устройство для очистки воды от углеводородов и механических примесей

Формула изобретения

Устройство для очистки воды от углеводородов и механических примесей, содержащее делительную емкость с отсеком для гравитационного разделения с входным и выходным патрубками и перегородками, отличающееся тем, что емкость выполнена вертикальной и посредством патрубка соединена с емкостью предварительной коагуляционной обработки смеси, при этом емкость для предварительной коагуляционной обработки смеси выполнена со смесительным перфорированным стаканом, а вход патрубка в делительную емкость выполнен тангенциально и под углом 7-20° к горизонтальной плоскости, делительная емкость снабжена вертикальной перегородкой, внутри которой расположена другая вертикальная перегородка с перфорационными отверстиями в ее нижней части, делительная емкость разделена горизонтальной перегородкой на приемный отсек, расположенный ниже нее и отсек гравитационного разделения, расположенный выше нее, между собой отсеки сообщаются через отверстия, расположенные между корпусом делительной емкости и первой вертикальной перегородкой, при этом верхний торец первой вертикальной перегородки расположен выше перфорационных отверстий, верхняя часть делительной емкости снабжена патрубком для отвода жидких углеводородов и дополнительной вертикальной перегородкой, при этом верхний торец вертикальной перегородки, расположенной в первой вертикальной перегородке, расположен выше торца дополнительной вертикальной перегородки, но ниже верхней образующей корпуса делительной емкости, делительная емкость снабжена также сливным патрубком для отвода воды, при этом торец сливного патрубка расположен ниже торца дополнительной вертикальной перегородки, но выше верхнего торца вертикальной перегородки, расположенной внутри первой вертикальной перегородки, а верхний торец дополнительной вертикальной перегородки расположен выше сливного патрубка для отвода жидких углеводородов, нижняя образующая корпуса делительной емкости заужена в месте расположения патрубка для вывода мехпримесей, верхняя часть делительной емкости снабжена фильтром для дополнительной тонкой очистки смеси от мехпримесей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к устройствам непрерывного действия по очистке промстоков от углеводородов и механических примесей, и может быть использовано в промысловых и заводских установках по отделению пластовой воды, подготовке нефти и газового конденсата, химической и других промышленностях, в области экологии при очистке природных водных резервуаров озер, рек, морей, загрязненных в результате экологических катастроф.

Известно устройство (SU №1607865) для разделения жидкостей, содержащее корпус с патрубками отвода тяжелой, легкой фаз и механических примесей, камеру разделения в виде вертикального цилиндра с тангенциальным патрубком подвода в него разделяемой смеси, причем камера разделения снабжена конической перфорированной перегородкой, концентрично расположенной сливной трубой, закрепленной на конической перфорированной перегородке, при этом верхняя кромка сливной трубы расположена ниже верхней кромки цилиндра, а коническая перегородка расположена выше патрубка подвода смеси, при этом сливная труба снабжена расположенным в верхней ее части завихрителем потока, например, в витке шнековой лопасти.

Данное устройство имеет следующие недостатки:

- узкая область применения, так как устройство предназначено для разделения только двухфазных негазированных жидкостей и в конструкции не предусмотрен отвод для газов дегазации, всегда присутствующих в пластовых водах, нефти и конденсате;

- низкая эффективность разделения фаз (работы), так как используемый шнековый завихритель не обеспечит высокоскоростного вращения для создания достаточных центробежных гравитационных сил и при наличии достаточного количества мехпримесей может образовываться водоуглеводородная эмульсия, что приведет к неработоспособности устройства;

- сложность и ненадежность эксплуатации, так как для регулирования уровня жидкости и ее расхода необходимо использовать средства автоматики, которые в свою очередь необходимо постоянно подпитывать энергией извне.

Известен сепаратор непрерывного действия (Авт. св-во №709111) для разделения двух неоднородных жидких фракций с различными удельными весами, состоящий из двух сообщающихся сосудов, один из которых имеет приемную камеру, входной патрубок и штуцер отвода легкой фракции, а другой - штуцер отвода тяжелой фракции, в котором с целью обеспечения устойчивой работы сепаратора путем выравнивания давления газов над жидкостью в верхней части входного патрубка и сосуда отвода легкой фракции выше штуцера отвода легкой фракции выполнены отверстия, соединяющие полости входного патрубка и обоих сосудов.

Данное устройство имеет следующие недостатки:

- узкая область применения, так как разделенные жидкие фракции выходят из отводных штуцеров вместе с газом, то есть конструкцией не предусмотрен отвод газов сепарации или дегазации. Поэтому для отделения жидкостей от газа потребуются дополнительные устройства;

- низкая эффективность разделения фаз, так как подача, например, водонефтяной смеси с газом через жиклер приводит, как известно, к образованию стойких эмульсий и пенных систем, разделение которых на фракции требует длительного времени, отсутствующего в устройствах непрерывного действия, что ведет к неработоспособности конструкции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является двухфазный разделитель по SU №1143436, включающий емкость с входными и выходными патрубками, разделенную вертикальными перегородками на отсеки гравитационного разделения, сбора легкой фракции и отсек сбора тяжелой фракции с установленным переливным устройством, при этом переливное устройство выполнено с виде трубы, входной конец которой размещен в нижней части отсека гравитационного разделения, а выходной расположен в верхней части отсека сбора тяжелой фракции, при этом перегородка для слива легкой фракции выполнена с пазом в верхней части.

Данное устройство имеет следующие недостатки:

- узкая область применения, обусловленная тем, что его можно использовать только для предварительно очищенных от мехпримесей и дегазированных неоднородных жидкостей,

- конструкцией не предусмотрено наличие патрубка для отвода газов сепарации или дегазации и узла сбора и отвода мехпримесей,

- низкая эффективность работы из-за большой площади поверхности легкой фракции, обусловленной горизонтальным расположением корпуса емкости, приводящей к насыщению ее части газообразными углеводородами, способствующими образованию эмульсии и пенной системы;

- разгазирование и образование водоуглеводородной (водонефтяной) эмульсии, при подаче смеси сверху вниз через штуцирующее устройство и ударе струи об углеводородную поверхность, которая может поступать в отсек сбора легкой фракции;

- отсутствие фильтра и патрубка отвода мехпримесей способствует их попаданию в отсек для сбора тяжелой фракции по переливной трубе, входной конец которой размещен в нижней части отсека гравитационного разделения, и требует периодической остановки процесса для очистки емкости.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение области применения при улучшении качества очистки водной составляющей смеси.

Данный технический результат достигается решением технической задачи, направленной на повышение коагуляции дисперсной системы в устройстве и исключение смешения уже разделенных фаз.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в известном устройстве, содержащем делительную емкость с отсеком для гравитационного разделения с входным и выходным патрубками и перегородками, емкость выполнена вертикальной и посредством патрубка соединена с емкостью предварительной коагуляционной обработки смеси, при этом емкость предварительной коагуляционной обработки смеси выполнена со смесительным перфорированным стаканом, а вход патрубка в делительную емкость выполнен тангенциально и под углом 7-20 градусов к горизонтальной плоскости, делительная емкость снабжена вертикальной перегородкой, внутри которой расположена другая вертикальная перегородка с перфорационными отверстиями в ее нижней части, делительная емкость разделена горизонтальной перегородкой на приемный отсек, расположенный ниже нее, и отсек гравитационного разделения, расположенный выше нее. Между собой отсеки сообщаются через отверстия, расположенные между корпусом делительной емкости и первой вертикальной перегородкой, при этом верхний торец первой вертикальной перегородки расположен выше перфорационных отверстий; верхняя часть делительной емкости снабжена патрубком для отвода жидких углеводородов и дополнительной вертикальной перегородкой, при этом верхний торец вертикальной перегородки, расположенной в первой вертикальной перегородке, расположен выше торца дополнительной вертикальной перегородки, но ниже верхней образующей корпуса делительной емкости, делительная емкость снабжена также сливным патрубком для отвода воды, при этом торец сливного патрубка расположен ниже торца дополнительной вертикальной перегородки, но выше верхнего торца вертикальной перегородки, расположенной внутри первой вертикальной перегородки, а верхний торец дополнительной вертикальной перегородки расположен выше сливного патрубка для отвода жидких углеводородов, нижняя образующая корпуса емкости заужена в месте расположения патрубка для вывода мехпримесей, верхняя часть делительной емкости снабжена фильтром для дополнительной тонкой очистки разделяемой смеси от мехпримесей.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что качество очистки водной составляющей смеси определяется прежде всего тем, что устройство содержит емкость предварительной коагуляционной обработки разделяемой смеси, где осуществляется значительная коагуляция дисперсной системы. Наличие в данной емкости смесительного перфорированного стакана способствует перемешиванию смеси, поступающей затем в приемный отсек делительной емкости, расположенный ниже горизонтальной перегородки, делящей делительную емкость на приемный и гравитационный отсеки. Вращательное движение в приемном отсеке ускоряет процесс разделения на составляющие фазы: мехпримеси, воду, жидкие углеводороды и газ, а тангенциальный ввод поступающей смеси в приемный отсек делительной емкости через патрубок и наклон оси потока вниз от горизонтальной плоскости на угол 7-20 градусов придает ему вращение, направленное к патрубку для отвода мехпримесей, что ускоряет отделение и осаждение последних. При угле больше 20 градусов осаждение мехпримесей затрудняется из-за возникновения обратного потока, а при угле меньше 7 градусов эффективность процесса резко снижается вследствие недостаточности направленной вниз кинетической энергии потока, действующей на мехпримеси. Наличие фильтра, через который проходит смесь, служит для дополнительной тонкой очистки разделяемой смеси от мехпримесей. Гравитационный отсек, расположенный выше горизонтальной перегородки, служит для окончательного отделения воды от жидких и газообразных углеводородов. Наличие целого ряда вертикальных перегородок, в том числе с отверстиями и расположенных определенным образом, служат для предотвращения смешения уже разделенных фаз смеси. При этом газы как самые легкие поднимаются в верхнюю часть корпуса делительной емкости и отводятся через патрубок для отвода газов, жидкие углеводороды, перелившие через дополнительную вертикальную перегородку, отводятся через соответствующий патрубок, а вода, очищенная от углеводородов, пройдя через перфорационные отверстия в нижней части вертикальной перегородки, расположенной внутри первой вертикальной перегородки, попадает в ее внутреннюю полость и выводится через соответствующий патрубок. Таким образом, данное устройство осуществляет непрерывную очистку водной составляющей от газа, жидких углеводородов и мехпримесей, обеспечивая высокое качество очистки водной составляющей смеси.

На чертежах изображено устройство для очистки воды от углеводородов и механических примесей

На фиг.1 - вид спереди с вертикальным разрезом.

На фиг.2 - разрез по сечению А-А.

Устройство состоит из емкости предварительной коагуляционной обработки смеси 1, например электрокоагуляционной и вертикально установленной делительной емкости 2. В емкости предварительной обработки 1 установлены электроды 3, выполненные из алюминийсодержащих материалов, в емкости предварительной коагуляционной обработки смеси установлен также смесительный перфорированный стакан 4. Емкость 1 сообщается с емкостью 2 посредством патрубка 5, вход которого в емкость 2 выполнен тангенциально и под углом 7-20 градусов к горизонтальной плоскости.

Делительная емкость 2 имеет съемный фильтр 6, патрубок для отвода мехпримесей 7, горизонтальную перегородку 8 с отверстиями 9, вертикальную перегородку 10, расположенную внутри нее вертикальную перегородку 11 с перфорационными отверстиями в ее нижней части 12, патрубок для отвода воды 13, перегородку 14, патрубок для отвода жидких углеводородов (нефти, конденсата, и др.) 15 и патрубок для отвода газов (сепарации, дегазации) 16.

Устройство работает следующим образом.

Разделяемую смесь углеводородов, воды и мехпримесей подают в емкость 1, где ее вначале подвергают предварительной коагуляционной обработке, например электрохимической, посредством алюминийсодержащих электродов 3, затем перемешиванию при прохождении через перфорированный стакан 4. При прохождении смеси через алюминийсодержащие электроды часть их массы растворяется в ней в виде тонкодисперсных соединений гидроксидов алюминия Al(ОН)₃, являющихся хорошими коагулянтами дисперсных систем, к которым относится рассматриваемая смесь.

Такого же результата можно добиться и при предварительной химической обработке смеси в емкости предварительной обработки растворами солей алюминия или железа, разрушающими коллоидные структуры за счет воздействия образующихся при гидролизе этих солей соответствующих гидроксидов этих металлов, обладающих высокой коагуляционной и адсорбционной способностью.

Затем перемешанный поток через патрубок 5 поступает в приемный отсек «А» делительной емкости 2, где вращательный характер движения и резкое снижение его скорости приводит к быстрой коагуляции (укрупнению) дисперсных частиц мехпримесей, осаждению их на нижнюю образующую емкости 2, откуда они выводятся через патрубок 7.

Затем смесь проходит через фильтр 6, улавливающий неосажденные частицы механических примесей в нижней части входного отсека «А».

Очищенная от механических примесей смесь воды и углеводородов через отверстие 9 в горизонтальной перегородке 8 поступает в отсек гравитационного разделения «Б», расположенный выше нее.

В гравитационном отсеке «Б» происходит окончательное разделение воды от жидких и газообразных углеводородов.

При этом газы дегазации (сепарации) как самые легкие поднимаются в верхнюю часть корпуса делительной емкости 2 и отводятся через патрубок 16, жидкие углеводороды (нефть, конденсат пр. др.), перелившие через перегородку 14, отводятся через патрубок 15, а вода, очищенная от углеводородов, пройдя отверстия 12, попадает во внутреннюю полость перегородки 11, откуда выводится через патрубок 13.

Таким образом, в устройстве происходит непрерывная очистка воды от газообразных, жидких углеводородов и механических примесей.

Использование предлагаемого устройства в отличие от аналогов и прототипа дает следующие преимущества:

- расширяется область применения, так как конструкция позволяет разделять многофазные смеси, включающие воду, механические примеси, газы сепарации, дегазации и жидкие углеводороды (нефть, конденсат и др.);

- повышается эффективность процесса разделения смеси на составляющие и тем самым улучшается качество очистки водной составляющей;

- повышается надежность бесперебойной работы устройства, так как не требуется привлечение средств автоматики для контроля за процессом разделения смеси.

Ориентировочный экономический эффект по сравнению с аналогами и прототипом, при прочих равных условиях расхода, содержания механических примесей, жидких углеводородов и газового фактора, оценен в пределах от 0,5 до 1,5 млн руб./год.