CN107349637B - 气体浮选罐 - Google Patents

Abstract

提供了一种包括一系列相邻的室的气体浮选罐，所述一系列相邻的室在其中给予转动流。每个室由撇除堰与撇除油槽分离。每个室包括相邻的室之间的交替的流体连通装置和与多孔板连接的室出口，所述流体连通装置以相邻的室之间的隔离壁中的连通口的形式允许相邻的室之间的流体连通，所述出口与最后的室流体连通地设置。

Description

气体浮选罐

本申请是申请日为2014年8月8日、申请号为201480057096.3、发明名称为“气体浮选罐”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于从采出水分离烃的气体浮选罐，以及更具体地涉及具有减小的结构和内部管路的气体浮选罐，其阻止、降低或至少缓解短路。

背景技术

气体浮选罐通常通过允许或促进不想要的相或污染物上升到采出水的表面而用于从采出水分离诸如烃的不想要的相或污染物。然后可以通过撇除采出水表面而去除烃。

一种典型的气体浮选罐包括多个由隔离壁分离但是彼此流体连通的室。在操作期间，采出水输入到罐中并且在罐中产生促进烃上升到水表面的转动流，同时迫使更干净的、更净化的水朝向罐的底部。通过使下游的水经流体连通口流到相邻的室，每个连续的室含有具有更低烃含量的采出水直至达到期望的纯度水平，并将水从气体浮选罐输出。这样的设计的一个问题是在气体浮选罐的每个室之间需要显著加强的隔离壁，因为每个室内的流体水平可以是不均衡的并且流体水平的差异可以是显著的，足以破坏隔离壁和罐。另外，取决于罐的每个隔离壁之间的流体连通口的位置，水可以短路通过室，导致最后的室内的水在比期望的烃浓度更高的浓度下被输出。

为了避免短路，一种气体浮选罐包括用于将室串联连接的、不产生由入口到出口的短路的相互连接管。所述相互连接管以这样的方式定位，使得认为是最干净的水从一个室移到下一个，在靠近表面释放，并以一定的方式分散(连通水堰)以产生流型和速度，其促进表面的烃朝向油撇除槽的撇除。相互连接管也充当这样的区域，在该区域中，在进入后面的室之前可以引入“微气泡”(“micro-bubbles”)以确保与进入每个室的流的均匀混合。

然而，相互连接管在失常工况下允许不受控地提高或降低入口流动，导致室之间的大级别的差异，该差异可以使内壁坍塌，因此需要显著加强的罐。为了使大级别的差异的风险最小化，可以提高相互连接管的尺寸。然而，这样的提高可以妨碍罐内的流型以及降低室的工作体积，由此使得罐效率较低。此外，这样的相互连接管受标准管和轧制板尺寸和相关费用的限制。进一步地，对罐进行填充和排水是精致的方法，其要求仔细控制每个室内的水平。

另一类型的浮选罐被称为蛇形罐(serpentine tank)并且包括数个室，每个室被隔墙分离，其中，部分隔墙是多孔板或是开口的，这允许室的平衡。然而，蛇形罐仅允许通过罐的水平流动，其中，重力和时间用于分离不想要的相。蛇形罐内的流体基本上在室内的一个方向(纵向地)流动并通过多孔板或开口部分离开室，到达相邻的室，在相邻的室内，其水平地流过该室的长度，对于在给定的罐内提供的尽可能多的室，进行重复，因此术语“蛇形的”。这种从末端运行到末端的模式也产生在每个室内对单独的撇除点的需要，这也需要在罐上的额外的喷嘴、外部管路和用于去除不想要的相的阀门。

因此存在对气体浮选罐的需求，该罐阻止、降低或缓解短路，同时降低或去除对相互连接管的依赖。

发明内容

提供了一种用于从流体分离污染物的气体浮选罐。所述罐包括一系列相邻的室，该室通过在每个室内使用倾斜堰而在其中产生转动流。每个室通过污染物在其上流过的撇除堰而与撇除油槽分离。每个相邻的室通过相互连接通道流体连接，所述通道允许降低的污染物流体转移到相邻的室用于进一步降低污染物。相邻的室之间的流体通道和接头端口的交替设置允许相邻的室之间的流体水平的至少部分均衡，并且随着流体在室间流动进一步缓解、降低或阻止流体短路。

在一个实施方案中，提供了一种用于将污染物从输入到浮选罐中的流体去除的浮选罐，所述浮选罐包括：

限定罐的底部的底板和限定罐的侧面的悬壁(depending wall)；

由隔离壁彼此分离的、在所述罐内的一系列的相邻的室，每个室包括用于在该室内引起转动流的倾斜堰；

跨越每个室的且由撇除堰与每个室分离的撇除油槽，所述撇除堰与所述倾斜堰相对；

用于输入包含污染物的流体的、与所述一系列的相邻的室的一个室流体连通的入口，所述入口位于接近所述一系列的相邻的室的倾斜堰处，所述一系列的相邻的室的倾斜堰用于向输入所述室中的流体引起转动流；

通过基本上朝向每个室的隔离壁的底部并且基本上与所述撇除油槽相对设置的相互连接通道与相邻的室流体连通的每个室，所述相互连接通道允许流体从一个室到相邻的室的倾斜堰的后部的流通；

用于提供两个相邻的室之间的流体连通的、在两个相邻的室之间的隔离壁中的接头端口；

所述一系列的相邻的室的至少一个室的倾斜堰中的流体通道，其允许通过所述至少一个室的倾斜堰在相邻的室之间的流体转移；和

输出采出水的、与所述一系列的相邻的室的一个室流体连通的出口；

其中，所述接头端口和所述流体通道位于交替的相邻的室中。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述接头端口位于接近所述撇除堰的隔离壁的底部。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述相互连接通道位于接近所述倾斜堰的底部的一端并且位于接近所述相邻的室的倾斜堰的后部的另一端。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述流体通道位于接近所述倾斜堰的底部。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述流体通道是所述倾斜堰中的多孔板。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述出口位于接近最后的室的壁的底部处。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述入口位于第一室中。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，每组相邻的室包括交替形式的接头端口或流体通道，其允许相邻的室内的流体水平的均衡，同时阻止通过所述罐到最后的室的流体短路。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述罐还包括用于输入或从所述罐回收流体的、与每个室流体连通的歧管。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述罐的倾斜堰在相邻的室内彼此对齐。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述罐的倾斜堰在至少两个相邻的室内彼此偏置。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述撇除堰的上边缘包括至少一个凹口以促进不想要的相转移进入所述撇除油槽。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述罐还包括用于将气体注入到室内的，任选地以微气泡的形式，与每个室流体连通的入口。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述污染物包括烃、乳化的油或重油。

在以上描述的浮选罐的另一实施方案中，所述流体为采出水。

附图说明

图1是含有五个室的气体浮选罐的一个说明性的实施方案的等距视图；

图2是图1中所示的气体浮选罐的俯视图；

图3是图1中所示的气体浮选罐的等距侧视图；

图4是延第一和第二室之间的隔离壁的、图1中所示的气体浮选罐的横截面视图；

图5是延第三室的图1中所示的气体浮选罐的横截面视图，其显示了允许流体从第二室进入第三室的多孔板；

图6是在倾斜堰和撇除油槽之间的、图1中所示的气体浮选罐的横截面视图，其显示了第一和第二室之间以及第三和第四室之间的连接端口，该连接端口允许这些室之间的流体连通和流体从第一室进入第二室以及从第三室进入第四室；

图7是室停留时间对累积去除效率的图表，其表明随着连续的室的数量的增加而提高的去除效率；

图8是含有五个室的气体浮选罐的另一说明性的实施方案的等距视图，其中室的倾斜堰排列在不同的位置；

图9是延第一室的分水线的、图8中所示的气体浮选罐的等距横截面视图；

图10是延第一和第二室之间的隔离壁的、图8中所示的气体浮选罐的等距横截面视图；

图11是延第二室的分水线的、图8中所示的气体浮选罐的等距横截面视图；

图12是延第三室的分水线的、图8中所示的气体浮选罐的等距横截面视图；和

图13是延第五室的分水线的、图8中所示的气体浮选罐的等距横截面视图。

具体实施方式

本文描述了适合用于从流体如采出水至少部分去除或捕捉污染物或不想要的相的气体浮选罐的系统、装置、技术和实施方案以及这样做的方法。将理解的是，本文中描述的方法、系统、装置、技术和实施方案是为了旨在向本领域技术人员说明性目的的，并不意味着以任何方式受限。遍及本公开内容的所有涉及的实施方案和实施例应当认为是涉及说明性的、非限制的实施方案或说明性的、非限制的实施例。

将理解的是，涉及的污染物或不想要的相包括烃或至少部分含有烃但不限于烃并且可以包括其它的或替代的污染物的污染物或相，其表现为这样的方式，使得气体浮选罐可以用于它们从流体的去除。

图1和3是浮选罐的实施方案的等距视图，例如，用于从流体如采出水中去除污染物如不想要的相、比水轻的烃和/或油、原油或精制油、或乳状液的气体浮选罐。气体浮选罐一般显示于10，并且包括限定了罐10的底部的罐底板50和限定了罐10外围的罐的悬壁45。气体浮选罐10被分割成多个连续的室，其用于在室的大体纵向方向、在每个单独的室内保持和给予大体转动或循环的采出水流，使得流体的表面朝向用于从由流体的顶部撇除的流体表面捕捉污染物如烃或油的撇除油槽15移动。

一系列隔离壁65用于限定每个室。虽然遍及附图显示的罐10含有五个室，但是将理解的是，所述罐可以具有更少地或另外的室，其取决于将被净化的采出水的性质和流变学、流体的速度、净化等级等。罐的每个室通过相互连接通道75连接到相邻的室(图9和10所显示的)，相互连接通道75允许流体从一个室转移到下一个。

入口20，一般朝向壁45的上部区域放置，用于将含有污染物的流体如采出水输入到罐10，并进入罐10的第一室。倾斜堰40平分罐10的每个室，用于在每个单独地室内引起转动或循环的流。流体如采出水以充分接近倾斜堰40的方式从入口20输入到第一室，从而在第一室内引起转动或循环的流。将理解的是，由倾斜堰40引起室的纵向方向上的转动流，其促进污染物如比水轻的烃上升到第一室内水的表面，同时更干净且由此更重的水朝向罐的底板50向下推进。撇除堰35将罐10的室与撇除油槽15分离，在撇除油槽15中，污染物如油随着其从每个室在堰上撇除而被收集。在一个实施方案中，撇除堰35包括在堰35的上端的一个或多个V形凹口(未显示)以允许在油在堰上撇除并进入撇除油槽15。在一个供选择的实施方案中，撇除堰的上端可以包括其它的凹口形状以促进不想要的相撇除进入撇除油槽15或者可以简单地在撇除堰的上端不含有凹口。一旦从采出水撇除，可以使用任何适合的手段收集油。

为了允许更高效的通过撇除堰35去除污染物进入撇除油槽15，在流体转移到相邻的室之前，相互连接通道75可以从基本上第一室的倾斜堰的底部或下部区域收集流体，从而允许提高的转动的流体的流动路径。相互连接通道75然后可以输出流体在相邻的室的倾斜堰40的后部进入相邻的室。进入相邻的室的输入流体具有由倾斜堰在其上给予的转动流，到下一个相邻的室的流体转移可以以相似的方式执行。相互连接通道75可以由与挡板结合的倾斜堰40形成。

第一和被称为室二或第二室的相邻的室也可以通过位于它们的隔离壁65的下部区域的连接端口60流体连接。通过将连接端口60置于隔离壁的下部区域，更干净的水由第一室转移到第二室，这允许在这些相邻的室内的流体水平的均衡。将理解的是，更干净的水是具有比输入进入第一室的水更低的污染物含量的水。

一旦在第二室，再次由倾斜堰40引起转动流以促进污染物上升到第二室内流体的表面，同时更干净的水朝向罐的底板50向下推进。再次地，污染物在撇除堰35上从第二室撇除进入撇除油槽15，并且第二室内的流体相对于第一室内的流体被进一步净化。

将注意的是，在第二和第三室之间没有连接端口，以为了避免由第一室到第三室的流体短路，而不显著降低污染物含量。避免通过罐的流体的短路提高了在罐中的停留时间，并且由此一般允许经由在撇除堰35上并进入撇除油槽15的、从每个室的流体的顶部撇除的污染物的更大降低。

通过将相互连接通道75放置在距连接端口60一适当距离处，在流体从第二室连通到相邻的第三室之前，流体必须流经足够的转动流以促进污染物上升到表面，从而向相邻的第三室提供具有更低污染物含量的流体，同时缓解短路。

为了允许没有连接端口的室之间的流体水平的均衡或基本均衡，使用流体通道70以允许流体流经这些室如室3中的倾斜堰40。以这种方式，流体在第三室的转动流中转移，但是如果第二和第三室之间的流体水平差异显著不同，流体同样可以经过流体通道70流动。随着污染物上升到室的顶部，将其在撇除堰35上从顶部撇除并且进入撇除油槽15，从而相对于第二室降低第三室内的污染物含量。

第一和第二室之间的连接端口连同相互连接通道和流体通道的组合允许从室到相邻室的流体转移，同时缓解短路。该设置也允许相邻室内的流体水平的均衡或基本均衡，这降低了隔离壁坍塌的风险。一旦建立连接端口和流体通道的这种交替设置，在浮选罐10中可以使用任何适合数量的室。

在一个实施方案中，如遍及附图所显示的，流体通道70可以是多孔板的形式。

进一步地，将理解的是，倾斜堰40可以位于室内不同的点，并且倾斜堰40如图1-6中所显示的排成一行不是必要的。例如，倾斜堰40可以与另一个堰偏置，例如如图8-13中所说明的非限制的实施方案中显示的。通过调整倾斜堰40的位置，可以根据期望或需要控制和调节每个室内的流的速度。

倾斜堰引起每个室内的转动流。转动流允许相对于相同直径的典型罐在整个罐中延长的流动路径。延长的流动路径允许具有接近水的比重的特定比重(SG)的相如乳化的油和粘性流体如在AEOR聚合物驱(polymer flooding)中使用的那些的分离。另外，流动路径的增大允许气泡或微气泡有更大的机会接触流体中的污染物并与其充分附着，从而逐步地使它们漂浮到或带到用于最后撇除进入油槽15的表面。

在操作之前或为了根据需要维护罐10，可以使用与罐10的室流体连通的歧管25来填充或放空罐10。

出口55可以位于与入口室相对的、罐10的最后室内，从而允许流体通过所有室的流通，因而确保在每个室内污染物的撇除，导致从由罐输出的流体的污染物的最大降低。

图2、3、4、5和6显示了罐10以及流体通道70和交替的连接端口60的各种视图，流体通道70和交替的连接端口60允许相邻的室之间的流体连通，同时缓解短路，并允许至少部分均衡。从图可以看出，相互连接管已从罐10省略。这样的省略也允许省略相关的旁路和阀门，从而降低设计的复杂性以及相关的费用和维护。进一步地，促进设计的可扩展性。

本文中描述的设计允许更好地处理失常工况，这是因为通过分别使用相互连接通道75、连接端口60以及流体通道70和85，由室到室的流动更小地受限，相互连接通道75、连接端口60以及流体通道70和85在每个室之间交替以避免短路，同时帮助室的流体水平的平衡，同时通过避免短路来促进污染物的去除。

相互连接管的免除允许建造罐的提高的能力，由于设计提供了更大的可扩缩性，所述罐能够胜任更大的流动。另外，需要相似的流动但更长的保留时间的应用也成为可能。

另外，将流体通道70和/或85置于倾斜堰中以产生各室之间的相互连接以及相互连接通道75，也可以起到加强罐的作用，然而相互连接管提供小到无的结构益处，并且还要求其自身的、多于罐本身所需要的结构支撑。

除了与操作罐10相关的益处，包含连接端口60和流体通道70和85的交替设置的罐10对罐填充和排水较低敏感，因为相互连接端口和流体通道允许由室到室的较小限定的流动。流体通道和连接端口之间的交替有助于填充和排水期间相邻的室内的流体水平平衡。由于相邻的室的流体水平是基本上均衡的，相对于基于相互连接管设置的浮选罐，观察到了结构要求的降低。

将理解的是，接头端口60和流体通道70和85应从室到室交替以确保降低或阻止短路，同时仍允许相邻的室之间的流体水平的至少部分均衡。

进一步地，需要降低的外部管路和阀门。在包括相互连接管的设置中，通常使用数个外部管路来在填充和排水期间平衡。对于本文中公开的罐，不要求这些。

通过使用本文中概述的交替设置，建立了更长的流动路径，其允许在到达最后室内的出口55之前的污染物从流体输入的去除。另外，流动路径的一个显著要素是水平的，这与典型的设计中的垂直的是截然不同的。该水平的流动路径允许气泡或微气泡与污染物附着以促进它们上升到用于撇除的转动流体的表面。

图7证明存在显示性能是RT对连续的室(分离器)的数量的函数的关系。虽然本文中描述的罐包括五个室，但是这表明额外的室会经历性能的提高。

将理解的是，除了由倾斜堰40引起的转动流，气泡，任选地以微气泡的形式，可以通过入口(未显示)添加到每个室以进一步促进污染物如烃上升到用于撇除进入撇除油槽15的表面。微气泡可以朝向隔离壁的底部添加，任选地接近连接端口，并且起到粘附到污染物如油的作用，从而促进油到表面的上升。可以使用更小地气泡来降低上升速度，从而增加粘附到污染物的机会。可以供选择地或额外地在倾斜堰40的底部添加微气泡。

除了使用相互连接的通道75以允许流体从一个室转移到相邻的室，相互连接的通道75，在供选择地实施方案中，可以用于转移流体，也可以用于集中污染物与气泡或微气泡的气/液接触的区域。例如，可以在相互连接的通道75中引入气泡或微气泡，代替或除了在室本身中引入气泡或微气泡。在窄的区域内引入气泡或微气泡的设置允许提高的与流体中污染物的接触或附着的可能性。可以将气体的引入集中到更狭窄的空间，例如，相互连接的通道75，以及然后随着其离开相互连接的通道75而在表面附近释放，在相互连接的通道75中，其可以有效地从流体去除。典型地，其它技术以在较大体积中分散气体的原理工作，例如，在室内，与将气体集中进入窄的区域截然相反。

将理解的是，图8至13中显示的气体浮选罐以与以上参照图1-6描述的相似的方式运行，不同之处在于，倾斜堰40在连续的室内彼此偏置。如将理解的，通过操纵倾斜堰的位置和堰的倾斜，可以改变流体的速度分布以得到不想要的相或污染物的更期望的分离和/或去除。

将理解的是，本设计采用相互连接的通道来从室向室转移流体，以及一般地，仅使用流体通道和连接端口来平衡室，然而蛇形罐使用多孔板或开口来从一个室到下一个室转移流体。进一步地，本设计可以使用通常包括挡板和堰板的相互连接的水渠(channel)以在每个单独的室内产生转动的或循环的流型。这用于水压撇除不期望的污染物并将它们更快速地带到表面，以及给予它们更多的更经常到达表面的机会(作为水堰板和它们引起的循环模式的结果)。由于流动路径的长度被认为对包括污染物的相的分离具有影响，与使用室的长度截然相反，可以通过在更小体积中的转动或循环模式实现分离(在循环模式中再利用更小体积数次，代替一次水平流过该体积)。这些的结果可以是需要的保留时间的降低，其反过来影响罐的体积(尺寸)。在各种实施方案中，对于相同的场景，如所公开的罐需要1/6或1/12的时间(或体积)。本设计允许单一的(共享的)撇除手段，其由与撇除油槽组合的撇除堰表示，和在罐上的单一点(喷嘴、管路和减少的阀门)，在单一点中，不想要的污染物可以被去除。将理解的是，本文中概述的实施方案不是意在以任何方式限定，而仅是说明本发明。可以进行设计的修改、交替、替换和扩展，这应认为是在本发明范围和精神内。

Claims (16)

1.一种用于将污染物从输入到浮选罐的流体中去除的浮选罐，所述浮选罐包括：

限定罐的底部的底板，和限定罐的侧面的悬壁；

一系列的相邻的室，所述一系列的相邻的室在所述罐内并且由隔离壁彼此分离，每个室包括用于在该室内引起转动流的倾斜堰；

撇除油槽，所述撇除油槽跨越每个室并且由撇除堰与每个室分离，所述撇除堰与所述倾斜堰相对；

入口，所述入口与所述一系列的相邻的室的一个室流体连通，以用于输入包含污染物的流体，所述入口位于接近所述一系列的相邻的室的倾斜堰处，其中，所述一系列的相邻的室的倾斜堰用于向输入所述室中的流体引起转动流，

其中，每个室经由相互连接通道与相邻的室流体连通，所述相互连接通道朝向每个室的隔离壁的底部并且与所述撇除油槽相对设置，所述相互连接通道允许流体从一个室到相邻的室的倾斜堰的后部的流通；

接头端口，所述接头端口在两个相邻的室之间的隔离壁中，以用于提供在所述两个相邻的室之间的流体连通；

流体通道，所述流体通道在所述一系列的相邻的室的至少一个室的所述倾斜堰中，所述流体通道允许通过所述至少一个室的倾斜堰在相邻的室之间的流体转移；和

出口，所述出口与所述一系列的相邻的室的一个室流体连通以输出采出水，

其中，所述接头端口和所述流体通道位于交替的相邻的室中。

2.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，所述接头端口位于接近所述撇除堰的隔离壁的底部。

3.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，所述相互连接通道位于接近所述倾斜堰的底部的一端并且位于接近所述相邻的室的倾斜堰的后部的另一端。

4.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，所述流体通道位于接近所述倾斜堰的底部。

5.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，所述流体通道是所述倾斜堰中的多孔板。

6.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，所述出口位于接近最后的室的壁的底部处。

7.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，所述入口位于第一室中。

8.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，每组相邻的室包括交替形式的接头端口或流体通道，其允许相邻的室内的流体水平的均衡，同时阻止通过所述罐到最后的室的流体短路。

9.根据权利要求6所述的浮选罐，还包括用于输入或从所述罐回收流体的、与每个室流体连通的歧管。

10.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，所述罐的倾斜堰在相邻的室内彼此对齐。

11.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，所述罐的倾斜堰在至少两个相邻的室内彼此偏置。

12.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，所述撇除堰的上边缘包括至少一个凹口以促进不想要的相转移进入所述撇除油槽。

13.根据权利要求1所述的浮选罐，还包括入口，其与每个室流体连通以用于将气体注入到所述室内。

14.根据权利要求13所述的浮选罐，其中，所述气体为微气泡的形式。

15.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，所述污染物包括烃、乳化的油或重油。

16.根据权利要求1所述的浮选罐，其中，所述流体为采出水。