Очистка сточных вод нефтехимического комплекса электрохимическими методами

Технический результат заключается в увеличении эффективности очистки по нефтепродуктам, железу, цинку, никелю, меди, органическому красителю, бензолу за счет того, что устройство дополнительно содержит электролизер для очистки сточных вод, генерирующий электроэнергию.

4.3.1 Расчет напорно-электрохимического трехсекционного флотатора.

В предварительно очищенную воду дозируют коагулянт с помощью реагентного хозяйства, смесь подают в напорно-электрохимический трехсекционный флотатор. Флотирующим агентом является углеводородный газ и сероводород, которые выделяются из воды при сбросе давления от 0,3...0,5 МПа до 0,1 МПа[150].

Очищаемую газонасыщенную воду через дросселирующее устройство подают на вход аппарата, причем 6...9% этой воды подводят к дросселирующим устройствам, расположенным в нижней части в каждой из трех секций в равных долях. Такое решение позволяет увеличить количество газовых пузырьков во второй и третьей секции аппарата по сравнению со стандартным флотатором, имеющим одно дросселирующее устройство на входе.

Сравним эффект очистки пластовых вод флотатором из одной секции и с тремя секциями при одинаковых габаритах аппарата и прочих равных условиях. Эффект очистки такими аппаратами определится соответственно[150]:

C1=C0/(1+Kt); C3=C0/(1+Kt/3)3; Cn=C0/(1+Kt/n)n, где C1, С2, Cn - остаточное содержание загрязнений после односекционного, трехсекционного и многосекционного флотатора соответственно;

С0 - исходное содержание загрязнений;

Kt - безразмерный параметр флотации, экспериментально определено значение Kt=6,6;

n - количество секций.

Отсюда следует, что С1/С3=4,3, т.е. трехсекционный флотатор эффективней в 4,3 раза.

С увеличением количества секций будет увеличиваться эффект очистки[150]. В процессе флотации эмульгированная нефть и оставшиеся в воде мелкие взвешенные вещества флотируются на поверхность, извлекаются пеносборным устройством.

В качестве вариантов второй и третьей секций напорного электрохимического трехсекционного флотатора разработаны электрофлотаторы [142-144].

4.3.2 Модели электрофлотатора Модель электрофлотатора № 1. Электрофлотатор для очистки сточных вод.

Разработанная модель [142] относится к области очистки сточных вод флотацией с целью извлечения эмульгированных и диспергированных загрязняющих веществ и может быть использована для очистки сточных вод нефтедобывающих и нефтехимических предприятий.

Известен электрофлотатор для очистки сточных вод с электродными блоками, состоящими из графитового анода и стального катода, выполненного в виде пакета сеток [152]. Недостатком изобретения являются высокие энергозатраты.

Наиболее близким техническим решением задачи является электрофлотатор с электродами, выполненными в виде цилиндрических графитовых анодов и проволочных медных катодов, образующих коаксиальную поверхность относительно анода [153]. Недостатком изобретения являются высокие энергозатраты.

Задачей разработанной модели [142] является существенное уменьшение затрат электроэнергии на очистку сточных вод.

Сущность разработанной модели заключается в следующем.

Электрофлотатор для очистки сточных вод, содержащий прямоугольный корпус, патрубки подвода и отвода воды, отвода пены, пеносборную перегородку, устройство вывода очищенной воды, электродный блок, по полезной модели электродный блок состоит из электроположительной пластины, расположенной у дна аппарата, и параллельных проволок из электроотрицательного материала, образующих несколько групп, количество которых равно количеству трапеций пеносборной перегородки, причём между электроположительными и электроотрицательными электродами подключены светодиодные индикаторные лампы. Электроположительная пластина выполнена из коксопековой композиции, а электроотрицательные проволоки выполнены из магния. На рисунке 83 приведен эскиз электрофлотатора.

Рисунок 83 – Эскиз электрофлотатора Электрофлотатор содержит корпус 1 прямоугольной формы, вертикальные перегородки 2 и 3, пеносборную перегородку 4, устройство вывода очищенной воды 5, устройство вывода пены 6. У дна электрофлотатора расположен электродный блок из двух электродов электроположительной пластины 7, выполненной из коксопековой композиции, и электроотрицательных параллельных проволок, выполненных из магния 8. Магниевые проволоки расположены вблизи осевой линии каждой трапеции пеносборной перегородки 4. Все магниевые проволоки объединены общим токопроводом 9. Между электродом 7 и токопроводом 9 подключены светодиодные индикаторные лампы 10.

На торцевых стенках корпуса 1 расположены патрубок подвода воды 11 и патрубок отвода воды 12, на устройстве вывода пены 6 расположен патрубок отвода пены 13.

Вертикальные перегородки 2 и 3 делят корпус электрофлотатора на три камеры: камеру ввода потока 14, флотационную камеру 15 и камеру вывода потока 16.

Электрофлотатор работает следующим образом. Очищаемая вода через патрубок 11 поступает в камеру ввода потока 14, в которой происходит гашение скорости струи. Из камеры через окно в перегородке 2 вода поступает во флотационную камеру 15. У дна флотационной камеры находится электродный блок, состоящий из пластины коксопековой композиции 7 и магниевых проволок 8, расположенных параллельно друг другу. Магниевые проволоки образуют несколько групп, количество которых равно количеству трапеций пеносборной перегородки 4. Количество проволок в каждой группе зависит от их диаметра и должно находится в интервале от 3 до 20 из условия, чтобы ширина группы равнялась интервалу между группами.

Выбор электродной пары проведен из условия получения высокой разности потенциалов между электродами, при которой происходит интенсивное образование пузырьков флотирующего газа без использования внешних источников тока.

Пузырьки газа, генерированные электродным блоком, поднимаются вверх, захватывают эмульгированные углеводородные капли и диспергированные твёрдые частицы, образуют флотационную пену, которая самотечно переваливается через кромки пеносборной перегородки 4, самотечно отводится устройством вывода пены 6.

Очищенная вода поступает в камеру вывода потока 16, в которой находится устройство вывода очищенной воды 5, представляющее собой щелевой патрон, закрепленный на винте, с помощью которого регулируется уровень воды в электрофлотаторе.

Электродный блок генерирует электроэнергию, которая расходуется не только на электролиз воды, но и на светодиодные лампы 10, которые являются индикатором функционирования аппарата, для чего выносятся на пульт управления.

Коксопековый электрод получают путем смешивания нефтяного кокса (70% масс.) и пека (30 % масс.), заливки в формы, термической обработки в печах при температуре 300 °С в течение 2 часов.

Диаметр проволок из магния выбирают в диапазоне от 1 до 3 мм.

Пример 1. Проводили опыты по электролизу раствора хлористого кальция с минерализацией от 1 до 200 г/л. Определяли скорость барботажа с магниевого электрода. Термин скорость барботажа введен в монографии [123]. Результаты опытов приведены в таблице 49.

Таблица 49 – Результаты опытов определения скорости барботажа сила, В Из результатов опытов следует, что электролиз воды с образованием пузырьков газа за счёт энергии, вырабатываемой электродным блоком, происходит во всём диапазоне концентраций растворов хлористого кальция.

Пример 2. Проводили опыты по очистке натурных сточных вод нефтехимических предприятий электрофлотатором с графитовым и медным электродами с внешним источником электропитания [153] и предлагаемым электрофлотатором с коксопековым и магниевым электродами [142]. Результаты приведены в таблице 50.

Таблица 50 – Результаты опытов по очистке пластовой нефтесодержащей воды электрофлотатором Из приведенных результатов следует, что содержание нефти в очищаемой нефтесодержащей воде, достигнутое по прототипу и разработанной модели улучшилось. Время очистки воды по разработанной модели увеличилось на 46 %. Однако, за счёт применения разработанной модели происходит экономия затрат электроэнергии. Так, например, для нефтехимического предприятия средней производительности очистке 1000 м3/сут., при тарифе на электроэнергию 2 руб./кВтч стоимость электроэнергии по прототипу составит 0,7210002 = 1,44 тыс.

руб./сут.

Электродный блок по разработанной модели вырабатывает электроэнергию, которая может использоваться для системы автоматического регулирования процесса и для целей индикации, т.к. вырабатываемой электродвижущей силы достаточно для подключения светодиодных ламп и подачи сигнала для системы автоматического регулирования процесса.

В соответствии с результатами экспериментальных работ 1 и 2, описанными в главе 3, с целью повышения энергоэффективности процесса очистки были разработаны электрофлотаторы для очистки пресных вод[143] и высокоминерализованных сточных вод[144].

Модель электрофлотатора № 2. Электрофлотатор для очистки пресных вод Разработанная модель [143] относится к области очистки сточных вод флотацией с целью извлечения эмульгированных и диспергированных загрязняющих веществ и может быть использована для очистки сточных вод нефтедобывающих и нефтехимических предприятий.

Известен электрофлотатор для очистки сточных вод с электродными блоками, состоящими из графитового анода и стального катода, выполненного в виде пакета сеток [152]. Недостатком изобретения являются высокие энергозатраты.

Наиболее близким техническим решением задачи является электрофлотатор с электродами, выполненными в виде цилиндрических графитовых анодов и проволочных медных катодов, образующих коаксиальную поверхность относительно анода [153]. Недостатком изобретения являются высокие энергозатраты.

Задачей разработанной модели [143] является уменьшение затрат электроэнергии на очистку сточных вод.

Поставленная задача решается тем, что в электрофлотаторе для очистки сточных вод, содержащем корпус, разделенный на камеру флотации с размещенными в ней электродными блоками из графитового анода и катода, камеру сбора флотационного шлама, камеру ввода и вывода потока и пеносборную перегородку, согласно полезной модели катоды выполнены из коксопековых стержней для воды с минерализацией до 2,5 г/л. Напряжение на электродных блоках составляет 5-10 В. Эскиз электрофлотатора приведен на рисунке 82.

Электрофлотатор содержит корпус 1 прямоугольной формы, вертикальные перегородки 2 и 3, пеносборную перегородку 4, устройство 5вывода очищенной воды, устройство 6 вывода пены. У дна электрофлотатора расположен электродный блок, состоящий из графитового анода и катода 8. Катоды 8 соединены шиной 9. Между анодом 7 и шиной 9 включены индикаторные лампы 10.

На торцевых стенках корпуса 1 расположены патрубок 11 подвода воды и патрубок 12 отвода воды, на устройстве 6 вывода пены расположен патрубок 13 отвода пены.

Вертикальные перегородки 2 и 3 делят корпус электрофлотатора на три камеры: камеру ввода потока, флотационную камеру 15 и камеру 16 вывода потока. Электрофлотатор работает следующим образом. Очищаемая вода через патрубок 11 поступает в камеру 14 ввода потока, в которой происходит гашение скорости струи. Из камеры 14 через окно в перегородке 2 вода поступает во флотационную камеру 15.

В качестве анода 7 использован графит, который нерастворим при анодной поляризации. В качестве катода могут быть использованы любые металлы или углеродсодержащие неметаллы (графит, коксопековая композиция, кокс, углеграфит и др.). Коксопековый электрод состоит из 30-40% мас. нефтяного пека, остальное – нефтяной кокс.

Выбор катода зависит от скорости барботажа на электродах из различного материала. Для металлов теоретически скорость барботажа максимальна для серебра (Vmax), для меди скорость барботажа составляет 0,956 Vmax, для железа 0,647 Vmax, для алюминия 0,544 Vmax ([154], см.

табл. 34). Отсюда следует, что в качестве катода целесообразно применять медные электроды или их сплавы.