Сепаратор для разделения водонефтяных эмульсий Советский патент 1986 года по МПК B01D17/02 

Изобретение относится к разделению несмешивающихся жидкостей различной плотности и может быть использовано в сепараторах для разделения водонеф- тяных и нефтеводяных эмульсий, содержащих воду и нефтепродукты в различных концентрациях. .

Цель изобретения - снижение обводненности отделенных нефтепродуктов, а также создание условий для пе- ю ности гранул 23, обладающих гидро15

30

риодической регенерации коалесцирую- щего материала.

На фиг. 1 представлен сепаратор, общий вид; на фиг. 2 и 3 - сечение А-А на фиг. 1 на различных стадиях работы сепаратора.

Сепаратор (фиг. 1) состоит из кор- /пуса 1, патрубка 2 подвода водонефтя- ной эмульсии и патрубков 3 и 4 отвода разделенных воды и нефтепродуктов соответственно, ротора, установленного в корпусе 1 на подшипниках 5 и 6. jPoTop включает в себя верхнюю крышку 7 с .центральной трубой 8, обечайку 9, нижнюю крышку 10с центральным от- 25 верстием 11. В нижней части ротора размещена цилиндрическая камера 12, образованная кольцевой перегородкой 13, перфорированной крышкой 14 и дном 15. Дно 15 снабжено отверстиями 16 на периферии. Верхняя крьш1ка 7 образует с центральной трубой 8 кольцевую полость 17, ограниченную снизу перфорированной перегородкой 18, а нижняя крышка 10 образует с дном 15 полость 19. В роторе установлены ра- диальные лопасти 20, делящие его объем на камеры 21 (фиг. 2), заполненные коалесцирующим материалом, состоящим из гранул 22 с плотностью, большей плотности воды, и гранул 23 с плотностью, меньшей плотности воды, но большей плотности нефтепродуктов .

Сепаратор работает следующим образом.

При вращающемся роторе водонефтя- ная эмульсия подается через патрубок подвода 2, кольцевую полость 17 и перфорированную перегородку 18 в объем, заполненный гранулами 22 и 23. Гранулы 22 располагаются цилиндрическим кольцом вдоль стенки обечайки 9i образуя с гранулами 23, которые располагаются 1дшиндрическим кольцом вдоль центральной трубы 8, цилиндрическую кольцевую полость Б (фиг. 2). Наиболее крупные частицы нефтепродуктоб, содержащиеся в эмульфильными свойствами, и под действие центробежной силы движется в радиал ном направлении к обечайке 9. Мелко диспергированные продукты вместе с водой уносятся в объем ротора, заполненный гранулами 22, где под дей ствием значительно возросшей центро бежной силы вступают в контакт с гр нулами и коалесцируют, так как гран 2Q лы 22 обладают олеофильными свойствами. Укрупненные нефтепродукты дви жутся в центральной трубе 8, вблизи которой вытесняют гранулы 23.

Таким образом, нефтепродукты, ск алесцировавшиеся на поверхности гра нул 22, и нефтепродукты, освободившиеся от вода) в верхней части ротор движутся вдоль центральной трубы 8, постепенно вытесняя гранулы 23 и ув личивая сечение канала В, величин которого определяется концентрацией нефтепродуктов в исходной водонефтя ной эмульсии и изменяется с изменен ем этой концентрации. Далее нефтепр дукты попадают через перфорированну крьщ1ку 14 в цилиндрическую камеру 1 откуда через центральную т рубу 8 па рубком отвода 4 выводятся из устрой ства. Вода, очищенная от нефтепроду тов в объеме гранул 22, а также ско алесцировавшаяся на поверхности гра нул 23, под действием приложенного на входе в сепаратор давления движе ся сверху вниз, а под действием цен робежной силы - к обечайке 9. Затем вода через отверстия 16, полость 19 и центральное отверстие 11 устройст вом отвода 3 выводится из сепаратор Радиальные лопатки при этом предотвращают скольжение гранулированных материалов относительно ротора, воз никающее вследствие большого различ инерционных сил, действующих на материал ротора и расположенных на ра личных радиусах вращения гранул и наиболее сильно проявляющихся в период разгона и остановки ротора.

Механические примеси, всегда при сутствующие в водонефтяной эмульсии

35

40

45

50

55

сии, под действием центробежной силы сразу скапливаются в верхней части ротора у центральной трубы 8 и образуют канал В (фиг. 3), вытесняя гранулы 23, и под действием приложенного на входе в сепаратор давления движутся сверху вниз. Вода, содержащаяся в нефтепродуктах в виде дисперсной фазы, коалесцирует на поверх

фильными свойствами, и под действием центробежной силы движется в радиальном направлении к обечайке 9. Мелкодиспергированные продукты вместе с водой уносятся в объем ротора, заполненный гранулами 22, где под действием значительно возросшей центробежной силы вступают в контакт с гранулами и коалесцируют, так как грану- лы 22 обладают олеофильными свойствами. Укрупненные нефтепродукты движутся в центральной трубе 8, вблизи которой вытесняют гранулы 23.

Таким образом, нефтепродукты, ско- алесцировавшиеся на поверхности гранул 22, и нефтепродукты, освободившиеся от вода) в верхней части ротора, движутся вдоль центральной трубы 8, постепенно вытесняя гранулы 23 и увеличивая сечение канала В, величина которого определяется концентрацией нефтепродуктов в исходной водонефтя- ной эмульсии и изменяется с изменением этой концентрации. Далее нефтепродукты попадают через перфорированную крьщ1ку 14 в цилиндрическую камеру 12, откуда через центральную т рубу 8 патрубком отвода 4 выводятся из устройства. Вода, очищенная от нефтепродуктов в объеме гранул 22, а также ско- алесцировавшаяся на поверхности гранул 23, под действием приложенного на входе в сепаратор давления движется сверху вниз, а под действием центробежной силы - к обечайке 9. Затем вода через отверстия 16, полость 19 и центральное отверстие 11 устройством отвода 3 выводится из сепаратора. Радиальные лопатки при этом предотвращают скольжение гранулированных материалов относительно ротора, возникающее вследствие большого различия инерционных сил, действующих на материал ротора и расположенных на различных радиусах вращения гранул и наиболее сильно проявляющихся в период разгона и остановки ротора.

Механические примеси, всегда присутствующие в водонефтяной эмульсии.

31230620

попадают вместе с ней в объем ротора, заполненный гранулами 22 и 23, и под действием центробежной силы оседают преимущественно в пристеночном объеме обечайки 9. Затем постепенно механи- s ческие примеси начинают оседать в межгранулярном объеме гранул 22. Это приводит к снижению пропускной способности в результате роста гидравлического сопротивления а также к .10 ухудшению степени очистки воды в результате увеличения скорости течения в межгранулярных каналах. Когда начинает расти гидравлическое сопротивление селяция сопровождается локальными в реобразйвания.ми вследствие конден ции пузырьков пара и попыток грян 22 и 23 расслоиться, что приводит столкновению и трению гранул друг друга, а также о стенки радиальны лопаток 20. В результате этого за рязнения отмьгеаются и переходят в промывочную воду.

Не прекращая подачи промывочно воды и водяного пара, ротору сообща ют вращательное движение. Загрязн ния, находящиеся в промьюочной вод собираются на поверхности центрап

паратора либо увеличивается нефтесодер-.S ной трубы 8 и стенке обечайки 9,

жание в очищенной воде,выполняют регенерацию коалесцирующего материала без выгрузки его из сепаратора,например, следующим образом.

Через устройство отвода 4 нефте- продуктов и центральную трубу 8 в объем ротора, заполненный гранулированными материалами 22 и 23, подается водяной пар, а через устройство подвода 2 водонефтяной эмульсии, кольцевую полость 17 в этот же объем ротора подается промывочная вода. Ротор при этом неподвижен. Водяной пар и промывочная вода в гранулированных материалах 22 и 23 смешиваются и все 30 вместе циркулируют в объеме ротора. Во время циркуляции происходит конденсация пузырьков водяного пара, что приводит к нагреву промывочной йоды и образованию большого количест-зз ва центров гидравлических микроударов. Нагрев промывочной воды способствует снижению вязкости смолистых и парафинистых отложе 1ий на гранулах, что облегчает отмывку. Большое коли- 40 чество центров гидравлических микроударов приводит к воздействию ударных волн на гранулы 22 и 23, столкновению их друг с другом и перемешиванию.

Гранулы 22 и 23 пытаются рассло- 45 иться ввиду того, что одни имеют плотность, большую плотности воды, а другие - плотность, меньшую плотности воды. При этом гранулы 22 пытаются утонуть, а гранулы 23 всплыть.so Этому препятствуют пузырьки водяного пара, барботирующие противоточно в промьшочной воде и стимулирующие возникновение циркуляции тороидального

типа с направлением вдоль централь- 55 ной трубы 8 вверх вдоль обечайки ротора 9 вниз в камерах 21, образованных радиальными лопатками 20. Циркуляция сопровождается локальными вих- реобразйвания.ми вследствие конденсации пузырьков пара и попыток грянул 22 и 23 расслоиться, что приводит к столкновению и трению гранул друг о друга, а также о стенки радиальных лопаток 20. В результате этого загрязнения отмьгеаются и переходят в промывочную воду.

Не прекращая подачи промывочной воды и водяного пара, ротору сообщают вращательное движение. Загрязнения, находящиеся в промьюочной воде, собираются на поверхности центрапьпрйчем на поверхности центральной трубы 8 собираются загрязнения с плотностью, меньшей плотности воды, а на стенке обечайки 9 - загрязнения с плотностью, большей плотности воды.

Ротору прекращают сообщать вращательное движение, и, не прекращая по- дачи промывочной воды и водяного пара, нисходящим потоком промывочной воды через полость 19, центральное отверстие 11 загрязнения, преиьтущест- венно с плотностью, большей плотности воды, устройством отвода 3 выводятся из сепаратора.

Затем промБшочную воду начинают подавать через устройство отвода 3 очищенной воды, центральное отверстие 11 в объем ротора, заполненный гранулами 22 и 23. В тот же объем продолжают подавать водяной пар через устройство отвода 4 разделенных нефте- продуктов и центральную трубу 8. Далее процесс идет аналогично описанному но загрязнения, преимущественно с плотностью, меньшей плотности вода отводятся из сепаратора восход}щим потоком промывочной воды через кольцевую полость 17 и устройство подвода 2 водонефтяной эмульсии.

Наиболее эффективно регенерация происходит при заполнении ротора гранулированным материалом на 60-95%. При концентрации нефтепродуктов в исходной эмульсии близкой или превышающей концентрацию обращения эмульсии (т.е. превращение водонефтяной эмульсии в нефтедодяную) целесообразно заполнять гранулированным материалом не менее 60% объема ротора. При меньшей степени заполнения гранулированным материалом ротора наблюдается снижение степени очистки воды, что недопустимо. Кроме того, уменьшается фактор воздействия гранул друг на друга, что снижает эффективность регенерации. При малой концентрации нефтепродуктов, особенно мелкодиспер- гированньк, в исходной эмульсии меньшей концентрации обращения эмульсии (что обычно составляет менее 25%) Целесообразно заполнять ротор гранулированным материалом полнее - до 95% об19ема ротора. При большей степени заполнения ротора гранулированным материалом увеличивается сопротивление ротора по нефтепродуктам, так как .в процессе разделения эмульсии они

скапливаются вдоль центральной трубы и вынуждены проходить сквозь слой гранулированного материала. Кроме того, начинает резко уменьшаться фактор циркуляции пароводяной смеси совместно с гранулированным материалом. При степени заполнения ротора гранулами на 100% фактор циркуляции сводится к нулю. Таким образом, степень заполнения ротора гранулированным материалом на 60-95% является оптимальной как для разделения эмульсии, как и для осуществления регенерации.

17

фигЛ

20

2t

А-А

фиг. 2

22

(pus.3

Редактор К. Волощук

Составитель л. Эпштейн

Техред М.Ходанич Корректор А. Ференц

Заказ 2А74/8Тираж 663Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, locквa, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производствейно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,. 4