Сепараційна установка для очищення нафтовмісних вод

Сепараційна установка для очищення нафтовмісних вод, що включає вузол попереднього очищення з наступним ступенем грубого очищення, а також ступінь тонкого очищення з фільтруючо-коалесціюючим пристроєм, насос подачі оброблюваної води, вузол попереднього очищення представлений водоприймальним пристроєм у збірній ємності та струминним насосом, з'єднаним C2 1 3 рального типу, розташований у збірній ємності, та з'єднаний з ним струминний насос. Ступінь грубого очищення реалізовано у вигляді багатоступеневого різношвидкісного гідроциклону (БРГ). Ступінь тонкого очищення представлено циркуляційною ємністю, насосом, ФКП з рециркуляційною порожниною. У циркуляційній ємності також встановлено водоприймальний пристрій, аналогічний першому. Робота цієї сепараційної установки для очищення НВВ здійснюється у такий спосіб. НВВ забирається із збірної ємності струминним насосом, надходить спочатку до водоприймального коалесціюючого пристрою спірального типу, а далі - на обробку у БРГ. Відокремлений у БРГ НП скидається у збірну ємність, а попередньо очищена вода надходить у циркуляційну ємність. З циркуляційної ємності через водоприймальний пристрій вона відцентровим насосом подається на доочищення у ФКП. Частина води проходить крізь фільтруючокоалесціюючий матеріал (ФКМ) і видаляється з установки, а залишок (більша частина), забезпечивши змив НП з зовнішньої поверхні ФКП, надходить до робочої порожнини струминного насоса як його робоче тіло. Дана сепараційна установка для очищення НВВ має недостатній ступінь очищення в ній води від НП. Причина в тому, що технологічна схема, за якою її побудовано, практично не здатна реалізувати фінішне очищення НВВ від НП, оскільки в ній не додержано основного принципу розділення емульсії - недопущення виникнення умов диспергування фази, що відокремлюється. Цю сепараційну установку прийнято за найближчий аналог тому, що ні в якій іншій відомій установці немає триступеневого очищення НВВ з використанням процесів фільтрації та коалесценції. Таким чином, за кількістю спільних ознак сепараційну установку за патентом України № 32847А від 15.02.2001р. прийнято за найближчий аналог установки, що заявляється. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення сепараційної установки для очищення НВВ від НП, в якій вдосконалення ступеня тонкого очищення забезпечує більш ефективне видалення НП з суміші і за рахунок цього підвищення якості оброблюваної води. Задачу, яку поставлено, вирішують тим, що сепараційну установку для очищення НВВ, яка вміщує вузол попереднього очищення з наступним ступенем грубого очищення, а також ступінь тонкого очищення з ФКП, циркуляційним насосом подачі оброблюваної води, вузол попереднього очищення представлений водоприймальним пристроєм, встановленим у збірній ємності, та струминним насосом, з'єднаним з ним прийомним патрубком, ступінь грубого очищення представлений БРГ, вхідний патрубок якого приєднано до напірного патрубка струминного насоса, а вихідні патрубки очищеної води і НП - до циркуляційної та збірної місткостей відповідно, ступінь тонкого очищення представлений ФКП з рециркуляційною порожниною, вхідний патрубок якої з'єднано з напірним патрубком циркуляційного насоса, всмоктувальний патрубок якого приєднано до циркуляційної ємності, при цьому рециркуляційну порожнину ФКП вихідним патрубком з'єднано з робочою порожниною 94115 4 струминного насоса, згідно з винаходом постачено додатковою ємністю з поліелектролітом (ПЕ), яку через запірний клапан з'єднано з всмоктувальним патрубком циркуляційного насоса, а ФКП додатково, через запірний клапан, з'єднано з циркуляційною ємністю. Забезпечення ефективного видалення НП з попередньо очищеної води в ступені тонкого очищення досягається шляхом обмеження дії негативних властивостей процесу коалесценції, і, перш за все, ступеневості. Остання сприяє зміні дисперсного складу НВВ, яка обробляється у ФКП, котра відбувається убік збільшення кількості дрібнодисперсних НЧ. У момент розриву тонкої плівки рідини, що розділяє НЧ і поверхню ФКМ, чи плівки НП, яка утворилася на його поверхні, виникає ударна хвиля, котра поширюється в напрямку НЧ. Втікаючи в розрив, що утворюється при цьому, вона деформується і під впливом виниклих хвиль від неї відокремлюються вторинні (одна чи декілька) краплі менших розмірів. Ці НЧ, у свою чергу, коалесціюють з утворенням третинних крапель, і т.д. Спостерігається до восьми стадій коалесценції, за якими генеруються все дрібніші краплі [Огнева Л.Г., Платиканов Д.Н., Шальт С.Я. Исследование коалесценции и устойчивости капель воды на границе раздела углеводород-вода прямым наблюдением углеводородной пленки. Коллоидный журнал АН СССР, 1984, №3]. Наявність таких крапель негативно впливає на якість очисної здатності ФКП у бік її істотного зниження, оскільки їхнє вилучення з потоку НВВ за рахунок умов, що створюються пристроєм, практично неможливо. Отже, для підвищення якості очищення НВВ необхідно додати ФКМ додаткові специфічні властивості, які сприятимуть ефективній адгезії НЧ на його коалесціюючій поверхні та нейтралізації явища ступеневості коалесценції. Вказане може бути реалізовано шляхом створення організованого середовища в міжфазних суміжних шарах гранул ФКМ. Одним з перспективних методів його реалізації є модифікування поверхонь ФКП поліелектролітами [Патент Украйни №64336А . - Опубл. 16.02.2004. Бюл.№2]. До ПЕ належать полімери, молекули яких містять групи з кислотними або основними властивостями: -СООН; SO2OH; -РО(ОН)2; -NH; -NR2; -NR3OH; NHR2OH і ін.). Проведені різними авторами досліди [Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очищения природных и сточных вод. -2-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1984. - 200 с.] показали, що ПЕ поліпшують первинний процес адгезії емульгованих НЧ до гранул ФКМ і дають фільтрат кращої якості. Однією з причин сприятливої дії ПЕ є зменшення сил, що перешкоджають адгезії емульгованих НЧ на твердій поверхні: нейтралізація заряду при використанні катіонних ПЕ і посилення ліофільності ФКМ в результаті адсорбції ПЕ на їхніх гранулах та емульгованій фазі агрегатів. Подібна зміна властивостей емульгованих НЧ полегшує їхній підхід і закріплення на гранулах ФКМ. Введення ПЕ здійснювалося методом його сорбції на поверхні ФКМ з водяного розчину. Для цього застосовували розчин ПЕ ВПК-402 з концентрацією 1%, виготовлений з 25% промислової 5 емульсії (ТУ6-01-2-88 "СЗП AT "Каустик"), розташованій у додатковій ємності з поліелектролітом. Робочі концентрації ВПК-402 задавалися з урахуванням як іонізаційних властивостей ПЕ, так і характеристик ФКМ. Зазначене дало можливість на 25...30% підвищити ефективність очищення НВВ у порівнянні з прототипом. На фігурі показано принципову схему сепараційної установки для очищення нафтовмісних вод. Основними складовими елементами сепараційної установки для очищення нафтовмісних вод є: блок попереднього очищення, що вміщує вузол попереднього очищення, і ступінь грубого очищення у вигляді різношвидкісного багатоступеневого гідроциклону 1, ступінь тонкого очищення у вигляді ФКП 2 з циркуляційною ємністю 3 і циркуляційним насосом 4, які з'єднують обидва блоки в цілісну установку, здатну виконувати покладені на неї функції і забезпечити досягнення потрібних результатів щодо якості очищення води. Вузол попереднього очищення містить збірну ємність 5, в якій розташовано водоприймальний пристрій 6, струминний насос 7, з'єднаний з ним прийомний патрубок з клапаном 8. Напірний патрубок з клапаном 9 струминного насоса 7, з'єднаний з входом у БРГ 1 ступеня грубого очищення, котрий має вхідні патрубки з клапанами відведення нафтопродукту 10 і очищеної води 11. При цьому патрубок з клапаном 8 сполучено зі збірною ємністю 5, а патрубок з клапаном 11 - з циркуляційною ємністю 3. Ступінь тонкого очищення містить ФКП 2, з патрубками і клапанами відведення очищеної води 12, нафтопродукту 13, циркуляційної води 14, який з'єднано з робочою порожниною 15 струминного насоса 7 з водоприймальним пристроєм 6, встановленим у циркуляційній ємності 3. Циркуляційна ємність 3 являє собою цистерну, споряджену патрубками з клапанами підводу попередньо очищеної води 11 з БРГ 1, подачі попередньо очищеної води в ступінь тонкого очищення через клапан 16, циркуляційним насосом 4 за допомогою патрубка з клапаном 17. Установку обладнано також байпасними трубопроводами з клапанами 13, 18, 19, 20, 21 що забезпечують режим пуску, промивання та регенерації, патрубком з клапаном 22 на збірній ємності 5 для відведення з неї відокремленого нафтопродукту, ємності 23, для збереження ПЕ, вентиляційного пристрою 24, клапана 25 для подачі ПЕ у ФКП 2 та інші необхідні засоби і арматуру. Водоприймальним пристроєм може бути спіральний коалесціюючий розділювач, що є робочим елементом пристрою для очищення НВВ за а.с. СРСР №1761184, А2. Опубл.15.9.1992. Бюл. № 34. Циркуляційним насосом може бути, наприклад, гвинтовий насос 2ВВ6 3/16-1-6, 3/4Б-3. Струминним насосом може бути насос необхідної продуктивності, розрахований у відповідності з [Лямаєв Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988, 256с]. Для ступеня грубого очищення можна використати гідроциклон для відокремлення НП з НВВ, наприклад, за патентом України № 77031, С2. опубл. 16.10.2006. Бюл. №10. ФКП ступеня тонкого очищення може бути пристрій, наприклад, за па 94115 6 тентом України № 25750А. опубл. 25.12.1998. Бюл. № 6. Робота сепараційної установки для очищення нафтовмісних вод здійснюється таким чином. НВВ, яка забирається із збірної ємності 5 струминним насосом 7, надходить спочатку у водоприймальний коалесціюючий пристрій спірального типу 6. Під час руху рідини в ньому відбувається первинне видалення великих за розміром НЧ за рахунок впливу поверхневої коалесценції та гравітації. Далі струминний насос 7 подає НВВ на обробку до БРГ 1, де під дією відцентрових сил, оптимальних з точки зору запобігання диспергуванню, НЧ різноманітної величини видаляються з оброблюваного потоку води на відповідних ступенях, де створені необхідні умови за допомогою зміни швидкісних характеристик потоку. Заводнений НП через патрубок з клапаном 10 надходить у збірну ємність 5, а попередньо очищена вода через патрубок з клапаном 11-у циркуляційну ємність 3. З циркуляційної ємності 3 через водоприймальний пристрій 6, де також здійснюється додаткова обробка води на його коалесціюючій поверхні, внаслідок чого ще частина НП видаляється з оброблюваної НВВ, попередньо очищена вода надходить до гідравлічної частини циркуляційного насоса 4. Після чого через патрубок з клапаном 20 подається у ФКП 2 на остаточне очищення. Вода, що надійшла до ФКП 2, потрапляє в його рециркуляційну порожнину, де відбувається розділення оброблюваного потоку. Частина води проходить крізь фільтруючо-коалесціюючий матеріал і остаточно очищеною відводиться з установки через патрубок з клапаном 12, а залишок (більша частина), забезпечивши змивання нафтопродуктів з зовнішньої поверхні ФКП 2, по трубопроводу з клапанами 14, 21 надходить до робочої порожнини 15 струминного насоса 7 як його робоче тіло. Так в даній технологічній схемі очищення НВВ, в усіх її елементах, забезпечується, з одного боку, укрупнення НЧ, що сприяє їхньому видаленню з оброблюваного потоку, а з іншого - виключаються умови, котрі провокують диспергування НЧ і перешкоджають їхньому видаленню. Під час запуску установки НВВ із збірної ємності 5 по трубопроводу з клапаном 18 надходить до всмоктуючої порожнини циркуляційного насоса 4, а потім по трубопроводу з клапаном 20 подається у робочу порожнину 15 струминного насоса 7, куди за допомогою трубопроводу з клапаном 8 також надходить і НВВ із збірної ємності 5, яка попередньо пройшла крізь водоприймальний пристрій 6. Струминний насос 7 подає воду на обробку в ступінь грубого очищення на БРГ 1, після чого вона скидається у циркуляційну ємність 3. По досягненні достатнього для забезпечення сталої роботи циркуляційного насоса 4 рівня в циркуляційній ємності 3 клапани 20 і 18 зачиняються, а клапани 17, 16 відчиняються і установка виходить на робочий режим. Для забезпечення ресурсних характеристик установки передбачено відповідні режими регенерації ФКП. По-перше, ФКМ промивається зворотним струмом води. Регенерація здійснюється за наступною схемою. Вода із циркуляційної ємності 3 по трубопроводу з клапанами 14, 16, 20 насосом 7 94115 4 подається на ФКП для регенерації. При цьому клапани 12, 17, 18, 19, 21, 25 повинні бути закриті. Попередньо очищена вода з циркуляційної ємності 3 по трубопроводу з клапанами 16, 20, 14 надходить у рециркуляційну порожнину очищеної води ФКП 2 і, пройшовши ФКМ, по трубопроводу з клапаном 13 скидається в збірну ємність 5. По-друге, регенерація (відновлення) ПЕ на поверхні гранул ФКМ, частково змитого під час промивання, відбувається за допомогою подачі у ФКП водного розчину ПЕ з циркуляційної ємності 3 та ємності 23, для його поновлення. У даному режимі блок попереднього очищення повинен бути попередньо відключений, а ФКП 2 через патрубок клапана 19 Комп’ютерна верстка Мацело В. 8 з'єднаний з ємністю 3. Тоді вода з ємності 3 по трубопроводу з клапаном 16 насосом 4 подається на ФКП 2 і далі по трубопроводу з клапаном 19-у циркуляційну ємність 3. Одночасно на всмоктування насоса 4 надходить ПЕ через патрубок з клапаном 25 з ємності 23. При цьому, клапани 12, 13, 14, 18, 20, 17 повинні бути закриті. (Примітка: регенерація ФКМ ПЕ з ємності 23 відбувається в процесі проведення регламентних робіт приблизно через 40-70 годин роботи). Ефективність очищення в установці за пропонованою технологічною схемою збільшується у 1,25-1,3 рази у порівнянні з найближчим аналогом. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601