DE202007009212U1

DE202007009212U1 - Drei-Phasen-Trennseparator

Info

Publication number: DE202007009212U1
Application number: DE202007009212U
Authority: DE
Original assignee: GEA Westfalia Separator GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2007-06-30
Filing date: 2007-06-30
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2017-07-01
Also published as: AU2008271581B2; RU2465052C2; AU2008271581A1; CA2691931A1; US8628458B2; CA2691931C; BRPI0813784A2; EP2162225A1; RU2010102120A; WO2009003639A1; CN101687204A; US20100184579A1; CN101687204B

Abstract

Separator mit einer zumindest innen einfach oder doppelt konischen Separatortrommel (1), die lediglich an einem ihrer axialen Enden drehbar um eine vertikale Drehachse gelagert ist und folgendes aufweist:
a) lediglich an ihrem unteren Ende oder an ihrem oberen Ende eine Drehspindel zum Antrieb der Separatortrommel, welche um einen Gelenkpunkt (G) pendelnd gelagert ist,
b) ein Zulaufrohr (4) für ein zu verarbeitendes Produkt,
c) zumindest zwei Flüssigkeitsauslasse (11, 13) für eine leichtere Phase (LP) und eine schwere Phase (HP),
d) vorzugsweise Feststoffaustragsöffnungen (20) im Bereich ihres größten Innenumfangs,
e) ein in der Separatortrommel angeordnetes Trenntellerpaket (9),
gekennzeichnet durch
f) eine mit einem Fluid beaufschlagbare Druckkammer (17) zur Veränderung der Lage der Trennzone (r_E) zwischen der leichten und der schweren Phase (LP, HP).

Description

Die Erfindung betrifft einen Separator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Separatoren sind an sich seit langem bekannt. In der Regel werden die Flüssigkeitsausträge mit so genannten Schälscheiben versehen, in denen der Effekt ausgenutzt wird, dass die Rotationsenergie der eintretenden Flüssigkeit in einen Staudruck in der Ablaufleitung umgesetzt wird. Derartige Schälscheiben haben sich an sich bewährt. Insbesondere ist es möglich, durch Androsselung den herrschenden Staudruck zu variieren und damit die Trennzone in der Trommel bzw. den Radius der Trennzone in der Trommel über einen gewissen Bereich A zu variieren. Es ist insbesondere auch bekannt, beiden Flüssigkeitsauslassen Schälscheiben zuzuordnen.
Ein bekannter Drei-Phasen-Separator ist in 3 dargestellt. Wird einem oder beiden der der beiden Flüssigkeitsausträge bzw. -auslasse aus der Trommel eine Schälscheibe zugeordnet und der weitere Auslaß düsenartig ausgebildet, ergibt sich ein Bereich delta LP, innerhalb dessen die Schälscheibe durch Androsseln eine Verschiebung der Trennzone in der Trommel erlaubt (siehe z. B. die WO 86/01436 ). Hier ist einerseits der Bereich der Verschieblichkeit der Trennzone noch relativ gering und es ist auch nicht ohne weiteres möglich, über die Schälscheiben die Trennzone im Bereich schnell genug zu verschieben. Die Verschiebung führt auch nicht immer zu stabilen Prozessverhältnissen, da die Variation der Androsselung der Schälscheibenabläufe gleich mehrere Parameter des Prozesses beeinflusst.
Ein weiterer Drei-Phasen-Separator ist aus der DE 10 2005 021 331.6 bekannt. Diese Schrift schlägt einen Separator mit einer Separatortrommel vor, die ein Zulaufrohr für ein zu verarbeitendes Produkt aufweist, zumindest zwei Flüssigkeitsauslasse für eine leichtere Phase und eine schwerere Phase, Feststoffaustragsöffnungen, vorzugsweise im Bereich ihres größten Innenumfangs, ein in der Separatortrommel angeordnetes Trenntellerpaket und eine einstellbare Drosseleinrichtung außerhalb der Trommel, die vorzugsweise eine Ring- bzw. Drosselscheibe aufweist und dazu ausgelegt ist, den Flüssigkeitsradius, bis zu dem sich die schwere Phase in der Trommel erstreckt, durch Veränderung des Austrittsquerschnittes für die schwere Flüssigkeitsphase – also durch Androsselung – zu verschieben. Diese Konstruktion hat sich an sich bewährt, wünschenswert ist jedoch eine weitere konstruktive Vereinfachung.
Die Erfindung hat daher die Aufgabe, den gattungsgemäßen Separator derart weiterzubilden, dass auf konstruktiv einfache Weise während des Betriebes ein Verschieb en der Trennzone innerhalb der Trommel über einen genügend großen radialen Bereich möglich ist, wobei eine gute Einstellbarkeit der Position der Trennzone möglich sein soll.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruches 1.
Mit Hilfe der Erfindung ergibt sich eine sehr gute Steuerbarkeit des Prozesses und dabei insbesondere eine sehr gute Regelbarkeit der Lage der Trennzone, auch E-Linie genannt, bei einem gleichzeitig relativ einfachen konstruktiven Aufbau.
Dabei ist es wiederum auch möglich, sowohl Änderungen der Produktmengen (Phasenverhältnis) als auch der Produktbeschaffenheit (insbesondere Dichte) auszugleichen und die Trennlinie dennoch nahezu konstant zu halten.
Es ist bekannt, dass bei einem zentrifugal wirkenden Separator der Druck im Zentrum absacken kann, wodurch die Drücke P1 und P2 gesenkt werden. In Abhängigkeit von den Flüssigkeitseigenschaften, den Drücken P1 und P2 sowie der Prozesstemperatur können dabei die eine oder beide Flüssigkeitsphase(n) verdampfen oder zu kochen beginnen. Dies kann eine gute Separation verhindern, da sich Gasblasen oder Schaum in der Flüssigkeit bilden können.
In einigen Fällen, so bei einigen Rohölen (Petroleum crude oils) kann auch Kohlendioxid ausgasen, was zu einer Erhöhung des pH-Werte im Rohöl führen kann und in der Bildung von Calcium Naphthanate oder anderen Verbindungen münden kann, welche sich sehr nachteilig auf die Prozess-Stabilität in der Trommel auswirken können.
Zusätzlich kann der Dampfdruck der zwei Flüssigkeiten verschieden sein, was aufgrund der Differenz der Kammerdrücke P1 und P2 zu einer Verschiebung der E-Linie führen kann.
Das Aufrechterhalten eines Druckes auf den Flüssigkeitsphasen, der höher ist als der Dampfdruck der entsprechenden Flüssigkeiten, kann diese nachteiligen Effekte vermeiden und kann auch dazu genutzt werden, um den Ort der E-Linie durch Variation des Differenzdruckes zwischen P1 und P2 zu steuern/regeln. Die Erfindung schlägt auch ein Verfahren vor, bei dem mit einem erfindungsgemäßen Separator nach diesem Schritt (Aufrechterhalten eines Druckes auf den Flüssigkeitsphasen, der höher ist als der Dampfdruck der entsprechenden Flüssigkeiten) gearbeitet wird.
Der erfindungsgemäße Separator eignet hervorragend sich für verschiedenste Drei-Phasentrennaufgaben, insbesondere zur Rohölaufbereitung, bei der das Rohöl von Feststoffen geklärt und Wasser aus dem Rohöl abgetrennt wird. Er eignet sich ferner zur Bohrwasseraufbereitung, bei dem Wasser von Öl getrennt und von Feststoffen geklärt wird.
Erfindungsgemäß ist es einerseits denkbar, dass der Flüssigkeitsauslaß für die leichtere Phase (LP) mit einer Schälscheibe versehen ist. Alternativ oder ergänzend kann auch der Flüssigkeitsauslaß für die schwerere Phase (HP) mit einer Schälscheibe versehen sein.
Für die Anordnung der Druckkammer gibt es verschiedene Optionen. So kann die Druckkammer einem der Flüssigkeitsauslasse oder beiden Flüssigkeitsauslässen vorgeschaltet ist. Es kann aber auch eine der oder die eine Druckkammer im Bereich einer Einlasskammer ausgebildet sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch eine Hälfte einer erfindungsgemäßen, rein schematisch dargestellten Separatortrommel;
2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsbereichs für eine Separatortrommel nach Art der 1; und
3 einen Schnitt durch eine Hälfte einer schematisch dargestellten Separatortrommel nach dem Stand der Technik.
1 und 3 zeigen jeweils Separatortrommeln 1, die eine vertikal ausgerichtete Drehachse am Radius r₀ aufweisen.
Die Separatortrommeln 1 sind jeweils auf eine Drehspindel 2 gesetzt, die z. B. nach Art der 2 direkt oder über einen Riemen angetrieben (hier nicht dargestellt) oder auf andere Weise (z. B. ein Getriebe) ist. Die Drehspindel 2 kann in ihrem oberen Umfangsbereich konisch ausgestaltet sein.
Die Drehspindel 2 ist mit wenigstens einem oder mehreren Wälzlagern 3 einseits der Trommel – hier unterhalb der Trommel – pendelnd gelagert und beschreibt daher im Betrieb aufgrund von Restunwuchten anders als bei einem Dekanter eine neue Achse einstellt, die eine Art Präzessionsbewegung um die Vertikale r₀ (siehe 2, in welcher der Inklinationswinkel α dargestellt ist) beschreiben.
Neben dieser Art der Konstruktion sind auch Konstruktionen bekannt, bei denen eine untere Trommel an einer oberen Drehspindel quasi (aufgehängt" ist. Auch hier wird die Trommel aber nur an einem ihrer Enden bzw. im Anschluss an eines ihrer axialen Enden drehbar pendelnd gelagert.
Die Separatortrommel 1 weist ein Zulaufrohr 4 für ein zu schleuderndes Produkt P auf, an das sich ein Verteiler 5 anschließt, welcher mit wenigstens einer oder mehreren Austrittsöffnungen 6 versehen ist, durch welche zulaufendes Schleudergut (gekreuzte Schraffur) in das Innere der Separatortrommel 1 und den Steigekanal 7 des Tellerpakets geleitet werden kann. Eine Zuleitung durch die Spindel z. B. von unten ist ebenfalls denkbar.
Hier ist die Konstruktion derart gewählt, dass die Austrittsöffnungen 6 unterhalb eines Steigekanals 7 in einem Tellerpaket 8 (Außendurchmesser beim Bezugszeichen 8) aus konisch geformten Trenntellern liegen. Nach oben wird das Tellerpaket 8 von einem Scheideteller 10 abgeschlossen, der einen größeren Durchmesser aufweist als das Tellerpaket 8.
Innerhalb des Trenntellerpakets und dort vorzugsweise innerhalb des Steigekanals 7 bildet sich im Betrieb bei einer entsprechenden Rotation der Trommel an einem bestimmten Radius r_E – der Emulsionslinie oder Trennlinie (auch E-Linie genannt) – eine Trennzone zwischen einer leichteren Flüssigkeitsphase LP (Schraffur von links unten nach rechts oben) und einer schweren Flüssigkeitsphase HP (Schraffur nach rechts unten) aus.
Die leichtere Flüssigkeitsphase LP (light Phase) wird an einem inneren Radius r_LP mit Hilfe einer Schälscheibe 11 (auch Greifer genannt) aus der Trommel geleitet. Mit Hilfe des durch die Rotationsenergie der Flüssigkeit entstehenden Staudrucks wirkt die Schälscheibe 11 wie eine Pumpe. Der Schälscheibe 11 ist z. B. außerhalb des Separators in deren nachgeschalteter Ableitung ein Ventil zur Androsselung nachgeschaltet.
Die schwere Flüssigkeitsphase HP strömt dagegen um den äußeren Umfang des Scheibetellers 10 herum durch einen Ableitungskanal 12 zu einem Flüssigkeitsauslaß am oberen axialen Ende der Trommel 1 (Radius r_HP), der als Überlauf 13 am Radius r_HD ausgestaltet ist.
Nach 1 und 3 fließt die schwere Phase HP damit jeweils an dem Überlauf 13 aus der Trommel.
Insoweit entsprechen sich die Konstruktionen der 1 und 3. Sie sind auch mit den gleichen Antriebsvorrichtungen versehbar.
Die erfindungsgemäßen Konstruktionen – siehe z. B. die der 1 – sind dagegen mit einer Einrichtung versehen, welche es erlaubt, im Betrieb auf sich ändernde Eigenschaften des zu verarbeitenden Produktes zu reagieren.
Der Überlauf 13 für die schwere Phase liegt auf dem Radius r_HD am oberen axialen Ende der Separatortrommel.
Zum Trommelinneren hin ist axial vor dem Überlauf 13 eine Stauscheibe 14 angeordnet, die sich von innen nach außen erstreckt und deren größter Radius r₁₄ größer ist als der Radius r_HD, so dass die schwere Phase vor dem Austritt aus dem Überlauf 13 um die Stauscheibe 14 außen herum strömen muß.
Die Schälkammer 9 um die Schälscheibe 11 wird axial nach unten und nach oben zudem jeweils von zwei Sperrscheiben 15, 16 begrenzt, welche sich radial von außen nach innen bis zu Radien r₁₅ und r₁₆ erstrecken, die kleiner sind als der äußere Radius r11 der Schälscheibe 11. Die Schälscheibe 11 ragt entsprechend mit ihrem Schälscheibenabschnitt mit seinen Eintrittsöffnungen bis auf einen Radius r11, der größer ist als der Innenradius der Sperrscheiben 15, 16.
Zwischen der Stauscheibe 14 und der die Schälkammer nach oben begrenzenden Sperrscheibe 15 ist eine Druckkammer 17 ausgebildet, in welche eine Zuleitung 18 mündet. Die Druckkammer 17 ist durch die Zuleitung 18 mit einem vorgeschalteten Ventil 19 mit einem Fluid, ins besondere einem Gas, beaufschlagbar. Eine Variation des Fluiddrucks in der Druckkammer 17 resultiert in einem Verschieben des Flüssigkeitsspiegels R_H1 der schweren Phase in der Druckkammer 18 zwischen dem inneren Radius r₁₅ (da sich sonst eine Fluten der Druckkammer 17 ergeben würde) und zudem nicht kleiner als r_L2 (da dies die E-Linie ins Zentrum der Trommel schieben würde, so dass kein Raum mehr für die leichte Phase LP verbliebe) und dem äußeren Radius r₁₄ und in einem Verschieben der Flüssigkeitsstände der leichten Phase LP ober- und unterhalb der Schälscheibe 11 in der Schälkammer 9.
Die Ablaufradien für die leichte Phase und die schwere Phase werden zwar nicht verändert. Eine Variation des Druckes in der Druckkammer 17 führt aber zu einer Veränderung von Flüssigkeitsradien in der Trommel und damit zu einer Beeinflussung des Radius, auf dem die Trennzone liegt (r_E).
Ergänzend weist die doppelt konische Trommel im Bereich ihres größten Durchmessers Feststoffaustrittsdüsen 20 auf, die zur kontinuierlichen Ableitung von Feststoffpartikeln S aus der Trommel dienen. Diese Ausgestaltung wird bevorzugt. Ausfüh rungsformen ohne einen zusätzlichen Feststoffaustrag oder mit einem diskontinuierlichen Austrag z. B. durch einen Kolbenschieber sind aber ebenfalls denkbar.
Die Druckkammer 17 bietet auf konstruktiv einfache Weise eine Möglichkeit zur Einstellung Steuerung der Lage der Emulsionslinie (E-Linie) und führt damit zu einer besseren Beherrschbarkeit und Steuerbarkeit des Prozesses. Es ergibt sich auch ein vergrößerter Einstellbereich der Trennzone.

1: Separatortrommel
2: Drehspindel
3: Lager
4: Zulaufrohr
5: Verteiler
6: Austrittsöffnungen
7: Steigekanal
8: Tellerpaket
9: Schälkammer
10: Scheideteller
11: Schälscheibe
12: Ableitungskanal
13: Überlauf
14: Stauscheibe
15, 16: Sperrscheiben
17: Druckkammer
18: Zuleitung
19: Ventil
20: Feststoffaustrittsdüsen
21: Feststoffaustrittsdüsen
α: Winkel
r0, E, HI, HD, 11, 14, 14, 16, L2: Radien
Lp, Hp: Flüssigkeitsphase
P: Produkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 86/01436 [0003]
- DE 102005021331 [0004]

Claims

Separator mit einer zumindest innen einfach oder doppelt konischen Separatortrommel (1), die lediglich an einem ihrer axialen Enden drehbar um eine vertikale Drehachse gelagert ist und folgendes aufweist: a) lediglich an ihrem unteren Ende oder an ihrem oberen Ende eine Drehspindel zum Antrieb der Separatortrommel, welche um einen Gelenkpunkt (G) pendelnd gelagert ist, b) ein Zulaufrohr (4) für ein zu verarbeitendes Produkt, c) zumindest zwei Flüssigkeitsauslasse (11, 13) für eine leichtere Phase (LP) und eine schwere Phase (HP), d) vorzugsweise Feststoffaustragsöffnungen (20) im Bereich ihres größten Innenumfangs, e) ein in der Separatortrommel angeordnetes Trenntellerpaket (9), gekennzeichnet durch f) eine mit einem Fluid beaufschlagbare Druckkammer (17) zur Veränderung der Lage der Trennzone (r_E) zwischen der leichten und der schweren Phase (LP, HP).
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsauslaß für die leichtere Phase (LP) mit einer Schälscheibe (11) versehen ist.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsauslaß für die schwerere Phase (HP) mit einer Schälscheibe versehen ist.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer einem der Flüssigkeitsauslasse oder beiden Flüssigkeitsauslässen vorgeschaltet ist.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer im Bereich einer Einlasskammer ausgebildet ist.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass axial vor dem Überlauf (13) eine Stauscheibe (14) angeordnet ist, deren Radius r14 größer ist als der Radius r_HD des Überlaufs (13) für die schwere Phase (HP), so dass die schwere Phase vor dem Austritt aus dem Überlauf (13) um diese Stauscheibe (14) herum strömt.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schälkammer (9) um die Schälscheibe (11) axial nach unten und nach oben jeweils von einer Sperrscheibe (15, 16) begrenzt ist, welche sich radial von außen nach innen bis zu Radien r₁₅ und r₁₆ erstrecken, die kleiner sind als der äußere Radius r₁₁ der Schälscheibe (11).
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (17) zwischen der Stauscheibe (14) und der die Schälkammer nach oben begrenzenden Sperrscheibe (15) ausgebildet ist.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Druckkammer (17) eine Zuleitung (18) für ein Fluid mündet.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffaustrittsöffnungen als Düsen (20) ausgebildet sind, die zur kontinuierlichen Ableitung von Feststoffpartikeln aus der Trommel (2) ausgelegt sind.
Separator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffaustrittsöffnungen (20) mittels eines Kolbenschiebers verschließbar sind.