CN100540128C - 多流体注射混合器 - Google Patents

Abstract

一种多流体注射混合器，其用于向流过管道的气体和/或液体中注射用作混合流体的气体和/或液体，并将混合流体和管道流体均匀地混合，所述注射混合器构成了管道的一部分，其特征在于包括：至少一个接触元件，该接触元件具有至少一个面向某些管道流体流并与之偏离的接触表面，并且该接触元件构成了相对于管道横截面的收缩部，从而管道流体流被加速，并且在所述表面附近流动的流体被偏转，从而沿着表面流动直到表面在尖缘处终止，其中所述尖缘位于产生最大收缩部和流速的点处；至少一个注射元件，其被设置成与接触元件的所述表面构成流体相连，从而混合流体能够被注射到所述表面上，并沿着所述表面被尖缘上流动的管道流体带走，不过对于成形为收缩管道部分的接触元件来说，应提供至少两个注射元件。

Description

多流体注射混合器

技术领域

本发明涉及对流经管道的流体进行注射、混合和调节。更确切地说，本发明涉及一种多流体注射混合器、一种混合器以及含有这种多流体注射混合器的组件，其适用于多种混合、注射和调节操作，特别是涉及用于生产精细化学制品的碳氢化合物处理和嵌入式(in-line)反应器处理。

背景技术

流体处理是一广泛的技术领域，在大多数工业中已经获得应用。对管道中流动的流体进行处理通常涉及根据后续用途的流体含量的相位分离和以指定的性质传送经过分离的成分。例如，碳氢化合物井中的液流被分离成石油、气和水，进行相处理并清除污染物直到满足规定。所述处理通常包括对诸如化学制品、溶剂等的流体进行注射或萃取流体以提高分离和处理设备的效应。

最常见的注射流体(混合物)的总结如下：

清除剂/不可逆溶剂(用于除去酸性成分如H₂S，水银，硫醇的液体)

防腐剂，水合物抑制剂，水垢抑制剂，防蜡剂

减阻剂，脱盐剂，破乳剂，脱油剂，去沫剂，

防污物质

絮凝剂(提高分散相的聚结速率)

冷凝物/碳氢化合物(萃取流体)

气体(浮选或塞流的缓和)

水(远离其临界值的多项流混合物的含水量的脱盐或处理)

各混合流体通常被分别引入到处理设备上游的管道流，如分离器的上游。流体可以是气体和一种或多种液体的任何多相混合物，单独一种气体或气体的组合，任何液体、可混合液体成分或不可混合成分的混合物，如碳氢化合物液体和水。因此，所述流体例如可以是未加工的井内液气流、油田采出水、经过处理的油水两相流、经过处理的气流、被分散的和溶解的碳氢化合物污染了的油田采出水、被碳氢化合物液体污染了的经过处理的水流，或者是除去气体组分(如脱氧)的水流。可以显著改变表面张力、粘度、压力和温度的范围，此外，另外的流体或混合物类型也是相关的。

尽管上述和下面将要描述的内容主要涉及碳氢化合物的处理，但是在诸如生产食品(如生产乳状液)、药物、化学制品(含有活化剂或试剂的反应流)、纸张(纸浆的精制/处理)、熔融物(合金)的加工工业或其它工艺的其余部分中，流体的混合也是一项基本的单元操作。这些工艺通常涉及采用大容器的批量生产，其中在所述大容器里，可利用搅拌器将不同的流体混合。由于投资、操作成本、生产的弹性化、安全性和产品质量，有理由相信采用管流混合来替代容器中的搅拌是具有吸引力的。

通常，与体积流速例如多相流的体积流速相比，注射到管道中的混合物的流速相当小。因此供给混合物的难题与下述内容相关，所述内容即获得稳定的非振动注射速率、安全的轴向混合以及同时实现混合物均匀分散并分布在相关多相流的管道横截面上(径向混合)。

因此，分散注射的混合物的液滴尺寸分布受到所涉及的混合器设计、流体特性和流速的影响。

注射筒管(quills)是最常见的混合物注入设备，但是注射筒管无法将化学制品有效地分布成多相流。在需要实现稳态注入速度的情况下，使混合物的流速降低也会受到限制。与筒管相比，喷嘴通常能够更好地将注射流体分布成连续相。但是，其缺点在于限制了液滴的二次碎裂，混合物流速的可操作范围很窄(降低)，并且机械强度受到限制。而且较大管道尺寸按比例增加也是不可靠的。

对于Sulzer混合器和类似的静态混合器，混合物被注射到混合器的上游。混合器是以串联安装的平板或挡板为基础的，以便使多相流反复受到高剪切力从而最终获得可接受的注射流体的混合物和连续液相。通常这需要相当大的压降(相当于高能量消耗，限制了生产量或生产率)和较长的混合器安装单元。当仅有部分混合物受到处于挡板或者平板表面上的高剪切力时，对于静态混合器的实际长度而言，这种混合器产生了相当不均匀的注射混合物的液滴分布。

一次通过的混合器如扼流圈(choke)或文丘管使流入的多相流暴露于一个相当短的混合器中获得的高剪切区域。对于这些混合器，被注射流体预先注射到混合器设备的上游，所述注射流体以大部分为连续相的方式被带走。因此注射流体通常不会暴露于混合器中高剪切力的部分；即混合器壁的附近区域。为了对此进行补偿并确保注射流体的碎裂(与高剪切力区域中“流体元件”的拉伸相关；流体速度中的较大梯度)，需要对混合器施加高的压降。

美国罗得岛州布里斯托尔的Westfall Manufacturing Company提供了一种静态混合器，其适于配置在包含流体流的管道中，该静态混合器包括一环绕的凸缘，所述凸缘从管道内表面沿径向向内延伸，并且还具有至少一对从其上延伸出来、且沿流体流方向倾斜的相对的薄片(flap)。专利公开号为US 5839828的文献中描述了这种静态混合器，这里将该文献作为参考。静态混合器的操作导致层流和湍流结合(第一栏，第36-39行)。更进一步，可在薄片下游侧通过喷射端口添加化学制品(权利要求4，图10和7，第3栏，第21-33行和59-62行)。在该设备中，化学制品从平板(亦即薄片)的后面成点状注射，而不是被注射成使化学制品均匀地分布在连续相中。这里面没有任何关于尖缘的描述。

通过被命名为C100的PorPure注射混合器的发明，如专利申请号为EP 01947618.3的文献中所述，发展了用于混合和注射的技术。喷射混合器C100包括一成形为收缩管的接触元件(其中流动着气流)，以及一注射元件，所述注射元件包括一配置成在收缩管内部圆周的周围形成液体环的液体入口，一位于收缩管端部的尖缘以及该尖缘的管道部分下游。下游管道部分优选为一扩散管，用以恢复收缩部分下降的压力。在专利申请号为EP 01947618.3的文献中描述了喷射混合器C100如何将液体分布到气流中，从而通过使气流接触带有用于选定气体成分的溶剂或试剂的液体，从气流中吸收选定的气体成分、从天然气中清除H₂S、在天然气中有选择地，优先于CO₂来清除H₂S、同时从天然气流中清除酸性气体成分，还原水、为天然气脱水，以及如何与现有的萃取塔(column)相结合来改变已有的设备以适应供给条件的变化。此外该文献描述了注射混合器在无化学制品注射的情况下，如何被用作再混合流体流中的相的混合器。该文献还描述了几个注射混合器如何能串联或者并联组合，通过在每个混合器中注射一种化学制品来注射几种液体(比较EP 01947618.3的权利要求15，16，图10a和10b)。在EP 01947618.3中没有考虑几种混合流体在一个注射混合器中注射的情况，这可能是因为同时注射几种混合流体被认为效率较差。例如，气体和粘性液体一起注射被认为效率较差，这是由于密度、表面张力和粘性等流体特性的巨大差异，因此混合流体没有被期望密切混合。这样，结合所涉及的流速和由此产生的注射管道上的压力梯度，可能导致用于至少一个注射混合流体的振动注射流速。由于没有对不同实施例或用于改进技术效果的可能性的暗示，基于EP01947618.3的教导，本领域技术人员将只考虑把液体注射到气流中，将只考虑一个注射元件和仅仅一个成形为收缩管的接触元件。

尽管C100注射混合器具有一定优点，但仍然存在使用一个注射混合器注射几种化学制品或混合物来简化工艺的需求，从而减少压降和注射混合器的数量。还要求针对混合流体的混合，特别是针对多流体注射、混合物在管内壁上的沉积以及注射混合器的可选结构，来改善C100注射混合器的技术效果，这被证实对于特定的应用具有优势，例如改进已有设备来提高技术效果。要求注射混合器在宽范围的流动条件下、较窄的液滴/气泡尺寸范围内，在低压降和低混合物沉积率的情况下，具有稳定的、非振动的、最小化的混合物注射速度(轴向混合)以及使化学制品均匀地分散和分布到流体相(径向混合)中。还要求混合器实现管道内流动流的均匀混合。此外进一步需要带有附加设备的注射混合器的组件，特别适用于采出水的处理、石油处理、脱盐和流动保障。

发明内容

本发明通过提供一种多流体注射混合器来满足上述要求，该多流体注射混合器用于向流过管道的气体和/液体中注射用作混合流体的气体和/或液体，并将混合流体和管道流体均匀地混合，所述注射混合器构成了管道的一部分。

该多流体注射混合器的特征在于包括：

至少一个接触元件，该接触元件具有至少一个面向管道流体流并与之偏离的接触表面，并且该接触元件构成了对管道内横截面的收缩部，从而管道流体流能够加速，并且在所述表面附近流动的流体被偏转以便沿着表面流动直到表面在尖缘处终止，其中所述尖缘位于产生最大收缩部和流速的点处，

至少一个注射元件，其被设置成与接触元件的所述表面流体相连，从而混合流体能够被注射到所述表面上，并沿着所述表面被尖缘上的流动的管道流体带走，不过对于成形为收缩管道部分的接触元件来说，应提供至少两个注射元件。

接触元件优选被成形为与位于倒锥形的管道轴线共轴，这就形成了有益的技术效果，特别是相对于沉积在管道内表面上的混合流体而言尤其如此。一倒锥形接触元件在其锥形底部即锥形的最宽部分具有一尖缘。一锥形接触元件在其锥形的狭窄底部即锥形的狭窄或表面部分(crusted part)具有尖缘。

接触元件优选包括设置在管道横截面上的数个锥形部分，例如带有7个锥形部分，这使得相对于管道的横截面产生了增大的尖缘长度，借此特别是对于较大的管道尺寸，产生了有益效果。类似地，接触元件可以有利地包括例如并排设置在管道横截面上的数个倒锥形或倒锥形部分。

接触元件优选被成形为一个或多个倒锥形截面环。这表明至少具有一个环形接触元件，其中沿着半径方向的剖面部分被成形为带有两个偏斜表面的倒锥形。此外，接触元件可以包括上述实施例的组合，例如一个与位于倒锥形的管道轴线共轴的元件和至少一个倒锥形截面环。

优选沿着管内壁设置了至少一个用于管道流体流的通道，其与接触元件旁通，这使得沿着管内壁的管道流体流减少了混合物在管内壁的沉积。

接触元件优选由可拆卸的部件装配，以允许针对主要的条件改变接触元件的形状，适宜的改变使得在任何相关的流动条件下，都可以在整个管道横截面上实现均匀混合。此外，接触元件优选包括具有弹簧作用的悬架，从而增加的管道流速可以导致用于混合物的开口增加和混合物的流速增加，借此实现混合物注射率的自动调节。接触元件和注射元件优选构成一整体部件。

注射元件优选包括一通道或孔，其位于尖缘上游，用于使混合流体均匀注射到接触元件的偏转表面上，一注射元件优选被设置成用于每个混合流体，并且用于气体的注射元件优选被设置在用于液体的注射元件上游。此外，优选相对于用于任何类型的混合流体或混合流体的混合物的流速的孔和压力，注射元件是可调的。

扩散管部分或元件优选布置在接触元件的下游，以便通过使流体的横截面逐渐回到管道的横截面来形成可控的湍流体积，并接近管道压力和流速。不过，当多流体注射混合器直接连接到管道下游或连接件时，其技术效果也是良好的。因此，扩散管或类似部件不是必须的，由专利申请EP01947618.3来看，如上所述是令人惊奇的。

本发明还提供了用于使流过管道的流体均匀混合的混合器，所述混合器构成了管道的一部分，其特征在于该混合器包括：

至少一个接触元件，该接触元件具有至少一个面向某些管道流体流并与之偏离的表面，并且该接触元件构成了对管道内横截面的收缩，从而管道流体流能够加速，并且在所述表面附近流动的流体被偏转以沿着表面流动直到表面在尖缘处终止，其中所述尖缘位于产生最大收缩和流速的点上。该混合器优选包括涉及接触元件的至少一个上述特征。

本发明还提供了一种组件，其特征在于它包括根据本发明的多流体注射混合器，在第一端与注射混合器出口相连的管道部分，以及如US5971604所述的与管道第二端相连的复拌机。

对于构成管道的一部分的注射混合器，是指注射混合器被插入到管道中成为其一部分，或者是插入在管道的开头或尾端，以便使管道流体流过注射混合器。本文中的术语均匀混合指优选在管道的整个横截面上密切地混合，并且混合流体均匀地分布成尺寸非常小的液滴或气泡，所测量到的尺寸通常为几微米。本文中的术语尖缘指使注射流体从内表面滑落，碎裂成细流的滑动边缘。随后细流被碎裂成小液滴或气泡。尖缘通常成形为锐角。所述尖缘位于最大收缩和流速的点处，也就是说相对于沿着内表面的流动方向，尖缘位于内表面下游和最狭窄的端部，并且进一步地，直接位于尖缘下游的流体流动的横截面稍微有些扩张。因此在尖缘的下风处形成了停滞容积，该停滞容积对产生部分强烈的湍流来说是必须的，这对混合流体和管道流体的均匀混合是至关重要的。

令人惊讶的是现在可以利用一个或多个注射元件将一种以上的任何类型的混合流体注射到一单独的注射混合器中，即使一种混合流体是非常粘滞的液体而另一种混合流体是气体也可以。令人吃惊的是，与收缩管相比较，还可以采用其它形式的接触元件实现技术效果，并且一些实施例还对该技术效果提供了显著的改进，同时其它实施例公开了对于现有设备的改进，从而改善技术效果。

在最简单的实施例中，本发明的多流体注射混合器包括一挡板或薄板，该挡板或薄板包括一将混合流体点注射到挡板或薄板内表面上的注射元件，在多种情形下该实施例优于现有的注射混合器。

最优选地，接触元件成形为一个或多个倒锥形或倒锥形截面环，这对在整个管道的横截面上实现均匀混合是最可取的，并且在主要条件的最广的范围内具有最低的混合流体流速和最低的沉积率。对于整个管道的圆周来讲，锐利滑动边缘下风处的停滞区优选没有延伸到管内壁处，最优选的是完全没有延伸到管内壁处，这样就降低了沉积率。为此，在最大的管道圆周的一部分上，接触元件使管道流偏转离开管道内壁。

或者接触元件可以被成形为带有至少一个开口的板件、槽形环、或者是被成形为一个或多个挡板或薄板。被成形为挡板的接触元件的实施例包括对结合的注射元件的现有混合器进行改进，例如，带有至少一个注射元件(包括至少一个挡板)的Sulzer混合器、在其堵塞面内具有一注射元件的堵塞件，或者是在至少一个薄板上具有注射元件的Westfall静态混合器。

一个注射元件优选被设置成用于每个接触元件上的各混合流体，并且用于气体的注射元件优选被设置在用于液体的注射元件上游，这已经被证明是非常有效的。易混合的混合流体能够被注射穿过一个注射元件。形成较为稳定的薄膜流的混合流体通常是更具粘性的混合物，与形成较不稳定的细流或薄膜的混合流体相比，它们通常被注射到更靠近尖缘处。

本发明还提供了用于使流过管道的流体均匀混合的混合器，所述混合器构成了管道的一部分，所述混合器除了这里被省略的注射元件外与注射混合器相同。

本发明还提供了一种组件，其突特征在于它包括根据本发明的注射混合器，在其第一端与注射混合器出口相连的管道部分，以及如US5971604所述的与管道第二端相连的复拌机。

附图说明

通过附图对本发明进行说明，其中：

图1是沿着根据本发明的多流体注射混合器即倒锥形环形混合器的纵轴剖开的剖面图，

图2是从图1所示混合器的下面看到的视图，

图3是根据本发明的多流体注射混合器，其具有7个锥形接触元件，

图4是根据本发明的多流体注射混合器，其中接触元件成形为倒锥形，

图5是根据本发明的倒锥形环形混合器，以及

图6示出了根据本发明的组件。

具体实施方式

首先参照图1，示出了根据本发明的多流体注射混合器7的纵向剖面图，其中该注射混合器包括被成形为倒锥形环的接触元件2、2a、2b，即沿着环的半径，接触元件的剖面呈倒锥形。入口管1将待处理的流体引导至混合器中。被成形为倒锥形环的接触元件2利用其内接触面2b和外接触面2a使管道内的流体连续加速到指定的最大速度和动压。接触面出口处的直径由能够有效碎裂尖缘4、4a、4b处的注射流体所需要的动压/曳力确定。注射元件3a、3b用来注射混合流体，以在内接触面上形成液/气泡膜。注射元件包括腔室或环形管道，经注射的流体可从该腔室或环形管道经由连续的通道被引导至接触面。通道的直径和长度(深度)优选是可调的，根据液/气流体特性和液/气混合注射流速计算所述通道的直径和长度，以便使圆形通道上的压降通常超过水平安装的混合器外围上的重心高差。在接触元件下游端的每个接触面处都设有尖缘4a、4b，尖缘的角度优选设计成小于90°，以便通过流体成分施加的拉力使液/气泡膜加速，并且使液/气泡膜在容量的下游处碎裂成液/气泡沫细流(bubble filaments)而不是在管壁上“缓慢移动”至下游侧。被成形为发散管的扩张元件5设置在接触元件和尖缘的下游，用于降低通常管道内的流体速度。对于发生湍流和注射混合器上的恒定压降而言，扩张元件的角度和长度是尤其重要的。出口管6进一步引导经过处理的流体混合物。从图中所示出口管6内的液滴/气泡的尺寸和分布来看，液滴和气泡被碎裂成非常小的尺寸，并且非常均匀地分布在管道的整个横截面上。所述液滴/气泡的尺寸能够小至几微米。

图1所示成形为倒锥形环的实施例包括两个接触面，即倒锥形的每一侧上分别具有一个接触面，每个接触面还带有一个用来混合注射的注射元件。尖缘4a和4b分别成形为尖缘环形。图2示出了从下面看到的，即从下游侧看到的图1所示多流体注射混合器。其中也示出了尖缘4a和4b。图1和2所示的实施例非常有利于混合和沉积，这表明在较长的下游段，注射的混合流体非常均匀地混合，而不会沉积在内管壁上。

可以具有多种可替代的几何形状，图中示出一些优选的几何形状。

图3示出了称作C700的多流体注射混合器，其带有7个形成为接触元件的锥形部分。所述注射混合器相对于管道的截面其尖缘即滑动的边缘具有较大的接触面积和长度。此外，沿着管内壁还设置有三个管道流体旁路开口10，结果是沿着管内壁形成了管道流体“幕帘”，减少了混合物在管内壁上的沉积。因此技术效果是良好的。

图4示出了倒锥形混合器的不同的实施例，其中所述倒锥形与管的轴线共轴。形成湍流的部分位于倒锥形的下游和下风处，即远离管内壁，因此注射的混合流体的沉积率较低。

图5示出了本发明多流体注射混合器的实施例，其中的混合器为图1和2所示倒锥形环形混合器实施例中的混合器，其能够产生十分相似的技术效果。管道流体的流动偏差在尖缘附近增大，这是极其有利的。

可选地，接触元件可以成形为带有至少一个开口的凸缘，所述开口优选与管流共轴，或者是被成形为围绕在管道外围的内槽。利用被成形为锥形部分的接触元件，注射流体或混合物与管道的流体同向流动。利用被成形为凸缘或类似部件的接触元件，注射流体以横向或与流动的通常方向交错的方向通过管道。利用被成形为槽的接触元件，注射流体以至少部分与管道主要流动方向逆流的方式流动。上述实施例中的接触元件产生注射的混合流体的至少部分横流或逆流，该接触元件在最接近管壁的表面上具有较停滞区，在该较停滞区，注射液体/气泡的较厚膜能够积聚起来被导管带走，或者该接触元件具有增加的流速。而且，根据混合流体管道出口的压力，管道相对于主流动方向的定位或朝向多相管流的表面区域将影响局部边界条件。因此当多相流的流动动量增加时，由增加的动压导致的抽吸将用于使混合流体的流速增加到一定的比例。因此，实现了一种自动调节，这对波动的管流情形是非常有利的。此外，收缩度也可以不同。

在不希望受理论限定的情形下，参照图1作进一步说明，液滴的产生顺序被分成四个阶段，其中A表示最初注射流体的环形膜暴露于加速管道的流体流。在B阶段，特定的尖缘形状有利于注射流体变细成为连续流。在C阶段，注射流体的细流碎裂成小液滴。由韦伯数(We数)来确定破碎，如由管道内流体相和注射流体之间的表面张力σ、特有的细流尺寸d、相对速度U和连续相的密度ρ计算得到(参考Krzeczkowski，1980)：

We＝ρ·U²·d/σ

碎裂与We＞We_cr相对应。对风道实验和到流场的液滴注射来说，We_cr确定为8-10。在D阶段发生了径向液滴混合，这是由细流液滴的最初碎裂和局部湍流确定的，如用管道流的局部雷诺数(Reynolds)表示的那样。

重要的是控制注射压力和注射率，以便将混合流体注射到内部接触面上而不是注射到管流中，并且使管道流体不流入到注射设备中。

参照图6，图中示出了根据本发明的组件。更确切地说，该组件包括与管道部分8和复拌机9设置在一起的本发明的多流体注射混合器7。该复拌机是美国专利公开号为US5971604的文献中描述的。更具体地说，该复拌机包括可插入到管道中、用于使流体流过的壳体，在壳体中具有至少一个，优选为2个或多个调节元件，这些调节元件彼此邻接，可单独替换，并且被密封设置，它们具有可与流动通道配合的壁部。能够调节所述调节元件用于使流动通道集中在中心腔室的一个点处，或者是相对于入口通道和出口通道与中心腔室偏离，借此控制流动和混合操作。更进一步的细节请参照US5971604。该组件特别用于处理油田采出水以减少石油的污染。

实施例1-油田采出水的处理

图6所示的组件用于减少油田采出水中的含油量。注射混合器具有成形为锥形部分的注射元件。复拌机是根据US5971604中的权利要求2所述的复拌机。注射两种混合流体，即液态絮凝剂上游的氮气。可以采用天然气部分或全部代替氮气。管道长度为0.1-30m。实际体积流速通常如下表示：

油田采出水：Qw

氮气：Qw·10^-2

絮凝剂：Qw·10^-5

在根据相应的流速下，相对于在50％压降采用两个C100注射混合器连续布置，或者相对于在用于气体注射的C100注射混合器的上游的絮凝剂的注射布置，絮凝剂在套管或喷嘴中注射，能够针对下游分离出的油田采出水中的含油量，实现同等或更好的性能。取决于管道流动条件，压降在0.02-2bar的范围内。所注射的气体具有浮选作用。复拌机能够保持气泡的浮选作用，以及絮凝剂和气泡在管道的整个横截面上的均匀分布。

用于从水中分离出油的复拌机设备的下游例如可以安装水力旋流器，所述水力旋流器证明从水流中分离出油是有效的，其中这里所述水流含有气泡和聚结的油滴。可针对混合来调节复拌机，还能够操作复拌机使下游的分离设备的运行更加有效，即使稍微改变管道流速也是如此，直到这种改变能够通过调节复拌机的混合来补偿。该复拌机能够由本发明所述的混合器、本发明所述的注射混合器或C100注射混合器替代，其中注射混合器不用来进一步注射化学制品，仅仅作为混合器来操作，或者可选地进一步注射混合物。不过，本发明的组件带有经由管道部分连接在一起的注射混合器和复拌机，该组件提供了目前还未知的处理石油采出水的技术效果。可以设想到，在不希望受到理论限制的情况下，注射混合器布置成在絮凝剂管道之前还设有气体管道，用以改变暴露于注射的絮凝剂的速度分布和壁部剪切应力。气体被立即分散成小气泡，并且在混合器注射部分的壁部附近，使多相流的流动速度局部增加。这有助于增加速度梯度，由此对所注射的絮凝剂而言，也增加了剪切应力。因此产生了絮凝剂有效的均匀分散。如果在分离之前絮凝剂的滞留时间受到限制，那么如上所述是尤其重要的。

实施例2-石油的处理

该实施例涉及将本发明的组件用于处理石油的方法中。通常在较大的水平容器里进行传统的油-水处理，以便考虑到水滴的重力沉降。在重油系统的处理中，通常需要施加相当数量的破乳化化学制品来有效地使水从油中脱离出来以满足低于0.5％BS&W(底部沉积物和水的体积分数)的所需产品规格。破乳化剂是一种表面活性化合物，它可与石油中的天然表面活性剂相对抗，用于将它们从油-水分界面处置换出来。因此围绕着液滴的界面膜能够碎裂以利于液滴-液滴的聚结。

在采用现有设备如注射喷嘴和注射套管的情况下，很难确信破乳化剂能够到达分散在连续石油液流中的液滴表面上。因此化学制品的超剂量就成为一个问题-取代了使乳化液不稳定，形成了一种新的乳化液，导致油-水分离器产生故障。

已知采出水的再循环能够提高分离器的性能，这是由于增加了临界含水量以及有可能相反转成水连续系统。采用注射混合器的双注射功能，就能够将再循环的采出水和破乳化剂注射到生产分离器的上游。一旦带有破乳化剂的水被均匀地注射并混合到连续相中，US5971604中公开的复拌机用于产生用于液滴-液滴聚结的新表面区域。通过把注射的化学制品、再循环水和待处理多相流仔细地再混合起来，破乳化化学制品就能够到达新的液滴表面区域，立即并有效地产生水滴聚结。事实上，与传统的系统相比，这种破乳化剂的有效混合和随后的水滴的聚结能够将石油中的含水量减少至少35％。或者，向该过程少添加20％的破乳化化学制品，仍然能够生产出0.5％BS&W的规格。

实施例3-脱盐

本实施例涉及将本发明的组件用于原油脱盐的方法中。原油通常含有水、无机盐、悬浮固体和水溶痕量金属。作为精制过程中的第一步，为了减少设备的腐蚀、堵塞和雍塞，以及防止处理单元中催化剂污染，必须通过脱盐将这些污染物除去，所述脱盐处理包括含有水的混合物注射、多相流的混合以及下游的分离。

基于化学分离和静电分离，两种最常见的原油脱盐法都是采用热水作为萃取剂。在化学脱盐的方法中，向原油中添加水和化学表面活性剂(破乳化剂)，对其进行加热使盐和其它杂质溶解到水中或附着于水中，然后传送到进行沉淀的槽中。电脱盐是利用高压静电荷将悬浮水滴集中到沉降槽底部。脱盐的实际过程的执行可能还包括这些方法的组合。

现有用于注射/注射水的混合/破乳化剂的设备能够与注射套管和位于下游的Sulzer混合器或阻流阀结合使用。

使用本发明的组件将确保温水和破乳化剂有效均匀地分布，从而对从石油中提取的注射到注射水里的盐来说获得最佳的表面区域。能够预计到，根据用于实现规定品质所需的破乳化剂的数量、处理所要求的压降和脱盐过程的容积处理量，能够提高处理效率。

实施例4-流动保障

本实施例涉及将本发明的组件用于流动保障的方法中。流动保障包括所有对维持从容器到接收设备的油&气流重要的问题。潜在的管道堵塞问题将涉及水化物、蜡、沥青质、污垢或砂。

水化物的形成是主要的操作问题和安全问题，它不可预见地发生在海底管道和井口设备中。气体水合物能够潜在地形成在海底的出油管道中，除非水的含量被除去至所遇到的最低露点之下。通常的预防措施是管道绝缘，加热和/或施加抑制剂。抑制水化物的传统方法是在管道中注射甲醇或乙二醇。这样，水化物形成的出现界线就向用于所涉及压力等级的低温偏移。

在采用本发明组件的情况下，将甲醇连同不可逆反应的三嗪化学制品注射到管道中，从而同时除去高腐蚀性的H₂S，并防止形成水化物。形成更为稳定的膜或细流的三嗪基化学制品穿过多重注射混合器的注射元件被注射到最靠近尖缘的地方，而甲醇或乙二醇则穿过注射元件被注射到最远离尖缘的地方。通过这种方式也影响到管流的速度分布，从而使朝着尖缘的表面区域的剪切应力增加。因此，同在注射三嗪的上游没有立即注射甲醇相比，产生更有效的细流变形，并且产生了三嗪液滴的次级碎裂。

实施例5-与C100对比

令人惊讶的是，本发明的多流体注射混合器的优选实施方案利用锐利的滑动边缘所产生的湍流来分布和维持气相中的液滴，其对任何管道流体相大概是类似的，其与C100相比花费了更多的时间。通过改变限定接触元件和滑动边缘的几何形状，意外的是湍流有助于保持气相中的液滴。新的几何形状允许气体流过锐利的滑动边缘，并且在壁部和锐利的滑动边缘之间产生气体幕帘。相比于C100，这有助于减少液滴的沉积率。

下表显示出一些典型的参数，其中本发明的三个实施例与C100混合器进行比较。

表1示出了在注射点之后的40cm位置处，与气相(管道流体)一起流动的总液态流量(混合流体)的百分比。其余的液体作为管壁上的液体膜流动。如从表中能够看到的那样，根据下游位置带走的部分，本发明已经实现明显的改进。

表1

表2示出了空气为1bara且表面速度为22m/s的情况下对混合器进行实验时所记录的压降。该表还示出了在空气动力学的观点下表示几何参数特征的G-系数。有利之处在于G值尽可能的低，因为这代表混合器单元上的恒定压降较低的可能性。

表2

附图所示经过实验的实施例如下所述：

图3示出了注射混合器C700，其带有7个锥形件(接触元件)和3个沿着管壁的流体通路(管道流体旁路开口10)，

图4示出了倒锥形混合器，以及

图5(还有图1和图2)示出了倒锥形环形混合器，该混合器有时候也被称作环形混合器。

原则上，根据本发明的多流体注射混合器、混合器和组件能够用于在含有流动的流体的管道中进行混合、注射和流体调节的任何产业。

Claims (17)

1.一种多流体注射混合器(7)，其用于向流过管道(1)的气体和/或液体中注射作为混合流体的气体和/或液体，并将混合流体和管道流体均匀地混合，所述注射混合器构成了管道的一部分，

其特征在于该注射混合器包括：

至少一个接触元件(2)，该接触元件具有至少一个面向一些管道流体流并与之偏离的接触表面(2a，2b)，并且该接触元件形成相对于管道内横截面的收缩部，使得管道流体流加速，并且在所述表面附近流动的流体被偏转，以便沿着所述表面流动直到所述表面在最大收缩部和流速的点的尖缘(4，4a，4b)处终止，

至少一个注射元件(3，3a，3b)，其被设置为与所述接触元件的所述表面流体相连，使得混合流体能够被注射到所述表面上，并沿着所述表面被尖缘上流动的管道流体带走，提供至少两个注射元件用于形成为收缩管道部分的接触元件。

2.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于接触元件(2)形成为倒锥形，其与管道轴线共轴。

3.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于接触元件(2)包括设置在管道横截面上的数个锥形部分。

4.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于接触元件(2)包括设置在管道横截面上的数个倒锥形。

5.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于接触元件(2)形成为一个或多个倒锥形环。

6.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于接触元件(2)包括一个与管道轴线共轴的倒锥形和至少一个倒锥形环。

7.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于沿着管内壁设置至少一个用于管道流体流过的通道(10)，其与接触元件旁通。

8.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于注射元件(3)包括通道或孔，其位于尖缘上游，用于将混合流体均匀地注射到接触元件的接触表面上。

9.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于设置一个注射元件(3)用于各混合流体。

10.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于，该多流体注射混合器包括至少两个注射元件，将用于气体的注射元件(3)设置在用于液体的注射元件的上游。

11.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于注射元件(3)可相对于用于任何类型的混合流体或混合流体的混合物的流速的孔和压力进行调节。

12.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于接触元件(2)由可拆卸的部件组装，以允许改变接触元件的形状，从而在整个管道横截面上实现均匀混合。

13.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于接触元件(2)包括具有弹簧作用的悬架，从而增加的管道流速产生用于混合物的增大的开口和混合物的增大的流速。

14.如权利要求1所述的多流体注射混合器，其特征在于接触元件(2)和注射元件(3)构成一整体部件。

15.用于使流过管道的流体均匀混合的混合器，所述混合器构成管道的一部分，其特征在于该混合器包括：

至少一个接触元件(2)，该接触元件具有至少一个面向一些管道流体流并与之偏离的表面，并且该接触元件形成相对于管道内横截面的收缩部，使得管道流体流加速，并且在所述表面附近流动的流体被偏转，以便沿着所述表面流动直到所述表面在最大收缩部和流速的点的尖缘(4)处终止。

16.如权利要求15所述的混合器，其特征在于接触元件(2)形成为倒锥形，其与管道轴线共轴。

17.一种组件，其特征在于其包括如权利要求1所述的多流体注射混合器，管道部分，所述管道部分在第一端与注射混合器的出口相连，在第二端与复拌机相连，所述复拌机包括一壳体，所述壳体中具有2个或多个调节元件，这些调节元件彼此邻接，可单独替换并且被密封设置，它们具有与流动通道相配合的壁部，其中能够调整所述调节元件使流动通道集中在中心腔室的一个点处，或者是相对于入口通道和出口通道与中心腔室偏离。

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