автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Интенсификация процессов очистки нефтесодержащих сточных вод на основе применения гранулированных коалесцирующих материалов

РГ6 од

кнжншю-стамтшшнчй институт

На правах рукописи

урмитое1 !{азия салиховна

интенсификация процессов очистки нефтесодекщих сточных вод на основе применения гранулированных коалесцирущих материалов

05.23.04 - водоснабжение, канализация, строительные системч охраны боялых ресурсов

А ВТ О РЕ в В РА Г

диссертация на соискание ученой стопсни кандидата технических кгук

Спикт-Пггарйург

1933

Работа выполнена в Казанском инженерно-строительном институте

Научный руководитель: каняилат технических наук, профессор,

член-корреспондент жилищно-коммунальной Академии Российской Федерации, заслуженный изобретатель Республики Татарстан А.Б.Адедыаин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Р.И.Аюкаев

кандидат технических иаук, старсий научный сотрудник Е.Г.Петров

Ведущая организация: "ТатНИИнефтеыаа" г.Казань

Зацито состоится " И - 199 ¿г. о^З ' час на

саседзнии специализированного Совета К.063.31.03 в Санхт-Петор-бургском инженерно-строительном институте по едресу: Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., дом 4. ОС/д_ У/^О'/т'С/^б/С/

С диссертацией кожно ознакомиться о фундаментальной библиотека института.

Автореферат разослан - У - О ^ 19эЗг.

Учены!! секретарь специализированного Совете к.т.н., доцент

Г.П.Комина

Предварительная обработка нефте содержащих сточных вод позволяет увеличить глубину очистки и уменьшить продолжительность отстаивания в 2 и более раза.

Шестая глпр.ч посвящена внедрен™ результатов исследований и технико-экономическому анализу.

В условиях Казанского завода "Полимиз" установлена возможность получения крупнозернистых гранул коалесцируюцих материалов на действующих промыхленннх установках. С этой целью разработана прессформа для изготовления гранул диаметром 15, 20, 25 км.

Установки очистки, НСВ типа У10-1500, УБО-ЗООО производительностью 1500 и 3000 м3/сут, резр'ботаны пг. ?аяьке нефте!рома. Технологической схемой установок УГО предусмотрена двухступенчатая очистка НСВ: в напорном полочном отстойнике с коалесцирующей гидрофобной насадкой из полиэтилена фракции 3-5 мы, окончательную в нацорчом жидкостном фильтре, при фильтрации НСВ через слой дегазированной нефти.

Годовой экономический эффект от внедрения одной установят УБО-ЗООО составил 121,173 тыс.рубля, а от серийного выпуска - 484,6 тыс.руб. в пенах 19Р4 г.).

По заданию 11ГДУ "Бавлчнефть" ПО "Татнефть" разработана и реализуется блочная гидроциклонная станция очистки НСВ (БГС-15000), состоящая из трех блоков гидроциклон-отстойника С ковлесцирующкми элементами из полиэтилена фракции 3-5 мм высотой загрузки 0,8 м.

По заданию Донецкого экскаваторного заводе разработана и реализована блочная гидроциклонная установка ЕГО-ЗОО. Данная установка предназначена для очистки мазутосодошнщих сточных вод. Производительность установки 300 /<:ут. Г.Т'0-300 включает в себя: два напорных двухпродуктовых гидроциклона; отстойники нижнего и верхнего слиьа гидроциклонов, оборудованное коалесцир^чими насадками из гидрофобигжроваиного керамзита фракции 1о-20 мм.

Экономический эффект от внедрения установки БГО-ЗОО составляет 51,15 тыс.руб. в год. ( п ценах 1Р04 г.).

Основны-] выводы и результаты.

1. Собраны, систематизированы и анализированы фактические данные по применяемым в настоящее время и перспективным в практике очистки НСВ коалесцирующиы материалам.

2. Разработаны новые коялесцирующие материалы и технология получения их на основе вторичного сырья, отходов производства, керамзита и керамических заполнителей.

3. Исследооаны и широко представлены параметры коалесци-рующих материалов и загрузок. Данные исследований позволяет выбрать материал с наилучшими свойствами для применения в качестве коалесцирутацих загрузок с целью интенсификации очистки НСВ.

4. Проведен анализ и определены пути повышения эффективности существующих конструкций работы аппаратов и установок очистки НСВ с применением коалесцируадих наседок.

5. Определены область действия линейного и нелинейного законов фильтрации и законы сопротивления крупнозернистых коа-лесцируклцих загрузок.

6. Разработана оптическая модель коалесцирусщей загрузки (насадки).

7. Установлена возможность успе-дного применения бесконтактных оптических методов для исследования процессов движения жидкости в порах гранулированной загрузки, а также процессов коалесценции нефтяных частиц при фильтрации эмульсий типа "нефть в воде", через гранулированные коалесцируюцие загрузки.

8. Получены тенеграммы процессов-фильтрации и коалесценции; установлены-структура фильтрационного потока и механизм процесса коалесценции при различных режимах фильтрации.

9. Установлены параметры коалесцирущих загрузок и реки-ми фильтрации НСВ, позволяющие получить еысокий эффект коалесценции .

Ю. Разработаны и внедрены в производстве новые установки очистки НСЬ с применением коалесиируотих насадок, защищенные авторскими свидетельствами; экономический эффект от внедрения с-стзвил ЬЗЬ,75 тис.рублей ь год.

11. ?-':работс чы рекомендации для создания высокоэффектив-!Г-х блочках уст£.н; ьок оч1 стки НСВ с применением крупнозернис-

тмх коалесцирующих загрузок.

12. Разработки по определению свойств коалесцирующих материалов, визуализации потока, дис.П' лсионному анализу, результаты для {шсчета и проектированаi установок очистки НСБ внеярет в учебном процессе.

Перечень опубликованных работ по теме диссертации

1. A.c. № i'95929 (СССР). Г>тсто?ник для очистки сточных вод./ Авт.иэобрет. В.H.Красно B'j кин. Ф.И.Мутин, М.БЛ'лейзер, Г.Ф.111аихова, Н.С.Урмитова. - Опубл. в Б.И., 15У2, # I.

2. A.c. i* I2289I3 (СССР). Устройство для очистки сточнчх вод./ Авт.изобрет. А.Б.Аделыиин, С'.И.Мутин, Л.С.Селгогин, А.В.Еусорев, Н.С.Урмитова. - Опубл. в Ь.И., 1986, 7.

3. Адель-яин А.Б., Урмитова Н.С., Губина В.М. Методические указания к определении свойств коалесцирующих материалов, приыеняеыых для интенсификации процессов очистки воды. - Казань: КазИСИ, 1987. - 21 с.

4. Адельшин А.Б., Урмитова Н.С. Свойства коалесцирующих материалов. Межвузовски?" сборник трудов: "Способы очистки и очиспгче сооружения для проыьгаленньпс сточных вод". - Ленинград: ЛИСИ, 1987. _ с.53-56.

5. Адельтин А.Б., Урмитова Н.С., Каюмова A.C. Методические указания к выполнении научно-исследовательского раздела реальных дипломнух проектов для студентов спецЛ209. Интенсификация процессов очистки сточтсс вод. - Казань: КозИСИ, 1967. - 25 с.

6. Ураитова Н.С. Елочная гидроциклонная установка БГО-ЗОО для очистки нефтесодержащих сточнчх вод. Информационный листок !> I2I-S8. - Казань: Татарский ЦН'Ш, 19В8, 4 с.

7. Адельлин А.Б., Урмитова Н.С., Каюмова Д.С. Гидродинамические характеристики некоторых коалесцирующих зернистых материалов. Гидравлика сооружений. Сборник научнмх трудов. - Калинин: Калининский ГУ, 1У88. - с.40-46.

8. Уршггова Н.С., Фаткуллин Р.Г., Аделынин A.B. Движение вчзисЯ »î'.uxkocth в порах гранулированио?. коалеспиру»ч:цей насад-

- ie -

ки. Межвузовский сборник научных трудов. Исследование сетей, аппаратов и сооружений водоснабжения и канализации.-Казань: КаэИСИ, 1990. - с.25-32.

9. Адельшин А.Б., Урмитова Н.С., Ибятов Р.И.: Методические указания по определению диспэрсного состава эмульгированной нефти в сточных водах и отработка результатов анализа с применением ЭВМ при исследовании процесса коалесценции. - Казань: КазИСИ, Д990. - 22 с.

10. Адельшин А.Б., Мутин Ф.И., Урмитова Н.С., Ястребов

П.И. Установки очистки нефтепромысловых сточных вод с коалес-цирующими насадками. - М.: ЦШГИхимнефтемаш. Обзорная информация. Сер. "Нефтепромысловое машиностроение", 1983. - 40 с.

11. Адельшин А.Б., Селпгин A.C., Бусарев A.B., Урмитова Н.С. Блочные гидроцикяонные установки для очистки нефтесодер-жащих сточных вод. В межвузовском сборнике "Исследования по интенсификации и совершенствования работы сооружений водоснабжения^ канализации. - Казань; КХ1И, 1988, - с.Н-19.

12. -Адельшин А.Б., Ыутин й.И., Урмитова Н.С. Изыскание к исследование свойств коалесцирующих материалов для очистки нефтепромысловых сточных вод. В кн.: НХ1У научная конференция КаэИСИ. - Казань, 1982, с.139-140.

13. Урмитова Н.С. Методика исследования очистки нефтепромысловых сточных вод с использованием эффекта коалесценции. В кн.:ХХХ1У научная конференция КазИСИ. - Казань, 1982, с.142.

14. Урмитова Н.С. Современное состояние очистки нефтепромысловых сточных яод. В кн. :Пробледа охраны окружающей среды и подготовки специалистов в высших учебных,заведениях. Тезисы докладов и сообщений Республиканской научно-практической конференции. - Казань, 1982, с.53-54. •

15. Адельшин А.Б., Уриктова Н.С. Коалесцирувдие материалы для очистки нефтесодержащкх сточных вод. В кн.:ХХХУ научная

■ конференция КазИСИ. - Казань, 1983, с.217-218.

16. Урмктова Н.С. К вопросу оцэккк гидрофобности коалесцк-рухицих катеркалов по диполыюму ьоуснту. В кн. :ХХУ1 научная конфзре.нцп;. КазИТЛ. - Казань, 1934, с.53.

17. Н.С. Ксследспанке сг.о?.гтв г--

При очистке НСВ отстаиванием для интенсификации процесса очистки наиболее широкое применение нашли коалесдаруютие фильтры с гранулированной загрузкой. В этом случае ускорение процесса коелесценции капель нефти достигается фильтрацией НСВ через твердые зернистые и волокнистые загрузки, материалы которых обладают коалесцирующими свойствами.

При выборе коалесцирующего материала следует исходить из его доступности и стоимости в условиях эксплуатации установок очистки, а также из соответствия требованиям, предъявляемым к ним: фракционный состав загрузки; достаточная однородность размеров зерен, волокон; пористость и плотность; механическая прочность; химическая стойкость по отношению к фильтруемой среде; термостойкость; гидравлические свойства; адгезионные свойства и др. При этом отдают предпочтение коа-лесцируггцад полимерным материалам, которым свойственен высокий эффект коалесценции нефтяных глобул. В качестве коалесци-руюцей загрузки с большим эффектом может быть применен гидрэ-фобнзнрованный керамзит.

Для интенсификации процессов и повышения качества очистка НСВ отстаиванием широкое применение нашли гидродинамические н контактные коаяесцирующие насадки из гранулированных, пористых и волокнистых полимерных материалов. В основном,контактные насадки применяются как этап предварительной обработан НСВ перед отстаиванием, как отдельно, так и в комбинациях с полочными блоками, флотацией, фильтрацией, гидроциклонами, гидкостиой контактной массой, воздействием ультразвукового и электрического полей.

В известных конструкциях установок очистки НСВ в качестве коалесцирующей загрузки применяются пористые, волокнистые и гранулированные материалы: полиэтилен, полипропилен, керамзит и другие, но отсутствуют достаточно обоснованные рекомендации по применению их в качестве коалесцяружцей загрузки; отсутствуют требования к их свойствам; не раскрыт механизм процесса коалеспенпии для гранулированных коплесцирующих загрузок больлих размеров зерен. При эксплуатации волокнистые, пористые и ме "козернистне грпиулировпннче коплеспируумпие загрузки тре-

буют частой регенерации или их замены. С увеличением диаметра зерен решается вопрос саморегенерации их, что и обусловливает необходимость исследования гранулированных загрузок крупной фракции.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию свойств новых и существующих коалесцирующих материалов; разработке технологии получения гидрофобизированных материалов; исследованию гидравлических, гидродинамических характеристик коалесцирующих загрузок и режимов фильтрации.

Разработаны коалесцирующие материалы на основе керамзита и керамических заполнителей. Для проведения исследований приняты: дробленый керамзит фракщй 3-5, 5-10 мы; недробленый керамзит фракций Ю-15, 15-20, 20-25, 25-40 мм марки не ниже 500. Гидрофобизация проводилась обработкой нефтью.

Промышленность страны выпускает полимерные материалы, в основном, в виде порошков и гранул фракций 2-5 мм, а гранулы больших размеров (10 мм и более) не выпускаются.

Для исследования изготовлены гранулы на основе керамзита фракции 25-40 «ш и керамических заполнителей из глин и суглинка фракций 15-20 и 20-25 мм. Для повышения механической прочности и гидрофобности гранул из керамзита, керамических заполнителей поверхность их покрывалась полиэтиленовым отходом (ПО "Оргсинтез", г.Казань).

Изготавливались гранулы фракции 10-15 мы из алюмосодеряа-щих отходов вместе с отходами полиэтиленового волокна (отходы ПО "Оргсинтез", г.Каэань).

Промышленная технология получения гранулированных полимерных материалов из вторичного сырья отработано на Казанском заводе "Долимиз" диаметром 5 мы и длиной цилиндрика до 15 мы.

Исследованы свойства следующих наиболее перспективных существующих и новых разработанных нами коалесцирующих материалов: дробленый керамзит фракций 3-5, 5-10 мм; недробленый керамзит фракций 10-15, 15-20, 20-25, 25-40 км; гидрофобизЯрова ниый дробленый керамзит фракций 3-5, 5-10 мы; гндрофобизиро-ванный недробленый керамзит фракций 15-20, 20-25, 25-40 ыи; полиэтилен фракции 3-5 мм (ГОСТ 16337-77); полипропилен фрак-

ции 3-5 км (ТУ 6-05-1105-78); недробленый керамзит, покрытый полиэтиленом фракции 25-40 мы; керамический заполнитель,покрытый полиэтиленом фракций 15-20, 20-25 мм; полиэтилен вторичный марки А, фракций 4-5,6; 4-6,3; 5-7; 5,5-10 мм (ТУ 49-925-85); материал и.1! отходов полиэтилена и алюмосодержацих отходов фракции Ю-15 ми.

Полученныэ данные исследований позволяют выбрать материал с наилучшими свойствами для применения в качестве ноалес-цируюяих загрузок с целью интенсификации очистки НСВ. К промышленному применению рекомендованы гидрофобизированный дробленый и нздробленый керамзит, гидрсфо бкзированный керамичес-

кий заполнитель, полимеры, а

а

фзг

0,15

<w

А

1/ 7

J > п

и

? Г м з_

/ 16 I \ / 4-

t / *

го ю 60 во

100 tso /«7

V<p,v/v

Рис.1. Зависимость Cf-j(Vq>) фракции 15-20 т температура »едкости: 1-^.-20°С; г-tg =30°С; 3- ig =40°С;

4- -¿^ =50°С.

также указанные выше материалы на основе полимеров и отходов промышленности.

Проведены экспериментальные исследования процесса фильтрации через гранулированные коалесци-рующие загрузки из материалов: полиэтилен фракции 3-5 мм и керамический заполнитель, покрытый полиэтиленом фракции 15-20 мм. Эти материалы по своим адгезионным свойствам отличаются незначительно: краевой угол смачивания на границе раздела фаз "твердое тело-нефть" у полиэтилена 14°54 , а у керамического заполнителя - 16°3 .

Экспериментально найденная зависимость

(рис.1) представляет кривую, которая аппроксимирована формулой:

J^evcp■^-<*vi (I)

гда Ц» - скорость фильтрации; (2 к С*- - постоянные величины, определяемые опытным путем, эави-

сящиа от свойств пористой среды и двилущейся жидкости; получены численные значения параметров фильтрации С и оС :

Увеличение диаметра зерна в 4,35 раза уменьшает гидравлический уклон примерно на порядок (рис.2).

Анализ результатов исследований показал,что область действия линейного закона фильтрации в условиях постановки опытов: при высоте загрузки 0,2-0,8 и фракции 3-5 им, температурах воды 20-50°С наблюдается до скорости фильтрации 20-26 и/ч,при фракции 15-20 ш до 50-60 ц/ч. При этом весьма незначительно наблюдается переходная область:для фракции 3-5 ым при скоростях фильтрации до 70-80ц/ч, для фракции 15-20 мм - до 80-90 и/ч, что практически невозможно отразить на кривых зависимостей и ( Це» ), но можно уловить только по тенеграммаы фильтрационного потока при непосредственном наблюдении его во время эксперимента визуализацией этого процесса.

В третьей главе рассмотрено движение вязкой жидкости в порах гранулированной коалесцирующей насадки.

Рассмотрена коалесцирующая насадка в виде цилиндра, загруженного гранулами одинакового размера.

По аналогии с теорией фильтрации движение несжимаемой жидкости в порох загрузки описывается уравнениями Навье-Сток-

С&У й (2)

а

Рис.2. Влияние размера зерен на эазисююсть ( Ць):

1 - фракция 3-5 1М, «20°С;

2 - фракция 3-5 мм, ¿е -50°С; 3- фракция 15-20мм, г^-20°С; 4 - фракция 15-204», »50°С.

гДв ~ плотность; -^динамический коэффициент вязкости; Р - сила тяжести; у - сила сопротивления; УР- градиент давления; А 1Л - градиент скорости.

Решением системы уравнений 1.2), (3) при линейном законе получено: ^

где Т? - кинематический коэффициент вязкости; \/ср- средняя скорость фильтрации; С?- эквивалентный диаметр гранул фильтрующей загрузки; /4*- радиус, цилиндра; С, оС - постоянные величины, зависящие от свойств пористой среди и движущейся жидкости.

Для случая нелинейного закона фильтрации получено уравнение второго порядка вида:

где V - скорость; ? - текущий радиус насадки;-'?,б- постоянные величины, зависящие от свойств пористой среды и движущейся жидкости; В - показатель степени.

Это уравнение решалось методом Рунге-Кутта.

Совместный анализ данных результатов расчетов и экспериментов линейного и нелинейного законов фильтрации показал на удовлетворительное совпадение численных значений гидравлического уклона в крупнозернистой загрузке коалесцирующей насадки.

Четвертая глава посвящена исследованию структуры фильтрационного потока и механизма коалееценции с визуализацией движения жидкости в порах коалесцирующей загрузки.

При фильтрации води через коалесцирующие загрузки из гранулированных материалов в фильтрационном потоке наблюдается различного рода деформации поля скоростей, образование проточ-

(4)

ных п непроточных зон завихрения к вторичных течений, диссн-пативные процессы. При создании благоприятного ролика фильтрации НСВ через гранулированные загрузки насадок указанные обстоятельства могут Оыть реализованы в процессах коалзсцен-цин эмульгирован;шх нефтяных частиц.

С точки зрения механизма процесса коалесценции наибольший интерес представляет визуальное изучение гидродинамического и кассообыенного взаимодействия в различных зонах фильтрационного потока и в целом потоке.

С этой цельв разработана плоская модель зернистой загрузки и оптическая модель коалесцирувдей насадки (рис.3).

Рис.3.

Проведены исследования структуры фильтрационного потока и механизма процесса коалесценции для крупнозернистых загрузок (диаметром Ю мм) при скоростях фильтрации от 5 до 140 ы/ч с применением бесконтактного оптического метода на экспериментальной установке, разработанной на базе прибора ИАБ-453.

Опыты проводились в два этапа. При одних и тех кз гидродинамических и др. условиях сначала изучалась структура фильтрационного потока, а затем механизм процесса коалесценции.

Анализ тенеграмм структуры фильтрационного потока показал: длина пути стабилизации фильтрационного потока-увеличивается с увеличением скорости фильтрации; при увеличении скорости фильтрации от 15 ы/ч до 140 м/ч длина стабилизации возросла в среднем, примерно, от 20 до 70 им. При тех ке скоростях фильт-ра::ни расстояние смьжьния элементов фильтрационного потока увз-л'.г-:ллогь в среднем, примерно, от 1,6 км до 5,0 ми. При скорос-

тях около 140 м/ч наблюдалась практически симметрия фильтрационного потока, т.е. расстояние смыкания перед и за гранулами составило около 5 мм. Начиная со скорости фильтрации примерно с 40-45 м/ч перед и за гранулами образуются вихревые зоны, размеры которых увеличиваются с увеличением скорости фильтрации, причем размер вихрев;« зон за гранулами больше, чем перед гранулами. Вихревые кольца отрываются от гранул с некоторым углом уменьшающимися с увеличением скорости фильтрации.

Исследования показали, что с изменением скорости фильтрации от 5 до 130 м/ч наблюдались изменения в механизме процесса коалесценции.

При скоростях фильтрации 5-30 м/ч наблюдается ярко выраженная меккапельная коалесценция на поверхности гранул и частичное растекание по поверхности гранул пленки нефти. Частицы нефти укрупняются диаметром до 3-4 ш я при этом увеличивается полидисперсность на выходе из загрузни. При скоростях фильтрации 30-60 м/ч наблюдается межкапельная коалесценция в потоке и на поверхности гранул, а также ярко выраженная деформация частиц нефти. Частицы нефти укрупняются, в основном, диаметром 1-2 км, также появляются частицы диаметром 3-4 км, уменьшается полидисперсность эмульсии на выходе. При скоростях фильтрации 60-130 и/ч (особенно при 100 м/ч и более) происходит наиболее интенсивная и эффективная коалесценция в объеме потока, в вихревых зонах зе гранулами и незначительно на поверхности гранул. Практически вся поверхность работает как инверсирующая. На выходе из загрузки зиульсия менее полидисперсна и основная масса частиц диаметром 1-2 км; при этом обеспечивается саыорегенера-ция загрузки.

Таким образом установлена возможность успешного применения бесконтактных оптических методов для исследования процессов движения жидкости з порах гранулированной загрузки, процессов коалесценции при фильтрации нефтяных эмульсий типа "нефть в воде" через гранулированные коалесцирующие загрузки, а также ст^уу.турп потока и механизм процесса коалесценции при различных режимах фильтрации. ' .

В пятой главе приведены данные .результатов экспериментальных исследований процесса коалееценции: оптимальные геометрические параметры коалесцирующей загрузки и гидродинамический режим в ней, позволяющие эффективно осуществить коалес-ценцию эмульгированных частиц нефти; степень коалееценции эь^ульгированных частиц нефти при фильтрации эмульсии типа "нефть в воде"; влияние физико-химических свойств эмульсии типа "нефть в воде" на процесс коалееценции эмульгированных частиц нефти; количественная оценка степени коалесиениии.

Исследования проводились в лабораторных и производственных условиях. В лабораторных исследованиях в качестве рабочей жидкости применена модель эмульсии типа "нефть в воде".

В лабораторных условиях получены кривые отклика; определено время отбора проб эмульсии в исследованиях процессов коалееценции при различных скоростях фильтрации.

Обработка данных экспериментов производилась на ЭШ. В каждом опыте на входе и выходе загрузки определились: дисперсный состав внутренней фазы эмульсии, коэффициент полидисперсности и эффект коалееценции по соотношению: к

Ср.ВА.

ср.вых. ~ сРеДние радиусы частиц нефти, соответственно на входе и выходе загрузки.

При исследованиях в производственных условиях исходная НСВ в коалесцирующий фильтр подавалась из трубопровода производственной установки.

Анализ результатов исследований показывает, что наибольший эффект коалееценции О ) получен для полиэтилена фракции 3-5 мм при высоте загрузки 0,8 ы и скорости фильтрации 18 -- 36 и/ч Ок я 1,88-2,46)'; для керамического заполнителя покрытого полиэтиленом фракции 15-20 мм при высоте загрузки 1,0м и скорости фильтрации 65-100 и/ч (Эк = 1,68-2,06); для гидро-фобиэированного дробленого керамзита фракции 3-5 ым при высоте загрузки 1,0 м и скорости фильтрации 17,84 м/ч (Эк = 2,31). Для данных коалесцирующих материалов на выходе из загрузки коэффициент полидисперсности уменьшается в 2-2,84 раза. Внутренняя фаза НСВ становится более монодисперсной, что интенсифицирует эффективность коалееценции нефтяных частиц.

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В народном хозяйстве первостепенное значение имеет внедрение оборотных систем использования воды, интенсификация и повышение степени очистки сточных вод, создание "бессточных прмаетленных комплексов", снижение себестоимости очистки.

Большие объемы сточных вод, образующиеся на нефтепромыслах, высокие требования к охрана окружающей среды и рациональному использованию воды делают проблему утилизации этих вод весьма сложной и важной. Наиболее эффективным методом утилизации нефтесодержащих сточных вод (НСВ) нефтепромыслов является повторное их использование э системах поддержания пластового давления. Это позволяет значительно сократить потребление пресной воды, решить проблемы утилизации НСВ на промыслах я защиты окружающей среды от загрязнений.

Повышение качества и интенсификация процессов очистки в последние годы реализуется использованием различных методов предварительной обработки НСВ, подаваемых на очистные сооружения. Наиболее эффективные способы предварительной обработки НСВ основаны на реализации процесса коалесценции, способствующему уменьшению количества тонкодиспергированных частиц нефта в эмульсии и интенсификации процессов очистки отстаиванием, флотацией, фильтрованием и др. Процесс коалесценции может эффективно осуществляться путем фильтрации НСВ через коалесци-ругапо насадки (фильтры), в которых в качестве загрузни применяются различные гранулированные гидрофобные коалесцирующиё материалы.

В связи с внедрением индустриальных методов обустройства нефтяных месторождений широкое применение получили блочные автора ткзгфогашплэ установки очистки заводского изготовления, одгпш из основных элементов которых, интенсифицирующих техпз-"огкз очистки, являются поалесцирупцкэ насадки различной кои--струкцки. '

Цель и зяпяуя работа. Цеякп дсняой работ?? яилдется теорз-

ров гранулированных коалесцирующих насадок для интенсификации процесса очистки НСВ отстаиванием.

Задачами работы являются: выбор и обоснование направлений интенсификации процессов очистки НСВ с применением гранулированных коалесцируюцих материалов; разработка новых коалесцирующих материалов; разработка технологии получения новых коелесцируюзкх материалов; исследование свойств коалес-цируших материалов; разработка прессформь; для промышленного изготовления коалесцируювих гранулированных материалов больших размеров зерен; широкое представление геометрических, гидродинамических и технологических параметров коалесциругаих материалов; разработка новых конструкций коалесцирузощих насадок и технологий очистки НСВ с предварительной обработкой нх в коалесцирующих насадках; разработка рекомендаций по'выбору и расчету технологических и конструктивных параметров оборудования очистки НСВ с применением коалесцируодих гранулированных насадок; исследование режимов фильтрации НСВ через коаявс-цирующие гранулированные загрузки; визуализация движения жидкости через коалесцируюшую загрузку оптическими методами; исследование структуры фильтрационного потока и механизма процесса коалесценции в коалесцируючих гранулированных крупнозернистых загрузках; разработка рекомендаций для проектирования промышленных установок; разработка промышленных установок; проверка результатов исследований в промышленных условиях; оценка экономической эффективности от внедрения установок с применением коалесцируюцих насадок.

Научная новизна. Теоретическими и экспериментальными исследованиями определены область линейного и нелинейного законов фильтрации и законы сопротивления для крупнозернистых коа-яесцирувщих загрузок.

Разработаны модель крупнозернистой загрузки и оптическая модель коалесцирующей насадки.

Установлена возможность успешного применения бесконтактных оптических методов для исследования процессов движения жидкости в порах гранулирование Я загрузки, а также процессов коалесценции при фильтрации нефтяных эмульсий типа "нефть в

- а -

вод®" через гранулированные коалесцирушие загрузки.

Получены тенеграмш процессов фильтрации и коалесценции, установлены структура фильтрационного потока, механизмы процесса коалесценции при различных режимах фильтрации.

Установлены наивыгоднейшие параметры загрузок и режимы фильтрации НСВ, позволяющие получить высокий эффект коалес-

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Разработаны новые коалесцирующие материалы на основе вторичного сырья, отходов производства, керамзита и керамических эапогннтелеЯ; разработана технология получения этих материалов.

Разработаны и внедрены в производство новые установки очистки НСВ с применением коалесциружщих насадск, защищенных авторскими свидетельствам:! (а.с. К» 895929 и # 1228912).

Результаты и рекомендации, исследований могут быть исполь-зовска при создании новых установок очистки НСВ.

Зхоноютческий эффект от внедрения одной установки типа УБО-ЗООО - 121,173 тыс.руб. в год, а от их серийного вшуска-

- 485,4 тыс.руб.; от внедрения установки типа БГ0-300 -

- 51,15 гне.руб!в ценах 1984 г.).

Апробация. Основные положения диссертационной работы до-гол:е:щ и обсушены на Всесоюзной научно-техническом совещании "Дальнейшее совершенствование и опыт эксплуатации блочного ав-тоцзткзярованного оборудования для сбора и промысловой подготовки нефти, газа я воды" в г.Казани в 1978 г., на научно-технической конференции "Проблемы разработки автоматизированных систем наблюдения, контроля и оценки состояния окружающей среды в г.Казани в 1979 г., на Республиканской научно-технической конференции "Проблемы охраны окружающей среды к подготовки специалистов в гастаг учебных заведениях" в г.Казани з 1982 г., на ХХХ1У-ХЬ 1 научных коррекциях КаэИСИ » 1982-1989 г.г., на семинаре "Современные методы очистки сточных вод от органических примесей в УД ИГЛ г.Челябинске в 1986 г., иа 50-ой научно? кон^епрнтп'и Санкт-Петербургского К СИ в 1993 г.

- б -

Все доклады подучили положительную оценку. По теме диссертации опубликовано 28 работ, подучено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Установки УБО-1500, УБО-ЗООО, БГО-ЗОО экспонировались на Всероссийских, Республиканских и других выставках, на ВДНХ СССР и отмечены наградами, в том числе БГО-ЗОО серебряной медалью ЦЦНХ СССР.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения,шести глав, перечня использованной литературы, включающего 102 наименования и приложений. Она содержит 251 страницу, в том числе 212 страниц текста, 22 таблицы, S3 рисунка, приложения на 39 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены существующие методы интенсификации и очистки НСВ; рассмотрены и классифицированы кое-лесцирующие материалы, насадки и установки очистки НСВ; дан анализ теоретических положений процесса коалесценции при фильтрации жидкости через гранулированные загрузки.

При разработке нефтяных месторождений на объектах добычи н подготовки нефти на промыслах образуются НСВ, которые представляют смесь пластовых, промышленных и ливнешх. Пластовые воды извлекаются из продуктивных пластов попутно с добываемой нефтью и отделяются от нее в процессе подготовки нефти на промыслах к при этом образуются нефтесодергавие пластовые сточные воды.

Концентрация нефти в нефтесодервдцих сточных водах (НСВ) колеблется от следов до 5000 иг/л; механических примесей -- 2-420 мг/л; температуре - +10...+70°С; частицы эмульгированной нефти, в основной, имеют размеры 7-81 ыкы, а 40-45? из них не превышает 7-15мкы.

Очистка НСВ нефтепромыслов для целей заводнения сводится к удалению из них до заданных пределов плавающей и эмульгированной нефти и механических примесей с применением механических и физико-химических методов.

териалов. В кн.:ХЛХУП научная конференция КазИСИ. - Казань, 1685, с.135.

18. Kar нова A.C., Урлитова Н.С. Сравнительная оценка гидравлического сопротивления коалесиируюдих загрузок. В sH.t-ХХХУП научная конференция КаэИСИ. - Казань, 1985, с.146,

19. Адельиин А.Б., Абдюиев А.И., Селпгин A.C., Урмитова Н.С. Комплексные исследования очистки нефтесодеряз^их сточных вод и реализация их результатов в производстве. В кн.:ХХХУП научная конференюм КаэИСИ. - Казань, 1985, с.132-133.

20. Уриитова Н.С. Результаты исследований некоторых геометрических характеристик зернистых коалесцируюцих материалов. В кн. :ХХХУШ научная конференция КазИСИ. - Казань,1986,с.44-45»

21. Адельиин А.Б., Каюмова A.C., Урмитова Н.С. Гидравлические свойства коалесцирувдих материалов. В кн.:ХХХУШ научная конференция КазИСИ. - Казань, 1986, с.60.

22. Урмитова Н.С. Интенсификация методов отстаивания иэфтесодерхащих сточных вод. В кн.Современные методы очистки сточных сод от органических примесей. УДН1П. - г.Челябинса, 1906, а.42-44.

23. Урмитова Н.С. и др. Результаты испытаний различных схем эагрузхи ксалесиируюцего фильтра. В tm.:XL научная конференция КаэИСИ. - Казань, 1980, с.ИЗ.

24. Адельтин А.Б., Селюгин A.C., Бусврев A.B., Ургатова Н.С. и пр. Елочные гидрогшклонниэ установки для разрушения нефтяных эмульсий. 3 кн. ^Проблемы эффективности охраны окружающей среды на нефтепромыслах Татарии. ПО "Татнефть". - г.Альметьевск, ТАССР, Ш, е.107-111.

2о. Урмитова U.C., Подвальный A.A. Визуализация движения жидкости через коялесиирущуп загрузку оптическими методами. В joi.:XL I научная конференция КазИСИ. - Казань, 1989, с. 102.

26. Адельютн A.B., Урмитова U.C. Технология изготовления коалесцирутеаиг материалов ил вторичного сырья и отходов производства. Инф.листок № 24-91. - Казань, Татарский ЦНТЙ, 1991,

2 с.

27. Аяелгжин-А.Б.,'Урмитова Н.С. Технология изготовления коалесцирупщих материалов на основе .керамзита и керамических

заполнителей. Инф.листок ^ 23-91. - Казань: Татарский ЦШИ, 1991. - 3 с.

2S. Аделыиин А.Б., Фаткуллин Р.Г., Урмитова И.О. Исследование движения вязкой жидкости в порах гранулированной насадки при нелинейном закона сопротивления. В кн.: Гидродинамика отопительно-вентиляциокннх устройств: Межвузовский сбор-кик научкнх трудов. - Казань: КаэИСИ, 1991. - с.67-72.

29. Адельшик А.Б., Селюгин A.C., Ьусарев A.B., Урздтова Н.С. Прочностной расчет блочных гидропиклоннмх установок очистки нефтесодержащих сточных вод. Методические указания по курсовому и дипломному проектирований для студентов специальности 2908. - Казань: КаэИСИ, 1989. - 23 с.

30. Аделышш А.Б., Урмитова Н.С. Технология получения, гранулированных гидрофобных коалесцируюашх материалов больших размеров из полимеров. Икф.листок & 92-Х. - Казань: Татарский ЦН1И, 4с.'

Коррзитурз автора

Подп. к печати II. 03. 93 г. Ткрззг. 100 экз. 3ükds Формат 60x84/16

I»S5 усл. asu. ¡:.

•i2C;.'.rt, Казань, Sossitsa, I

елько-почзтк^й стд«я КезКСЙ.