DE69403341T2

DE69403341T2 - Fest-flüssig trennung

Info

Publication number: DE69403341T2
Application number: DE69403341T
Authority: DE
Inventors: David John Bs20 7Lb Parkinson
Original assignee: Merpro Tortek Ltd
Current assignee: Merpro Tortek Ltd
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2014-09-01
Also published as: FI961015A; FI119645B; WO1995007325A1; ES2104413T3; CA2168880C; KR100326678B1; JP3587523B2; EP0717764A1; DE69403341D1; HU9600341D0; HUT74529A; AU7505494A; NO315971B1; MY111234A; CO4410209A1; EP0717764B1; DK0717764T3; SG52233A1; CN1130397A; NO960879D0

Description

Das Förderfluid aus einer Ölquelle beinhaltet variierende Anteile von Öl, Wasser und Gas, in denen feste Partikel mitgeführt werden, die im folgenden als "Sand" bezeichnet sind. Diese Mischung wird normalerweise einer Phasentrenneinrichtung zugeführt, in der unter der Schwerkraft ein Absetzen auftritt in eine obere gasförmige Schicht, eine mittlere Ölschicht und eine untere Wasserschicht. Diese werden durch getrennte Auslässe aus der Trenneinrichtung entfernt. Der Sand setzt sich natürlich am Boden der Wasserschicht in dem Tank ab, und es ist unerwünscht, ihn durch den Wasserauslaß abgeführt werden zu lassen, nicht zuletzt deswegen, weil die Sandpartikel mit Öl beschichtet sind und es inakzeptabel ist, diese beschichteten Partikel mit dem Wasser zurück in die Umwelt abzuführen. Konsequenterweise werden die beschichteten Sandpartikel von dem Boden der Phasentrenneinrichtung abgenommen und - nach einem Verfahren - einem Kessel zugeführt, in den Flügelräder eingepaßt sind, die in entgegengesetzten Richtungen rotieren, um die kontaminierten Partikel in Wasser zu suspendieren, was einen dynamischen Kontakt der Partikel bewirkt, der die Ölbeschichtung von den festen Partikeln mechanisch abstreift. Die sauberen festen Partikel können dann in die Umwelt abgeführt werden, jedoch muß das Trägerwasser behandelt werden - normalerweise durch Flotation - um das Öl zu entfernen. Dies ist schwierig, kostenaufwendig und erfordert Platz, der z.B. auf einer Meeresplattform an vorderster Stelle steht.
Es treten auch andere Situationen auf, in denen es erforderlich ist, ölbeschichtete Sandpartikel zu reinigen, z.B. bei Kontamination eines Strandes durch eine Ölverschmutzung.
Erfindungsgemäß beinhaltet ein Verfahren zum Abtrennen von Öl von mit Öl beschichteten Partikeln das Laden eines Schlamms der beschichteten Partikel in ein Gehäuse, das eine Fluidisiereinheit enthält, die eine zur Versorgung mit Wasser unter Druck von außerhalb des Gehäuses ausgelegte Flüssigkeitszuführleitung mit einem Auslaß und eine Abführleitung innerhalb der Flüssigkeitszuführleitung mit einem über den Auslaß der Flüssigkeitszuführleitung hinausstehenden Einlaß an ihrem Ende aufweist, wobei die Abführleitung zu einer Trenneinrichtung führt; das Auswählen des axialen Abstandes der Flüssigkeitszuführleitung und des Einlasses der Abführleitung entsprechend der Schlammdichte; das Auswählen der Strömungsrate des der Flüssigkeitszuführleitung zugeführten Wassers entsprechend der Schlammdichte; und das Zuführen von Wasser zu der Flüssigkeitszuführleitung und das Bewirken einer Verwirbelung des Wassers an dem Auslaß auf solche Weise, daß ein Wirbel erzeugt wird, der das Öl und die Partikel aufwirbelt, um ein, zumindest teilweises, Abstreifen des Öls von den Partikeln zu bewirken, und das in dem Wasser mitgeführte Öl und die Partikel zur Bewegung in die Abführleitung und dann zu einer Trenneinrichtung bringt, wo das Öl, das Wasser und die festen Partikel einer Trennung unterzogen werden.
Die Fluidisiereinheit erzeugt einen Wirbel, der unter Krafteinwirkung Öl von den Sandpartikeln abstreift, und führt ferner das Öl, das Wasser und den Sand ab, ohne irgendwelche beweglichen Teile in Kontakt mit den getrennten Komponenten erforderlich zu machen.
Obwohl das Verfahren z.B. zur Reinigung von Sand von einem nach einer Ölverschmutzung kontaminierten Strand oder zum Reinigen von Bohrschlamm, so daß der Schlamm sauber genug zur Deponierung ist, verwendet werden kann, ist es besonders nützlich zur Behandlung des in einer Dreiphasentrenneinrichtung zum Trennen der Komponenten des Förderfluids aus einer Ölquelle sedimentierten ölbeschichteten Sandes. Alternativ kann der kontaminierte Sand in dem Förderfluid nach dem Verfahren behandelt werden nach dem Absetzen des kontaminierten Sandes aus dem Förderfluid vor seinem Eintreten in die Dreiphasentrenneinrichtung. In diesen Fällen wird das der Flüssigkeitszuführleitung der Fluidisiereinheit zugeführte Wasser vorzugsweise aus dem Wasserauslaß der Phasentrenneinrichtung entnommen. Dies hat den Vorteil, daß das Wasser noch eine verhältnismäßig hohe Temperatur haben wird, was das Abstreifen der Ölschicht von den Sandpartikeln fördert.
Die Trenneinrichtung kann eine Zentrifuge oder eine Einzelhydrozyklonstufe aufweisen, die so aufgebaut ist, daß das Öl im wesentlichen abgetrennt wird und sich an den Überstrom wendet und das Wasser und der Sand sich an den Unterstrom wenden. Um das Abtrennen zu verbessern, sind jedoch vorzugsweise zwei Hydrozyklonstufen vorgesehen, deren erste ein Flüssig/Fest-Trennungshydrozykion ist, der im wesentlichen Sand, der sich zu dem Unterstrom wendet, von Öl und Wasser, die sich zu dem Überstrom wenden, trennt, und deren zweiter ein Flüssig/Flüssig-Trennungshydrozyklon ist, der im wesentlichen Wasser, das sich zu dem Unterstrom wendet, von Öl, das sich zu dem Überstrom wendet, trennt. Die Verwendung von Hydrozyklonen erzeugt ausreichende Zentrifugalkräfte zum Bewirken eines weiteren Abstreifens des Öls von Sandpartikeln.
Die Wirksamkeit der Fest/Flüssig-Trennungshydrozyklone hängt kritisch von der Dichte des dem Hydrozykloneinlaß zugeführten Schlamms ab. Die die spezielle Fluidisiereinheit verwendende Erfindung ist besonders geeignet zur Maximierung der Wirksamkeit eines Fest/Flüssig-Trennungshydrozyklons in der Trenneinrichtung, weil die Dichte des durch die Abführleitung der Fluidisiereinheit abgeführten Schlamms genau gesteuert werden kann durch feines Einstellen der Parameter der Fluidisiereinheit. Die besonderen Parameter, die entweder für ein besonderes System voreingestellt werden oder zur Berücksichtigung sich verändernder Bedingungen einstellbar sind, sind der Druck / die Strömung des der Flüssigkeitszuführleitung der Fluidisiereinheit zugeführten Wassers und der Axialabstand des Auslasses der Flüssigkeitszuführleitung und des Einlasses der Abführleitung der Fluidisiereinheit.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, aufweisend ein Gehäuse mit einem Einlaß für ölbeschichtete Sandpartikel, wobei das Gehäuse eine Fluidisiereinheit enthält, die eine zur Versorgung mit Wasser unter Druck von außerhalb des Gehäuses ausgelegte Flüssigkeitszuführleitung mit einem Auslaß und eine Abführleitung innerhalb der Flüssigkeitszuführleitung mit einem sich über den Auslaß der Flüssigkeitszuführleitung hinaus erstrekkenden Einlaß an ihrem Ende aufweist, wobei die Abführleitung zu einer Trenneinrichtung mit einem Flüssig/Fest-Trennungshydrozyklon führt, dessen Überstromauslaß zu einem Flüssig/Flüssig-Trennungshydrozyklon führt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, aufweisend ein Gehäuse mit einem Einlaß für ölbeschichtete Sandpartikel, wobei das Gehäuse eine Fluidisiereinheit enthält, die eine zur Versorgung mit Wasser unter Druck von außerhalb des Gehäuses ausgelegte Flüssigkeitszuführleitung mit einem Auslaß und eine Abführleitung innerhalb der Flüssigkeitszuführleitung mit einem sich über den Auslaß der Flüssigkeitszuführleitung hinaus erstrekkenden Einlaß an ihrem Ende aufweist, wobei die Abführleitung zu einer Trenneinrichtung führt; und eine Dreiphasentrenneinrichtung, zu der ein Überstrom aus dem Gehäuse führt. Diese Vorrichtung ist geeignet zur Verwendung mit dem Verfahren, das das Förderfluid vor seinem Eintritt in die Dreiphasentrenneinrichtung behandelt. Die Trenneinrichtung kann eine Zentrifuge oder ein Fest/Flüssig-Hydrozyklon sein, dessen Überstrom zu der Dreiphasentrenneinrichtung führt. Der Flüssigkeitszuführleitung der Fluidisiereinheit kann Wasser aus der Dreiphasentrenneinrichtung zugeführt werden. Um das Absetzen des Sandes in dem Gehäuse zu verbessern, führt der Einlaß für ölbeschichtete Sandpartikel vorzugsweise zu einer Zyklontrenneinrichtung, deren Unterstrom Sand mit etwas damit verbundenen Fluiden zu einem unteren Bereich des Gehäuses abführt und deren Uberstrom Ol und Wasser, im wesentlichen von Sand frei, zu einem oberen Teil des Gehäuses abführt.
Dieser Aufbau bildet einen weiteren Aspekt der Erfindung, der definiert werden kann als Trenneinrichtung zum Trennen von festen Partikeln von einer feste Partikel und eine Fluidkomponente enthaltenden Mischung, etwa einem Sandpartikel enthaltenden Förderfluid, aufweisend ein Gehäuse mit einem Einlaß für die Mischung und einem getrennten, mit einem oberen Teil des Gehäuses verbundenen Fluidauslaß; wobei der Einlaß für die Mischung auf solche Weise zu einer Zyklontrenneinrichtung führt, daß die Mischung in der Zyklontrenneinrichtung zum Verwirbeln gebracht wird, wobei die Zyklontrenneinrichtung einen Überstrom für das Abführen von Fluiden zu einem oberen Teil des Gehäuses und einen Unterstrom für das Abführen von festen Partikeln und etwas Fluid zu einem unteren Teil des Gehäuses aufweist; und, verbunden mit dem unteren Teil des Gehäuses, eine Fluidisiereinheit, die eine zur Versorgung mit Flüssigkeit unter Druck von außerhalb des Gehäuses ausgelegte Flüssigkeitszuführleitung mit einem Auslaß und einer Abführleitung innerhalb der Flüssigkeitszuführleitung mit einem über den Auslaß der Flüssigkeitszuführleitung hinausstehenden Einlaß an ihrem Ende aufweist.
Es kann in dem Gehäuse eine Vielzahl von Ablenkflächen vorgesehen sein, um einen verwinkelten Weg zu dem oberen Teil des Gehäuses für aus dem Unterstrom der Zyklontrenneinrichtung abgeführtes Fluid zu bilden, die aus dem Unterstrom der Zyklontrenneinrichtung abgeführte Partikel vom Erreichen des oberen Teils des Gehäuses abhalten. Wenn die Mischung z.B. ein Förderfluid ist, das in der Zyklontrenneinrichtung einen Gaskern bildet, ist es vorteilhaft, einen an der Achse der Zyklontrenneinrichtung angeordneten Gasüberstromauslaß vorzusehen.
Alternativ ist das Gehäuse als ein Druckkessel ausgebildet; und die Zyklontrenneinrichtung zumindest ein Hydrozyklon, dessen Unterstromauslaß oder -auslässe in eine geschlossene Unterstromkammer des Druckkessels abführtlabführen, in welcher Kammer die Fluidisierkammer vorgesehen ist.
Wenn sich in dem Druckkessel eine Reihenanordnung von mehr als einem Hydrozyklon befindet, kann sich der Einlaß für die Mischung in den Kessel in eine Einlaßkammer öffnen und können sich die Überstromauslässe der Hydrozyklone in eine Überstromkammer öffnen, wobei die Einlaßkammer und die Überstromkammern voneinander und von der Unterstromkammer abgedichtet sind.
Naturgemäß liefert der Hydrozyklon einen Druckabfall von seinem Auslaß zu seinen Unterstrom- und Überstromauslässen, wobei der Druckabfall zu dem Überstromauslaß in einem Festlflüssig-Trennungszyklon normalerweise größer als der zwischen der Einlaß- und den Unterstromkammern ist. Dementsprechend und einem bevorzugten Aspekt der Erfindung entsprechend ist ein oberer Teil der Unterstromkammer mit einem Überstromauslaß aus dem Kessel verbunden, damit etwaiges durch den Hydrozyklonunterstrom in die Unterstromkammer getragenes Gas oder Öl zu den den getrennten Fluidauslaß verlassenden Fluiden strömt und von ihnen mitgeführt wird.
Ein weiterer Vorteil des Druckabfalls zwischen dem Förderfluideinlaßdruck und dem in der Unterstromkammer erhaltenen Druck kann durch Ansteuern der Fluidisiereinheit mit dem Einlaßdruck erhalten werden, d.h. durch Verbinden der Zuführleitung der Fluidisiereinheit mit einer Mischungseinlaßleitung zu dem Kessel, so daß ein Seitenstrom der Mischung die Fluidisiereinheit ansteuert. Auf diese Weise kann ein kleiner Teil des überschüssigen Drucks der Mischung zum Betreiben der Fluidisiereinheit verbraucht werden, ohne eine separate Druckversorgung erforderlich zu machen.
Fluidisiereinheiten eines zur Verwendung mit einem beliebigen Aspekt der Erfindung geeigneten Typs sind beschrieben in unseren früheren Anmeldungen US-A- 4978251, 4952099 und 4992006. Die Fluidisiereinheit kann Partikel "on line" entfernen, ohne daß ein Gehäusedruckabbau erforderlich ist.
Die Fluidisiereinheiten nach einem beliebigen Gesichtspunkt der Erfindung können mit sich nach unten öffnender Flüssigkeitszuführleitung und -abführleitung ausgerichtet sein. Alternativ kann die Fluidisiereinheit mit sich nach oben öffender Flüssigkeitszuführleitung und Entnahmeleitung ausgerichtet sein. In diesem Fall ist es bevorzugt, den Zwischenraum zwischen der Flüssigkeitszuführleitung und der Abführleitung zu schließen, wenn die Einheit nicht in Gebrauch ist. Der Zwischenraum kann durch ein Ventil geschlossen werden, das durch Vorspannung geschlossen und durch Flüssigkeit in der Flüssigkeitszuführleitung aufgedrückt wird, oder indem die Flüssigkeitszuführleitung bezüglich der Abführleitung beweglich ist, um den Zwischenraum zu schließen.
Nach jedem Aspekt der Erfindung kann die Verwirbelung der Flüssigkeit an dem Auslaß der Flüssigkeitszuführleitung durch geneigte Flügel in der Flüssigkeitszuführleitung und/oder dadurch verursacht werden, daß die Flüssigkeitszuführleitung einen tangentialen Einlaß in eine zylindrische Kamme stromaufwärts von dem Flüssigkeitszuführleitungsauslaß aufweist.
Bei einer nach einem beliebigen Aspekt der Erfindung verwendeten Fluidisiereinheit kann eine Strahlpumpe an der Abführleitung zur Drucküberhöhung in der Abführleitung vorgesehen sein. Wenn die Abführleitung zu einer Zyklontrenneinrichtung führt, kann die der Strahlpumpe zugeführte Flüssigkeit zur Steuerung des von der Zyklontrenneinrichtung benötigten Flüssiglfest-Verhältnisses gesteuert werden.
Bei jedem Aspekt der Erfindung können der der Flüssigkeitszuführleitung der Fluidisiereinheit zugeführten Flüssigkeit Chemikalien zugeführt werden, um das Abkratzen des Öls von Sandpartikeln zu fördern.
Bei jedem Aspekt der Erfindung kann zur Berücksichtigung varuerender Sandlasten die Sandmenge in dem Gehäuseerfaßt werden, z.B. unter Verwendung einer Vibrationssonde zum Erfassen des Sandpegels oder einer Lastzelle zum Erfassen der Sandmasse, so daß die Fluidisiereinheit betrieben werden kann, wenn die Sandmenge im Gehäuse einen Schwellenwert erreicht.
Durch Entfernen von abrasiven Partikeln werden nach jedem Gesichtspunkt der Erfindung teure stromaufwärts gelegene Vorrichtungen und Ventile vor Abrasionsschäden geschützt.
Beispiele für das erfindungsgemäße Verfahren verwendende Systeme werden nun anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines ersten Systems ist;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines Systems ist, bei dem das erste System zum Entölen von Sand aus einer Phasentrenneinrichtung verwendet wird;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm eines Systems ist, bei dem eine modifizierte Version des ersten Systems zum Entölen von Sand auf dem Weg zu einer Phasentrenneinrichtung verwendet wird;
Fig. 4 ein Axialschnitt eines einen Sandabscheider beinhaltenden Gehäuses ist, und zwar in einer modifizierten Version der in Fig. 3 gezeigten; und
Fig. 5 ein Axialschnitt eines einen Sandabscheider enthaltenden Gehäuses ist, und zwar in einer modifizierten Version des in Fig. 3 gezeigten.
In Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 einen Einlaß 2 für mit Öl kontaminierten Sand auf.
Innerhalb des Gehäuses 1 ist eine Fluidisiereinheit 3 vorgesehen. Die Einheit weist einen Flüssigkeitsauslaß 4 auf, der durch eine Flüssigkeitszuführleitung 5 mit Wasser versorgt wird. Die Flüssigkeitszuführleitung 5 ist mit einer Einrichtung, etwa geneigten Flügeln (nicht gezeigt), zum Verwirbeln der aus dem Flüssigkeitsauslaß 4 ausgestoßenen Flüssigkeit versehen. Innerhalb der Flüssigkeitszuführleitung 5 und koaxial dazu ist eine Ausstoßleitung 6 vorgesehen. Die Ausstoßleitung 6 endet in einem Einlaß 7, der sich über den Flüssigkeitsauslaß 4 hinaus erstreckt.
Die Ausstoßleitung 6 führt zu einer ersten Hydrozyklonstufe 8, die dazu ausgelegt ist, Sand an ihrem Unterstrom 9 von Öl und Wasser an ihrem Überstrom 10 zu trennen. Die Hydrozyklonstufe 8 weist ein oder mehrere Fest/Flüssig-Hydrozyklone auf, die typischerweise aus Polypropylen oder einem Keramikmaterial aufgebaut sind. Der Sand aus dem Unterstrom 9 wird in einen Behälter 11 entladen, aus dem er durch eine Öffnung 12 entnommen werden kann. Durch eine zweite Öffnung 13 kann überschüssiges Wasser abgelassen werden. Das Öl und das Wasser aus dem Überstrom 10 des ersten Hydrozyklons 8 werden einer zweiten Hydrozyklonstufe 14 zugeführt, wo das Wasser an dem Unterstrom 15 von dem Öl an dem Überstrom 16 getrennt wird. Die zweite Hydrozyklonstufe 14 weist ein oder mehrere Flüssig/Flüssig-Hydrozyklone des in der GB 2 221 408 beschriebenen Typs auf. Die Hydrozyklone 8, 14 können an Punkten von hoher Erosion mit Keramikbauteilen versehen sein.
Das Öl aus dem Überstrom 16 wird immer noch etwas Wasser enthalten. Es wird daher einem Tank 17 mit einer ersten Kammer 18 und einer zweiten Kammer 19 zugeführt. Die erste Kammer hat eine Wasserabführleitung 20, deren Durchfluß von einem Ventil 21 gesteuert wird. Die zweite Kammer 19 hat eine Ölabführleitung 22. Eine Überstromleitung 23 führt von dem Gehäuse 1 zu der ersten Kammer 18 des Tanks 17.
Ein Wasserrückführsystem 24 ist mit einer Pumpe 25 versehen, die Wasser aus der Öffnung 13, dem Unterstrom 15 und der Wasserabführleitung 20 aufnimmt und es zu der Flüssigkeitszuführleitung der Fluidisiereinheit 3 pumpt.
Im Gebrauch werden die mit Öl kontaminierten Sandpartikel durch den Einlaß 2 in das Gehäuse 1 geladen. Sobald sich in dem Gehäuse 1 ausreichend kontaminierter Sand befindet, wird die Fluidisiereinheit 3 aktiviert. Dies beinhaltet das Zuführen von Wasser unter Druck zu der Flüssigkeitszuführleitung 5. Das Wasser wird beim Verlassen des Flüssigkeitsauslasses 4 zum Verwirbeln gebracht, wodurch direkt unter dem Einlaß 7 der Abführleitung 6 ein Wirbelkern mit Präzession erzeugt wird. Der präzessierende Wirbelkern bewirkt starke pulsierende Kräfte, die den kontaminierten Sand in der Zone des Einflusses des Kerns sowohl fluidisieren als auch vermischen. Die Vermischungswirkung verursacht eine gegenseitige Berührung der Sandpartikel mit ausreichender Energie zum Abkratzen eines Teils oder der gesamten Ölschicht von dem Sand. Typischerweise wird ungefähr die Hälfte des der Fluidisiereinheit 3 zugeführten Wassers durch die Abführleitung 6 mit den Sandpartikeln abgeführt,, während der Rest des Wassers in dem Gehäuse 1 anstelle des abgeführten Sandes bleibt. Die Zugabe geeigneter Chemikalien zu der Flüssigkeitszuführleitung 5 erleichtert diese Abkratzwirkung. Der präzessierende Wirbel kern bewirkt ein Abführen des in dem Wasser mitgeführten Sandes und Öls aus dem Gehäuse durch die Abführleitung 6.
Das Öl, der Sand und das Wasser aus der Abführleitung 6 treffen auf die erste Hydrozyklonstufe 8, wo der Sand von dem Öl und dem Wasser getrennt wird und sich zu dem Unterstrom 9 wendet. Das Öl und das Wasser wenden sich an den Überstrom 10 und treffen auf die zweite Hydrozyklonstufe 14, worin sich das Wasser an den Unterstrom 15 wendet und das Öl durch den Überstrom 16 in die erste Kammer 18 des Tanks 17 abgeführt wird. Das Ventil 21 bleibt geschlossen, bis die Fluide in der ersten Kammer 18 einen Pegel erreichen, der es der oberen Schicht Öl erlaubt, in die zweite Kammer 19 zu strömen. Das Ventil 21 kann unter Verwendung einer Pegelsteuerung, die die Position der Wasser/Öl-Grenzfläche innerhalb der ersten Kammer 18 erfaßt, automatisch betrieben werden. Das Öl in der zweiten Kammer 19 wird durch die Leitung 22 zur Wiederverwertung abgeführt. Das Wasser aus der ersten Kammer 18 wird bei Öffnung des Ventils 21 durch die Leitung 20 abgeführt und kann durch das Wasserrückführsystem 24, angetrieben durch die Pumpe 25, der Flüssigkeitszuführleitung 5 der Fluidisiereinheit 3 zugeführt werden.
Fig. 2 zeigt das System nach Fig. 1 in der Verwendung zum Entölen von aus einer Dreiphasentrenneinrichtung 26 entnommenem Sand. Eine solche Phasentrenneinrichtung kann verwendet werden zum Trennen von Fluiden aus einer Ölquelle, die mit Sand kontaminiert sind. Der Sand tendiert zum Absetzen auf dem Boden der Trenneinrichtung 26, wodurch das wirksame Volumen der Phasentrenneinrichtung vermindert und die Öffnungen der Phasentrenneinrichtung zugesetzt werden. Der entfernte Sand ist mit Öl kontaminiert.
Die Phasentrenneinrichtung 26 weist konventionelle Gasauslässe 27, Ölauslässe 28 und Wasserauslässe 29 auf. Zusätzlich ist ein zu dem Gehäuse 1 führender Auslaß 30 für den auf dem Boden des Tanks abgesetzten kontaminierten Sand vorgesehen. Ein Wassereinlaß 31, der Wasser in die Phasentrenneinrichtung 26 zum Ausspülen des Sands und Öls durch den Auslaß 30 läßt, ist mit einer Pumpe 32 verbunden.
Eine Lastzelle 33 erfaßt die Masse des Inhalts des Gehäuses 1 und gibt ein Signal an eine Steuereinrichtung 34 aus, das eine Angabe der Sandmenge in dem Gehäuse 1 bildet. Die Lastzelle 33 könnte genauso durch einen Vibrationssondensensor innerhalb des Gehäuses 1 zum Erfassen des Sandpegels innerhalb des Gehäuses 1 ersetzt werden.
Die Steuerungseinrichtung 34 empfängt zusätzliche Signale aus einem ersten Strömungssensor 35 und einem zweiten Strömungssensor 36, die anormale Strömungszustände in dem Systeme erfassen, und sendet Signale an eine Vielzahl von Ventilen, die Pumpe 32 und eine Chemikaliendosiereinheit 37, und zwar in einer noch zu beschreibenden Weise. Der Rest des Systems ist wie in bezug auf Fig. 1 beschrieben.
Die Größe der verwendeten Fluidisiereinheit und die Länge ihrer Betriebszeit hängen vom Sandgehalt im Öl ab. Zum Beispiel könnte in einem Ölfeid mit geringer Sandlast (weniger als 0,5 t/Tag) eine Fluidisiereinheit mit einem Einlaß 7 mit einer 25 mm Öffnung typischerweise für ungefähr 2 Stunden pro Woche laufen. Bei mittlerer Sandlast (bis 20 t/Tag) läuft die gleiche Fluidisiereinheit typischerweise für 12 Stunden am Tag. Bei erheblicher Sandlast (über 20 t/Tag) könnte eine Fluidisiereinheit, in der der Einlaß 7 eine 50- oder 75-mm-Öffnung aufweist, für bis zu 12 Stunden am Tag betrieben werden.
Um den Sand aus der Phasentrenneinrichtung 26 zu entfernen, wird die Pumpe bei einer ersten Geschwindigkeit betrieben, um Wasser durch die Leitung 31 zum Ausspülen des kontaminierten Sandes aus dem Boden der Phasentrenneinrichtung 26 durch den Auslaß 30 und in das Gehäuse 1 zu pumpen. Der schwere Sand sinkt auf den Boden des Gehäuses 1, während das ölige Wasser durch die Überstromleitung 23 in einen Überlauftank oder zur weiteren Behandlung überströmt. Wenn sich das Gehäuse 1 mit Sand füllt und das ölige Wasser wegbewegt wird, nimmt die Gesamtmasse zu. Die zunehmende Masse wird von der Lastzelle 33 erfaßt, oder es wird der ansteigende Pegel des Sandes von einer Vibrationssonde erfaßt, und wenn die Menge einen Schwellenwert erreicht, sperrt die Steuerung 34 die Wasserzufuhr aus der Pumpe 32 zu der Phasentrenneinrichtung 26 ab, so daß die Aussüloperation beendet wird. Die Pumpe 32 wird bei einer zweiten Geschwindigkeit betrieben, die eringer als die erste Geschwindigkeit ist, um Wasser zu der Flüssigkeitzuführleitung 5 der Fluidisiereinheit 3 zu pumpen. Dies bewirkt ein Abspülen und Entfernen des Sandes aus dem Gehäuse 1 und ein Abtrennen des Sandes, wie in bezug Fig. 1 beschrieben. Wenn die Sandlast ungewöhnlich gering ist, kann es vorkommen, daß die Menge den Schwellenwert nicht erreicht, in welchem Fall die Ausspüloperation von einer Schaltuhr beendet wird.
Wenn die Fluidisiereinheit 3 den Sand aus dem Gehäuse 1 abläßt, fällt die Sandmenge in dem Gehäuse, bis ein Wert erfaßt wird, der angibt, daß sich in dem Gehäuse kein Sand mehr befindet, zu welchem Zeitpunkt das System abgeschaltet wird, bis das Reinigen der Trenneinrichtung 26 wieder erforderlich ist.
Anstelle der in Fig. 2 gezeigten Doppelhydrozyklonstufe 8, 14 ist es auch möglich, eine Einfachhydrozklonstufe zu verwenden, bei der sich das Öl an den Überstrom und das Wasser und der Stand an den Unterstrom wenden.
Fig. 3 zeigt ein System zum Entfernen der Hauptsandmenge, z.B. Partikel mit einem Durchmesser von mehr als 0,1 mm, aus dem Förderfluid einer Ölquelle, bevor sie in eine Dreiphasentrenneinrichtung eintritt. Dieses System beinhaltet ein dem in Fig. 1 gezeigten ähnliches System, obwohl es nur mit einer Einfachhydrozyklonstufe gezeigt ist, deren Überstrom zu dem Einlaß der Dreiphasentrenneinrichtung anstelle des Tanks führt.
Das Förderfluid aus der Ölquelle tritt in einen Sandabscheider 38 in dem Gehäuse 1 ein. Der kontaminierte Sand setzt an dem Gehäuseboden ab, während der flüssige Teil des Förderfluids aus de Gehäuse 1 durch den Überstrom 23 überströmt, der zu dem Einlaß der Dreiphasentrenneinrichtung 26 führt. Eine Erfassungseinrichtung 39 erfaßt, wenn der Sandpegel im Gehäuse an einem vorbestimmen Pegel ist, und die Fluidisiereinheit 3 wird in der gleichen Weise wie in bezug auf Fig. 1 beschrieben betrieben. Die Abführleitung 6 der Fluidisiereinheit 3 führt zu einem ersten Hydrozyklon 40, der den Sand und das Wasser, die sich zu dem Unterstrom 41 wenden, von dem Öl und einigem Wasser, die sich an dem Überstrom 42 wenden, trennt. Der saubere Sand und das Wasser aus dem Unterstrom 41 treten in eine Entgasungsstufe 43 ein, bevor sie deponiert bzw. weggeworfen werden. Das Öl und das Wasser aus dem Überstrom 42 werden zu dem Einlaß der Dreiphasentrenneinrichtung 26 zurückgepumpt.
Aus dem Wasserauslaß 29 der Dreiphasentrenneinrichtung 26 entnommenes Wasser wird einem Flüssig/Flüssig-Hydrozyklon 44 zugeführt, und das gereinigte Wasser aus dem Unterstrom 45 wird der Flüssigkeitszuführleitung zugeführt, nachdem es mit den geeigneten Chemikalien aus der Chemikaliendosiereinheit 37 versetzt worden ist. Wenn die Fluidisiereinheit 3 nicht betrieben wird, stellt der Betrieb geeigneter Ventile sicher, daß das Wasser aus dem Unterstrom 45 nicht der Flüssigkeitszuführleitung 5 zugeführt, sondern stattdessen nach Durchgang durch eine Entgasungsstufe 46 deponiert bzw. weggeworfen wird. Aus dem Auslaß 47 des Hydrozyklons 44 wird eine Wasserkomponente enthaltendes Öl abgeführt und zu dem Einlaß der Dreiphasentrenneinrichtung 26 gepumpt.
Eine zweite Fluidisiereinheit 48, die in der gleichen Weise wie die zuvor beschriebene Fluidisiereinheit 3 arbeitet, ist in einem Abscheider 49 in dem Boden der Dreiphasentrenneinrichtung 26 vorgesehen. Diese Einheit 48 arbeitet in der gleichen Weise wie die zuvor beschriebene Fluidisiereinheit 3 und wird zum Reinigen der Dreiphasentrenneinrichtung 26 während eines normalen Abschaltens oder, wenn aus irgendeinem Grund Sand aus dem Gehäuse 1 in die Dreiphasentrenneinrichtung 26 getragen worden ist, verwendet. Der von der zweiten Fluidisiereinheit 48 entfernte kontaminierte Sand wird in der gleichen Weise behandelt wie der aus der ersten Fluidisiereinheit 3.
In Fig. 4 ist eine modifizierte Version des Sandabscheiders 38 gezeigt. Gezeigt ist ein Gehäuse 1 mit einer Fluidisiereinheit 3 und einer Überstromleitung 23, wie bei den vorherigen Beispielen gezeigt.
Der Einlaß 2 für Förderfluid führt auf solche Weise tangential zu einer Zyklontrenneinrichtung 50, daß das Förderfluid zum Verwirbeln gebracht wird. Die Zyklontrenneinrichtung 50 weist einen Überstrom 51 für Öl, Gas und etwas Wasser auf. Ein zweiter Überstrom 52 ist für Gas vorgesehen, das sich im Kern an der Achse der Zyklontrenneinrichtung 50 bildet. Ein Drosselventil 53 steuert den Gasauslaß. Dieses Gas ist ziemlich feucht und macht daher eine Gasentwässerungsvorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeiten vor dem Abfackeln des Gases notwendig. Die entfernten Flüssigkeiten werden zu der Dreiphasentrenneinrichtung 26 geschickt.
Der Unterstrom 54 der Zyklontrenneinrichtung führt den größten Teil des Sandes zusammen mit etwas Wasser, Öl und Gas ab, und zwar auf einen unteren Teil des Gehäuses 1 zu. Ein Ablenkblech 55 verteilt den Sand, der durch die Verwirbelungswirkung der Zyklontrenneinrichtung 50 nach außen geworfen wird, um den unteren Teil des Gehäuses 1 herum. Eine Reihe weiterer Ablenkbleche 56 erzeugen einen verwinkelten Weg, durch den Wasser, Öl oder Gas aus dem Unterstrom 54 zurück zu dem oberen Teil des Gehäuses 1 strömt. Dieser verwinkelte Weg hält den Sand von einer Bewegung zu dem oberen Teil des Gehäuses ab.
Wie gezeigt, weist ein Druckkessel 1 einen Einlaß 2 für Förderfluid auf, der in eine Einlaßkammer 57 führt, die durch Wände 58, 59 von einer Überstromkammer 60 mit einem Auslaß 23 und einer Unterstromkammer 61 abgedichtet ist. Von den Wänden 58 und 59 wird eine Reihenanordnung von Hydrozyklonen 62 getragen, von denen nur zwei gezeigt sind. Jeder hat einen zu der Kammer 57 offenen Einlaß 63, einen in die Kammer 60 abführenden Überstromauslaß 64 und einen in die Kammer 61 abführenden Unterstromauslaß 65. Die Hydrozyklone 62 sind in erster Linie zum Abtrennen von Sand aus dem Fluid ausgelegt, wobei der größte Teil des Fluids in die Überstromkammer 60 und aus dem Auslaß 23 tritt, während der größte Teil des Sandes mit etwas Fluid einschließlich Wasser, Öl und Gas in die Unterstromkammer 61 tritt, wo der Sand am Boden der Kammer 61 sedimentiert. Von hier kann er kontinuierlich oder intermittierend mit Hilfe einer Fluidisiereinheit 3 ähnlich der in Fig. 4 gezeigten abgeführt werden.
Das primäre Förderfluid wird über eine Hauptleitung 66 dem Einlaß 2 zugeführt. Von dieser Leitung ist eine Abzweigung 67 abgezweigt und mit der Flüssigkeitszuführleitung 5 über ein Steuerungsventil 68 zum Betrieb der Fluidisiereinheit angeschlossen.
Es ist nicht zu vermeiden, daß sich im oberen Teil der Unterstromkammer 61 etwas Gas und Öl sammelt, und da sich diese Kammer bei einem etwas höheren Druck als in der Auslaßkammer 60 und im Auslaß 23 befindet, kann es durch einen über eine Leitung 70 an die von dem Auslaß 23 herkommende Hauptauslaßleitung 71 angeschlossenen Auslaß 69 entfernt werden. Auf diese Weise kann die Kammer 61 von leichteren Fluiden befreit werden, während schwerere Fluide, insbesondere Wasser, durch die Abführleitung 6 aus der Fluidisiereinheit 3 abgeführt werden.

Claims

1. Verfahren zum Abtrennen von Öl von mit Öl beschichteten Partikeln, beinhaltend das Laden eines Schlamms der beschichteten Partikel in ein Gehäuse (1), das eine Fluidisiereinheit (3) enthält, die eine zur Versorgung mit Wasser unter Druck von außerhalb des Gehäuses ausgelegte Flüssigkeitszuführleitung (5) mit einem Auslaß (4) und eine Abführleitung (6) innerhalb der Flüssigkeitszuführleitung mit einem über den Auslaß der Flüssigkeitszuführleitung hinausstehenden Einlaß (7) an ihrem Ende aufweist, wobei die Abführleitung zu einer Trenneinrichtung (8, 14, 17, 40) führt; das Auswählen des axialen Abstandes der Flüssigkeitszuführleitung und des Einlasses der Abführleitung entsprechend der Schlammdichte; das Auswählen der Strömungsrate des der Flüssigkeitszuführleitung zugeführten Wassers entsprechend der Schlammdichte; und das Zuführen von Wasser zu der Flüssigkeitszuführleitung und das Bewirken einer Verwirbelung des Wassers an dem Auslaß auf solche Weise, daß ein Wirbel erzeugt wird, der das Öl und die Partikel aufwirbelt, um ein, zumindest teilweises, Abstreifen des Öls von den Partikeln zu bewirken, und das in dem Wasser mitgeführte Öl und die Partikel zur Bewegung in die Abführleitung und dann zu einer Trenneinrichtung bringt, wo das Öl, das Wasser und die festen Partikel einer Trennung unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Trenneinrichtung eine Einzel- Flüssig/Fest-Hydrozyklonstufe (40) aufweist, die Sand und Wasser, die sich zu dem Unterstrom (41) wenden, im wesentlichen von Öl und Wasser, die sich zu dem Überstrom (42) wenden, trennt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Trenneinrichtung zwei Hydrozyklonstufen (8, 14) aufweist, deren erste ein Flüssig/Fest-Trennungshydrozyklon (8) ist, der im wesentlichen Sand, der sich zu dem Unterstrom (9) wendet, von Öl und Wasser, die sich zu dem Überstrom (10) wenden, trennt, und deren zweiter ein Flüssig/Flüssig- Trennungshydrozyklon (14) ist, der im wesentlichen Wasser, das sich zu dem Unterstrom (15) wendet, von Öl, das sich zu dem Überstrom (16) wendet, trennt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Verwirbelung an dem Auslaß durch geneigte Flügel in der Flüssigkeitszuführleitung (5) verursacht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Verwirbelung an dem Auslaß dadurch verursacht wird, daß die Flüssigkeitszuführleitung (5) einen tangentialen Einlaß in eine zylindrische Kammer stromaufwärts von dem Flüssigkeitszuführleitungsauslaß aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem dem der Flüssigkeitszuführleitung (5) der Fluidisiereinheit zugeführten Wasser Chemikalien zugesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Menge der Partikel in dem Gehäuse (1) erfaßt wird und die Fluidisiereinheit (3) betrieben wird, wenn die Menge der Partikel einen Schwellenwert erreicht.

8. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 3, aufweisend ein Gehäuse (1) mit einem Einlaß (2) für ölbeschichtete Sandpartikel, wobei das Gehäuse eine Fluidisiereinheit (3) enthält, die eine zur Versorgung mit Wasser unter Druck von außerhalb des Gehäuses ausgelegte Flüssigkeitszuführleitung (5) mit einem Auslaß (4) und eine Abführleitung (6) innerhalb der Flüssigkeitszuführleitung mit einem sich über den Auslaß der Flüssigkeitszuführleitung hinaus erstreckenden Einlaß (7) an ihrem Ende aufweist, wobei die Abführleitung zu einer Trenneinrichtung (8, 14) mit einem Flüssig/Fest-Trennungshydrozyklon (8) führt, dessen Überstromauslaß zu einem Flüssig/Flüssig-Trennungshydrozyklon (14) führt.

9. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend ein Gehäuse (1) mit einem Einlaß für ölbeschichtete Sandpartikel, wobei das Gehäuse eine Fluidisiereinheit (3) enthält, die eine zur Versorgung mit Wasser unter Druck von außerhalb des Gehäuses ausgelegte Flüssigkeitszuführleitung (5) mit einem Auslaß (4) und eine Abführleitung (6) innerhalb der Flüssigkeitszuführleitung mit einem sich über den Auslaß der Flüssigkeitszuführleitung hinaus erstreckenden Einlaß (7) an ihrem Ende aufweist, wobei die Abführleitung zu einer Trenneinrichtung (40) führt; und eine Dreiphasentrenneinrichtung (26), zu der ein Überstrom (23) aus dem Gehäuse führt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der Wasser aus der Dreiphasentrenneinrichtung (26) der Flüssigkeitszuführleitung (5) der Fluidisiereinheit (3) zugeführt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der der Einlaß (2) für ölbeschichtete Sandpartikel zu einer Zyklontrenneinrichtung (50, 62) führt, deren Unterstrom (54, 65) Sand mit etwas damit verbundenen Fluiden zu einem unteren Bereich des Gehäuses (1) abführt und deren Überstrom (51, 64) Öl und Wasser, im wesentlichen von Sand frei, zu einem oberen Teil des Gehäuses abführt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei der der Zwischenraum zwischen der Flüssigkeitszuführleitung (5) und der Abführleitung (6), wenn die Fluidisiereinheit (3) nicht im Gebrauch ist, verschlossen werden kann.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei der eine Strahlpumpe zur Druckerhöhung in der Abführleitung (6) vorgesehen ist.

14. Trenneinrichtung zum Trennen von festen Partikeln von einer feste Partikel und eine Fluidkomponente enthaltenden Mischung, aufweisend ein Gehäuse (1) mit einem Einlaß (2) für die Mischung und einem getrennten, mit einem oberen Teil des Gehäuses verbundenen Fluidauslaß (23); wobei der Einlaß für die Mischung auf solche Weise zu einer Zyklontrenneinrichtung (50, 62) führt, daß die Mischung in der Zyklontrenneinrichtung zum Verwirbeln gebracht wird, wobei die Zyklontrenneinrichtung einen Überstrom (51, 64) für das Abführen von Fluiden zu einem oberen Teil des Gehäuses und einen Unterstrom (54, 65) für das Abführen von festen Partikeln und etwas Fluid zu einem unteren Teil des Gehäuses aufweist; und, verbunden mit dem unteren Teil des Gehäuses, eine Fluidisiereinheit (3), die eine zur Versorgung mit Flüssigkeit unter Druck von außerhalb des Gehäuses ausgelegte Flüssigkeitszuführleitung (5) mit einem Auslaß (4) und einer Abführleitung (6) innerhalb der Flüssigkeitszuführleitung mit einem über den Auslaß der Flüssigkeitszuführleitung hinausstehenden Einlaß (7) an ihrem Ende aufweist.

15. Trenneinrichtung nach Anspruch 14, bei der in dem Gehäuse (1) eine Vielzahl von Ablenkflächen (55, 56) vorgesehen sind, um einen verwinkelten Weg zu dem oberen Teil des Gehäuses für aus dem Unterstrom (54) der Zyklontrenneinrichtung (50) abgeführtes Fluid zu bilden, die aus dem Unterstrom der Zyklontrenneinrichtung abgeführte Partikel vom Erreichen des oberen Teils des Gehäuses abhalten.

16. Trenneinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei der an der Achse der Zyklontrenneinrichtung (50) ein Gasüberstromauslaß (52) vorgesehen ist.

17. Trenneinrichtung nach Anspruch 14, bei das Gehäuse (1) ein Druckkessel ist; die Zyklontrenneinrichtung zumindest ein Hydrozyklon (62) ist, dessen Unterstromauslaß oder -auslässe (65) in eine geschlossene Unterstromkammer (61) des Druckkessels abführt/abführen, in welcher Kammer die Fluidisierkammer (3) vorgesehen ist.

18. Trenneinrichtung nach Anspruch 17, bei der es eine Mehrzahl von Hydrozyklonen (62) gibt und der Förderfluideinlaß (2) für die Mischung sich in eine Einlaßkammer (57) und die Überstromauslässe (64) der Hydrozyklone (62) sich in eine Überstromkammer (60) öffnen, wobei die Einlaßkammer und die Überstromkammer voneinander und von der Unterstromkammer (61) abgedichtet sind.

19. Trenneinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, bei der ein oberer Teil der Unterstromkammer (61) mit einem Überstromauslaß (69) aus dem Kessel (1) verbunden ist, damit etwaiges durch den Hydrozyklonunterstrom (65) in die Unterstromkammer (61) getragenes Gas oder Öl zu den den getrennten Fluidauslaß (23) verlassenden Fluiden strömt und von ihnen mitgeführt wird.

20. Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei der die Zuführleitung (5) der Fluidisiereinheit (3) mit dem Förderfluideinlaß (2) verbunden ist, so daß ein Seitenstrom der Mischung die Fluidisiereinheit betreibt.

21. Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei der die die Flüssigkeitszuführleitung (5) verlassende Flüssigkeit zum Verwirbeln gebracht wird.

22. Trenneinrichtung nach Anspruch 21, bei der die Verwirbelung durch geneigte Flügel in der Flüssigkeitszuführleitung (5) verursacht wird.

23. Trenneinrichtung nach Anspruch 21, bei der die Verwirbelung dadurch verursacht wird, daß die Flüssigkeitszuführleitung (5) einen tangentialen Einlaß in eine zylindrische Kammer stromaufwärts von dem Flüssigkeitszuführleitungsauslaß aufweist.

24. Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, bei der der der Flüssigkeitszuführleitung (5) der Fluidisiereinheit (3) zugeführten Flüssigkeit Chemikalien zugesetzt werden.

25. Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, bei der ein Sensor vorgesehen ist, um die Menge der Partikel im Gehäuse (1) zu erfassen, wodurch die Fluidisiereinheit (3) betrieben wird, wenn die Menge der Partikel einen Schwellenwert erreicht.

26. Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, bei der der Zwischenraum zwischen der Flüssigkeitszuführleitung (5) und der Abführleitung (6), wenn die Fluidisiereinheit (3) nicht in Gebrauch ist, verschlossen werden kann.

27. Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 26, bei der eine Strahlpumpe zur Druckerhöhung in der Abführleitung (6) vorgesehen ist.