DE2254991A1

DE2254991A1 - Vorrichtung zur verhinderung einer wasserverschmutzung durch fluessige kohlenwasserstoffe

Info

Publication number: DE2254991A1
Application number: DE2254991A
Authority: DE
Inventors: Ray Joseph Derouen; Richard Hardin Graves; Tex Houston; Ray Tuggle
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1971-12-06
Filing date: 1972-11-10
Publication date: 1973-06-14
Also published as: JPS4865564A; AU4581972A; IT971560B; CA1012073A; DK140246B; US3752318A; GB1362313A; NL7211110A; DK140246C

Description

Patentassessor Hamburg, den .7. Nov. 1972

Or. G. Schupfner T 72039 D (^D 72,627-ϊ¹)

"DEUTSCHE TEXACO AG 225 A 991 770/IIH 2000 Hamburg 76
Sechslingspforte 2

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION

135 East 42nd Street

New York, N.Y. 10017

U. S. A.

Vorrichtung zur Verhinderung einer Wasserverschmutzung durch flüssige Kohlenwasserstoffe

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung einer Wasserverschmutzung durch flüssige 'Kohlenwasserstoffe, deren spezifisches Gewicht geringer als das des Wassers ist»

Um eine Verschmutzung sowohl von Küsten- als auch Binnengewässern zu verhindern, die durch Ausfließen wasserlöslicher Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, wie z.B. Petroleum, verursacht werden, sind eine Anzahl von Vorrichtungen bekannt, mit denen es möglich ist, die gewünschte Separierung durchzuführen. So ist z.B. eine solche Vorrichtung aus der US-Patentanmeldung Ser.-Nr. 816 876 aus dem Jahre 1968 bekannt.

In dieser Patentanmeldung wurde eine Vorrichtung offenbart₅

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die auf dem Boden eines Küstengewässers fest verankerbar ist. Der untere Bereich dieser Vorrichtung ist dabei in den Meeresboden eingebettet, während der obere Bereich über die Wasseroberfläche hinausragt. Die Vorrichtung weist im wesentlichen einen Senkschacht auf, der einen flüssigkeitsgefüllten Separierraum bildet. Der Separierraum empfängt einen kontinuierlichen Strom, bestehend aus den beiden flüssigen Phasen Wasser und einem nicht wasserlöslichen Kohlenwasserstoff, wie z.B. Petroleum.

Die vorgenannte Vorrichtung weist weiterhin eine Einrichtung auf, durch die die Zwei-Phasen-Mischung einer Separierung innerhalb des Senkschachtes aufgrund der Schwerkrafteinwirkung ausgesetzt ist, so daß das Wasser sich von der zweiten Phase abscheidet und nach unten absinkt. Die leichtere Komponente steigt zur Wasseroberfläche auf und kann dort sofort abgezogen werden.

Da die vorgenannte Vorrichtung die Separation graduell auf physikalischen Wege durchführt, ist die Leistungsfähigkeit im wesentlichen durch die Notwendigkeit begrenzt, das einströmende Volumen der Mischung der beiden flüssigen Phasen so klein wie möglich zu halten. In weiterer Erwägung, dem Wunsch einiger Industrien entsprechend, eine Wasserverschmutzung speziell im Küstengebiet genauso zu verhindern wie im Bereich von Petroleum erzeugenden und raffinierenden Anlagen, hat sich ein starkes Bedürfnis nach Vorrichtungen ergeben, die eine Behandlung grosser Mengen von Wasser-Öl-Mischungen

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in einer kontinuierlichen, schnellen und wirtschaftlichen Weise sicherstellen.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist für eine Behandlung und Separierung jeglicher flüssiger Zwei-Phasen-Mischungen vorgesehen. Aus Gründen der Vereinfachung werden jedoch die Details der Konstruktion und der Verfahrensweise am Beispiel der Separierung von Rohöl oder dergleichen und Wasser erklärt ·

So werden z.B. hei Offshore-Bohrarbeiten, die von einer festen Bohrinsel oder einem Bohrschiff aus erfolgen, "bei der Ölförderung aus den niedergebrachten Bohrungen beträchtliche Mengen sowohl an Salzwasser als auch an Sand mit dem Rohöl angefördert. In der Vergangenheit wurde dieses Konglomerat einer ersten Separierung unterworfen, um die Rohöl-Komponente vom Wasser zu trennen, wobei das abgetrennte Wasser nach außenbords gefördert wird.

Während im Hinblick auf das Rohöl diese Separierung eine maßgebliche Trennung darstellt, verblieb in dem abgetrennten Wasser noch eine, wenn auch geringfügige Ölkomponente. Es hat sich gezeigt, daß dieses Ablassen nach außenbords eine Separierung der beiden noch vorhandenen Phasen verursacht, wobei das Öl an die Wasseroberfläche im Bereich der Bohrinsel gelangt, wodurch eine höchst unerwünschte Situation im Hinblie". auf die Wasserverschmutzung entsteht.

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Um die Flüssigkeit dieses ersten Separationsschrittes weiterbehandeln zu können, um das Wasser verschmutzende Komponente abzuziehen,wurdedie die erfindungsgemäße Vorrichtung geschaffen. Insbesondere wurde die Vorrichtung geschaffen» um ein relativ großes Volumen einer Waaser-Öl-Mischung kontinuierlich bearbeiten zu können, und ohne daß Bedienuhgaeinrichtungen benötigt werden, die eine Unterhaltung bzw. Instandsetzung erforderlich machen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Gehäuse auf, das einen flüssigkeitsgefüllten Separationsraum definiert. Das' Gehäuse ist im allgemeinen vertikal ausgerichtet und beinhaltet eine Labyrinth-Passage, die den Raum in einer im ollgemeinen vertikalen Richtung quer durchläuft.

Die Passage ist so durch den Raum des Gehäuses angelegt, um eine Separierung der beiden Komponenten aufgrund ihrer unterschiedlichen spezifischen Gewichte zu ermöglichen. Die leichteren Ölbestandteile steigen zu den Randbereichen des Separationsraumes auf, von wo sie abgezogen werden, während das Wasser kontinuierlich zum unteren Ende des Gehäuses fließt. Gleichzeitig verbleiben Materialien, wie Sand, Tone usw., auf der Oberfläche der Einrichtungen, die zur Bildung der Labyrinth-Passage benötigt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. „5^

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Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Längsschnitt-Ansicht der Vorrichtung und

Fig. 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung nach Fig. 1

Die in den Figuren dargestellte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt nur eine der Möglichkeiten der Ausbildungen dar. So können z.B. Vorrichtungen, die noch im Bereich der Erfindungen liegen, verwendet werden, die z.B. mit einer Bohrinsel oder dergl. Konstruktion verbunden sind. Ferner kann sie in einem schwimmfähigen Prahm oder dergl. genauso gut angeordnet sein wie an einer Konstruktion, die sich ständig am Ort der Separation befindet. Die vorliegende Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezieht sich auf eine fest im Wasser verankerte Vorrichtung, die normalerweise im Bereich einer oder mehrerer Produktionsbohrungen sich befindet und mit diesen kommuniziert.

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung, die einen länglichen, röhrenförmigen Senkschao'ht (lo) aufweist, der in aufrechter Lage im Meeresboden eingebettet ist und dessen oberes Ende über die Wasseroberfläche hinausragt. Der Senkschacht (lo) definiert einen flüssigkeitsgefüllten bzw. -aufnehmenden Raum.

Der Senkschacht (lo) kann jeglichen von der Kreisform, wie

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in dem Beispiel dargestellt, abweichenden Querschnitt aufweisen. So kann z.B. ein quadratischer oder hexagonaler Senkschacht die Aufgaben in der gleichen Weise wie der runde Senkschacht erfüllen.

Der Senkschacht (lo) kann gemäß dem zu behandelnden Volumen im Durchmesser varteren. Der in Fig..1 dargestellte Senk- · schacht (lo) ist mit seinem oberen Ende zur Atmosphäre hin offen, obgleich er auch durch ein Verschlußteil oder dergl. geschlossen werden kann. Das untere Ende ist fest im Meeresboden eingebettet.

Der Senkschacht (lo) ist fest an einem Ort stationiert, um mit einer oder mehreren Quellen der Zwei-Phasen-Mischungen aus Öl und Wasser, wie z.B. Produktionsbohrungen, die im Bereich des Senkschachtes (lo) liegen, zu kommunizieren. Das obere Ende des Senkschachtes (lo) ragt eine ausreichende Höhe aus dem Wasser, so daß der Senkschacht für einen Prahm oder ein anderes Wasserfahrzeug, in das periodisch Öl gepumpt wird, zugängig ist. Der Senkschacht ragt soweit aus dem Wasser, daß den oberen Rand die Wellen oder der normale Tidenhub nicht erreichen können,

Das untere Ende des Senkschachtes (lo) ist zumindest teilweise im Meeresboden durch Einspülen, Eintreiben oder auf andere Art eingebettet. Weiterhin kann durch die Verwendung von Pfählen oder dergl., die am Außenrand des Senkschachtes ange-

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ordnet und dort "befestigt sind, die gewünschte Stellung des Senkschachtes durchgeführt werden.

Eine Leitung (11) kommuniziert mit ihrem einen Ende mit einer Quelle für die zu separierende Wasser-Öl-Mischung. Wie schon vorher beschrieben, kann die Leitung (11) mit einer Anzahl von Produktionsbohrungen oder Bohrinseln in dem Gebiet kommunizieren, oder lediglich mit einer Bearbeitungsstation, die gelegentlich von ölenthaltendem Wasser, anfallend als Nebenprodukt dieser Station, entleert v/erden muß.

Der Innenraum des Senkschachtes (U) ist mit einer Flüssigkeit smenge gefüllt, wobei auf der Oberfläche des Wassers eine Ölschicht schwimmt. Der Ölstand entspricht hauptsächlich im Durchschnitt dem Wasserstand außerhalb des Senkschachtes. Die Leitung (11) ist aus einem Rohr oder dergl. gefertig, das sich von einer Sammelstelle für die Wasser-Öl-Mischung erstreckt und im Inneren des Senkschachtes.endet.. Die Leitung (11) weist ein erstes oder Vertikalsegment (12), das einen abwärt sf uhr enden Ast der Leitung definiert und ein zweites Leitungsteil (13) auf, das vom unteren Ende des Vertikalsegmentes (12) abgeht.

Da das Vertikalsegment (12) hauptsächlich in der Senkrechten im Senkschacht angeordnet ist, besteht dessen Hauptaufgabe darin, einen Strom der Zwei-Phasen-Mischung zum unteren Ende des Senkschachtes zu leiten. Danach, wenn die Wasser-Öl-Mischung das U-förmige Leitungsteil (13) erreicht _t v/ird die

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Strömungsrichtung umgekehrt, so daß der Strom aufwärts fließt und R.us der Mündung (14) kurz unterhalb der Wasseroberfläche austritt.

Die Leitung (12) kann aus einem Material, wie z.B. Stahlrohr oder dergl., hergestellt sein, dessen Oberfläche gegen Korrosionaeinflüsse entsprechend beschichtet ist. Unter normalen Umständen wird ein Wasser-Öl-Strom in den Senkschacht (lo) ■ mit einem leichten statischen Druck geleitet, wobei der statische Druck vom Rückdruck der Wasser-Öl-Mischungs-Quelle zusammen mit der Höhe des Vertikalsegments (12) oberhalb der Wasseroberfläche bestimmt wird. Somit steht die aus der Mündung (14) austretende Flüssigkeits-Mischung unter einem geringen Druck, um den Druck des im Senkschacht befindlichen Wassers zu überwinden.

Um den kontinuierlichen Ablauf der Arbeitsweise der Vorrichtung zu begünstigen, befindet sich die Mündung (14) innerhalb, des zylindrischen Separierraumes im wesentlichen koaxial mit der vertikalen Achse des Separierraumes fluchtend.

Die Einrichtung, die die koaxial durch den Senkschacht (lo) sich erts recrtende Labyrinth-Passage definiert, wird durch eine oder mehrere und normalerweise durch eine Anzahl von Paneelen (16),(17) und (18) gebildet, die fest am Randbereich bzw. der Wandung des Separierraumes befestigt sind und sich radial in den Raum erstrecken. In der dargestellten Ausbil-

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dung sind die entsprechenden Paneele aus der horizontalen Anordnung nach unten weisend angekantet, um an der Unterseite des einen Paneels "bzw. der Vielzahl der Paneele, einen Sammlungsraum (19) für das verbliebene Öl zu bilden.

In einer Ausbildung der Einrichtung, die die Labyrinth-Passage bildet, sind die Paneele (16),(17) und (18) in Längsrichtung voneinander entfernt im Senkschacht (lo) angeordnet, um einen Wasser-Öl-Strom entlang dieser Paneele zu ermöglichen, wenn der Strom aufgrund der Schwerkraft in Richtung des unteren Endes Senkschachtes strömt. In der vorliegenden Ausbildung ist die Labyrinth-Passage durch benachbarte Oberflächen von festen Paneelen (1.6}(17) und (18) gebildet, die von der entsprechenden Seitenwand des Senkschachtes sich in Richtung auf die gegenüberliegende Wand des Separierraumes erstrecken.

Die rückwärtigen Kanten der entsprechenden Paneele (16),(17) und (18) sind an der Wand des Senkschachtes durch Schweißen oder eine andere Art befestigt, um den Paneelen eine feste Lage im Separierraum zu geben. Die inneren Kantender entsprechenden Paneele sind dabei so angeordnet, daß sie, um eine labyrinthartige Passage durch die Längserstreckung des Senkschachtes zu bilden, einander überlappen.

Wie in Figur 1 dargestellt,, ist die genaue Stellung der inneren Kanten der Paneele dergestalt, daß sie sich im wesentlichen über die Längsachse des Senkschachtes- (lo) hinaus er-

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strecken und noch von der gegenüberliegenden Wand entfernt liegen· Der Abstand von der gegenüberliegenden Wand ist abhängig vom Durchflußvolumen, das der Durchgang aufnehmen muß.

Die entsprechenden Paneele, z.B. das Paneel (16), sind aus der Horizontalebene gekippt, so daß die innere Kante (31) tiefer als die obere Kante (32) angeordnet ist und das Paneel einen nach unten gerichteten, schrägen Pfad beschreibt. Die Unterseite jedes angekippten Paneels beschreibt einen Sammlungsraum (19) zur Aufnahme der Kohlenwasserstoffe, die leichter als Wasser sind und zum Zurückhalten derselben, wenn der ölfreie Wasserstrom sich nach unten durch die Passage weiterbewegt.

Die Bestandteile, die leichter als Wasser sind, sammeln' sich normalerweise an der Wand oder der Unterseite von jedem Paneel (16),(17) und (18) und werden über eine Sammelleitung (22) abgezogen, die eine Einlaßöffnung (23) aufweist, welche gleich unterhalb und im Bereich der Unterseite des Paneels (16) angeordnet ist. Die Einlaßöffnung (23) und die Einlaßöffnung (24) am unteren Ende der Sammelleitung (23) werden durch die Sammelleitung (22) verbunden, die sich aufwärts durch den Senkschacht erstreckt und oberhalb der innerhalb des Senkschachtes (lo) maximal möglichen Wasserhöhe endet. Ähnliche Leitungen, wie z.B. die Sammelleitung (26), können im Randbereich des Senkschachtes für die gleiche Aufgabe angeordnet werden.

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In jedem Pall erstreckt sich das obere Ende der Sammelleitung (22) bis über den im Senkschacht befindlichen Wasserspiegel. Es ist ersichtlich, daß bei fester Anordnung des Senkschachtes im Küstenbereieh, der Wasserstand sowohl außerhalb als auch innerhalb des Separierraumes im Zyklus der Tiden variiert. ^;

Die Oberseite jedes der Paneele (16),(17) und (18) ist mit/ einer Einrichtung zur Austragung fester Bestandteile, die sich auf der Oberseite der Paneele ablagern, versehen. In der dargestellten Ausbildung ist ein wasser- oder luftführendes Sammelrohr vorgesehen, das eine Leitung (27) aufweist, v/elehe die Paneele durchquert. Das eine Ende der Leitung kommuniziert mit einer Wasser- oder Luftquelle.

Wie aus Figur 2 zu ersehen, sind eine oder mehrere verjüngt ausgebildete Düsen (28) im Bereich einer jeden Paneeloberfläche angeordnet, um einen Wasser- oder Luftstrom parallel zur Oberfläche der Paneele abgeben zu können. Die Oberflächen werden auf diese Weise von Sand und anderen Materialien, die 'sich auf der Oberfläche angesammelt haben, gereinigt. Der Sand wird von dem jeweiligen Paneel in Richtung des Senkschachtbodens befördert.'

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Claims

T 7? 039 Π

Ansprüche

1.J Vorrichtung zur Verhinderung einer Wasserverschmutzung in einem Gewässer durch flüssige Kohlenwasserstoffe, zur Separierung einer Zwei-Phasen-Mischung aus Wasser und aufgrund ihrer unterschiedlichen spezifischen Gewichte, wobei die Olkoriiponente ein geringeres spezifisches Gewicht hat und die Vorrichtung einen langgestreckten Senkschncht aufweist, der einen Separierraurn bildet und dessen unteres Ende in Richtung des Bodens des Gewässers sich erstreckt und mit dem Boden verankert ist und dessen oberes Ende über die Wasseroberfläche hinausragt, g e k e η η zeichnetdurch eine Leitung (Ii), die mit einer Quelle der zweiphasigen Wasser-01-Mischung kommuniziert und eine Mündung (lh) aufweist, die innerhalb des Separierraumes angeordnet ist, durch eine Einrichtung, die eine, vertikal ausgerichtete Labyrinth-Passage bildet, die sich in Längsrichtung des Senk Schachtes (10) erstreckt, wobei die Labyrinth-Passage durch eine Anzahl einzelner Paneele (l6,17,l8) gebildet ist, die in Längsrichtung des Separierraumes im Abstand voneinander angeordnet sind und oils der Horizontalen nach unten geneigt sind.

2. ) Vorrichtung nach Anspruch 1, d «'' d u, r c h g ρ k e η η-

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BAD ORfQtNAL

zeichnet , daß eine Einrichtung im Randbereich der Wand des Senkschachtes (10) innerhalb des Separierraumes angeordnet ist, die eine Einlaßöffnung (23) an der Unterseite mindestens einer Paneele zur Aufnahme der separierten Ölkomponente aufweist.

3·^Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Mündung (lh) der Leitung (ll) für die Zuführung der Wasser-Öl-Mischung unterhalb des FTüssigkeitsspiegels im Senkschacht (10) angeordnet ist.

h.)Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (ll) sich von der Quelle der Wasser-Öl-Mischung nach unten in den Senkschacht (lO) erstreckt und daß die Leitung (ll) in ihrem unteren Bereich ein Leitungsteil (13) aufweist, das nach oben verläuft und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels innerhalb des Senkschachtes in der Mündung (lh) endet.

5.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (lh) im wesentlichen koaxial zur Längsachse des Senkschachtes (10) angeordnet ist.

6.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Paneele (16,17,18) an der Innenwand des Senkschachtes befestigt

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sind iin<\ unter Bildung der Labvr i η t h~TV sy;t f-c ,'icli rner durch den Senkschacht (lO) iibrr die 1 <^:> n<r.<=; ch.ep de: hi 11''HiR erstrecken.

7.) Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, d a-

durch g e k c 11 η ζ e i c h η e t, daß die Paneele (16,17,18) eine freie innere Kante (3I) aufweisen; die sich in zueinander überlappender Anordnung befinden.

8.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t. , daß sich die Prneele (l6,17,l8) abwechselnd von der jeweils gegenüberliegenden Innenwand tios Senkschaclit.es (10) erstrecken,

9·) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite der Paneele (l6,17il8) eine Sprüheinrichtung vorgesehen ist, die Düsen (28) aufweist, daß die Düsen (28) auf die Oberfläche des entsprechenden Paneels gerichtet sind und dnß die Düsen mit einem Sprühmedium beaufschlagt sind.

10.)Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mindestens eine vertikale Sammelleitung (22) aufweist, deren unteres Ende mit der Unterseite eines jeden Paneels kommuniziert und daß die Saiiimol 1 e i t ung zur Ableitung des separierten Ö'os, im Herr ich oberhalb dor Flüssigkeitsoberfläche

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dp? Soporierrmitnes endet.

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