Способ фильтрования водонефтяных эмульсий, способ регенерации фильтрующих элементов и устройство для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов
Владельцы патента RU 2397799:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение предназначено для фильтрования. Способ фильтрования водонефтяных эмульсий включает пропускание их через каналы, образованные витками спиралей-фильтрующих элементов, продувку слоя осадка паром, которую осуществляют после опорожнения устройства и проводят в направлении процесса фильтрования под давлением пара, подаваемого в нижнюю часть корпуса устройства. Способ регенерации фильтрующих элементов включает их продувку паром в направлении, обратном процессу фильтрования, и механическую очистку. Устройство для фильтрования содержит корпус со штуцерами для ввода и вывода эмульсии и отложений, размещенные внутри корпуса цилиндрические спирали-фильтрующие элементы, штуцеры для ввода пара. Внутри каждой спирали расположен вал-шток, на котором насажены с возможностью осевого перемещения очистные устройства, состоящие из центрального диска с отверстием в центре и скребков с пазами V-образной формы. Скребки расположены между витками спиралей-фильтрующих элементов. Витки спиралей размещены в V-образных пазах скребков. Технический результат: повышение производительности фильтра за счет эффективной очистки фильтрующих элементов от механических примесей, обладающих высокой адгезией к материалу фильтрующих элементов, и увеличение степени извлечения нефтепродукта из твердой фазы. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области очистки жидкостей от механических примесей и может быть использовано в нефтеперабатывающей и других отраслях промышленности, в частности для фильтрования нефтешлама.
Известен способ разделения суспензий квазиэкспрессией с использованием рамных фильтр-прессов, который относится к фильтр-прессам и может быть использован в керамической, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для фильтрования суспензий и обезвоживания осадков сточных вод. Способ разделения суспензий квазиэкспрессией с использованием рамных фильтр-прессов включает сборку комплекта чередующихся фильтровальных плит и рам, снабженного фильтровальной тканью, его запирание (герметизацию), заполнение камер суспензией, фильтрование, отжим, разборку комплекта и выгрузку осадка, причем фильтрование и отжим производят сжатием всего комплекта чередующихся плит и рам. Возможен вариант способа, когда при сжатии происходит разделение камеры на рабочую и вспомогательную, с последующим удалением суспензии из вспомогательной камеры. Использование этого способа дает возможность получения в результате сжатия изделий и полуфабрикатов, симметричных относительно плоскости, проходящей через половину высоты внутренней стенки рабочей камеры [1].
Недостатком данного способа является не вполне эффективная очистка фильтрующего элемента от механических примесей, обладающих высокой адгезией к материалу фильтрующего элемента.
Наиболее близким аналогом является способ фильтрования, осуществляемый в фильтре для очистки жидкости, включающий пропускание жидкости через фильтрующий элемент, выполненный в форме цилиндрической спирали, установленной с возможностью вращения вокруг оси и изменения угла наклона к горизонту, что позволяет очищать жидкости с различной степенью загрязнения и практически любой вязкости, и продувку слоя осадка паром непосредственно на фильтрующем элементе [2].
Недостатком данного способа является не вполне эффективная очистка фильтрующего элемента от механических примесей, обладающих высокой адгезией к материалу фильтрующего элемента.
Известен способ регенерации фильтрующих элементов при осуществлении которого проводят механическую очистку спиралей-фильтрующих элементов от отложений, при этом регенерацию проводят при увеличении сечения каналов, образованных витками спиралей-фильтрующих элементов, за счет осевого растяжения, а также при непосредственном контакте гребенок с витками спиралей-фильтрующих элементов [3].
Недостатком данного способа является не вполне эффективная очистка фильтрующего элемента от механических примесей, обладающих высокой адгезией к материалу фильтрующего элемента, т.к. контакт гребенок с витками спиралей-фильтрующих элементов происходит только по внутренней поверхности спиралей-фильтрующих элементов. В результате, очистка сечения самих каналов между витками спиралей-фильтрующих элементов может быть не вполне эффективной.
Наиболее близким аналогом является способ регенерации фильтрующего элемента, включающий продувку спиралей-фильтрующих элементов паром в направлении, обратном процессу фильтрования, что обеспечивает очистку спиралей-фильтрующих элементов от отложений, обладающих адгезией к материалу спиралей. [2].
Недостатком данного способа является не вполне эффективная очистка фильтрующего элемента от механических примесей, обладающих высокой адгезией к материалу фильтрующего элемента и не смываемых промывной жидкостью.
Известно устройство для очистки жидкостей от взвешенных веществ и может быть использовано в любой отрасли промышленности для очистки воды. Самоочищающийся фильтр для очистки воды содержит корпус с входным и выходным патрубками, фильтрующие патроны, прикрепленные к верхней и нижней перегородкам, и средство поочередного отключения патронов для регенерации, выполненное в виде кулачка с приводом, взаимодействующего с подпружиненными штоками, размещенными внутри патронов и снабженными жестко закрепленными на них клапанами, установленными по торцам патронов, при этом нижняя часть стенки каждого патрона, расположенного с возможностью продольной деформации, снабжена гофрированной вставкой с опорным кольцом, верхняя часть которого контактирует с радиальными пальцами, укрепленными на штоке, при этом стенки патронов выполнены из упругоэластичного материала, заключенного между витыми цилиндрическими пружинами [4].
Недостатком этого устройства является не вполне эффективная очистка фильтрующего элемента от механических примесей, обладающих высокой адгезией к материалу фильтрующего элемента и не смываемых промывной жидкостью, а также расход отфильтрованной жидкости на промывку фильтрующего элемента от загрязнений, снижающих производительность фильтра.
Наиболее близким аналогом является устройство для фильтрования, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, с входными и выходными патрубками, неподвижную трубную решетку с отверстиями, разделяющую корпус на камеры исходной суспензии и фильтрата, фильтрующие элементы, выполненные в виде цилиндрических пружин, закрепленных одним концом на трубной решетке над отверстиями, и привод. Подвижная решетка соединена с приводом и штоками, и штоками, которые одними концами закреплены на неподвижной решетке, а другими пропущены через отверстия в неподвижной решетке и соединены со свободными концами фильтрующих элементов [5].
Недостатком этого устройства является не вполне эффективная очистка фильтрующего элемента от механических примесей, обладающих высокой адгезией к материалу фильтрующего элемента и не смываемых промывной жидкостью, а также расход отфильтрованной жидкости на промывку фильтрующего элемента от загрязнений, снижающих производительность фильтра.
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение производительности фильтра за счет эффективной очистки фильтрующих элементов от механических примесей, обладающих высокой адгезией к материалу фильтрующих элементов и увеличение степени извлечения нефтепродукта из твердой фазы.
Способ фильтрования водонефтяных эмульсий, включающий в себя пропускание жидкости через каналы, образованные витками спиралей-фильтрующих элементов, опорожнение устройства для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов от исходной жидкости через патрубок подачи исходной жидкости, под давлением пара, подаваемого в нижнюю часть корпуса устройства для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов, продувку слоя осадка, в направлении процесса фильтрования, непосредственно на фильтрующем элементе под давлением пара, подаваемого в нижнюю часть корпуса устройства для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов.
Пропарка слоя осадка непосредственно на поверхности фильтрующего элемента значительно упрощает процесс фильтрования.
Способ регенерации фильтрующих элементов, включающий в себя продувку спиралей-фильтрующих элементов паром, в направлении, обратном процессу фильтрования, и механическую чистку спиралей-фильтрующих элементов от отложений, обладающих высокой адгезией к материалу спиралей-фильтрующих элементов. Продувка производится при увеличении сечения каналов, образованных витками спиралей-фильтрующих элементов за счет осевого растяжения спиралей-фильтрующих элементов. Регенерация спиралей-фильтрующих элементов происходит под действием струй пара, проходящих через каналы, образованные витками спиралей-фильтрующих элементов и вызывающих колебания последних. Витки спиралей-фильтрующих элементов в процессе колебания, находясь в V-образных пазах скребков, испытывают соударения со стенками V-образного паза скребка. Механическая чистка производится скребками, расположенными между витками спиралей-фильтрующих элементов.
Вращательное движение скребков между витками спиралей-фильтрующих элементов позволяет эффективно очищать фильтрующий элемент от механических примесей, даже имеющих высокую адгезию к материалу фильтрующего элемента.
Устройство для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, снабженный штуцерами для ввода и вывода фильтруемой жидкости, штуцерами для ввода пара и вывода отложений, с размещенными внутри цилиндрическими фильтрующими элементами, выполненными в виде спиралей, внутри каждой спирали-фильтрующего элемента расположен вал-шток, на котором насажены с возможностью осевого перемещения очистные устройства, размещенные между витками спиралей-фильтрующих элементов, вал-шток представляет собой стержень, имеющий квадратное сечение на участке, находящемся внутри фильтрующего элемента, винтовые шлицы на участке перемещения верхней подвижной перегородки и устройство для закрепления с возможностью вращения в верхней неподвижной перегородке, верхняя подвижная перегородка имеет пары трения, ответные винтовым шлицам вал-штоков, очистное устройство состоит из центрального диска с отверстием квадратного сечения в центре, шести скребков с пазами V-образной формы, зеркально расположенных на концах трех штанг, лежащих в плоскости центрального диска, равномерно расположенных по внешней окружности центрального диска и прикрепленных к ней. Каждый скребок отогнут от плоскости штанги на угол (90°<α<180°), в V-образных пазах скребков находятся витки спиралей-фильтрующих элементов, спирали-фильтрующие элементы торцами закреплены в отверстиях нижней подвижной и нижней неподвижной перегородок, нижняя подвижная перегородка закреплена на штоке привода возвратно-поступательного действия, расположенного на крышке корпуса устройства, конструкция, состоящая из очистных устройств, насаженных на вал-шток является каркасом, обеспечивающим устойчивость спирали-фильтрующего элемента, глубина V-образного паза скребка должна быть такой, чтобы виток спирали-фильтрующего элемента, находящейся в растянутом положении, находился в пределах V-образного паза скребка и не имел возможности покинуть его границы, основание V-образного паза скребка повторяет форму сечения витка спирали-фильтрующего элемента.
На фиг.1 схематически изображено устройство для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов, общий вид, разрез; на фиг.2 - фильтрующий элемент, разрез А-А на фиг.1, изометрия; на фиг.3 - фильтрующий элемент, разрез В-В на фиг.2.
Устройство для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов, содержащее вертикальный цилиндрический корпус 1, снабженный штуцерами для ввода 2 и вывода 3 фильтруемой жидкости, штуцерами для ввода пара 4,5 и вывода отложений 6, с размещенными внутри цилиндрическими фильтрующими элементами 7, выполненными в виде спиралей, внутри каждой спирали-фильтрующего элемента 7 расположен вал-шток, на котором насажены с возможностью осевого перемещения очистные устройства, размещенные между витками спиралей-фильтрующих элементов 7, вал-шток представляет собой стержень 8, имеющий квадратное сечение на участке, находящемся внутри фильтрующего элемента 7, винтовые шлицы 9 на участке перемещения верхней подвижной перегородки 10 и устройство 11 для закрепления с возможностью вращения в верхней неподвижной перегородке 12, верхняя подвижная перегородка 10 имеет пары трения 13, ответные винтовым шлицам 9 вал-штоков, очистное устройство состоит из центрального диска 14 с отверстием 15 квадратного сечения в центре, шести скребков 16 с пазами V-образной формы, зеркально расположенных на концах трех штангах 17, лежащих в плоскости центрального диска 14, равномерно расположенных по внешней окружности центрального диска 14 и прикрепленных к ней. Каждый скребок 16 отогнут от плоскости штанги 17 на угол (90°<α<180°), в V-образных пазах скребков 16 находятся витки 18 спиралей-фильтрующих элементов 7, спирали-фильтрующие элементы 7 торцами закреплены в отверстиях нижней подвижной 19 и нижней неподвижной 20 перегородок, нижняя подвижная перегородка 19 закреплена на штоке 21 привода 22 возвратно-поступательного действия, расположенного на крышке 23 корпуса 1 устройства для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов, конструкция, состоящая из очистных устройств, насаженных на вал-шток является каркасом, обеспечивающим устойчивость спирали-фильтрующего элемента 7, глубина l (фиг.3) V-образного паза скребка 16 должна быть такой, чтобы виток 18 спирали-фильтрующего элемента 7, находящейся в растянутом положении, находился в пределах V-образного паза скребка 16 и не имел возможности покинуть его границы, основание V-образного паза скребка повторяет форму сечения витка спирали-фильтрующего элемента.
Устройство для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов работает следующим образом. При фильтровании патрубки 4, 5, 6 закрыты. Исходная жидкость по входному патрубку 2 поступает во внутреннюю полость фильтрующих элементов 7, проходя через щели, образованные витками 18 спиралей-фильтрующих элементов 7, находящихся в сжатом состоянии, фильтруется, по патрубку 3 отводится за пределы устройства для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов. В процессе фильтрования происходит осаждение механических примесей между витками 18 спиралей-фильтрующих элементов 7, а также на их внутренней поверхности, прекращается подача исходной жидкости по патрубку 2, патрубки 5 и 6 закрыты, подается пар по патрубку 4, устройство для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов освобождается от исходной и отфильтрованной жидкостей через патрубки 2 и 3 соответственно, перекрываются патрубки 2, 3, 4, открываются патрубки 5 и 6, по патрубку 5 подается пар, фильтрующие элементы 7 пропариваются, нижняя подвижная перегородка 19 приводится в движение штоком 21 привода 22 возвратно-поступательного действия, спирали-фильтрующие элементы 7 растягиваются, далее приводится в движение верхняя подвижная перегородка 10, возвратно-поступательное движение которой преобразуется во вращательное движение вал-штоков через винтовую пару трения 9-13, вал-штоками приводятся во вращательное движение очистные устройства, которые, совершая реверсивно-вращательные движения между витками 18 спиралей-фильтрующих элементов 7, соскребают отложения механических примесей. Остаток выводится за пределы устройства для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов по патрубку 6.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает достижение технического результата, а именно за счет эффективной очистки фильтрующего элемента от механических примесей а также пропарке слоя осадка непосредственно на фильтрующем элементе.
Вращательное движение скребков между витками спиралей-фильтрующих элементов совместно с колебательными движениями спиралей-фильтрующих элементов позволяет эффективно очищать фильтрующие элементы от механических примесей, даже имеющих высокую адгезию к материалу фильтрующих элементов, а пропарка слоя осадка непосредственно на фильтрующем элементе позволяет увеличить степень извлечения нефтепродукта из твердой фазы.
Способ фильтрования водонефтяных эмульсий, способ регенерации фильтрующих элементов и устройство для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов могут быть использованы в нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
Источники информации
1 Пат. № 92007093 RU, МКИ3 В01D 25/12. Способ разделения суспензий квазиэкспрессией с использованием рамных фильтр-прессов / В.В.Иванов, Ю.Г.Аксенов; В.В.Иванов, Ю.Г.Аксенов. - № 92007093/26; Заявлено 19.01.1992; Опубл. 30.04.1995.
2 Пат. № 2227059 RU, МКИ3 7 В01D 33/06, 29/48. Фильтр для очистки жидкости / В.К.Тучков, А.Д.Пинтюшенко, Л.Е.Герцман; Военный инженерно-технический университет - № 2002131978/15; Заявлено 27.11.2002; Опубл. 20.04.2004.
3 Пат. № 1036344 RU, МКИ3 В01D 25/20, 35/02. Щелевой фильтр для очистки жидкости / В.Е.Тройнин, И.М.Зайцев, Н.А.Авдеев, М.В.Поздняков. - № 3426980/23-26; Заявлено 21.04.1982.
4 Пат. № 2042383 RU, МКИ3 В01D 24/46. Самоочищающийся фильтр для очистки воды / В.Е. Тройнин; АО "Новатор". - № 5051160/26; Заявлено 03.07.1992; Опубл. 27.08.1995.
5 Пат. № 1001970, МКИ3 В01D 27/12, 25/20. Устройство для фильтрования / М.Н.Казанский, В.Е.Матвеев, Г.Е.Скворцов, А.В.Эйромджанц; Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт прикладной биохимии. - № 3352488/23-26; Заявлено 11.11.1981.
1. Способ фильтрования водонефтяных эмульсий в устройстве для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов, включающий пропускание эмульсий через каналы, образованные витками спиралей-фильтрующих элементов, продувку слоя осадка паром непосредственно на фильтрующем элементе, отличающийся тем, что продувку осуществляют после опорожнения устройства и проводят в направлении процесса фильтрования под давлением пара, подаваемого в нижнюю часть корпуса устройства.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что опорожнение устройства от исходной эмульсии производят через патрубок подачи исходной эмульсии под давлением пара, подаваемого в нижнюю часть корпуса устройства.
3. Способ регенерации фильтрующих элементов, включающий продувку спиралей-фильтрующих элементов паром в направлении, обратном процессу фильтрования, отличающийся тем, что дополнительно проводят механическую очистку спиралей-фильтрующих элементов от отложений насаженными на вал-шток очистными устройствами, состоящими из центрального диска и скребков с пазами V-образной формы, зеркально расположенных на концах штанг, лежащих в плоскости центрального диска, равномерно расположенных по его внешней окружности и прикрепленных к ней, при этом скребки расположены между витками спиралей-фильтрующих элементов, а витки спиралей размещены в V-образных пазах скребков, причем продувку производят при увеличении сечения каналов, образованных витками спиралей-фильтрующих элементов, за счет осевого растяжения спиралей-фильтрующих элементов.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что регенерацию спиралей-фильтрующих элементов производят под действием струй пара, проходящих через каналы, образованные витками спиралей-фильтрующих элементов, и вызывающих колебания последних.
5. Устройство для фильтрования водонефтяных эмульсий и регенерации фильтрующих элементов, содержащее вертикальный цилиндрический корпус, снабженный штуцерами для ввода и вывода фильтруемой эмульсии и вывода отложений, размещенные внутри корпуса цилиндрические фильтрующие элементы, выполненные в виде спиралей, отличающееся тем, что оно снабжено штуцерами для ввода пара, внутри каждой спирали-фильтрующего элемента расположен вал-шток, на котором насажены с возможностью осевого перемещения очистные устройства, состоящие из центрального диска с отверстием в центре и скребков с пазами V-образной формы, зеркально расположенных на концах штанг, лежащих в плоскости центрального диска, равномерно расположенных по его внешней окружности и прикрепленных к ней, при этом скребки расположены между витками спиралей-фильтрующих элементов, причем витки спиралей размещены в V-образных пазах скребков.
6. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено верхней подвижной и верхней неподвижной перегородками, при этом вал-шток представляет собой стержень, имеющий квадратное сечение на участке, находящемся внутри фильтрующего элемента, винтовые шлицы на участке перемещения верхней подвижной перегородки и устройство для закрепления с возможностью вращения в верхней неподвижной перегородке.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что верхняя подвижная перегородка имеет пары трения, ответные винтовым шлицам вал-штоков.
8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что отверстие центрального диска очистного устройства выполнено квадратного сечения, при этом используют шесть скребков, зеркально расположенных на концах трех штанг, причем каждый скребок отогнут от плоскости штанги на угол α, выбираемый из выражения 90°<α<180°.
9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что спирали-фильтрующие элементы торцами закреплены в отверстиях нижней подвижной и нижней неподвижной перегородок, причем нижняя подвижная перегородка закреплена на штоке привода возвратно-поступательного действия, расположенного на крышке корпуса устройства.
10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что конструкция, состоящая из очистных устройств, насаженных на вал-шток, является каркасом, обеспечивающим устойчивость спирали-фильтрующего элемента.
11. Устройство по п.5, отличающееся тем, что глубину V-образного паза скребка выбирают такой, чтобы виток спирали-фильтрующего элемента, находящейся в растянутом положении, находился в пределах V-образного паза скребка и не имел возможности покинуть его границы.
12. Устройство по п.5, отличающееся тем, что основание V-образного паза скребка повторяет форму сечения витка спирали-фильтрующего элемента.
