Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ И СТОЧНЫХ ВОД

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

Известно устройство для очистки нефтесодержащих и сточных вод, содержащее герметичный резервуар с установленной в нем напорной распределительной трубой, выполненной с отверстиями, обращенными к поверхности жидкости, снабженное заглубленными в воду насадками и установленными соосно напорной трубе отбойником в виде короба с патрубком, размещенным под насадками, и двумя установленными один над другим периферийными карманами, нижний из которых соединен трубопроводом с отбойником (SU 996332, МКИ C02F 1/00, 1981 г.).

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

Известно устройство для очистки нефтесодержащих и сточных вод, содержащее емкость, разделенную на сообщающиеся в верхней части накопительную и флотационную зоны, в последней из которых размещен кожух, полость которого сообщена с источником сжатого воздуха и снабжена подводящей трубой, сообщенной с хранилищем очищаемой жидкости, при этом накопительная зона емкости сообщена с герметичным баком, снабженным средством вакууммирования, нагревателем, размещенным над дном бака, разделенным на накопительную и флотационную зоны, сообщающиеся в верхней части, кроме того, емкость и бак снабжены средствами отвода сфлотированного материала и емкостями для его сбора (см. патент на ПМ 72965, МКИ C02F 1/40, 2006 г.).

Недостатком этого решения также является то, что степень насыщения очищаемой воды воздухом ограничивается давлением воздуха в зоне аэрирования, т.е. для повышения степени насыщения необходимо повышать давление в названной зоне, что не всегда целесообразно по конкретным технико-технологическим условиям на месте очистки, поэтому зачастую приходится ограничиваться условиями, диктуемыми рабочими параметрами имеющихся источников сжатого воздуха. Это, в свою очередь, не позволяет обеспечить удовлетворительную степень очистки нефтесодержащих сточных вод 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 этого, количество воздуха, выделяемого из очищаемой жидкости при вакуумировании, незначительно зависит от температуры системы, в связи с чем затрата тепловой энергии на подогрев флотируемой жидкости может не приводить к повышению эффективности очистки.

Известно также устройство для очистки нефтесодержащих и сточных вод, содержащее аэрирующий, флотирующий и накопительный узлы, последовательно сообщенные друг с другом, при этом аэрирующий узел сообщен с источником сжатого воздуха и снабжен подводящей трубой, сообщенной с источником очищаемой жидкости, причем флотирующий узел выполнен в виде герметичной емкости, снабженной флотирующим стаканом открытым сверху, сообщенным с кольцевой накопительной зазором, образованным поверхностями флотирующего стакана и герметичной емкости, кроме того, флотирующий узел снабжен средством вакуумирования, патрубком отвода сфлотированного материала в емкость для его сбора (см. патент РФ №2394773, МПК C02F 1/40, 2010 г.).

К недостаткам этого решения можно отнести необходимость затрачивать теплоэнергетические ресурсы на подогрев очищаемой жидкости во флотирующем узле до температуры, близкой к температуре кипения, что не всегда возможно по конкретным технико-технологическим условиям на месте очистки. Отсутствие устойчивого парообразования в значительной степени снизит эффективность извлечения растворенных нефтепродуктов данным устройством.

Задача, на решение которой направленно заявленное решение, заключается в обеспечении непрерывности процесса насыщения и увеличении степени насыщения воздухом очищаемой жидкости, прошедшей ступень вакуумной флотации.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении степени насыщения воздухом нефтесодержащих сточных вод за счет объема воздуха абсорбированного очищаемой нефтесодержащей жидкостью при ее распылении через сопловой насадок, что позволяет проводить ее повторное флотирование в установках вакуумной флотации.

Поставленная задача решается тем, что устройство для очистки нефтесодержащих и сточных вод, содержащее аэрирующий, флотирующий и накопительный узлы, последовательно сообщенные друг с другом, при этом аэрирующий узел сообщен с источником сжатого воздуха и снабжен подводящей трубой, сообщенной с источником очищаемой жидкости, причем флотирующий узел выполнен в виде герметичной емкости, снабженной флотирующим стаканом открытым сверху, сообщенным с кольцевой накопительной зазором, образованным поверхностями флотирующего стакана и герметичной емкости, кроме того, флотирующий узел снабжен средством вакуумирования, патрубком отвода сфлотированного материала в емкость для его сбора, отличается тем, что аэрирующий узел содержит резервуар, выполненный с возможностью поддержания давления воздуха в нем выше атмосферного, при этом подводящая труба сообщена с сопловым насадком, размещенным над уровнем сточных вод в резервуаре, на его вертикальной оси, выполненным в виде цилиндрической, втулки, нижнее отверстие которой сообщено с источником сжатого воздуха, а верхнее выполнено в виде диффузора и открыто к крыше резервуара, при этом сопловой насадок выполнен с возможностью эжектирования вод, подлежащих аэрированию, для чего выпускное отверстие подводящей трубы открыто в полость соплового насадка, кроме того, дно резервуара снабжено патрубком, сообщенным возвратным трубопроводом с распределителем аэрированной воды, размещенным у дна флотирующего стакана, кромка стенок которого размещена ниже уровня очищаемой жидкости в герметичной емкости, донная часть которой сообщена через запорные вентили с донной частью дополнительных накопительных емкостей, по меньшей мере двух, каждая из которых выполнена с возможностью контроля за минимальным и максимальным уровнями заполнения, кроме того, донные части дополнительных накопительных емкостей сообщены через запорные краны с подводящей трубой, сообщенной с сопловым насадком, при этом патрубок подвода сточных вод на очистку в устройство через запорный кран сообщен с возвратным трубопроводом, также снабженным запорным краном. Кроме того, в крыше резервуара установлен регулятор давления газа, который защищен каплеотбойником, снабженным дренажными трубками Кроме того, стенки резервуара снабжены каплеформирующим кольцевым выступом.

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 «…аэрирующий узел содержит резервуар, выполненный с возможностью поддержания давления воздуха в нем выше атмосферного…» позволяет проводить аэрацию сточных вод при повышенном давлении.

Признаки «…подводящая труба сообщена с сопловым насадком, размещенным над уровнем сточных вод в резервуаре, на его вертикальной оси, выполненным в виде цилиндрической втулки, нижнее отверстие которой сообщено с источником сжатого воздуха, а верхнее выполнено в виде диффузора и открыто к крыше резервуара…» позволяют создавать факел распыления, характеризующийся большой поверхностью раздела жидкой и газовой фаз, в результате чего происходит мгновенное насыщение воздухом нефтесодержащей жидкости, прошедшей ступень вакуумной флотации.

Признак «…сопловой насадок выполнен с возможностью эжектирования вод, подлежащих аэрированию, для чего выпускное отверстие подводящей трубы открыто в полость соплового насадка…» позволяет добиться поступления жидкости в сопловой насадок «самотеком», то есть без применения дополнительного перекачивающего насоса.

Признаки «…дно резервуара снабжено патрубком, сообщенным возвратным трубопроводом с распределителем аэрированной воды, размещенным у дна флотирующего стакана, кромка стенок которого размещена ниже уровня очищаемой жидкости в герметичной емкости, донная часть которой сообщена через запорные вентили с донной частью дополнительных накопительных емкостей, по меньшей мере двух, каждая из которых выполнена с возможностью контроля за минимальным и максимальным уровнями заполнения, кроме того, донные части дополнительных накопительных емкостей сообщены через запорные краны с подводящей трубой, сообщенной с сопловым насадком…» направлены на организацию непрерывной подачи жидкости, прошедшей ступень вакуумной флотации, в сопловой насадок, что позволяет создавать схемы с применением повторного вакуумирования нефтесодержащих вод.

Признак «…патрубок подвода сточных вод на очистку в устройство, через запорный кран сообщен с возвратным трубопроводом также снабженным запорным краном…» позволяет направлять насыщенную нефтесодержащую жидкость для повторной, более глубокой очистки как во флотирующий отсек, так и во вторую ступень очистки, которая может быть аналогична предлагаемому устройству

Признак «…в крыше резервуара установлен регулятор давления газа…» позволяет проводить процесс насыщения при регулируемом уровне избыточного давления, что повлечет за собой повышение эффективности процесса абсорбции.

Признаки, указывающие, что регулятор давления газа «защищен каплеотбойником» - препятствует попаданию жидкой фазы в регулятор давления газа и вывод его из строя и «снабжен дренажными трубками» - обеспечивают отвод к стенкам резервуара скопившейся в каплеотбойнике жидкости.

Признак «…стенки резервуара снабжены каплеформирующим кольцевым выступом…» предотвращает отекание жидкости по стенкам резервуара, увеличивая тем самым площадь и время контакта между жидкой и газовой фазами.

На фиг.1 схематически показан поперечный разрез устройства, показаны герметичная емкость 1, флотирующий стакан 2, кольцевой накопительный зазор 3, линия вакуумирования 4, резервуар 6, сопловой насадок 8, уровень нефтесодержащих сточных вод 9, вертикальная ось 10, источник 11 сжатого воздуха, верхнее отверстие 12 соплового насадка 8, регулятор давления газа 13, каплеотбойник 14, дренажные трубки 15, кольцевой выступ 16, возвратный трубопровод 18, распределитель аэрированной воды 19, подводящие трубы 7 и 20, запорные вентили 21 и 22, герметичные емкости 23 и 24, уровнемеры 27 и 28, патрубки 5, 17, 31 и 34, запорные краны 25, 26, 29, 30, 32, 33 и 35.

Устройство для очистки нефтесодержащих и сточных вод содержит флотирующий, аэрирующий и накопительный узлы.

Флотирующий узел выполнен в виде герметичной емкости 1, снабженной флотирующим стаканом 2, открытым сверху, сообщенным с кольцевым накопительным зазором 3, образованным поверхностями флотирующего стакана 2 и герметичной емкости 1. Кроме того, флотирующий узел подключен к линии вакуумирования 4 и снабжен патрубком 5 отвода сфлотированного материала в емкость для его сбора (не показан).

Аэрирующий узел содержит резервуар 6, предпочтительно цилиндрический, выполненный с возможностью поддержания давления воздуха в нем выше атмосферного. Подводящая труба 7 сообщена с сопловым насадком 8, выход которого размещен над уровнем 9 нефтесодержащих сточных вод в резервуаре 6, расположенным на его вертикальной оси 10. Сопловой насадок 8 выполнен в виде цилиндрической втулки, нижнее отверстие которой сообщено с источником 11 сжатого воздуха, а верхнее 12 выполнено в виде диффузора и открыто к крыше резервуара 6. При этом сопловой насадок 8 выполнен с возможностью эжектирования нефтесодержащих сточных вод, для чего выпускное отверстие подводящей трубы 7, соединяющей полость резервуара 6 с источником сточных вод (не показан), открыто в полость соплового насадка 8. В крыше резервуара 6 установлен регулятор давления газа 13. Для предотвращения попадания жидкой фазы в регулятор давления газа 13 резервуар 6 оборудуют каплеотбойником 14, снабженным дренажными трубками 15 для отвода скопившейся в нем жидкости. Также резервуар 6 оборудован каплеформирующим кольцевым выступом 16, препятствующим стеканию капель распыляемой жидкости по стенкам резервуара 6.

Дно резервуара 6 снабжено патрубком 17, сообщенным возвратным трубопроводом 18 с распределителем аэрированной воды 19, размещенным у дна флотирующего стакана 2, кромка стенок которого размещена ниже уровня очищаемой жидкости в герметичной емкости 1. Донная часть герметичной емкости 1 сообщена через подводящую трубу 20, имеющую запорные вентили 21, 22, с донной частью накопительных узлов, выполненных из по меньшей мере двух герметичных емкостей 23 и 24, каждая из которых соединена с вакуумирующей линией 4 через запорные краны 25, 26. Уровень (минимальный и максимальный) заполнения их жидкостью контролируют уровнемерами 27 и 28, например поплавковыми. Донные части дополнительных накопительных емкостей 23 и 24 сообщены через запорные краны 29, 30 с подводящей трубой 7, сообщенной с сопловым насадком 8, при этом патрубок 31 подвода сточных вод на очистку в устройство, через запорный кран 32 сообщен с возвратным трубопроводом 18, снабженным запорным краном 33. Патрубок 17 соединен с патрубком 34 (который также имеет запорный кран 35), предназначенным для отвода воды во вторую ступень очистки или для слива воды, прошедшей повторную очистку во флотирующем узле.

Заявленное устройство работает следующим образом. Во флотирующий стакан 2, расположенный внутри герметичной емкости 1, флотирующего узла, через патрубок 31, при открытом запорном кране 32, поступает нефтесодержащая жидкость. В герметичной емкости 1, через вакууммирующую линию 4, создают разрежение воздуха, равное 0,1-0,3 ата. В результате в объеме нефтесодержащей жидкости происходит выделение мелкодисперсной газовой фазы, что приводит к флотированию содержащихся в воде частиц нефтепродуктов с образованием концентрированного пенного продукта на поверхности жидкости и последующим его удалением известным способом через патрубок 5. Жидкость, прошедшая очистку вакуумной флотацией, поступает в кольцевой накопительный зазор 3, откуда по подводящий трубе 20 направляется в одну из двух накопительные емкостей 23 и 24, при этом емкости заполняют и опорожняют поочередно по следующему принципу: первоначально запорный вентиль 21 и запорные краны 25, 29, и 30 находятся в закрытом положении, а запорный вентиль 22 и запорный кран 26 в открытом за счет разрежения, создаваемого в правой накопительной емкости 24 вакуумирующей линией 4, вода из донной части кольцевого накопительного зазора 3 заполняет накопительную емкость 24, при достижении водой верхнего уровня, величину которого контролируют уровнемером 28, запорный вентиль 22 и запорный кран 26 переходят в закрытое положение, а запорный вентиль 21 и запорный кран 25 - в открытое, что приводит к заполнению левой накопительной емкости 23 по тому же принципу, что и правой емкости 24. Одновременно с заполнением левой накопительной емкости 23 открывают запорный кран 30 и происходит опорожнение правой накопительной емкости 24 через подводящие трубы 7. При достижении в правой накопительной емкости 24 жидкостью нижнего уровня, величину которого контролируют уровнемером 27, запорный кран 30 закрывают, одновременно с этим открывают запорный кран 29, и происходит процесс опорожнения левой накопительной емкости 23 аналогичный описанному выше. Использование двух попеременно наполняющихся накопительных емкостей 23 и 24 позволяет осуществлять подачу жидкости в аэрирующий узел без использования дополнительного перекачивающего насоса.

В сопловой насадок 8 от источника 11 подают сжатый воздух, который эжектирует насыщаемую нефтесодержащую жидкость, прошедшую ступень вакуумной флотации, которая поступает в сопловой насадок 8 по подводящей трубе 7. В результате из верхнего отверстия 12 соплового насадка 8 распыляется факел, состоящий из мелкодисперсных частиц аэрируемой среды, направленный вдоль вертикальной оси 10 резервуара 6. За счет большой площади поверхности раздела жидкой и газовой фаз мелкие частицы очищаемой нефтесодержащей жидкости с большой эффективностью абсорбируют в себя воздух. При этом за счет подачи сжатого воздуха в резервуаре 6 создается избыточное давление, величину которого контролируют регулятором давления газа 13, повышение величины избыточного давления приводит к увеличению эффективности данного способа насыщения, препятствует попаданию аэрируемой среды в регулятор давления 13 каплеотбойник 14, а дренажные трубки 15 отводят к стенкам герметичной емкости 1 скопившуюся в нем жидкость. Каплеформирующий кольцевой выступ 16 препятствует стеканию жидкости по стенкам герметичной емкости 1, увеличивая тем самым площадь и время контакта между жидкой и газовой фазами.

Насыщенная жидкость скапливается в донной части резервуара 6. При этом насыщенная жидкость, в зависимости от концентрации в ней нефтепродуктов и требований к степени очистки, может направляться как для повторной обработки во флотирующий узел по возратному трубопроводу 18, тогда запорные краны 32 и 35 находятся в закрытом положении, а запорный кран 33 в открытом, так и в следующую ступень вакуумной очистки, которая может быть аналогична описываемому устройству (или в емкость приема очищенной воды), по подающему патрубку 34, тогда запорный кран 33 закрыт, а запорный кран 35 открыт.