CN101965218A - 用于分离多相流体的方法和设备及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于预分离液-液相和/或液-气相和/或气-液相的多相流体的方法，其中所述多相中的一个或多个相悬浮于水中，水中具有尺寸为亚微米级和微米级范围的气泡/液滴/颗粒，和/或细小的特定的有机物或无机物存在于所述多相中的一个或多个相中，一装置被布置在旋流器或浮选槽中或与旋流器或浮选槽连接。该方法的特征在于，使流体相流流过形成为螺旋形状的管，以便在该螺旋形状中进行最初的相分离(聚结)，所述多相被连续地沿切向引导出旋流器或浮选腔中的螺旋形状，其中在该旋流器或浮选腔中进一步分离。同时还公开了用于实现该方法和应用的设备。

Description

用于分离多相流体的方法和设备及其应用
技术领域
本发明涉及一种用于预分离液-液相和/或液-气相和/或气-液相的多相流体的方法和设备，其中这些相中的一个或多个相悬浮于水中，水中具有尺寸在亚微米级和微米级范围内的气泡/液滴/颗粒，和/或细小的特定有机物或无机物存在于这些相的一个或多个相中，并且一装置被放置在旋流器或浮选槽中或与旋流器或浮选槽连接。
本发明还涉及该设备的应用。
更具体地，本发明涉及一种一体装置，该一体装置用于聚集小液滴，由此通过改变多相流的净重而增大液体的液滴尺寸，以及以同样的方式聚集小气体气泡，由此增大在气-液流或液-气流中气体气泡的尺寸。
本发明还涉及一种注入微气泡尺寸的空气/气体或者空气/气体压力饱和的液体或者上述的组合的方法，以便在液流使空气气体依附于污染物，其中所述方法在用于处理连续液流的浮选或旋流工艺过程中或之前预分离所添加的微气泡及贴附的污染物。
本发明还涉及结合于普通的旋流器或者浮选工艺过程中或之前或者它们的组合的装置的应用，这通过随后的独立和从属权利要求而显而易见。
本发明涉及与分离多相流有关的技术，其中，不同相具有不同的重量。特别地，本发明涉及从来自石油工业的采出水中分离出油、水和气体，而且本发明还涉及以同样的方式从通常的污水和饮用水中分离出有机污染物或无机污染物。
本发明还涉及将多相的液-液流中的相同相的小液体滴聚合成相同相的大滴。
本发明还涉及将液相中的微米级或亚微米级气体气泡聚合成较大的气体气泡，并且其中亚微米级和微米级气泡已贴附于液相中的颗粒和/或疏水的和/或疏油的污染物。
术语“微米”级气泡是指等于或大于1微米(即，大于1μm)尺寸范围内的气泡和颗粒，特别是在1-1000微米的范围内，而术语“亚微米级”级表示粒子尺寸低于1微米的气泡和颗粒。
背景技术
现今，有许多不同的水力旋流器用于分离具有不同比重的组分。最大的共同特征在于：多相液体沿切向进入旋流器的圆形腔中进行处理，在圆形腔室中，在中心处开口的圆筒有助于多相液体的高旋转速度，以使得离心力将具有最高比重的颗粒或液体分离到腔的外壁，而较轻的液体/气体被牵拉到圆筒中心。
在圆筒下方形成涡流，在该处，具有低重量的相积聚并且被牵拉到圆筒中，而较重的相沿着外壁并被处理到旋流器底部处的出口中。聚集在中心圆筒下方的涡流中的轻相在圆筒内部上升，并且如果该相要被分离出则作为放弃物(reject)而排出。如果例如比所保持的净重大的颗粒或液体是污染物，则放弃物停留于旋流器的底部出口，而干净的相在旋流器的入口腔中的中心圆筒中上升。
已知的是，由于净重差，ΔSG(Delta比重)，多相流中分离的适用性在离心力的影响下与被分离的不同相中的一个相的液滴尺寸大约呈对数比例。对于相等效率的分离来说，ΔSG越小，所必需的液滴尺寸越大。
在相反的情况下，当流中的不同相具有较大的ΔSG时，较小的颗粒/液滴可利用相同的离心力进行分离。
因此，对于浮选，期望亚微米级空气/气体气泡用于将这些气泡附加到液体中的污染物上，以使得污染物可达到低的净重。已知的是，通过使空气/气体在压力作用下在液体(水)中饱和，氧气/气体将随着压力的释放而膨胀为亚微米级尺寸的氧气/空气的气泡。这还可通过使用多相泵来实现，其中在泵的压力侧具有4-8bar压力以及在抽吸侧喷射气体/空气。还已知的是，这些泵将空气挤压到大约30微米的气泡尺寸，以及压力和挤压的组合产生所谓的白色水(white water)，其中亚微米级气体气泡在液体中饱和，通过压力释放，在液体中饱和的气体气泡典型地膨胀到尺寸为1-5微米的气体气泡。
已知的是，在浮选旋流器中气体气泡贴附于污染物以便实现净重差的情况下，浮选旋流器中的有效分离取决于气泡尺寸。较大量的较小气泡具有较大的碰撞污染物的机会，并且随后贴附于污染物上。如果工艺过程为其提供足够的时间，小的气泡分离得较慢，但具有较大的碰撞污染物的机会。
已知的是，气体气泡可通过附着而结合至油滴，其中相对弱地结合至油滴，或如果油滴包裹气体气泡，则这种结合明显较强。
已知的是，附着是已知的浮选工艺中占最主要地位，然后，气体气泡将移除具有其自身大小的油滴或较大的油滴。
还已知的是，在已知的浮选技术中使用微气泡浮选意味着需要的时间是在浮选槽中用于气泡贴附于污染物而上升到撇油器(skimmer)/分离区域所花费时间的大约3倍。还已知的是，对于空气/气体的30-200微米的气泡尺寸，在常规的浮选技术中，每处理100m3/t水需要具有表面为10m2且高度大于2.6m的槽。这使得在浮选槽的底部处的干净水侧上不会拖曳出空气/气体/污染物的短路流(short circuitstream)。
还已知的是，存在所谓的混合方案，其中浮选、旋流器、空气/气体剥离原理被组合成一个单元。这些单元具有最佳40秒的典型流速。水被沿切向带入圆筒形槽中。内圆筒占圆筒形槽总高度的1/3，相当于标准旋流器中的防涡器(vortex breaker)圆筒，内圆筒通常放置于中心以增大液体的旋转速度。该速度然后在圆筒下方被破坏，并且内圆筒下方形成涡流。
被污染的材料连同气体在内圆筒中上升并被带走，而干净的水在圆筒形槽的底部处被带走。这在专利申请US6749757B2和WO2005/079946A1中有描述。
通常，典型的水力旋流器具有切向入口和两个出口，一个出口用于浓缩的较重馏分(底流)，一个出口用于较干净的液体，该液体从所谓的旋涡溢流管(溢流)流出。水力旋流器根据密度进行分离并且将压力能量转换成转动动量，产生将较重物料分离的离心力。分离效果由水力旋流器的几何参数决定。参数之间的相互作用决定水力旋流器的效率。必须的是，设计每个内部部件的几何形状以促进在保持层流时的平滑过渡。
还已知的是，油的脱盐是通过在油中混合百分之几的淡水来实现，从而将盐分离出。这样处理的一种方式在US 537,695中有描述，其中油中的水通过引导各相穿过螺旋状盘管而被分离出，从而离心力将水牵拉至管的外直径，而油被朝向管的内径牵拉，从而螺旋中的小切向出口将水/盐与油分离。类似的用于将水从油中聚结出来的小型等效分离器在US7,314,559B2中有描述。
油气工业产生大量的需要净化的废水。当30-80％的水混合有来自储层的油/气时，进行排放。在油田上分离水/油/气体，没有被注入储层的水馏分中在流过不同的净化工艺以减少碳氢化合物的含量之后被释放到容器(recipient)中。典型地，一个油田有两种水流。来自压力分离器的“干净水流”水的体积根据油田的大小通常为每天10.000-100.000立方米。该第一分离器步骤可使得含油量降至10-40mg/l(毫克/升)。现今的技术所不能捕获的剩余油馏分的液滴尺寸通常是低于5-10微米的部分。
在油/气/水分离中的第二和第三分离器步骤中，通常是在海上油田上产生的每天1.000-5.000立方米的污染水。该水，被称为“污水流”，其通常具有在100-1500mg/l内变化的含油量。这通常通过浮选或聚结过滤器和浮选而被净化。已知的技术并不提取小于5-10微米的油滴，因而，排放量在每升10-40毫克油碳氢化合物内变化。
还参考专利US4031006，专利说明书EP 716869和专利说明书JP07 194902的教导。与首先提到的美国专利相比，本发明不同于美国专利的方案，如下述所公开的，美国专利并没有公开任何包括螺旋状管回路的旋涡溢流管，而这是本发明的一个实质性特征。
净化中使用的已知技术包括以下内容：
-旋流器，其中油与水中机械地分离。
-将使进料冷凝以增大油滴的尺寸与随后在旋流器中进行分离相结合。
-浮选池，其中油通过气体浮选(非常轻的碳氢化合物或氮作为浮选介质)而被絮凝出。
-浮选/旋流/气体剥离相结合，其中在具有切向液体供料的立式圆筒形槽中进行浮选。
-使用介入液流中的介质或板使液流中的油滴聚结。
-在制备的介质过滤器中进行吸附。
在所有已知的工艺中，絮凝剂或提取剂可用来提高处理效果。
现今的方法受到限制的原因在于：在移除小于5-10微米油滴时，它们对于所产生的大容量的废水的处理并没有用。这是现今在北海从油气工业中得到的采出水中的油的平均流出量是大约22mg/l的主要原因之一。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的新装置，该装置布置在多相分离器、旋流器或浮选槽的中或之前(in or front)的连续的处理水流中，其通过混入微气泡气体或气体饱和的液体而使得不需要使用微气泡气体注入物(infusion)也能够将油/水/颗粒/气体与尺寸小于5-10微米的液滴/颗粒/气泡分离，该微气泡气体注入物导致为了有效分离需要增加在分离腔中消耗的时间。
本发明的另一个目的是提供一种在结构紧凑的浮选旋流器中将油碳氢化合物(尤其是小于5-10微米的油滴)与水分离开的改进的新方法，所述方法通过在装置之前使处理水流注入有气体饱和的液体和微气泡气体来实现。
本发明的再一个目的是提供一种根据上述目的也通过结合使用所述装置而将油与水分离的改进的新方法，其中，处理水仅利用气体饱和的水和微气泡气体进行处理，或者投入絮凝剂和/或细小的分散的提取剂来提高净化程度。
本发明的又一个目的是提供一种根据上述目的也通过结合使用所述装置而分离出连续液流中的其它有机或无机污染物的改进的新方法，其中，处理水仅利用气体饱和的水和微气泡气体进行处理，或者投入絮凝剂和/或细小的分散的提取剂来提高净化程度。
本发明的一个目的是提供一种用于分离出连续液流中的有机污染物和/或无机污染物的应用/装置。
根据本发明的方法的特征在于，使流体相流经形成螺旋形状的管，以便在螺旋形状中进行最初的相分离(聚结)，以及这些相被连续地沿切向引导出旋流器或浮选腔中的螺旋形状中，其中在该旋流器或浮选腔中进行进一步分离。
优选的实施例出现在权利要求2-11中。
本发明设备的特征在于，形成螺旋形状的管，流体相流经过该管以便进行初步分离(聚结)，所述管包括用于多相流体的入口和出口，出口沿切向布置在旋流腔或浮选腔中，其中在该旋流腔或浮选腔中产生附加分离。
优选的实施例出现在权利要求13-20中。
根据一种优选的应用，设备是一种在旋流器或浮选旋流槽中的独立的旋涡溢流管。根据另一种变型，设备是一种与旋流器或浮选旋流槽中的最初旋涡溢流管呈直线组合布置的旋涡溢流管。另一种应用出现在权利要求21中。
根据本发明，因而制造出一种装置，以使得可能将油碳氢化合物与水分离，其中将微气泡气体或气体饱和的水添加到连续液流中可通过强力混合进行添加，而这不会导致小的气泡和油滴需要在旋流器或浮选旋流器中待得更久，从而能够与油氢化碳化合物分离。
而且，得到一种装置，该装置能够使小于5-10微米的油滴从处理水中分离，其中气体压力饱和的水被剧烈地混合到被污染的液流中，以使得小于5-10微米的油滴包裹更小尺寸的气体气泡，使得油/气滴与水的净重差比水与具有相等尺寸的不包裹气体的油滴之间的净重差更大。
术语“微米”级的气泡和颗粒的尺寸在1-1000微米范围内，而术语“亚微米”级表示气泡和颗粒的尺寸在1微米以下。
而且，已制造出一种装置，该装置使压力气体饱和的水能够混入采出水流中并且提高其后续分离，从而通过使亚微米级气体气泡被比气体气泡大的油滴包裹来获得显著的效果，从而可能发生最强的结合。
而且，已制造出一种聚结相分离装置，该聚结相分离装置利用离心力来增大油滴和自由气体的液滴和气泡尺寸，以使得当混合物进入旋流器或浮选槽中的传统的分离腔时，油/气被聚结并且被分离成可被分离的大液滴/气泡，而不需要增长已知的用于通过通常的微气泡浮选来分离微气泡/液滴的停留时间。
已制造出一种装置，该装置用于增大多相处理水流中的气泡、液滴和气体尺寸，以及用作旋涡溢流管、旋流器或浮选旋流器/浮选槽来提高相分离，从而尤其是提高处理水中的亚微米级液滴/气泡/颗粒的分离。
本发明的特征在于，装置由螺旋形状的盘管组成，液流经过盘管以足够高的速度被处理，从而由于不同净重的相的重力牵拉而发生多相分离。
本发明的特征在于，在处理之前将气体饱和的水注入流经螺旋形状盘管的液流中，通过在液流中剧烈混合，其压力降低，从而水中的饱和气体被释放成为被油滴包裹的气体气泡。
本发明的特征还在于，处理具有不同净重相的污水，其中当通过螺旋进行处理时，速度和离心力在污水被引导至旋流器或浮选器的出口之前，将被油包裹的亚微米级和微米级气泡以及油/其它污染物聚结成大液滴。
本发明装置的特征还在于，通过替换水力旋流器和浮选槽中的传统圆筒形旋涡溢流管而将螺旋形状的盘管布置在具有旋涡溢流管的附加功能的水力旋流器或浮选槽中。
本发明的特征还在于，盘管螺旋如何可从底部向上顺时针盘旋到出口，以及作为旋涡溢流管布置在混合水力旋流器/浮选槽中，以使得朝着旋涡溢流管的壁被向上牵拉的轻组分流在槽中逆着处理水流向上盘旋，从而靠近旋涡溢流管顶部边缘上方的排放位置(reject point)。
本发明的特征还在于，装置可如何被布置在水力旋流器/浮选旋流器中或之前或者布置在浮选槽中或之前。
本发明的特征还在于，装置可如何与轻的提取流体或絮凝剂的定量配料(dosing)组合使用。
本发明的特征还在于装置与水状胶体的定量配料组合使用，如之前已知的，该水状胶体与单化合价离子或多化合价离子发生反应。
根据实施引入旋涡溢流管的分离和聚结的一个优选实施例，该旋涡溢流管布置在旋流器中或之前，或者布置在立式圆筒形浮选旋流器/槽中或之前，以使得处理水中不同净重的相在离心力的作用下分离和聚结，并且亚微米级液滴被变换成较大的液滴/气泡/聚块，然后可在旋流器或浮选旋流器/槽中分离出该较大的液滴/气泡/聚块。
本发明在连续多相流中使用，其中水是一个相，使用已知的剪切混合技术将主要小于5-10微米的油/污染物的非常小的液滴与气体混合，从而包裹小于5-10微米的亚微米级气泡和微米级气泡，并且气体气泡本身达到比油滴小的足够的程度和范围，从而增大油/气体与水的净重差。
在本发明中，水/液体/气体气泡的不同相由于所施加的离心力而被充分分离和聚结，该离心力是由通过螺旋形状的盘管的高速处理而产生的，其中离心力在相当大程度上使气体、由油滴包裹的气体以及油滴聚结，从而不仅增大液滴尺寸和气体气泡尺寸，而且实现了这些相的分离。
本新发明的优点
本发明将其自身区别于现有的方法/发明在于：能够利用在处理水流中注入气体饱和的水和微气泡，以实现在液流中的不同相之间的改进的相分离，而这并不导致不得不增加分离设备中的停留时间和不得不由于亚微米级和微米级气泡在分离腔中需要更大的分离体积而增大分离设备的尺寸。
本发明将其自身区别于现有的方法/发明在于：利用气体饱和的水和微气泡气体通过使气体气泡被污染物包裹而比贴附更强地与污染物结合来移除水中的比气泡大的油滴/污染物。具体地，这意味着，利用本发明可移除小于5-10微米的油滴/污染物，而这样的污染物使用现今的技术无法移除，其中较大的气泡和污染物的贴附受到下述限制：为了能被移除，污染物部分要多么小。
本发明将其自身区别于现有的方法/发明在于：使具有更加细小的分散的水/气体/油在水力旋流器/浮选旋流器或浮选槽中的旋涡溢流管中预分离成大的聚结液滴/聚块，这些大的聚结液滴/聚块在分离腔中很容易被分离出。
本发明将其自身区别于现有的发明在于：使具有更加细小的分散的水/气体/油在水力旋流器/浮选旋流器或者浮选槽中的旋涡溢流管之前直接预分离成大的聚结液滴/聚块，这些大的聚结液滴/聚块在分离腔中很容易被分离出。
本发明将其自身区别于现有的发明在于：亚微米级和微米级气泡可包含在污染物/絮凝剂/水状胶体中，并且通过装置被处理，由此装置中的亚微米级气体、油和污染物可在离心力所引起的相分离中被带到一起，从而通过传统的分离装置的入口，亚微米级和低微米级污染物已经形成大的、可很容易分离的聚块。从而，并不需要增大尺寸的设备(dimensioning)来处理微气泡的分离。
本发明将其自身区别于现有的方法/发明在于：代替所有浮选法中所共有的贴附的是，由油包裹的气体的浮选效果在于油/气体之间有显著的结合。这个优点在于，实现了气体/油之间的更强的结合，随后，可以使用非常强力的浮选和旋流工艺过程，而不会使气体气泡从油滴上拉掉。
本发明将其自身区别于现有的工艺/发明是在于：轻的提取流体可通过使用强的剪切力而较大程度地细小地分散开并且更好地与处理水流中的污染物接触，结果，被细小地分散开的提取流体可在再次进入浮选/旋流器中的分离腔之前以大的聚块形式被分离。
装置将污染的液流推移到分离腔中。气体饱和的液体或微气泡气体在装置之前被注入，从而，其被剪切成污染的液流，以使得亚微米级或微米级气泡被污染物所包裹。该被污染物包裹的气体在装置中聚结，该装置可优选地被构造为旋流器中或圆筒形立式浮选槽中的螺旋形状的旋涡溢流管，以便净重差和/或液滴尺寸随着处理流进入分离腔而显著地增大，目的在于，由于利用了将亚微米级或微米级气泡引入分离中而不用增大分离腔的尺寸。该装置将具有不同净重的液-液、不同净重的液-气和/或气-液相形式的不同相分离开，并且还用于在絮凝剂或水状胶体用作分离引导添加剂的情况下分离液体/气体/颗粒。
附图说明
根据本发明的装置将参照下述附图在下述说明中进行更详细的描述，其中下述图2-8对于单个细节用相同的附图标记来表示相同部件：
1-入口处理水(替代地，混合有絮凝剂或水状胶体)。
2-注入压力气体饱和的水/微气泡气体。
3-分离腔中的旋涡溢流管出口
4-用于混合气体/处理水的剪切混合装置。
5-旋涡溢流管。
6-从上部旋涡溢流管分离出的气体/轻液相的出口。
7-用作防涡器的标准板。
8-出口的干净水。
9-作为旋涡溢流管的一部分的外部的顺指针螺旋管。
具体实施方式
图1示出了管螺旋100中的液滴102的聚结的一个实例(在使生长富集化之后)，当液体104包括某一气体含量106时，液体以高速穿过螺旋进行处理，以使得离心力将不同净重的相/液滴分离。在通过螺旋100的过程中，气体液滴不断地被聚集成较大的液滴。轻的液相和气体气泡朝向螺旋的中心被牵拉并且聚结，而较重的液相通过离心力而朝向管100的外周被牵拉。管入口以108和相应的箭头表示，而排放出口以110和相应的箭头表示。
图2示出(也参见图3)了根据本发明的装置，该装置作为旋涡溢流管安装在任意的圆筒形分离腔110中。多相的处理水通过管1进入，在管1中，其都可通过分离诱导化学试剂(separation inducingchemicals)进行处理。气体压力饱和的水的压力被降低和/或气体被定量配制于剪切混合装置4(混合装置，其中水和气体通过高混合动力进行混合)中的液流1中。水穿过入口管112被引导到旋涡溢流管114的底部，然后随着水在螺旋管116中被进一步处理而承受强大的离心力，该螺旋管116沿顺时针向上盘绕成圆筒形状。在圆筒的顶部处(在118处)，盘旋的半径增加，同时管从液流表面向上弯曲，这发生在圆筒形槽和旋涡溢流管之间的环形空间内，在出口3之前终止于稍微向下的弯曲中，并且通常低于切向于圆筒壁的环形空间内的液面5-20厘米。
在旋涡溢流管114中，利用与较重水相比轻的亚微米级和微米级气泡液相/气相实现如上述图1所描述的聚结和分离方法。在出口3处，处理水于是可如已经使用的常规浮选气体一样利用使小于10微米的亚微米级和微米液滴和气体达到在已知的旋流/浮选工艺中通常可被移除的尺寸的差异进行处理，但并没有增加处理水在槽或分离腔中的停留时间。
图3示出了根据本发明的装置，该装置安装在混合旋流/浮选槽中，该混合旋流/浮选槽为在顶部设有入口1的立式分离器槽。如上面的图2所述，多相液体/气体通过旋涡溢流管114被混合和处理。这里还示出了槽内的液气层处于旋涡溢流管114的上边缘处。由旋涡溢流管上方的槽容积所表示的轻微压缩的气穴(air pocket)通过推动被分离出的轻液相和气体穿过出口6而脉动地减小压力。在旋涡溢流管5的外部环形空间中，水以非常高的速度旋转，并且所聚结的较大气体气泡和油滴处于大的湍流力的下，从而要没有本发明，则小于5-10微米的油滴在标准的旋流浮选中将从气体气泡上拉掉。
由于在进入到该区域的水遇到螺旋之前油滴聚结，以及由于小于10微米的油滴中也有亚微米级气泡的包裹，在旋涡溢流管下方产生的涡流时，较轻和进一步聚结的液滴无法逃脱聚结的气体气泡。
该图还示出了在干净水的出口7上方的已知的标准防涡器8，其目的在于阻止涡流柱到出口的短路流。利用标准浮选旋流器中的气体压力饱和的亚微米级和微米级气泡，很难降低了生产量，因为在这种槽中的通常停留时间为40秒钟到1分钟，并且这比该气体迁移到涡流中所需的时间少2.5-3倍。于是，通常在防涡器7周围和干净水出口8外有气体和油的短路。由于本发明，气泡/液滴尺寸的增加以及相的增加的净重差意味着相比于使用亚微米级和微米级气体注入物的标准气体浮选来说，生产量并没有显著减少，而且对于相同的可达到的槽容量来说，不会发生到出口的短路流。
该图还示出了靠近环形空间中的旋涡溢流管的垂直向上的流。这已被表示为流过上边缘并流入旋涡溢流管的出口排放区域中。
根据本发明的旋涡溢流管的优点在于：在环形空间中的大的环形液体速度下，大量的油/气体气泡朝向旋涡溢流管被牵拉。使螺旋管从下沿顺指针向上盘旋以及大的环形液流从下向上盘旋，意味着将会看到被分离的油/气体向上沿着旋涡溢流管大量传输，这是由螺旋式传输机的作用和旋涡溢流管表面上的液滴聚结所导致的。在旋涡溢流管的边缘上方，油/气体由于水在环形空间中的旋转速度而被牵拉到旋涡溢流管的中心和出口阀处。
图4示出了根据本发明的装置，所述装置被安装于在底部具有1入口的立式混合旋流/浮选槽中。功能和描述与图3所述的一样，只是位于旋涡溢流管下方的涡流柱绕着中心入口管112旋转，并且停止于已知的防涡器8处。该结构也实现了根据本发明装置的所提到的所有优点。
图5示出了根据本发明的装置，该装置安装在浮选/旋流/混合构造方案之前，其中用于旋涡溢流管的标准构造方案是传统的涡流腔中的圆筒形式的延伸部。根据本发明的装置中的液流从螺旋状盘管的顶部流出，并被沿切向引导至涡流室的外壁的内侧中。保持了液滴/气体气泡的预处理的前述优点，并且出口气体/轻的液相通过旋涡溢流管并且进一步地从环形螺旋管内排出。
图6
图6示出了根据本发明的装置，该装置在旋流器内部或在标准涡流腔中，作为旋涡溢流管。
图7
图7示出根据本发明的装置，该装置从旋涡溢流管的顶部到底部盘绕，然后沿顺时针以较大间距和更大的斜角向上盘旋，以便引导更多的聚结的轻相液滴/气体向上并高于边缘。这是一种用于高浓度的水包油/气体的典型构造方案。
图8
图8示出了根据本发明的装置，该装置具有侧入口和入口部，其中，该装置在如之前所示的在沿顺时针向上盘绕到圆筒中之前沿斜角盘绕到旋涡溢流管中。
实例：
2000升水与原油混合成200mg/l。混合在不与气体混合的情况下在剪切混合泵(标识为EDUR EB4u的多相泵)中进行。油滴的粒子尺寸的测量表明24ppm的已混合的原油具有小于5微米的粒子尺寸。
尝试通过利用被添加到标准注入混合器中的气体气泡的注入在混合旋流/浮选槽之前注入空气气泡来移除油。典型的气体气泡尺寸是50-150微米。对入口流量为1m3/t的被油污染的处理水进行处理。高达20ppm的油碳氢化合物从干净水中移除。所测量的16ppm剩余污染物具有小于10微米的液滴尺寸。该测试使用结构紧凑的旋流/浮选槽，其中处理水流的停留时间为40秒钟。
测试1
相同的结构紧凑的旋流/浮选单元于是用于相同的水和相同流量，但现在具有由相同的Edur EB4u多相泵所产生的气体压力饱和水的添加注入物，其中在气体在结构紧凑的旋流器/浮选槽之前被注入并且与污水剧烈混合之前，气体在泵中被挤压并且加压到8bar。
证明不可能将被碳氢化合物包裹的细小气体气泡移除，而且在单元中产生带有气体的短路流。测量出油碳氢化合物在干净水中为64ppm。处理流量被降低到0.5m3/t，但没有成功地消除干净水中的微气泡/油滴的短路流。
测试2
螺旋状的管被安装在如图2所示的相同的混合旋流/浮选单元中，通过注入气体饱和的液体来重复测试，该气体饱和的液体通过使用静态的剪切混合器而被剧烈地剪切成处理水流，然后穿过螺旋状盘管进行处理，该螺旋状盘管起到了浮选槽中的旋涡溢流管的作用。结果，在干净水出口中没有细小气泡/气体-油的短路流，其中处理流量为1m3/t。样品表明出口中的油碳氢化合物小于1ppm，从而接近完全移除小于5-10微米的油滴。
测试3
等同于测试2的处理装备用于具有64mg/l的TOC(总有机碳)的1000升城市废水(污水)，其中恰好在剪切和注入亚微米级和微米级气泡气体之前，水状胶体(作为生物高聚物)与二价离子发生反应而与处理水流中的污染物凝胶聚结(参照申请人的先前发明)。
净化的排放物没有气体气泡并且是干净的。样品表明仅仅保留有23mg/l的溶解碳，而且分析表明水具有SS的大约99.9的自由悬浮固体。
本发明向前迈出了一大步，原因在于，流体可在各相沿切向泻流到旋流腔中并且进行进一步和最终的相分离之前先在螺旋管中进行预分离(或预先分离)。这意味着在水力旋流器中保留/保持的时间较短，以及重流体相和轻流体相的分离得以提高和改善。另一个基本特征是，可获得极好的分离，而不需要任何比如化学试剂的添加剂。

Claims (22)

1.一种用于预分离液-液相和/或液-气相和/或气-液相的多相流体的方法，其中所述多相中的一个或多个相悬浮于水中，水中具有尺寸为亚微米级和微米级范围的气泡/液滴/颗粒，和/或细小的特定的有机物或无机物存在于所述多相中的一个或多个相中，一装置被布置在旋流器或浮选槽中或者与旋流器或浮选槽连接，其特征在于，使流体相流过形成为螺旋形状的管，以便在螺旋形状中进行最初的相分离(聚结)，所述相被连续地沿切向引导出旋流器或浮选腔中的螺旋形状，其中在该旋流器或浮选腔中进行进一步分离。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多相以一速度被添加到螺旋形状中，该速度使得离心力产生充分的聚结、液滴生长、气体气泡生长以及不同净重的相的分离。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，螺旋形状的管在旋流器或浮选槽中形成了旋涡溢流管，并且在涡流腔的外壁的内侧上、或者在旋流器中或者在圆筒形的浮选槽中形成了切向流体相的出口。
4.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于，流体相被引导通过盘管，该盘管形成了旋流器或混合旋流器/浮选槽中的一体旋涡溢流管，其中通入装置的入口能够位于底部、顶部或侧部处。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，装置被安装成靠近于连续的处理水流中的旋流器或混合旋流器/浮选槽的入口之前。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，盘管形成旋涡溢流管并且从底部沿顺时针向上盘旋，所述多相在圆筒形浮选槽中或者在涡流腔中或者在旋流器中或者在浮选旋流器中沿顺时针切向地释放。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，盘管以旋涡溢流管的形式使用，所述盘管具有从下向上的逆时针盘旋的旋转，其中分离腔中的出口沿逆时针沿切向地位于圆筒形浮选槽或涡流腔或旋流器或浮选旋流器的外壁的内侧上。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，从产层中生产出的油和气体中得到的采出水中的相分离以及油和碳氢化合物和气体气泡的聚结作为在旋流器/浮选旋流器/浮选槽中或者之前的分离的预处理，其特征在于，将气体压力饱和的水/气体混合物注入连续流中，其被剪切以使得该剪切将小于10微米的油滴的很大部分旋转成由气体气泡包裹，由此被气体气泡包裹的油滴在根据本发明的装置中从采出水中预分离出。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用于聚结注入处理水流中的亚微米级和微米级气体气泡，并且使从储层中产生的油和气体中得到的采出水流中的包裹小于10微米的气体的油碳氢化合物聚结。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用于从储层中生产出的油和气体得到的采出水流中的小于10微米的油碳氢化合物和气体气泡聚结用作在旋流器或结构紧凑的浮选单元之前的预处理。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用于连续水流中的相分离以及气体、特定有机污染物和特定无机污染物的聚结作为在旋流器/浮选旋流器/或浮选槽中或之前的分离的预处理，其特征在于，连续流被注入有絮凝剂或起反应的水状胶体，由此，气体压力饱和的水/气体的混合物被注入水流中并被剪切，以使得该剪切混合导致气体的很大部分从亚微米级聚结物形成为大聚结物，从而该大聚结物在根据本发明的装置中与水相分离。
12.一种用于预分离液-液相和/或液-气相和/或气-液相的多相流体的设备，其中，所述多相中的一个或多个相悬浮于水中，水中尺寸为亚微米级和微米范围的气泡/液滴/颗粒，和/或细小的特定有机物或无机物存在于所述多相的一个或多个相中，一装置设置在旋流器或浮选槽中或者与旋流器或浮选槽连接，其特征在于，一管形成为螺旋形状，流体相流流经所述管，以便进行初步分离(聚结)，其中所述管包括用于多相流体的入口和出口，所述出口沿切向布置在旋流器或旋流腔中，其中在该旋流器或旋流腔中产生附加的分离。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，呈螺旋状的所述管的设有引导角，以使得螺旋形成侧向的紧外罩。
14.如权利要求12-13所述的设备，其特征在于，螺旋形状的管构成旋流器或浮选槽中的一体旋涡溢流管，并且在涡流腔或旋流器或圆筒形浮选槽的外壁的内侧上形成切向的流体相出口。
15.如权利要求12-14所述的设备，其特征在于，盘管形成了旋流器或混合旋流器/浮选槽中的旋涡溢流管，其中装置的入口能够位于底部、顶部或侧部处。
16.如权利要求12-15所述的设备，其特征在于，盘管安装在连续处理水流中的旋流器或混合旋流器/浮选槽的入口的正前面。
17.如权利要求12-16中任一项所述的设备，其特征在于，盘管形成旋涡溢流管，并且形成其从底部顺时针向上的盘旋，所述多相在圆筒形浮选槽中或者在涡流腔中或者在旋流器中或者在浮选旋流器中沿切向顺时针释放。
18.如权利要求12-17中任一项所述的设备，其特征在于，呈旋涡溢流管形式的盘管具有从底部向上的逆时针螺旋，分离腔的出口沿切向地逆时针地位于圆筒形浮选槽或涡流腔或旋流器或浮选旋流器的外壁的内侧上。
19.如权利要求12-18所述的设备，其特征在于，螺旋最初向下，然后在共轴的螺旋(在内侧或外侧)中向上形成(图7-8)。
20.一种如权利要求12-18所述的设备的应用，所述设备用作旋流器中或浮选旋流槽中的独立的旋涡溢流管。
21.一种如权利要求12-18所述的设备的应用，所述设备用作与旋流器或浮选旋流槽的常用旋涡溢流管相结合(呈直线)地布置的旋涡溢流管，其中螺旋状的旋涡溢流管布置在旋流器液面之上。
22.一种如前述权利要求所述的方法和设备的应用，用于连续液流的预处理，该连续液流为液-液相和/或液-气相和/或气-液相的多相流，其中所述多相的一个或多个相悬浮于水中，水中具有尺寸为亚微米级或微米级范围的气泡/液滴/颗粒，和/或细小的特定有机物或无机物存在于所述多相的一个或多个相中，其中所述装置和方法用于进行预处理，所述装置与圆筒形浮选槽连接或者位于圆筒形浮选槽中，或者在涡流腔中或之前，或者在旋流器中或之前、或者在浮选旋流器中或之前，以及在根据本发明的装置被一体化的情况下的应用。
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