая установка флотационной очистки воды.

3. Патент РФ №2593257. Установка для очистки нефтесодержащих и сточных вод.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно - к очистке нефтесодержащих сточных вод комбинированными методами. Способ включает две ступени очистки, соединенных последовательно вдоль потока очищаемой воды и разделенных между собой. Одна ступень состоит из флотореактора и флоторазделителя, разделенных посредством перегородки, аэрирующего узла, трубопровода подвода очищаемой воды и трубопровода отвода очищенной воды. Выход трубопровода подвода очищаемой воды сообщен с придонной частью флотореактора. Выход аэрирующего узла сообщен через дросселирующий клапан с входом в флотореактор, расположенный в нижней точке его днища. Прямая перегородка выполнена с возможностью свободного перемещения потока очищаемой воды в верхней части флотореактора и флоторазделителя одной ступени очистки. Аэрирующий узел выполнен с возможностью поддержания давления насыщения. Комплекс дополнительно содержит приемник флотопены, снабженный патрубком ее отвода. Обработка очищаемой воды электрофлотацией осуществляется в конвективных потоках, создаваемых пузырьками газа, полученными электролизом на стадии второй ступени очистки после предварительной обработки в гидроциклоне с отделением укрупненных фракций примесей в очищаемой воде. Обработку во флотореакторе осуществляют насыщением тонкодиспергированными пузырьками воздуха, начиная с нижней точки днища флотореактора с концентрированием нефтяной фракции у поверхности вертикально ориентированных анодов и дискретным перемещением укрупняемых скоплений в восходящих конвективных потоках, периодически переходящих в локальные вихревые при контакте с поверхностью горизонтально ориентированных катодов. Катоды выполнены в виде жестко закрученных спиралевидных элементов. Разделение очищаемой воды и нефтяных фракций производят в верхней части флотореактора путем формирования вихревых потоков жестко закрученными спиралевидными элементами поверхности горизонтально ориентированных катодов и последовательным выводом флотопены через флоторазделитель с прямой перегородкой и перегородкой дугообразной формы для разделения потоков, через верхний слив в приемник флотопены, а очищенной фракции воды - через нижний сливной патрубок в трубопровод отвода. Технический результат: повышение эффективности разделения нефти и воды. 2 ил.

Способ очистки нефтесодержащих сточных вод в конвективных потоках посредством двух ступеней очистки, соединенных последовательно вдоль потока очищаемой воды и разделенных между собой, одна из которых состоит из флотореактора и флоторазделителя, разделенных посредством перегородки, аэрирующего узла, трубопровода подвода очищаемой воды и трубопровода отвода очищенной воды, выход трубопровода подвода очищаемой воды сообщен с придонной частью флотореактора, выход аэрирующего узла сообщен через дросселирующий клапан с входом в флотореактор, расположенный в нижней точке его днища, прямая перегородка, отделяющая от флоторазделителя флотореактор, выполнена с возможностью свободного перемещения потока очищаемой воды в верхней части флотореактора и флоторазделителя одной ступени очистки, аэрирующий узел выполнен с возможностью поддержания давления насыщения, комплекс дополнительно содержит приемник флотопены, снабженный патрубком ее отвода, отличающийся тем, что обработка очищаемой воды электрофлотацией осуществляется в конвективных потоках, создаваемых пузырьками газа, полученными электролизом на стадии второй ступени очистки после предварительной обработки в гидроциклоне с отделением укрупненных фракций примесей в очищаемой воде, при этом обработку во флотореакторе осуществляют насыщением тонкодиспергированными пузырьками воздуха, начиная с нижней точки днища флотореактора с концентрированием нефтяной фракции у поверхности вертикально ориентированных анодов и дискретным перемещением укрупняемых скоплений в восходящих конвективных потоках, периодически переходящих в локальные вихревые при контакте с поверхностью горизонтально ориентированных катодов, выполненных в виде жестко закрученных спиралевидных элементов, и последующим перемещением пузырьками водорода, образующимися на поверхности горизонтально ориентированных катодов, а разделение очищаемой воды и нефтяных фракций производят в верхней части флотореактора путем формирования вихревых потоков жестко закрученными спиралевидными элементами поверхности горизонтально ориентированных катодов и последовательным выводом флотопены через флоторазделитель с прямой перегородкой и перегородкой дугообразной формы для разделения потоков, через верхний слив в приемник флотопены, а очищенной фракции воды - через нижний сливной патрубок в трубопровод отвода.