EA013359B1

EA013359B1 - Флотационная установка для очистки воды, преимущественно технологической или сточной

Info

Publication number: EA013359B1
Application number: EA200801099A
Authority: EA
Inventors: Александр Германович Тэслер; Сергей Николаевич Кайдалов; Игорь Альбертович Перминов; Юрий Николаевич Плюснин; Владимир Николаевич Макаров; Эрнест Алексеевич Оганов; Игорь Викторович Бармин; Сергей Евгеньевич Ильясов; Людмила Васильевна Закшевская; Елена Васильевна Ибраева; Галина Анатольевна Шарова; Олег Владимирович Третьяков; Игорь Иванович Мазеин
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Объединение Химтэк"; Общество С Ограниченной Ответственностью "Пермский Научно-Исследовательский И Проектный Институт Нефти"
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2010-04-30
Also published as: EA200801099A1

Abstract

Изобретение относится к области очистки промышленных технологических и сточных вод от нефтепродуктов, диспергированных масел и механических примесей, в частности к флотационным установкам, которые могут быть использованы в химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Технический результат заключается в повышении эффективности очистки технологических и сточных вод при любом содержании в них нефтепродуктов, диспергированных масел и механических примесей различного фракционного состава за счет обеспечения равномерного распределения воздушного потока по всей площади поперечного сечения цилиндра при одновременном создании разноразмерных воздушных пузырьков. Сущность: флотационная установка содержит флотационную колонну, состоящую из вертикального цилиндра и из узла подготовки воздуха, соединенных между собой посредством ячеистого блока, причем согласно изобретению установка дополнительно содержит смесительную емкость с патрубками ввода очищаемой воды и флотационного реагента и с патрубком отвода их смеси во флотационную колонну, при этом в качестве упомянутого ячеистого блока флотационная колонна содержит разделительный элемент, выполненный из пористого материала, а узел подготовки воздуха снабжен воздуховводом, выполненным в виде перфорированной трубки, уложенной в горизонтальной плоскости. В преимущественных вариантах выполнения разделительный элемент, выполненный из пористого материала, может быть изготовлен в виде пакета по меньшей мере из двух слоев пористого материала; размер пор пористого материала составляет 50-100 мкм; перфорированная трубка в узле подготовки воздуха уложена в горизонтальной плоскости в виде спирали или в виде произвольных витков, а все перфорационные отверстия перфорированной трубки в узле подготовки воздуха ориентированы в одном направлении, преимущественно вниз; узел подготовки воздуха выполнен в виде приблизительно полусферы; в качестве флотационного реагента используют реагент, содержащий аминометиленфосфоновые кислоты в виде натриевых солей.

Description

Изобретение относится к области очистки промышленных технологических и сточных вод от нефтепродуктов, диспергированных масел и механических примесей, в частности к флотационным установкам, которые могут быть использованы в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Из патента РФ № 2042631, кл. С02 Р 1/24, опубл. 1995 г., известно устройство для очистки воды от механических примесей, содержащее корпус, патрубки для подвода и отвода жидкости, патрубок для подвода газообразного агента, установленную в корпусе решетку, разделяющую его на над- и подрешеточную части, а снаружи корпуса - приемные и сливные короба, сообщающиеся с надрешеточной частью, а также содержащее ряд конструктивных узлов для отвода пены. При этом патрубок для подвода газообразного агента сообщается с подрешеточной частью. При работе известного устройства газ подается в подрешеточное пространство, затем через отверстия в решетке поступает в надрешеточное пространство, вспенивая при этом воду и обеспечивая при этом вынос загрязнений на верхний слой жидкости.

Недостатком указанного известного устройства является сложность его конструкции, а также недостаточная эффективность по очистке, т. к. конструкция указанной решетки не обеспечивает достаточной равномерности (ламинарности) воздушного потока, что приводит к завихрениям, перемешиванию воды по всей высоте и частичному удерживанию загрязнителей в очищаемой жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по сущности и назначению является установка для очистки сточных вод, содержащая флотационную колонну, состоящую из вертикального цилиндра и из узла подготовки воздуха, соединенных между собой посредством ячеистого блока, образованного соединенными друг с другом концами трубок, причем каждая трубка соединена с узлом подготовки воздуха (авт. свидетельство СССР № 1118617, кл. С02 Р 1/24, опубл. 1984 г.).

Однако указанная известная установка имеет ряд недостатков:

сложность изготовления;

используемый в известной установке ячеистый блок является по своей сущности той же решеткой, что и у предыдущего аналога, поэтому присутствует эффект перемешивания всего столба жидкости в колонне, вместо разделения ее на фракции;

присутствует неравномерность подачи воздуха по площади поперечного сечения колонны, что способствует излишнему процессу перемешивания.

Указанные недостатки снижают эффективность очистки технологических и сточных вод.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности очистки технологических и сточных вод при любом содержании в них нефтепродуктов, диспергированных масел и механических примесей различного фракционного состава за счет обеспечения равномерного распределения воздушного потока по всей площади поперечного сечения цилиндра при одновременном создании разноразмерных воздушных пузырьков.

Указанный технический результат достигается предлагаемой флотационной установкой для очистки воды, преимущественно технологической или сточной, содержащей флотационную колонну, состоящую из вертикального цилиндра и из узла подготовки воздуха, соединенных между собой посредством ячеистого блока, причем согласно изобретению установка дополнительно содержит смесительную емкость с патрубками ввода очищаемой воды и флотационного реагента и с патрубком отвода их смеси во флотационную колонну, при этом в качестве упомянутого ячеистого блока флотационная колонна содержит разделительный элемент, выполненный из пористого материала, а узел подготовки воздуха снабжен воздуховводом, выполненным в виде перфорированной трубки, уложенной в горизонтальной плоскости.

Разделительный элемент, выполненный из пористого материала, изготовлен в виде пакета по меньшей мере из двух слоев пористого материала.

Размер пор пористого материала составляет 50-100 мкм.

В качестве пористого материала используют нержавеющую сталь, или титан, или керамику, или стеклокерамику.

Перфорированная трубка в узле подготовки воздуха уложена в горизонтальной плоскости в виде спирали или в виде произвольных витков.

Все перфорационные отверстия перфорированной трубки в узле подготовки воздуха ориентированы в одном направлении, преимущественно вниз.

Узел подготовки воздуха выполнен в виде приблизительно полусферы.

В качестве флотационного реагента используют реагент марки «ФМ-1» по ТУ 2483-001-791023762005, содержащий аминометиленфосфоновые кислоты в виде натриевых солей общей формулы

ΟΝ3 /

К-ЫН-СН₂-Р=О \ он где Я - нормальный (линейный) углеводородный радикал С₁₀-С₁₄.

В качестве вертикального цилиндра установка содержит цилиндр, выполненный из стекла, или ме

- 1 013359 талла, или пластмассы, или стеклокерамики.

Смесительная емкость дополнительно снабжена патрубком подвода воздуха для обеспечения эффекта барботирования смеси очищаемой воды и флотационного реагента.

Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет следующего.

Благодаря снабжению предлагаемой установки дополнительно смесительной емкостью с патрубками ввода очищаемой воды и флотационного реагента и с патрубком отвода их смеси во флотационную колонну обеспечивается начало коагуляции загрязненной системы еще до ввода во флотационную колонну, что и позволяет увеличить скорость и степень очистки в процессе флотации. Использование приема барботирования в этой емкости приводит к равномерному распределению флотационного реагента по всему объему очищаемой воды и позволяет подавать во флотационную колонну смесь, готовую к разделению в восходящих потоках воздуха. Этим достигается резкое повышение качества очищения и скорости протекания процесса очищения.

Выполнение ячеистого блока флотационной колонны в виде разделительного элемента из пористого материала обеспечивает равномерную подачу воздуха по всей площади сечения колонны и строго вертикальное направление потока воздуха по всему сечению колонны, и это позволяет обеспечить движение загрязняющих частиц строго вертикально, без завихрений (ламинарно), а выполнение его в виде пакета из нескольких слоев пористого материала (по меньшей мере из двух) создает возможность получения пузырьков воздуха различного размера как тонкоизмельченных, так и более крупных с хорошо развитой поверхностью контакта (т.к. поры в разных слоях пористого материала с очевидностью не будут совпадать друг с другом, то воздуху приходится проходить по ним, как бы по лабиринтному пути, что и приводит к получению пузырьков различного размера). При этом тонкоизмельченные пузырьки успешно обеспечивают извлечение мелкодиспергированных примесей и жировых частиц, более крупные пузырьки поднимают более крупные частицы, в сумме обеспечивается степень очистки до 99,0%. Выполнение размера пор пористого материала величиной 50-100 мкм обеспечивает получение пузырьков оптимального размера.

Благодаря тому что узел подготовки воздуха выполнен в виде полусферы, достигается быстро равномерность давления во всем объеме воздуха, т.к. полусфера наиболее эффективна в смысле полного выравнивания давления поступающего в нее сжатого воздуха. Кроме того, для сосудов под давлением это самая безопасная конфигурация.

Снабжение этого узла воздуховводом в виде перфорированной трубки, уложенной в горизонтальной плоскости, создает одинаковую скорость потока воздуха по всему сечению вертикальной колонны и строгую параллельность движения потока без завихрений (ламинарность). Причем этот эффект усиливается, если перфорационные отверстия перфорированной трубки в узле подготовки воздуха ориентированы в одном направлении, преимущественно вниз. Следует пояснить, что при любом расчете сечения перфорированной трубки и отверстий в ней присутствует неравномерность выхода воздуха из отверстий трубки по ее длине и это сказывается на подходе воздуха к разделительному элементу из пористого материала. Когда сжатый воздух направлен из отверстия вверх, тогда в местах касания прямой воздушной струи с пористым элементом давление несколько выше, чем в прилегающих зонах, что может привести к «воздушным пробоям» пористого элемента. Следствием этого станет неравномерность восходящего потока воздуха по скорости и направленности по сечению колонны.

Если же перфорационные отверстия направить в сторону, то струи воздуха смешаются, появятся завихрения и т.п., что также ведет к неравномерности распределения воздуха под разделительным элементом.

Этот недостаток исключается, если отверстия перфорированной трубки обращены вниз. И при этом сферическая поверхность объединяет все струи воздуха, идущие из трубки, и способствует формированию под пористым элементом ровного подпора воздуха по всей площади этого элемента.

Указанная совокупность признаков, характеризующая конструкцию узла подготовки воздуха, обеспечивает равномерное распределение воздушного потока по всей внутренней площади (площади поперечного сечения) цилиндра флотационной колонны, благодаря чему обеспечивается интенсивное и равномерное насыщение газом жидкости с любым содержанием в ней нефтепродуктов, диспергированных масел и механических примесей различного фракционного состава, увеличивается объемная площадь контакта пузырьков воздуха с жидкостью, а значит повышается эффективность очистки и производительность процесса флотации.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема заявляемой флотационной установки; на фиг. 2 - схема деталей флотационной колонны; на фиг. 3 упрощенная схема флотационной колонны в разрезе.

Предлагаемая флотационная установка содержит смесительную емкость 1 с патрубками 2 и 3 ввода очищаемой воды и флотационного реагента, например, марки «ФМ-1» по ТУ 2483-001-79102376-2005 соответственно. Также емкость 1 содержит патрубок 4 подвода воздуха для обеспечения барботирования смеси и патрубок 5 отвода смеси воды и реагента во флотационную колонну 6. Указанная флотационная колонна 6 состоит из вертикального цилиндра 7 и узла 8 подготовки воздуха, соединенных между собой посредством разделительного элемента 9 из пористого материала, который в преимущественном вариан

- 2 013359 те может быть выполнен в виде пакета из нескольких слоев 10, 11 пористого материала. В качестве пористого материала можно использовать нержавеющую сталь, или титан, или керамику, или стеклокерамику. При этом размер пор пористого материала составляет 50-100 мкм.

Узел 8 подготовки воздуха, который может быть выполнен, например, в виде полусферы, снабжен воздуховводом, выполненным в виде перфорированной трубки 12, уложенной в горизонтальной плоскости, например, по спирали. Причем перфорационные отверстия 13 перфорированной трубки 12 в узле 8 подготовки воздуха ориентированы в одном направлении, преимущественно вниз. Такое ориентирование перфорационных отверстий 13 - один из факторов, улучшающий равномерность воздушного потока в колонне как по скорости, так и по направлению (ламинарность, параллельность потока).

Вертикальный цилиндр 7 также снабжен в своей верхней части патрубком 14 отвода загрязненной пены, патрубком 15 отвода очищенной воды и патрубком отвода осевших частиц.

Работает предлагаемая флотационная установка следующим образом.

Очищаемая сточная вода с блока предварительного сброса воды поступает по трубопроводу через патрубок 2 в смесительную емкость, одновременно туда же через патрубок 3 поступает флотационный реагент, например, марки «ФМ-1» по ТУ 2483-001-79102376-2005, смесь перемешивается подаваемым под давлением по патрубку 4 воздухом (компрессор на чертеже не показан) путем барботирования для более полного и равномерного распределения реагента по объему залитой очищаемой воды. Затем готовая смесь «очищаемая вода - реагент» подается через патрубок 5 в вертикальный цилиндр 7 флотационной колонны 6, где происходит основной технологический процесс очищения воды от нефтепродуктов и примесей. Одновременно в узел 8 подготовки воздуха по перфорированной трубке 12, уложенной горизонтально, например, в виде спирали, начинает поступать воздух в вертикальный цилиндр 7 через поры разделительного элемента 9. А учитывая, что в преимущественном варианте выполнения все перфорационные отверстия 13 ориентированы вниз, и также принимая во внимание сферическую конструкцию узла 8, поступающий в узел 8 воздух будет заполнять весь объем узла 8 равномерно и поступать в цилиндр 7 с постоянной скоростью, с равномерным распределением воздушного потока по всей площади поперечного сечения и по всему внутреннему объему цилиндра 7.

Выполнение же разделительного элемента 9 в виде пакета из слоев пористого материала приводит к тому, что воздух поступает в цилиндр 7 преимущественно в виде конгломерата мелких капель (это вызвано тем, что поры слоев вероятнее всего смещены относительно друг друга и при прохождении через них воздуха происходит многократное дробление частиц). Газовые пузырьки с хорошо развитой поверхностью контакта обеспечивают интенсивное насыщений жидкой смеси газом, эффективную флотацию примесей и вынос их на поверхность в пенный слой, который через патрубок 14 сбрасывается в сборник загрязнений. А очищенная вода через патрубок 15 отводится в емкость чистой воды.

Перемещение рабочих жидкостей (залив очищаемой воды, подача флотационного реагента, перелив смеси из емкости 1 в цилиндр 7, отбор очищенной воды, удаление собранных загрязнений) осуществляется насосами, установленными в моторном отсеке на элементах каркаса установки. Работа насосов полностью автоматизирована.

Подача сжатого воздуха на барботаж в емкость 1 и в узел 8 подготовки воздуха осуществляется от компрессора через запорную и контрольно-измерительную аппаратуру.

Для увеличения производительности флотации или для обработки больших количеств воды можно устанавливать параллельно несколько флотационных колонн 6.

В лабораторных условиях были проведены исследования по очистке сточной воды на модели предлагаемой флотационной установки. В качестве очищаемой воды использовали сточную воду с нефтепромысла с содержанием нефтепродуктов и механических примесей, указанных в таблице. Степень очистки воды определяли по содержанию нефтепродуктов и механических примесей в исходной и в очищенной воде. Определение указанных нефтепродуктов и механических примесей проводили нефелометрическим методом с помощью нефелометра марки ДИВ-5.

При проведении испытаний использовались стеклянные флотационные колонны в разных вариантах. В качестве пористого элемента в колоннах использовалась стеклокерамика с размером пор 50-100 мкм. Объем очищаемой воды, вводимой в колонну, был равен 200 мл. Для лабораторных испытаний в качестве сточной воды использовалась подтоварная вода № 1, состав которой представлен в таблице.

Пример 1. Лабораторная флотационная установка представляла собой стеклянную цилиндрическую колонну и узел подготовки воздуха в виде цилиндра, соединенных друг с другом посредством пористого элемента. Ввод очищаемой воды производили в колонну, а воздух подавался через патрубок непосредственно в узел подготовки. Содержание флотационного реагента в воде было 10 мг/л. Время флотации 5 мин. Степень очистки от нефтепродуктов и мехпримесей составила 85%.

Пример 2. Конструкция лабораторной установки аналогична примеру 1, отличие в том, что проводилось предварительное смешение флотационного реагента с очищаемой водой в смесительной емкости, через которую барботировался воздух. Содержание флотационного реагента в воде было 10 мг/л. Время флотации - 5 мин. Степень очистки составила 89%.

Пример 3. Установка аналогична примеру 2. Отличие - узел подготовки воздуха выполнен в виде полусферы. Содержание флотационного реагента в воде было 10 мг/л. Время флотации - 5 мин. Степень

- 3 013359 очистки 91%.

Пример 4. Установка аналогична примеру 3. Отличие в том, что узел подготовки воздуха снабжен воздуховводом, выполненным в виде перфорированной трубки, уложенной в горизонтальной плоскости в виде спирали, причем ее перфорационные отверстия ориентированы вверх. Содержание флотационного реагента в воде было 10 мг/л. Время флотации - 5 мин. Степень очистки 94%.

Пример 5. Установка аналогична примеру 4. Отличие в том, что перфорационные отверстия перфорированной трубки ориентированы вниз. Содержание флотационного реагента в воде было 10 мг/л. Время флотации - 5 мин. Степень очистки 98%.

Таким образом, конструктивные особенности предлагаемой флотационной установки являются значимыми, обеспечивающими высокую степень очистки воды. Преимущественные варианты ее выполнения, заявленные в зависимых пунктах формулы, обеспечивают усиление достигаемого результата.

Также были проведены испытания на лабораторной установке в металле, параметры которой были следующие:

разделительный элемент был изготовлен в виде пакета из трех слоев пористого материала, выполненного из стали 12Х18Н10Т;

узел подготовки воздуха был выполнен в виде полусферы, его воздуховвод был изготовлен в виде перфорированной трубки с радиальными отверстиями диаметром 1,5 мм и уложен горизонтально спиралью, при этом перфорационные отверстия были направлены вниз;

в качестве флотационного реагента был использован реагент марки «ФМ-1» по ТУ 2483-00179102376-2005, который вводили в очищаемую воду из расчета 0,15 г/л;

очистку проводили в один этап.

Данные, полученные в ходе испытаний, приведены в таблице.

Наименование параметра воды	Подтоварная вода № 1 БКНС О5О5С УПСВ «Рассвет»	Подтоварная вода № 2 БКНС О5О5С УПСВ «Рассвет»
До обработки	После обработки	До обработки	После обработки
Общая минерализация, г/дм³	148,56	128,40	153,18	145,30
Удельный вес, г/см³	1,08	1,08	1,091	1,091
Содержание в мг/дм³: Нефтепродуктов	230,0	14,5	145,0	4,7
Механических примесей	198,0	12,0	155,0	7,5

Таким же образом была произведена очистка сточных вод с другим содержанием примесей.

Во всех случаях предлагаемая флотационная установка обеспечивала снижение количества нефтепродуктов в 15,8-30,9 раз и в 16,5-20,7 раза по механическим примесям.

Таким образом, предлагаемая флотационная установка обеспечивает высокую эффективность очистки сточной воды при любом содержании в ней нефтепродуктов, диспергированных масел и механических примесей различного фракционного состава.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Флотационная установка для очистки воды, преимущественно технологической или сточной, содержащая флотационную колонну, состоящую из вертикального цилиндра и из узла подготовки воздуха, соединенных между собой посредством ячеистого блока, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит смесительную емкость с патрубками ввода очищаемой воды и флотационного реагента и с патрубком отвода их смеси во флотационную колонну, при этом в качестве упомянутого ячеистого блока флотационная колонна содержит разделительный элемент, выполненный из пористого материала, а узел подготовки воздуха снабжен воздуховводом, выполненным в виде перфорированной трубки, уложенной в горизонтальной плоскости.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что разделительный элемент, выполненный из пористого материала, изготовлен в виде пакета по меньшей мере из двух слоев пористого материала.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что размер пор пористого материала составляет 50-100 мкм.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пористого материала используют нержавеющую сталь, или титан, или керамику, или стеклокерамику.
5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что перфорированная трубка в узле подготовки воздуха уложена в горизонтальной плоскости в виде спирали или в виде произвольных витков.
6. Установка по п.1 или 5, отличающаяся тем, что все перфорационные отверстия перфорированной трубки в узле подготовки воздуха ориентированы в одном направлении, преимущественно вниз.
7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел подготовки воздуха выполнен в виде приблизительно полусферы.
8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве флотационного реагента используют реагент марки «ФМ-1» по ТУ 2483-001-79102376-2005, содержащий аминометиленфосфоновые кислоты в виде

- 4 013359 натриевых солей общей формулы

ОЫа /

К-ИН-СН₂-Р=О \

он где К - нормальный (линейный) углеводородный радикал С₁₀-С₁₄.
9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве вертикального цилиндра она содержит цилиндр, выполненный из стекла, или металла, или пластмассы, или стеклокерамики.
10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что смесительная емкость дополнительно снабжена патрубком подвода воздуха для обеспечения эффекта барботирования смеси очищаемой воды и флотационного реагента.