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 вакууммировании, 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 флотирующего стакана, открытого сверху, сообщенного с кольцевым накопительным зазором, охватывающим флотирующий стакан и снабженным патрубками для отвода флотированной воды, кроме того, флотирующий узел снабжен 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 возможности очистки нефтесодержащих сточных вод от тонкодисперсных примесей непрерывной напорной флотацией.

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

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 флотирующего стакана, открытого сверху, сообщенного с кольцевым накопительным зазором, охватывающим флотирующий стакан и снабженным патрубками для отвода флотированной воды, кроме того, флотирующий узел снабжен патрубком отвода сфлотированного материала в емкость для его сбора, отличающееся 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 трубопроводом с распределителем аэрированной воды, размещенным у дна флотирующего стакана, кромка стенок которого размещена ниже уровня очищаемой жидкости в накопительном зазоре, донная часть которого снабжена отводящими патрубками. 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…» обеспечивают возможность формирования факела распыла жидкости, симметричного вертикальной оси резервуара, ориентированного вверх, что существенно увеличивает длину траектории перемещения капель жидкости в объеме резервуара.

Признаки, указывающие, что сопловой насадок выполнен «в виде цилиндрической втулки, нижнее отверстие которой сообщено с источником сжатого воздуха, а верхнее выполнено в виде диффузора и открыто к крыше резервуара» позволяют при подводе в него очищаемой жидкости создавать факел распыления, характеризующийся большой площадью поверхности раздела жидкой и газовой фаз, в результате чего происходит мгновенное насыщение воздухом очищаемой жидкости.

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 трубопроводом с распределителем аэрированной воды, размещенным у дна флотирующего стакана…» обеспечивают возможность передачи аэрированной жидкости на стадию флотирующей обработки.

Признаки, указывающие, что кромка стенок флотирующего стакана «размещена ниже уровня очищаемой жидкости в накопительном зазоре» обеспечивают сообщение флотирующей и накопительной зон флотирующего стакана.

Признак «…донная часть накопительного зазора снабжена отводящими патрубками…» обеспечивает отвод из накопительной емкости очищенной жидкости.

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 стекание жидкости по стенкам резервуара, увеличивая тем самым площадь и время контакта между жидкой и газовой фазами.

На фиг.1 схематически показан поперечный разрез устройства. На чертеже показаны резервуар 1, подводящая труба 2, сопловой насадок 3, уровень нефтесодержащих сточных вод 4 в резервуаре 1, вертикальная ось 5, нижнее 6 и верхнее 8 отверстия соплового насадка 3, источник сжатого воздуха 7, регулятор давления газа 9, каплеотбойник 10, дренажные трубки 11, кольцевой выступ 12, флотирующий стакан 13, кольцевой накопительный зазор 14, патрубок 15 отвода сфлотированного материала, трубопровод 16, дросселирующий вентиль 17, распределитель 18 аэрированной воды, патрубок 19 отвода очищенной воды.

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

Аэрирующий узел содержит резервуар 1, предпочтительно цилиндрический, выполненный с возможностью поддержания давления воздуха в нем выше атмосферного. Подводящая труба 2 сообщена с сопловым насадком 3, выход которого размещен над уровнем нефтесодержащих сточных вод 4 в резервуаре 1, расположенный на его вертикальной оси 5. Сопловой насадок 3 выполнен в виде цилиндрической втулки, нижнее отверстие 6 которой сообщено с источником сжатого воздуха 7, а верхнее 8 выполнено в виде диффузора и открыто к крыше резервуара. При этом сопловой насадок 3 выполнен с возможностью эжектирования нефтесодержащих сточных вод, для чего выпускное отверстие подводящей трубы 2 соединяющего полость резервуара 1 с источником сточных вод (на чертеже не показан), открыто в полость соплового насадка 3. В крыше резервуара 1 установлен регулятор давления газа 9. Для предотвращения попадания жидкой фазы в регулятор давления газа 9 резервуар 1 оборудуют каплеотбойником 10, снабженный дренажными трубками 11 для отвода скопившейся в нем жидкости. Также резервуар 1 оборудован каплеформирующим кольцевым выступом 12, препятствующим стеканию капель распыляемой жидкости по стенкам резервуара 1.

Флотирующий узел выполнен в виде флотирующего стакана 13, открытого сверху, сообщенного с кольцевым накопительным зазором 14, охватывающим флотирующий стакан 13, снабженный патрубком 15 отвода сфлотированного материала.

Дно резервуара 1 сообщено трубопроводом 16, оборудованным дросселирующим вентилем 17, с распределителем аэрированной воды 18, размещенным у дна флотирующего стакана 13, кромка стенок которого размещена ниже уровня очищаемой жидкости в накопительном зазоре, донная часть которого снабжена патрубками отвода очищенной воды 19.

Заявленное устройство работает следующим образом.

В сопловой насадок 3, располагаемый внутри напорного резервуара 1, от источника 7 подают сжатый воздух, который эжектирует через подводящий патрубок 2 нефтесодержащую жидкость, подлежащую очистке. В результате взаимодействия поступающей жидкости со сжатым воздухом из верхнего отверстия 8 соплового насадка 3 распыляется факел, состоящий из мелкодисперсных частиц насыщаемой жидкости, симметричный вертикальной оси 5 резервуара 1, ориентированный вверх, что существенно увеличивает длину траектории перемещения капель жидкости в объеме резервуара 1. За счет создаваемого сжатым воздухом в резервуаре 1 избыточного давления (величину которого контролируют встроенным в крышу резервуара 1 регулятором давления 9) и большой поверхности раздела жидкой и газовой фаз, очищаемая жидкость быстро насыщается воздухом при давлении выше атмосферного. Препятствует попаданию аэрируемой среды в регулятор давления 9 каплеотбойник 10, а дренажные трубки 11 отводят к стенкам резервуара 1 скопившуюся в нем жидкость. Каплеформирующий кольцевой выступ 12 препятствует стеканию жидкости по стенкам резервуара 1, увеличивая тем самым площадь и время контакта между жидкой и газовой фазами. Насыщенная нефтесодержащая жидкость по трубопроводу 16, оборудованному дросселирующим вентилем 17, поступает в распределитель аэрированной воды 18, размещенный у дна флотирующего стакана 13. При этом происходит интенсивное беспрепятственное разделение частиц примесей во всем объеме очищаемой жидкости (происходит флотация частичек нефтепродуктов пузырьками воздуха, т.е. образование агрегатов частица-пузырек, которые всплывают на поверхность, благодаря их низкому удельному весу). В результате образуется слой пены, содержащий сфлотированные примеси, который удаляют известным способом через отводящий патрубок 15. Флотирующий стакан 13 имеет расширение в верхней части, что приводит к замедлению скорости движения жидкости, тем самым предотвращая попадание пенного продукта в накопительный зазор 14. Чистая вода поступает в кольцевой накопительный зазор 14, откуда ее отводят через патрубок 19 отвода очищенной воды.