Способ и коалесцентный элемент для разделения эмульсии Российский патент 2017 года по МПК B01D17/02 C02F1/40 

Группа изобретений относится к разделению любых эмульсий с целью эффективного отделения дисперсной фазы. В частности, способ и устройство могут быть применены для очистки воды от нефти (прямая эмульсия нефти в воде), например, в нефтедобывающей промышленности при подготовке попутно-добываемой пластовой воды в системе сбора нефти, газа и воды. В то же время способ и устройство могут быть применены для очистки нефти от воды (обратная эмульсия воды в нефти), например, для последующей подачи нефти на нефтепереработку.

Известен фильтр-коалесцер /US 4897206, B01D 23/24, 30.01.1990/ для очистки воды от мехпримесей и нефтепродуктов, включающий пакет М-образных гофрированных параллельных пластин, установленных горизонтально, выполненных, например, из полипропилена, с множеством углов и малыми зазорами между пластинами, причем в указанных углах выполнены отверстия для отвода нефтепродуктов из верхнего ряда отверстий и мехпримесей (с водой) - из нижнего ряда отверстий каждой пластины (фильтр выпускается под маркой М-РАК (http://pdf.directindustry.com/pdf/facet-international-22199.html). Соответственно, прототипом заявляемого коалесцентного элемента для разделения эмульсий является бифункциональный М-образный элемент гофрированной пластины для разделения эмульсий по /US 4897206, B01D23/24, 30.01.1990/. При этом «гребни» пластины имеют отверстия для отвода легкой жидкости, а «впадины», соответственно, - для отвода тяжелой. Если низ и верх горизонтальной гофрированной пластины поменять местами, то «впадины» станут «гребнями» для отвода, например, нефти, а «гребни» - станут «впадинами» для отвода, например, воды с мехпримесями. Бифункциональность М-образного элемента по прототипу, таким образом, заключается в его принципиальной применимости для разделения эмульсий как прямого, так и обратного типа.

Прототипом заявляемого способа является способ разделения эмульсий по /US 4897206, BO1D 23/24, 30.01.1990/, включающий подачу эмульсии на М-образный элемент в направлении, перпендикулярном плоскости М-образного элемента, и отвод дисперсной фазы - нефтепродукта через кольцо, соединяющее симметричные половины М-образного элемента; дисперсионная среда - вода при этом отводится через два ниже расположенных отверстия, каждое из которых находится в симметричных половинах М-образного элемента. Если низ и верх горизонтальной гофрированной пластины поменять местами, то «впадины» станут «гребнями» для отвода, например, нефти, а «гребни» - станут «впадинами» для отвода, например, воды. Бифункциональность М-образного элемента по прототипу, которая заключается в его принципиальной применимости для разделения эмульсий как прямого, так и обратного типа, обеспечивает соответствующую бифункциональность способа-прототипа. В то же время при необходимости целевого отделения от эмульсии любого типа именно дисперсной фазы способ и устройство по прототипу недостаточно эффективны, так как каждый М-образный элемент прототипа имеет отверстия для отвода не только дисперсной фазы, но и дисперсионной среды.

Решаемая предлагаемой группой изобретений задача заключается в повышении эффективности отделения от эмульсии любого типа дисперсной фазы за счет формирования зоны коалесценции дисперсной фазы сложного - с преградами для подаваемой эмульсии - строения и «удвоенной» по объему; и за счет исключения целевой функции отделения от эмульсии дисперсионной среды.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый бифункциональный М-образный элемент для разделения эмульсий, в котором симметричные половины М-образного элемента соединены между собой кольцом для отвода дисперсной фазы, отличается тем, что отверстие для отвода дисперсной фазы выполнено в виде кольцевого выступа, а симметричные половины М-образного элемента выполнены цельными.

Поставленная задача решается также тем, что предлагаемый бифункциональный способ разделения эмульсий, включающий подачу эмульсии на М-образный элемент и отвод дисперсной фазы через кольцо, соединяющее симметричные половины М-образного элемента, отличается тем, что подачу эмульсии осуществляют в направлении, параллельном плоскости М-образного элемента, симметричные половины которого выполнены цельными, а дисперсную фазу отводят через отверстие в виде кольцевого выступа, высота которого вместе с соответствующими частями симметричных половин М-образного элемента формируют зону коалесценции дисперсной фазы.

Таким образом, если М-образный элемент по прототипу (при отводе легкой фазы через верхнее отверстие) «стоит на голове», то предлагаемый М-образный элемент (при отводе также легкой фазы) «поставлен на ноги (перевернут с головы на ноги)», так как перевернут относительно горизонта (и прототипа) на 180°. Также предлагаемый М-образный элемент, в отличие от устройства-прототипа, имеющего три отверстия для отвода разделенных компонентов эмульсии, оснащен единственным кольцевым отверстием для отделения от эмульсии любого типа дисперсной фазы; и он совсем не имеет отверстий для отделения от эмульсии дисперсионной среды. Высота кольцевого выступа отверстия для отвода дисперсной фазы вместе с соответствующими частями симметричных половин предлагаемого М-образного элемента формируют зону коалесценции дисперсной фазы. При этом целевое формирование зоны коалесценции дисперсной фазы обеспечено тем, что предлагаемый М-образный элемент перевернут относительно прототипа на 180° и оснащен единственным кольцевым отверстием для отделения от эмульсии любого типа только дисперсной фазы; при этом зона коалесценции относительно прототипа имеет более сложное строение, и она «удвоена» по объему.

В отличие от способа-прототипа, в котором эмульсию подают перпендикулярно плоскости М-образного элемента, в предлагаемом способе эмульсию подают в направлении, параллельном плоскости М-образного элемента, вследствие чего подаваемая эмульсия встречает преграды - части симметричных половин М-образного элемента, способствующие формированию зоны коалесценции дисперсной фазы, к тому же более сложного строения и «удвоенной» по объему относительно прототипа, для последующего отделения дисперсной фазы от эмульсии любого типа.

Предлагаемые способ и устройство иллюстрируются фиг. 1-3.

Общий вид коалесцентного М-образного элемента и пакета М-образных элементов представлен на фиг 1. Фиг. 2 иллюстрирует способ отделения фазы - нефти от воды; фиг. 3 - способ отделения фазы - воды от нефти.

На фигурах:

1 - М-образный коалесцентный элемент;

2 - кольца для отвода дисперсной фазы;

3 - зона коалесценции дисперсной фазы;

4 - торцевые перегородки пакета;

5 - кольцевые выступы отверстия для отвода дисперсной фазы;

6 - дисперсная фаза для прямой эмульсии;

7 - дисперсная фаза для обратной эмульсии.

Коалесцентные элементы 1 собираются в пакет, и уже из пакетов можно собирать блоки. Коалесцентные элементы 1, пакеты и блоки из них можно использовать для разделения как прямых, так и обратных эмульсий. При этом дисперсная фаза (6) для прямой эмульсии представляет собой жидкость меньшей плотности, чем дисперсионная среда. А для обратной эмульсии дисперсная фаза (7) представляет собой жидкость большей плотности, чем дисперсионная среда (табл. 1 - типы разделяемой эмульсии).

Заявляемый способ разделений эмульсии реализуется следующей работой заявляемого устройства - М-образного коалесцентного элемента.

При разделении эмульсии прямого типа поток эмульсии, подаваемой в направлении, параллельном плоскости М-образного элемента, поступает в блок коалесцентных элементов 1. При этом коалесцентные элементы 1 в пакете расположены, как показано на фиг. 2: относительно прототипа коалесцентный элемент 1 перевернут на 180°. Поток прямой эмульсии (направление которого показано стрелками на фиг. 2), проходя через пакет коалесцентных элементов 1, разбивается на слои, что интенсифицирует процесс разделения дисперсной фазы и дисперсионной среды. Капли дисперсной фазы по мере всплытия достигают зоны коалесценции (3 по фиг. 1) и коалесцируются с уже накопленной в данной зоне дисперсной фазой (6 по фиг. 2). По мере накопления дисперсной фазы в зоне коалесценции (3 по фиг. 1) капли дисперсной фазы через кольцевое отверстие (2 по фиг. 1) всплывают и выводятся. Отделенная от дисперсной фазы (6 по фиг. 2) дисперсионная среда, пройдя блок коалесцентных элементов 1, также выводится из системы.

При разделении эмульсии обратного типа поток обратной эмульсии поступает в блок коалесцентных элементов 1. При этом коалесцентные элементы 1 в пакете расположены, как показано на фиг. 3, а именно: относительно фиг. 2 «верх» и «низ» коалесцентного элемента 1 поменялись местами. Поток обратной эмульсии (направление которого параллельно плоскости М-образного элемента - показано стрелками на фиг. 3), проходя через пакет коалесцентных элементов 1, разбивается на слои, что интенсифицирует процесс разделения дисперсной фазы и дисперсинной среды. Капли дисперсной фазы по мере осаждения достигают зоны коалесценции (3 по фиг. 1) и коалесцируются с уже накопленной дисперсной фазой (7 по фиг. 3). По мере накопления дисперсной фазы в зоне коалесценции (3 по фиг. 1) капли дисперсной фазы через кольцевое отверстие (2 по фиг. 1) стекают и выводятся. Отделенная от дисперсной фазы (7 по фиг. 3) дисперсионная среда, пройдя блок коалесцентных элементов 1, также выводится из системы.

Таким образом, заявляемые способ и устройство бифункциональны, как и прототип, так как применимы для разделения эмульсий как прямого, так и обратного типа. В то же время при необходимости целевого отделения от эмульсии любого типа именно дисперсной фазы предлагаемая группа изобретений эффективнее прототипа за счет целевого формирования зоны коалесценции дисперсной фазы и исключения целевой функции отделения от эмульсии дисперсионной среды. Предлагаемый М-образный коалесцентный элемент, перевернутый относительно прототипа на 180°, оснащен единственным кольцевым отверстием для отделения от эмульсии любого типа только дисперсной фазы и вовсе не имеет отверстий для отделения от эмульсии дисперсионной среды, так как симметричные половины М-образного элемента выполнены цельными.

Группа изобретений относится к разделению эмульсий. В частности, способ и устройство могут быть применены для очистки воды от нефти (прямая эмульсия нефти в воде), например, в нефтедобывающей промышленности при подготовке попутно-добываемой пластовой воды в системе сбора нефти, газа и воды. В то же время способ и устройство могут быть применены для очистки нефти от воды (обратная эмульсия воды в нефти), например, для последующей подачи нефти на нефтепереработку. Бифункциональный М-образный элемент для разделения эмульсий, в котором симметричные половины М-образного элемента соединены между собой кольцом для отвода дисперсной фазы, при этом отверстие для отвода дисперсной фазы выполнено в виде кольцевого выступа, а симметричные половины М-образного элемента выполнены цельными. Бифункциональный способ разделения эмульсий включает подачу эмульсии на М-образный элемент и отвод дисперсной фазы через кольцо, соединяющее симметричные половины М-образного элемента. Подачу эмульсии осуществляют в направлении, параллельном плоскости М-образного элемента, симметричные половины которого выполнены цельными. Дисперсную фазу отводят через отверстие в виде кольцевого выступа, высота которого вместе с соответствующими частями симметричных половин М-образного элемента формируют зону коалесценции дисперсной фазы. Изобретение позволяет повысить эффективность отделения от эмульсии дисперсной фазы. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Бифункциональный М-образный элемент для разделения эмульсий, в котором симметричные половины М-образного элемента соединены между собой кольцом для отвода дисперсной фазы, отличающийся тем, что отверстие для отвода дисперсной фазы выполнено в виде кольцевого выступа, а симметричные половины М-образного элемента выполнены цельными.

2. Бифункциональный способ разделения эмульсий, включающий подачу эмульсии на М-образный элемент и отвод дисперсной фазы через кольцо, соединяющее симметричные половины М-образного элемента, отличающийся тем, что подачу эмульсии осуществляют в направлении, параллельном плоскости М-образного элемента, симметричные половины которого выполнены цельными, а дисперсную фазу отводят через отверстие в виде кольцевого выступа, высота которого вместе с соответствующими частями симметричных половин М-образного элемента формируют зону коалесценции дисперсной фазы.