УСТРОЙСТВО ДДЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ Российский патент 1998 года по МПК B01D17/04 

Изобретение относится к устройствам для разделения эмульгированных углеводородных невязких сред с различным типом эмульсий при преобладании как углеводородной, так и водной фаз, и может быть использовано наряду с глубоким обезвоживанием углеводородных сред и топлив для очистки промысловых и сточных вод от нефти и нефтепродуктов в нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей отраслях промышленности.

Известно устройство для разделения эмульсий, предназначенное для разделения и глубокого обезвоживания тонкодисперсных эмульсий невязких углеводородных сред.

Однако при данных конструкционных особенностях, несмотря на устойчивую высокоэффективную работу на высокопроизводительных потоках обводненных эмульсий типа "вода в нефти", особенно в режиме доочистки, применение устройства ограничивается в случае качественного перехода эмульсии в состояние "нефть в воде".

Наклон корпуса устройства навстречу движению обводненного эмульгированного потока обеспечивает своевременный эффективный отвод водной фазы, отжимаемой материалом пакета, и ее своевременную эвакуацию через дренажные устройства при обработке эмульсии типа "вода в нефти" лишь до определенного предела. При обработке эмульсии типа "нефть в воде", то есть при увеличении соотношения вода/нефть в сторону водной фазы, скорость накопления ее перед пакетом возрастет, что затруднит режим своевременного дренирования, создаст условия для нежелательного смешивания отжатой из пакета воды со встречным эмульгированным потоком и приведет к увеличению нагрузки на пакет по водной фазе с изменением условий раздела фаз в аппарате при намокании значительного объема материала пакета, снижении производительности и глубины обезвоживания.

Кроме того, сплошная компоновка пакета материалов в виде одной секции в случае эмульсии типа "нефть в воде" будет способствовать увеличению гидравлического сопротивления, что при значительной длине влагоотделительного пакета может привести к деформации эластичных материалов и нарушению режима работы аппарата.

К тому же однородная по плотности на всей длине пакета пористо-ячеистая структура материала, подобранная для эмульсии типа "вода в нефти", например максимально плотная, явится фактором, затрудняющим условия эффективного разделения фаз при переходе к эмульсии типа "нефть в воде", что также приведет к снижению производительности. Менее плотная по всей длине пористо-ячеистая структура, если и снизит гидравлическое сопротивление для большого объема водной фазы при обработке эмульсии типа "нефть в воде", то явится ограничивающим фактором для глубокого отделения мелкодисперсных углеводородных взвесей.

Целью изобретения является повышение эффективности разделения эмульсий невязких углеводородных сред при переходе качества их от типа "вода в нефти" к типу "нефть в воде".

Поставленная цель достигается тем, что для разделения эмульсий невязких углеводородных сред различных типов ("вода в нефти" или "нефть в воде") используют устройство, включающее корпус, в котором размещен фильтрующе-коалесцирующий пакет из эластичного вспененного пористо-ячеистого полимерного материала, уложенного поперечными слоями с диаметром, превышающим внутренний диаметр корпуса, причем в корпусе, установленном горизонтально, слои материала располагаются секционно с промежутками между секциями в порядке увеличения плотности пористо-ячеистой структуры от секции к секции, а на выходе потока из секций плоскость секций имеет наклон к горизонтали не ниже угла оттекания жидкости, и последняя секция отделена от отстойной зоны вертикальной перфорированной перегородкой.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства, общий вид; на фиг. 2 фильтрующе-коалесцирующий пакет, продольный разрез.

Предлагаемое устройство содержит горизонтально установленный корпус 1, в котором размещен фильтрующе-коалесцирующий пакет 2 из эластичного вспененного пористо-ячеистого полимерного материала, например пенополиуретана. Материал укладывается поперечными слоями с диаметром, превышающим внутренний диаметр корпуса во избежание пристеночных эффектов, перекрывая рабочее сечение. Каждый слой материала, цельный или составной, имеет однородную пористо-ячеистую структуру с диаметром ячей одинакового (или близкого) размера. Однородные слои материала набираются в оптимальном количестве без промежутков между ними и ограничиваются снаружи опорными сетками, образуя секцию 3.

Первая по ходу потока секция составляется из наименее плотного материала, то есть с наибольшим размером ячей и пор, выбранным для каждого конкретного технологического варианта.

Каждая последующая секция аналогично составляется из материала с большей плотностью пористо-ячеистого пространства, то есть с меньшим размером ячей и пор по сравнению с материалом каждой предыдущей секции. Секции друг от друга разделены промежутками для обеспечения устойчивой работы устройства при варьировании объемов фаз в эмульсионных потоках.

Оптимальные параметры пакета определяются расчетным количеством и оптимальным размером составляющих его секций в соответствии с характеристиками конкретных эмульгированных потоков с учетом их производительности, состава углеводородной фазы и максимального уровня колебания количественного соотношения углеводородной и водной фаз в обрабатываемом эмульгированном потоке.

У каждой секции со стороны выхода из нее обрабатываемого потока выходная поверхность 9 наклонена к горизонтальной оси аппарата под углом не ниже угла оттекания жидкости.

Для равномерной подачи по рабочему сечению аппарата обрабатываемой эмульгированной среды перед пакетом размещается распределительное устройство 4.

За пакетом размещается вертикальная перегородка с перфорацией 5, разделяющая фильтрующе-коалесцирующую и отстойную зоны и имеющая назначение для постоянного выравнивания уровня раздела фаз в аппарате, а также для повышения эффекта коалесценции и раздела фаз в зоне аппарата сразу после последней его секции.

Водная фаза при накоплении до определенного уровня в автоматическом режиме выводится через дренажные устройства 6 и 7, а обезвоженная углеводородная фаза выводится через отводящий патрубок 8.

Выбор фильтрующе-коалесцирующего материала вспененного пористо-ячеистого эластичного полимера с фиксированной ячеистостью, предпочтительно пенополиуретана, обусловлен следующими его свойствами. Сродство поверхности полимера к высокомолекулярным компонентам углеводородной среды позволяет при преобладающем количестве углеводородной фазы при незначительном гидравлическом сопротивлении фильтровать эмульсионную среду с высоким эффектом коалесценции и отделения водной фазы различной дисперсности. При преобладающем количестве водной фазы оптимально подобранный по смачиваемости материал будет в режиме отжима фильтровать водную фазу, сорбируя, удерживая и коалесцируя углеводородную фазу, которая при выходе из секции легко отделяется от воды. Высокоразвитая поверхность и возможность регулирования плотности пористо-ячеистого пространства в процессе технологии производства материала позволяют с высоким эффектом коалесценции выделять из эмульгированного потока взвеси эмульсии различной дисперсности. Эластичность и упругость материала позволяет в оптимальных интервалах перепада давления использовать эффект отжима, что способствует эффективной коалесцирующей фильтрации в широком интервале изменения соотношения водной и углеводородной фаз в эмульгированном потоке.

Устройство работает следующим образом. Эмульгированная среда из накопительной емкости, где может оседать значительная часть мехпримесей, через распределительное устройство 4 на входе в корпус 1 поступает под напором на фильтрующе-коалесцирующий пакет 2, проходя последовательно через секции 3, разделенные между собой промежутками, составленные из поперечных слоев пористо-ячеистого полимерного эластичного материала с дискретно изменяющейся плотностью пористо-ячеистого пространства в сторону увеличения от секции к секции.

В случае преобладания углеводородной фазы (эмульсия типа "вода в нефти") благодаря большому сродству поверхности материала к углеводородной фазе пористо-ячеистое пространство заполняется углеводородной средой. Водная фаза грубой дисперсности, коалесцируясь, отделяется в значительной мере перед первой секцией и выводится через дренажное устройство 6 в автоматическом режиме при накоплении. Более мелкие диспергированные взвеси водной фазы, коалесцируясь в уплотняющемся по ходу потока пористо-ячеистом пространстве с уменьшением размера ячей от секции к секции, постепенно оседают как в межсекционном пространстве с дополнительным действием коалесцирующего эффекта зеркала последующей секции с несмачиваемой для воды поверхностью, так и в слое материала, замачивая его нижний горизонт, продвигаясь под действием силы движущегося потока и выдавливаясь в межсекционное пространство отдельной фазой. На выходе из последней секции обрабатываемый эмульгированный поток четко разделяется на две фазы. Последние порции укрупнившихся капель воды, выжатых из материала пакета, отрываясь и падая, коалесцируются как в объеме за секцией, так и на поверхности перфорированной вертикальной перегородки 5. Таким образом, в зоне отстоя за перегородкой обеспечивается эффективное разделение фаз и глубокое обезвоживание углеводородного продукта, которые выводятся из аппарата. Через дренажное устройство 7 отводится вода, а через отводящий патрубок 8 выводится углеводородный продукт.

В случае преобладания водной фазы углеводородная фаза постепенно будет коалесцироваться, накапливаться, частично удерживаться в поровом пространстве материала за счет больших (по сравнению с водой) сил связи высокомолекулярных нефтяных соединений с высокомолекулярным полимерным материалом, а частично будет выдавливаться из эластичного материала движущимся потоком в виде укрупнившихся капель на наклонную плоскость (зеркало) секции 3. Выдавленные капли углеводородной фазы благодаря силам сцепления с поверхностью полимера и меньшей плотности по отношению к воде будут пленкой подниматься вверх, а те, которые благодаря значительной величине оторвутся от поверхности, поднимаясь при всплытии, вновь будут касаться полимерной наклонной поверхности, которая будет способствовать ускорению движения вверх углеводородной пленки. При движении потока от секции к секции углеводородный слой будет увеличиваться как в верхней части последующих секций, так и в межсекционном пространстве.

На выходе из последней секции скорость коалесценции капель углеводородной фазы будет усиливаться действием вертикальной перегородки, 5 которая будет способствовать направленному движению вверх с касанием перегородки, и более полному разделению фаз. При накоплении углеводородной фазы до оптимального уровня, обеспечивающего устойчивую работу устройства в режиме глубокого разделения фаз эмульсии, обе фазы выводятся в автоматическом режиме: водная через дренажи 6 и 7, а углеводородная через отводящий патрубок 8.

Таким образом, высокая коалесцирующая способность материала и компоновка пакета секциями с дискретно меняющейся ячеистостью в сторону уменьшения размера ячей позволяет разрушать углеводородные эмульсии различных типов с мелкодиспергированными взвесями с высокой степенью разделения фаз. Равномерная подача эмульсии по всему рабочему сечению позволяет избежать гидроударов, а компоновка пакета с промежутками между секциями позволяет снизить гидравлическое сопротивление материала при увеличении нагрузки по потоку и степени обводненности эмульсии с изменением качества ее при переходе от типа "вода в нефти" к типу "нефть в воде", что позволяет исключить деформацию эластичного материала и нарушения режима эффективной работы устройства. В случае загрязнения материала мелкодисперсными взвесями пакет может быть промыт обратным ходом пульсирующего потока одной из рабочих фаз. Устройство просто в техническом исполнении, компактно и эффективно в широком интервале по нагрузкам обрабатываемых потоков.

Устройство предназначено для разделения эмульгированных углеводородных невязких сред с различным типом эмульсий при преобладании как углеводородной, так и водной фаз, и может быть использовано наряду с глубоким обезвоживанием углеводородных сред и топлив, для очистки промысловых и сточных вод от нефти и нефтепродуктов в нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей отраслях промышленности. Устройство содержит корпус, в котором размещен фильтрующе-коалесцирующий пакет из эластичного вспененного пористо-ячеистого полимерного материала, уложенного поперечными слоями с диаметром, превышающим внутренний диаметр корпуса. Корпус установлен горизонтально. Слои материала расположены секционно с промежутками между секциями в порядке увеличения плотности пористо-ячеистой структуры от секции к секции. На выходе потока из секций плоскость секций имеет наклон к горизонтали не ниже угла оттекания жидкости. Последняя секция отделена от отстойной зоны вертикальной перфорированной перегородкой. 2 ил.

Устройство для разделения эмульсий, включающее корпус, в котором размещен фильтрующе-коалесцирующий пакет из эластичного вспененного пористо-ячеистого полимерного материала, уложенного поперечными слоями с диаметром, превышающим внутренний диаметр корпуса, отличающееся тем, что в корпусе, установленном горизонтально, слои материала располагаются секционно с промежутками между секциями в порядке увеличения плотности пористо-ячеистой структуры от секции к секции, а на выходе потока из секций выходная поверхность секций имеет наклон к горизонтали не ниже угла оттекания жидкости, и последняя секция отделена от отстойной зоны вертикальной перфорированной перегородкой.