Способ разделения нефтесодержащих вод и устройство для его осуществления

Изобретение относится к очистке нефтесодержащих вод и может использоваться на транспорте. В нефтесодержащей воде создают вынужденные вертикальные колебания с частотой, кратной собственной частоте колебаний нефтесодержащей воды. При достижении резонанса поддерживают частоту постоянной. Устройство выполнено с вертикальным ориентированием оси. Технический результат состоит в обеспечении высокой степени очистки при компактности устройства. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано в отраслях промышленности и транспорта, связанных с постройкой и эксплуатацией водного транспорта, а также на береговых предприятиях, которые по роду своей деятельности связаны с очисткой нефтесодержащих вод.

Как известно, согласно требованиям Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря с судов (МАРПОЛ 73/78) /1/ к степени очистки судовых сточных (льяльных) вод, для судов валовой вместимостью 400 peг. тонн и более, не являющихся танкерами, предъявляются требования, что если судно находится в движении не далее 12 миль от берега, нефтесодержание сбрасываемой в море смеси не должно превышать 15 мг/л. Для береговых установок требования к очистке нефтесодержащих вод более жесткие (5 мг/л).

Учитывая тенденцию к постоянному ужесточению требований, назрела общественная потребность поиска более совершенных и эффективных способов очистки нефтесодержащих вод, основанных на принципиально новых технологиях.

Трудность разделения сред в технических жидкостях объясняется прежде всего тем, что эти жидкости, как известно, представляют собой гетерогенные системы, в составе которых присутствует эмульгированная часть дисперсной фазы. Независимо от своего первоначального состояния, технические жидкости под воздействием механических колебаний (качки), взаимодействия с забортной водой и наружным воздухом при хранении в цистернах, приемке и перекачке, при движении по трубопроводам через арматуру и гидравлические части насосов смешиваются и превращаются в сложные дисперсные системы - прямые и обратные эмульсии. Разрушение этих эмульсий весьма сложная задача.

В этих целях в настоящее время используют различные существующие способы: отстаивание, флотация, коалесценция и др. Однако очистные устройства, основанные на известных принципах действия, не обеспечивают нужную эффективность очистки. Например, известные отстойные сепараторы имеют концентрацию нефти в очищенной воде 70-170 мг/л, известные флотационные сепараторы имеют концентрацию нефти в очищенной воде 80-100 мг/л. Известные коалесцирующие сепараторы имеют концентрацию нефти в очищенной воде 15-100 мг/л.

Для обеспечения требований МАРПОЛ 73/78 известные современные очистные сооружения вынужденно представляют собой комбинацию установок, сочетающих различные способы очистки, т.е. достаточно усложненные.

Однако для современного флота и береговых предприятий существующие способы и средства очистки не удовлетворяют современным требованиям.

Известен способ очистки нефтесодержащих сточных вод /2/, включающий введение сточных вод через слой воздуха в контактную массу - нефть. При этом слой воздуха имеет давление 0,06-0,075 ата. Слой контактной массы - нефти нагрет до температуры 50-60°С.

Недостаток известного способа - дополнительный расход энергии на поддержание вакуума в 0,06-0,075 ата и температуры контактной массы - нефти.

Для осуществления данного способа необходимо использование эжектора, поддерживающего требуемое давление, и нагревательного элемента для подогрева контактного слоя - нефти. Это приводит к усложнению установки, позволяющей осуществить данный способ. Кроме того способ не позволяет достичь требуемой глубины очистки нефтесодержащей воды.

Известен способ очистки нефтепромысловых сточных вод /3/, включающий подачу исходной воды в отстойник восходящим потоком через трубу, верхний конец которой расположен выше уровня нефти в отстойнике, со скоростью, большей скорости всплытия капель нефти, коалесценцию капель нефти в слое нефти, отвод нефти и очищенной воды отдельными потоками.

Недостатком известного способа является недостаточная степень очистки воды от эмульгированных нефтепродуктов.

Известен способ очистки сточных вод, содержащих нефть или ее продукты /4/, являющийся ближайшим к заявляемому, включающий операции подвода нефтесодержащей воды, ее разделение путем коалесценции капель нефти в слое нефти и отвод нефти и очищенной воды отдельными потоками. Очистку нефтесодержащей воды осуществляют последовательно в двух ступенях. При этом достигается глубина очистки 30-50 мг/л.

Известна и установка для осуществления данного способа, реализованная в известном способе, которая включает две ступени очистки /4/. Первая ступень - горизонтальный цилиндрический отстойник, где происходит отделение механических примесей, а также крупнодисперсных частиц нефтепродукта при помощи гравитации. Вторая ступень представляет собой два цилиндрических отстойника, последовательно соединенных, внутри каждого из которых расположена вертикальная труба, верхний конец которой находится выше уровня нефти в отстойнике.

Недостаток известного способа и устройства для его осуществления заключается в недостаточной степени очистки воды от эмульгированных нефтепродуктов, что не соответствует международным требованиям, в частности требованиям МАРПОЛ 73/78 (не выше 15 мг/л). Другой недостаток - конструктивная сложность установки для очистки нефтесодержащей воды, что требует большого объема для монтажа установки на объекте в целом. Это не приемлемо для судовых условий. Недостатком является и трудоемкость работ по монтажу установки на объекте.

Технической задачей, на решение которой направлены заявляемый способ и устройство для его осуществления, является повышение эффективности очистки нефтесодержащих вод и упрощение установки служащей для очистки нефтесодержащих вод.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе разделения нефтесодержащих вод, включающем операции подвода нефтесодержащей воды, разделения и раздельного отвода нефтепродукта и очищенной воды, в отличие от него, операцию разделения начинают таким образом, что создают в разделяемой нефтесодержащей воде вынужденные вертикальные колебания с частотой, кратной частоте собственных колебаний нефтесодержащей воды. При этом возникает резонанс частот вынужденных и собственных колебаний нефтесодержащей воды. Вследствие возникновения этого физического явления создаются условия для изменения количества движения капель нефти. Таким образом, происходит разрыв связей нефтяных капель с водой. При достижении резонанса частот вынужденных и собственных колебаний нефтесодержащей воды частоту вынужденных колебаний поддерживают постоянной до окончания процесса разделения.

Поставленная задача достигается также и тем, что в известном устройстве для разделения нефтесодержащих вод, содержащем цилиндрический корпус с патрубками подвода нефтесодержащей воды и отвода нефтепродукта и очищенной воды; в отличие от него цилиндрический корпус выполнен с вертикальным ориентированием оси и дополнительно снабжен связанными друг с другом создающим и передающим вибрации элементами.

Передающий вибрации элемент целесообразно выполнить в виде мембраны, которая вмонтирована в корпус сепаратора и в своей центральной части скреплена с толкателем на одной из оконечностей толкателя. Противоположная оконечность толкателя по торцу сопряжена с создающим вибрации элементом. Создающий вибрации элемент целесообразно выполнить в виде центробежного электрического вибратора с дебалансом в форме эксцентрика, который вращается от приводного электродвигателя. Причем толкатель снабжен упругим элементом. Упругий элемент предпочтительно выполнить в виде пружины, скрепленной противоположными сторонами, соответственно с корпусом сепаратора и противоположной ему оконечностью толкателя.

При использовании устройства вода, содержащая нефтепродукт, поступает через патрубок подвода нефтесодержащей воды в корпус устройства, представляющего собой цилиндрический вертикальный отстойник. Наличие насаженного на вал приводного двигателя эксцентрика создает при его вращении возвратно-поступательное движение толкателя. Наличие толкателя, воздействующего на мембрану, обеспечивает создание вертикальных колебаний мембраны, которые, в свою очередь, передаются к нефтесодержащей воде, в цилиндрическом, вертикально ориентированном корпусе. Частота колебаний мембраны, подобранная таким образом, чтобы частота вынужденных колебаний нефтесодержащей воды и частота ее собственных колебаний были кратными, т.е. при наложении вызывали бы резонансные явления в слое нефтесодержащей воды, создает резкое увеличение количества движения капель нефти, что, в свою очередь, вызывает условия для разрыва связей нефтяных капель с водой. Вследствие разности плотностей капель воды и нефтепродукта последние всплывают на поверхность, откуда удаляются через патрубок отвода нефтепродукта. Отвод очищенной воды осуществляется через патрубок отвода очищенной воды.

Предложенные способ и устройство, совокупность элементов устройства, совокупность предложенных операций способа, выполняемых с использованием именно этих элементов, обеспечивает более высокую глубину очистки нефтесодержащих вод и уменьшение объема и трудоемкости, требуемых для монтажа установки на объекте. Так, в частности:

1. За счет применения операции разделения нефтесодержащих вод путем создания в разделяемой нефтесодержащей воде вынужденных вертикальных колебаний с частотой, кратной частоте собственных колебаний нефтесодержащей воды, и поддержания этой частоты, достигается требуемая глубина очистки нефтесодержащей воды (3-5 мг/л).

2. Наличие только одного корпуса (отстойника) в установке, позволяющей осуществить данный способ, дает упрощение установки, облегчение ее монтажа и сокращение объема и трудоемкости, требуемых для монтажа заявляемой установки на объекте.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, где представлена схема устройства, позволяющего реализовать способ.

Устройство содержит цилиндрический отстойник 1 с патрубками подвода нефтесодержащей воды 2, отвода нефтепродукта 3, очищенной воды 4, лапу 5, возвратную пружину 6, толкатель 7, электродвигатель 8, вал 9 с установленным на нем с натягом эксцентриком 10, корпус имеет мембрану 11, расположенную в нижней его части.

Способ при использовании устройства осуществляют следующим образом. Воду, содержащую эмульгированный нефтепродукт, подают в отстойник 1 через патрубок 2. Включают электродвигатель 8, который начинает вращать насаженный на его валу эксцентрик 10. С помощью эксцентрика вращение вала электродвигателя 8 преобразуется в возвратно-поступательное движение толкателя 7. Толкатель 7, воздействуя на мембрану 11, создает вертикальные колебания мембраны 11с частотой, равной частоте собственных колебаний, передающиеся к нефтесодержащей воде, находящейся в отстойнике. Частоту колебаний мембраны 11 регулируют посредством изменения частоты вращения электродвигателя 8 таким образом, чтобы частота вынужденных колебаний нефтесодержащей воды и частота ее собственных колебаний при наложении вызывали резонансные явления в слое нефтесодержащей воды, что создает резкое увеличение количества движения капель нефти, которое, в свою очередь, вызывает условия для разрыва связей нефтяных капель с водой. Вследствие разности плотностей капель воды и нефтепродукта последние всплывают на поверхность, откуда их удаляют через патрубок 3. Отвод очищенной воды осуществляют через патрубок 4.

Источники информации

1. Международная конвенция по предотвращению загрязнения с моря судов 1973 г., измененная протоколом 1978 г. к ней МАРПОЛ 73/78, книга I, II. - Санкт-Петербург.: АОЗТ ЦНИИМФ, 1994 г.; 669 с.

2. А.с. СССР №1421708 В 01 D 17/028, С 02 F 1/40 1988 г., Бюл. №33.

3. А.с. СССР №1502047 В 01 D 17/028, С 02 F 1/40 1989 г., Бюл. №31.

4. А.с. СССР №1346182 В 01 D 17/028, С 02 F 1/40 1987 г., Бюл. №39(прототип).

1. Способ разделения нефтесодержащих вод, включающий операции подвода нефтесодержащей воды, разделения и раздельного отвода нефтепродукта и очищенной воды, отличающийся тем, что операцию разделения начинают путем создания в разделяемой нефтесодержащей воде вынужденных вертикальных колебаний с частотой, кратной собственной частоте колебаний нефтесодержащей воды, и при достижении резонанса частот вынужденных и собственных колебаний нефтесодержащей воды частоту вынужденных колебаний поддерживают постоянной до окончания операции разделения.

2. Устройство для разделения нефтесодержащих вод, содержащее цилиндрический корпус с патрубками подвода нефтесодержащей воды и отвода нефтепродукта и очищенной воды, отличающееся тем, что цилиндрический корпус выполнен с вертикальным ориентированием оси и дополнительно снабжен связанными друг с другом создающим и передающим вибрации элементами.

3. Устройство для разделения нефтесодержащих вод по п.2, отличающееся тем, что передающий вибрации элемент выполнен в виде мембраны, вмонтированной в днище корпуса сепаратора и скрепленной в своей центральной части с толкателем.

4. Устройство для разделения нефтесодержащих вод по п.2, отличающееся тем, что создающий вибрации элемент выполнен в виде центробежного электрического вибратора с дебалансом в форме эксцентрика, вращающегося от приводного электродвигателя, который сопряжен с торцом толкателя, причем толкатель снабжен упругим элементом.

5. Устройство для разделения нефтесодержащих вод по пп.3 и 4, отличающееся тем, что упругий элемент толкателя выполнен в виде пружины, скрепленной противоположными сторонами соответственно с корпусом сепаратора и противоположной ему оконечностью толкателя.