Устройство фильтра-сорбента для очистки жидкости от излишних примесей

Полезная модель относится к устройствам фильтров-сорбентов для очистки жидкостей от излишних примесей, в особенности для очистки сырой нефти от сераорганических примесей в нефтедобывающей промышленности, очистки воды в водных хозяйствах. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является удешевление стоимости, упрощение конструкции устройства, более высокая его производительность. Этот технический результат достигается тем, что устройство включает первую емкость для введения в нее дисперсионной смеси очищаемой жидкости и сорбента (ДС), вторую емкость для слива в нее очищенной жидкости и гранул сорбента; первая емкость представляет собой закрытую изоляцией первую металлическую колонку под положительным потенциалом через электроввод, открытую с одной стороны, заканчивающуюся закруглением с другой стороны, имеющим клапаны для вывода жидкости и гранул сорбента; вторую заземленную металлическую колонку внутри первой, с отверстиями для прохода жидкости, открытую с той же стороны, примыкающую через изоляционную прокладку к закруглению первой колонки; центральный электрод под отрицательным потенциалом через электроввод, создающим напряженность электрического поля величиной 500-15000 В/м на гранулах сорбента и очищаемой жидкости в придонной части первой колонки; первый кольцевой поршень между первой и второй колонками с отверстиями для прохода жидкости; второй кольцевой поршень без отверстий, расположенный ближе к открытым частям колонок; клапан ввода очищаемой жидкости и гранул сорбента в первой колонке; главный поршень со штоком в открытой части первой колонки; приспособление для создания в ДС давления сжатия, изготовленное таким образом, что может создавать давление сжатия до 150 кг/см²; вторую емкость для слива в нее очищенной жидкости и гранул сорбента.

Полезная модель относится к устройствам фильтров-сорбентов для очистки жидкостей от излишних примесей, в особенности для очистки сырой нефти от сераорганических примесей в нефтедобывающей промышленности, для очистки воды в водных хозяйствах.

Известны устройства фильтров-сорбентов для очистки жидкостей от излишних примесей, в частности, воды, состоящие из протяженных по высоте колонок, заполненных сорбентом, через которые самотеком или принудительно прокачивают жидкость [см. А.В.Худяков, Е.А.Сухотина, Н.А.Немов, патент 50528 РФ, С02А 1/28, 1/46, Устройство для водоочистки, бюл. 13, 10.04.2005]. Известны устройства фильтров-сорбентов, в которых сорбируются сераорганические соединения нефти из нефтепродуктов - сырой нефти, керосиновой, дизельной фракций. Устройства состоят из протяженных вертикальных колонок, содержащих неподвижные слои сорбента, в качестве сорбента применяют силикагель, окись алюминия, активированный уголь, цеолит, гипс и их смеси, исходный нефтепродукт пропускают через слой сорбента [см.: Химия сераорганических соединений, содержащихся в нефти и нефтепродуктах, М.: Изд-во АН СССР, 1959, 126-137].

Недостатком таких аналогичных устройств фильтров-сорбентов является низкая степень способности применяемых сорбентов очищать жидкости от вредных или излишних по количеству примесей, в связи с чем приходится создавать колонки с очень большой по протяженности высотой.

Известно устройство фильтра-сорбента, в котором увеличивают эффективность очистки жидкости от примесей. Устройство включает емкость для введения в нее дисперсионной смеси очищаемой жидкости и сорбента (ДС), представляющая собой ротор-барабан; приспособление для создания в ДС давления сжатия, представляющее собой электропривод для вращения ротора-барабана вокруг оси; емкость для слива в нее очищенной жидкости и гранул сорбента, [см.: Кадыров М.У., Крупин С.В., Барабанов В.П., патент РФ 2171826 С1. Способ выделения сераорганических соединений нефти из нефтепродуктов, бюл. 22 10.08.2001.]. По числу совпадающих существенных признаков и максимально достижимому положительному эффекту это устройство выбрано в качестве прототипа к предлагаемой полезной модели. В емкость - ротор-барабан - загружают ДС, приводят ротор-барабан приспособлением для создания в ДС давления сжатия во вращение с угловой скоростью 2500 об/мин, центробежная сила сжимает ДС, после чего вращение ротора-барабана приостанавливают, ДС выгружают для разделения очищенной жидкости от сорбента.

Недостатком устройства-прототипа является высокая стоимость и сложность конструкции, высокая стоимость очистки жидкости от примесей, малая производительность фильтра-сорбента по очистке жидкости от примесей, отсутствие получения возможности применения предлагаемой полезной модели в промышленности.

Так, в приведенном в описании изобретения-прототипа примере для очистки 100 г нефтепродукта от примесей серы приходится вращать ротор в течение 40 минут, после чего останавливают вращение ротора, выгружают дисперсную смесь нефтепродукта и сорбента на выделение нефтепродуктов из сорбента в приспособлении, вновь загружают ротор следующей порцией нефтепродукта и сорбента, вновь приводят во вращение барабан и т.д.. Это свидетельствует о том, что устройство-прототип является демонстрационным, не пригодным для промышленного применения.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является удешевление стоимости, упрощение конструкции устройства, более высокая его производительность, получение возможности применения предлагаемой полезной модели в промышленности.

Этот технический результат достигается тем, что устройство включает первую емкость для введения в нее дисперсионной смеси очищаемой жидкости и сорбента (ДС), вторую емкость для слива в нее очищенной жидкости и гранул сорбента; первая емкость представляет собой закрытую изоляцией первую металлическую колонку под положительным потенциалом через электроввод, открытую с одной стороны, заканчивающуюся закруглением с другой стороны, имеющим клапаны для вывода жидкости и гранул сорбента; вторую заземленную металлическую колонку внутри первой, с отверстиями для прохода жидкости, открытую с той же стороны, примыкающую через изоляционную прокладку к закруглению первой колонки; центральный электрод под отрицательным потенциалом через электроввод, создающим напряженность электрического поля величиной 500-15000 В/м на гранулах сорбента и очищаемой жидкости в придонной части первой колонки; первый кольцевой поршень между первой и второй колонками с отверстиями для прохода жидкости; второй кольцевой поршень без отверстий, расположенный ближе к открытым частям колонок; клапан ввода очищаемой жидкости и гранул сорбента в первой колонке; главный поршень со штоком в открытой части первой колонки; приспособление для создания в ДС давления сжатия, изготовленное таким образом, что может создавать давление сжатия до 150 кг/см²; вторую емкость для слива в нее очищенной жидкости и гранул сорбента.

Сущность полезной модели поясняется чертежом на фиг.1. Устройство фильтра-сорбента включает емкость для введения в нее дисперсионной смеси очищаемой жидкости и сорбента (ДС), представляющая собой закрытую изоляцией первую металлическую колонку 1 под положительным потенциалом через электроввод 2, открытую с одной стороны, заканчивающуюся закруглением 3, с другой стороны, имеющим запорные клапаны для вывода жидкости 4 и гранул сорбента 5; вторую заземленную металлическую колонку 6 внутри первой, с отверстиями 7 для прохода жидкости, открытую с той же стороны, примыкающую через изоляционную прокладку 8 к закруглению 3 первой колонки; центральный электрод 9 под отрицательным потенциалом через электроввод 10, выполненный таким образом, что создает напряженность электрического поля величиной 500-15000 В/м на гранулах сорбента и очищаемой жидкости 11 в придонной части первой колонки; первый кольцевой поршень 12 между первой и второй колонками, с отверстиями для прохода жидкости; второй кольцевой поршень 13 без отверстий, расположенный ближе к открытым частям колонок; клапан ввода 14 очищаемой жидкости и гранул сорбента; главный поршень 15 со штоком 16 в открытой части первой колонки; приспособление 17, приспособление для создания в ДС давления сжатия, изготовленное таким образом, что может создавать давление сжатия до 150 кг/см²; емкость 18 для слива в нее очищенной жидкости и гранул сорбента.

Полезная модель работает следующим образом. Поршень передвигают в крайнее к открытой части первой колонки положение, запорные клапана на закруглении первого цилиндрического цилиндра закрывают, через клапан ввода очищаемой жидкости и гранул сорбента загружают порцию гранул сорбента и очищаемой жидкости, клапан ввода закрывают, устройством для создания в жидкости давления сжатия сжимают смесь гранул сорбента и очищаемой жидкости до давления порядка 100-150 кг/см², на электроды подают напряжение постоянного тока, необходимое и достаточное для создания на смеси гранул сорбента и очищаемой жидкости электрического поля напряженностью 500-15000 В/м, выдерживают несколько минут под действием давления и электрического поля смесь гранул сорбента и жидкости, через отверстия в закруглении первой колонки сливают очищенную жидкость в емкость, после этого снова отводят главный поршень в крайнее положение к открытой части первой колонки, через клапан ввода загружают новую порцию очищаемой жидкости в кольцевое пространство между первым и вторым кольцевыми поршнями, клапан ввода закрывают, устройством для создания в жидкости давления сжатия сжимают очищаемую жидкость до давления порядка 100-150 кг/см², жидкость перемещается через отверстия первого кольцевого поршня в пространство, заполненное гранулами сорбента, на электроды подают напряжение постоянного тока, необходимое и достаточное для создания на смеси гранул сорбента и очищаемой жидкости электрического поля напряженностью 500-15000 В/м², выдерживают в течение нескольких минут под действием давления и электрического поля смесь гранул сорбента и жидкости, открывают запорные клапаны для вывода жидкости в закруглении первой колонки, сливают очищенную от примесей жидкость в емкость, после чего снова отводят главный поршень в крайнее к открытому концу первой колонки положение, снова заливают очищаемую жидкость и повторяют операции очистки жидкости от примесей до полного заполнения обменной емкости гранул сорбента, после чего открывают в закруглении первой колонки сквозные отверстия для выхода из первой колонки гранул сорбента, выдавливают гранулы сорбента поршнями в емкость для слива в нее очищенной жидкости и гранул сорбента.

Пример 1. Для очистки сырой нефти от примесей серы применяют следующее устройство.

Устройство фильтра-сорбента включает первую емкость для введения в нее дисперсионной смеси очищаемой жидкости и сорбента (ДС), представляющая собой закрытую изоляцией из полиэтилена толщиной 0,01 м первую колонку 1 в виде трубы из стали 1Х18Н9Т внутренним диаметром 1,0 м длиной 3 м, толщиной стенки 0,05 м, первая колонка с одной стороны открыта для введения в нее поршня, с другой стороны заканчивается закруглением 3, в котором имеются запорные клапаны для вывода очищенной от серы сырой нефти - сквозные отверстия 4 диаметром 0,001 м с запорными клапанами, запорные клапаны для вывода гранул сорбента - сквозные отверстия 5 диаметром 0,003 м с запорными клапанами; первая колонка находится под положительным потенциалом через электроввод 2, первая колонка с одной стороны открыта для введения в нее поршня; вторую заземленную металлическую колонку 6 внутри первой колонки 1 в виде трубы из стали 1Х18Н9Т внешним диаметром 0,70 м длиной 2 м, толщиной стенки 0,005 м, с отверстиями 7 для прохода сырой нефти диаметром 0,001 м по ее цилиндрической поверхности, открытую с той же стороны, что и первая колонка, примыкающую к закруглению 3 первой колонки 1 через изоляционную прокладку 8 из тефлона толщиной 0,01 м; центральный электрод 9 из стали 1Х18Н9Т диаметром 0,01 м длиной 1,70 м, подсоединенный к отрицательному потенциалу электрического напряжения постоянного тока через электроввод 10, достаточному, чтобы создавать между электродами напряженность электрического поля величиной 10000 В/м; гранулы сорбента - природного цеолита Холинского месторождения размерами 0,0005-0,0015 м и очищаемую от примесей серы жидкость 11 - сырую нефть с концентрацией сераорганических примесей 2,5%, располагающихся в придонной части между внутренней поверхностью первой колонки и внешней поверхностью второй колонки; первый кольцевой поршень 12 из тефлона толщиной 0,08 м внешним диаметром 1.0 м, внутренним диаметром 0,70 м со сквозными отверстиями диаметром 0,001 м, располагающийся по внешней поверхности второй колонки и внутренней поверхности первой колонки; второй кольцевой поршень 13 из тефлона толщиной 0,08 м внешним диаметром 1.0 м, внутренним диаметром 0,70 м сплошного без отверстий сечения, расположенный ближе к открытым частям колонок между внешней поверхностью второй колонки и внутренней частью первой колонки; клапан ввода 14 очищаемой сырой нефти и гранул сорбента, расположенный в боковой поверхности первой внешней колонки на расстоянии 0,15 м от ее открытого конца; главный поршень 15 из тефлона толщиной 0,10 м внешним диаметром 1.0 м в открытой части первой колонки полного поперечного сечения этой колонки, пространство между которым и вторым кольцевым поршнем заполнено очищаемой сырой нефтью; шток 16 из стали 1Х18Н9Т диаметром 0,10 м главного поршня 15; известное устройство 17 для перемещения штока главного поршня, которое может подавать давление сжатия величиной 150 кг/см ² в очищаемой жидкости в первой и второй колонках; вторая емкость 18 для слива в нее очищенной сырой нефти и гранул сорбента, выдавливаемых через отверстия в закруглении 3 первой колонки.

Выдержкой сырой нефти под действием давления сжатия и электрического поля добиваются снижения концентрации сераорганических примесей до 0, 1%.

Для очистки воды от примесей до их нормальных для питьевой воды концентраций применяют описанное в примере устройство без каких-либо изменений.

При очистке сырой нефти или воды в устройстве - прототипе такого же результата добиваются на центробежном роторе с электроприводом более сложной конструкции, стоимостью в 100 раз дороже, производительностью в 60 раз ниже, чем в предлагаемом техническом решении.

Таким образом, изложенные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, применимо для очистки жидкостей от примесей, используемое, в частности, для очистки нефтепродуктов в нефтедобывающей промышленности, для очистки воды в водных хозяйствах;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».

Устройство фильтра-сорбента для очистки жидкостей от излишних примесей, включающее первую емкость для введения в нее дисперсионной смеси очищаемой жидкости и сорбента (ДС), приспособление для создания в ДС давления сжатия, вторую емкость для слива в нее очищенной жидкости и гранул сорбента, отличающееся тем, что включает закрытую изоляцией первую металлическую колонку под положительным потенциалом через электроввод, открытую с одной стороны, заканчивающуюся закруглением с другой стороны, имеющим клапаны для вывода жидкости и гранул сорбента, вторую заземленную металлическую колонку внутри первой, с отверстиями для прохода жидкости, открытую с той же стороны, примыкающую через изоляционную прокладку к закруглению первой колонки, центральный электрод под отрицательным потенциалом через электроввод, выполненный таким образом, что создает напряженность электрического поля величиной 500-15000 В/м в придонной части первой колонки, первый кольцевой поршень между первой и второй колонками с отверстиями для прохода жидкости, второй кольцевой поршень без отверстий, расположенный ближе к открытым частям колонок, клапан ввода очищаемой жидкости и гранул сорбента в первой колонке, главный поршень со штоком в открытой части первой колонки, приспособление для создания в ДС давления сжатия, изготовленное таким образом, что может создавать давление сжатия до 150 кг/см ².