DE69614595T2

DE69614595T2 - Zyklonabscheider mit Koaleszenzelement

Info

Publication number: DE69614595T2
Application number: DE69614595T
Authority: DE
Inventors: Mark Hoyack; Jacques Seureau
Original assignee: Cyclotech Ltd
Current assignee: Cyclotech Ltd
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: ES2162988T3; CA2173087A1; FR2732234B1; NO308833B1; PT734751E; DE69614595D1; ATE204502T1; FR2732234A1; NO961323D0; NO961323L; DK0734751T3; CA2173087C; US5616244A; EP0734751B1; AU690821B2; AU4815896A; EP0734751A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zyklonabscheider mit einem eingebauten Koaleszierer und insbesondere auf einen solchen Koaleszierer, welcher in der Lage ist, selber eine vorgeschaltete Vorverarbeitung zu übernehmen und ebenso auf eine Anordnung, welche mehrere solcher Abscheider aufweisen kann.
Zyklonabscheider, allgemeiner Hydrozyklone genannt, sind im allgemeinen dazu bestimmt, zwei gemischte Phasen verschiedener Dichte zu trennen. Bei diesem Typ von Abscheider wird die zu trennende zweiphasige Mischung mit großer Geschwindigkeit in eine im allgemeinen zylindrische Kammer eingespritzt, so daß die Mischung in der Kammer in einer Drehbewegung fortschreitet. Die durch diese Drehbewegung erzeugten, auf die zweiphasige Mischung verschiedener Dichte wirkenden Zentrifugalkräfte bewirken das Wandern der dichteren Phase zur Wand der Kammer, wobei die weniger dichte Phase im Inneren der Kammer bleibt. Die zwei Phasen können mit Hilfe von zwei axialen für die Phasen bestimmten Auslässe und unter Benutzung einer Gegendruckanordnung getrennt werden, wobei einer der Auslässe zum Ausgang der Kammer hin und der andere entlang der Kammerachse gelegen ist. Dieses Funktionsprinzip ist besonders geeignet, eine Öl/Wasser-Emulsion in ihre beiden Bestandteile zu trennen. Der axiale Auslaß in dieser Art von Abscheidern weist im allgemeinen einen leicht konischen Rohrteil auf, welcher an die zylindrische Kammer mit Hilfe eines konischen Teils angeschlossen ist. Ein solcher Zweiphasen-Zyklonabscheider ist im Dokument US-A-4749490 beschrieben.
Dreiphasen-Zyklonabscheider, welche in der Lage sind, eine feste, aus Öl und Wasser zusammengesetzte, in einer Emulsion aufgeschwemmte Phase, z. B. Sand, abzutrennen, sind ebenfalls bekannt. Ein solcher Dreiphasen-Abscheider ist in dem Dokument US-A-5332500 beschrieben. Die Dreiphasen- Zyklonabscheider haben mit den Zweiphasen-Abscheidern einen Auslaß für eine der flüssigen Phasen gemein, welcher einen rohrförmigen länglichen, schwach konischen Teil aufweist.
Eine Hauptanwendung der Zyklonabscheider ist die Brauchwasseraufbereitung von Erdöl- und/oder Gasförderungsbohrungen. Die Zyklonabscheider werden typischerweise auf maritimen Erdölförderungsplattformen zur Aufbereitung der Öl/Wasser/Sand-Mischung benutzt, welche getrennt wird von den Produktionsfluiden mit dem Ziel, das Wasser vor seinem Ablassen oder seiner Wiedereinspritzung zu reinigen. Der auf einer Produktionsplattform zur Verfügung stehende Raum ist sehr begrenzt. Mehrere Zyklonabscheider sind im allgemeinen nebeneinander in einer Plattform gelegenen Aufbereitungseinheit installiert. Die Form der vorher beschriebenen konischen Teile und die der rohrförmigen schwach konischen Teile hat hingegen zur Folge, daß es einen großen Raumverlust in der Aufbereitungseinheit zwischen den verschieden Abscheidern gibt. Um die Leistung des Abscheiders zu erhöhen, ist es außerdem wünschenswert, vor dem Abscheider einen Voraufbereitungsschritt für die aufzubereitende Mischung vorzusehen. Für eine Öl-/Wasseremulsion weist dieser Vorverarbeitungsschritt vorteilhafterweise einen Koaleszierer auf, der dazu bestimmt ist, die mikroskopischen Öltröpfchen in der Emulsion in eine Emulsion mit größeren Tröpfchen zu verwandeln, welche im Zyklon leichter getrennt werden können. Für den Fall allerdings, daß die Aufbereitungseinheit auf einer Produktionsplattform installiert werden muß, können solche Koaleszierer wegen des geringen zur Verfügung stehenden Raumes nicht benutzt werden.
Das Dokument US-A-4116790 offenbart Zyklonabscheider welche außerdem elektrostatische Koaleszierer aufweisen. Die Elektroden können auf dem tangentialen Eintritt (Fig. 1 bis 3) oder auch um den ganzen Zyklon herum (Fig. 4a, 4b) angeordnet werden. Die Wand einer den Zyklon umgebenden Kammer, der konische Teil des Zyklons sowie ein konisches die Ablaßmuffe umgebendes Element können Elektroden darstellen.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zyklonabscheider, der einen vorgeschalteten Koaleszierer zur Voraufbereitung der zu trennenden Emulsion aufweist, der hingegen kompakter als die vorher vorgeschlagenen Vorrichtungen ist, also den verlorenen Raum reduziert, sowie eine mehrere solche Abscheider aufweisende Anordnung vorzuschlagen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Zyklonabscheider, wie er im Anspruch 1 definiert ist, vorgeschlagen, wobei besondere Ausführungen in den Ansprüchen 2 bis 4 definiert sind.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Abscheideranordnung vorgeschlagen, welche mehrere im Anspruch 5 definierte Zyklonabschelder aufweist, wobei besondere Modelle Gegenstand der Ansprüche 6 bis 10 sind.
Die vorliegende Erfindung wird jetzt ausschließlich beispielhaft unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen beschrieben, in denen:
Die Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Zyklonabscheiders mit einem eingebauten Koaleszierer nach einer ersten Variante der Erfindung ist;
die Fig. 2 und 3 schematische Querschnittsansichten von Abscheidern nach einer zweiten und dritten Variante der Erfindung sind;
die Fig. 2a und 3a detaillierte Ansichten jeweils von Abscheiderteilen der Fig. 2 und 3 sind; und
die Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht einer Abscheideranordnung nach einer anderen Variante der Erfindung ist.
Die Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Dreiphasen-Zyklonabscheiders, welcher einen, aus einem zylindrischen Teil 12 und einem konischen Teil 14 bestehenden Körper aufweist. Der konische Teil 14 verfügt an der Spitze des Kegels über einen zylindrischen Endstumpf 16 in dem eine Auslaßmuffe 18 angeordnet ist, wobei beide koaxial zum zylindrischen Teil 12 gelegen sind.
Der Körper 10 wird von einem, einen oder mehrere Eintritt (e) 22 für die im Zyklon aufzubereitende Emulsion aufweisende ringförmigen Element 20 geschlossen. Der Eintritt ist tangential in Bezug auf den zylindrischen Teil 12 angeordnet. In der Öffnung des ringförmigen Elementes ist dicht ein im allgemeinen rohrförmiges Element 26 montiert, welches einen schwach konischen Teil 28 und einen zylindrischen Fortsatz 30 aufweist.
Eine eine feste aufgeschlämmte Materie enthaltene Emulsion Öl/Wasser tritt unter Druck durch den Eintritt 22 in den Körper in Pfeilrichtung 32 ein und benutzt anschließend einen zum Körper 10 tangentialen Weg. Die Emulsion fließt mit großer Geschwindigkeit in einer Rotationsbewegung in das Innere des zylindrischen Teils 12. Unter der Einwirkung der so erzeugten Zentrifugalkraft wandert die aufgeschlämmte feste Materie zu den Wänden des zylindrischen Teils 12 und des konischen Teils 14 und wird durch den Endstumpf 16 in Richtung des Pfeils 34 abgeführt.
Die konische Konfigurierung des Teiles 14 zwingt die Emulsion Öl/Wasser, aus der die feste Materie entfernt worden ist, ihre Abflußlängsrichtung zu ändern und in das rohrförmige Element 26 unter Beibehaltung ihrer Rotationsabflußrichtung überzuwechseln. Die zwei Phasen der Emulsion trennen sich während sie entlang des schwach konischen Teils 28 fließen, wobei sich das Wasser zur Wand der Teile 28 und 30 hin befindet während das Öl sich zu deren Achse hin bewegt. Ein durch eine Verengung am Ende des rohrförmigen Ansatzes 30 (nicht dargestellt) erzeugter Gegendruck wirkt auf den Ölfluß und kehrt dessen Richtung um. Es bildet sich also ein Ölstrom, welcher in einer der dem Wasser entgegengesetzten Richtung fließt und das Öl verläßt den Abscheider in der Pfeilrichtung 36 durch den Auslaß 18, wobei das gereinigte Wasser den rohrförmigen Ansatz 30 in der Pfeilrichtung 38 verläßt.
Nach dem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Koaleszierer, das heißt Koaleszenzmittel 40, um das rohrförmige Element 20 herum im wesentlichen entlang seiner ganzen Länge angeordnet und direkt auf ihm montiert. In dem gezeigten Beispiel ist der Koaleszierer ein Bürstenkoaleszierer und besteht aus einer großen Anzahl von Borsten aus einer oleophilen Materie, welche im allgemeinen radial aus der äußeren Wand des rohrförmigen Elements 20 hervorstehen. Die benutzte oleophile Materie ist bevorzugterweise ein Kunststoff, wie z. B. Polyamid oder Polypropylen. Eine zylindrische Muffe 42 ist um den Koaleszierer herum angeordnet und definiert mit dem ringförmigen Element 20 eine Koaleszenzkammer 44. Der zylindrische Fortsatz 30 steht durch die äußere Wand 46 der zylindrischen Muffe 42 hervor. Die zylindrische Muffe 42 weist einen Eintritt 48 und einen Auslaß 50, der direkt mit dem Eintritt 22 des Zyklonabscheiders in Verbindung steht, auf. Die zylindrische Muffe kann durch die Wände des den Zyklonabscheider aufnehmenden Behälters gebildet werden.
Während des Betriebes wird die aufzubereitende Emulsion in den Eintritt 48 der Koaleszenzkammer 44 eingespritzt, wo sie entlang der Länge des rohrförmigen Elements 26 fließt, die oleophilen Borsten des Koaleszierers 40 berührt, bevor sie aus der Kammer durch den Auslaß 50 austritt. Während sie durch die Koaleszenzkammer 44 fließt, hat der Kontakt zwischen der Emulsion und den oleophilen Borsten zur Folge, daß die mikroskopischen Öltröpfchen in die zu koaleszierende Emulsion transportiert werden und daß Tröpfchen gebildet werden, deren mittlerer Durchmesser erheblich vergrößert worden ist. Diese Tröpfchen bleiben in der Emulsion aufgeschwemmt, wenn sie die Koaleszenzkammer 44 durch den Auslaß 50 verläßt.
Die voraufbereitete vergrößerte Öltröpfchen enthaltene Emulsion wird also in den Zyklonabscheider durch den Eintritt 22 eingespritzt, wo sie den oben beschriebenen Weg durchläuft. Da der mittlere Durchmesser der Öltröpfchen erheblich größer ist als in einer nicht voraufbereiteten Emulsion, ist die Leistung des Zyklons beträchtlich vergrößert, wobei, in Abhängigkeit von den Kennzeichen der eintretenden Emulsion, der aus der Emulsion entzogene Ölprozentsatz um ungefähr 5 bis 25% erhöht ist.
In der Fig. 2 wird eine zweite Variante eines Zyklonabscheiders nach dem ersten Aspekt der Erfindung dargestellt, bei dem der Koaleszierer, um die Herstellung und die Wartung zu erleichtern, aus einer getrennten Untereinheit besteht, die auf einen schon existierenden Zyklon montiert werden kann. In der dargestellten Variante verfügt ein Zyklonabscheider 60, welcher in dem dargestellten Beispiel ein Zweiphasenabscheider ist, über eine Koaleszenzanordnung, das heißt Koaleszenzmittel 64, welche um das rohrförmige Element 62 angeordnet sind, welches eine im allgemeinen rohrförmige Muffe 66 aufweist, deren Innenabmessungen genau den Außenabmessungen des rohrförmigen Elements 62 und des konischen Teils 68 entsprechen, wobei die Koaleszenzmittel auf der Muffe montiert sind. Die rohrförmige Muffe 66 ist deutlicher in der Fig. 2a sichtbar. Die Funktion des Zyklons und der vorgeschalteten Voraufbereitung des Koaleszierers ist der der Variante in Fig. 1 ähnlich.
In den Fig. 3 und 3a wird eine andere, von den Fig. 2 und 2a abweichende Variante des Zyklons gezeigt, bei der der auf die rohrförmige Muffe montierte Borstenkoaleszierer einen konstanten zylindrischen Querschnitt aufweist. Wie in den Figuren gezeigt, ist eine rohrförmige Muffe 70 mit konstantem Längsschnitt auf dem Zyklonabscheider 72 zwischen dem konischen Teil 74 und einer Einspritzdüse 76 am Ende des rohrförmigen Teils 78 montiert. Der Betrieb des Zyklons und des vorgeschalteten Voraufbereitungskoaleszierers ist dem der Varianten der Fig. 1 und 2 ähnlich, wobei das rohrförmige Element und der Koaleszierer wie bei der Vorrichtung der Fig. 1 in eine rohrförmige Muffe (nicht dargestellt) eingesetzt sind.
Die Fig. 4 zeigt eine Variante nach dem zweiten Aspekt der Erfindung, welcher von den vorher beschriebenen abweicht, bei der mehrere Zyklonabscheider mit ihren zugeordneten Koaleszierern in einer gemeinsamen Kammer mit der aufzubereitenden Emulsion angeordnet sind.
Wie es auf der Fig. 4 zu sehen ist, ist eine mit 80 bezeichnete Abscheideranordnung in Kammern 82, 84, 86, 88 unterteilt, wobei jede von der Nachbarkammer durch eine Trennwand getrennt ist. Die Haupt- bzw. Beschickungskammer 82 weist mehrere, im dargestellten Beispiel drei, nebeneinander angeordnete Zyklonabscheider auf. Auf der Außenoberfläche des rohrförmigen Teils 92 jedes Abscheiders 90 und auf der Außenoberfläche des Körpers 94 jedes Abscheiders sind Bürstenkoaleszierer montiert. Die Koaleszierer, das heißt die Koaleszenzmittel 96, können entweder direkt auf den Zyklonabscheidern oder auf rohrförmigen Muffen, wie hier gezeigt, montiert werden.
Die Beschickungskammer 82 weist einen Eintritt 100 für die aufzubereitende Emulsion auf. Die Emulsion tritt in die Kammer 82 ein, fließt über und durch die Bürstenkoaleszierer und dann in die Eintritte 102 des Zyklonabscheiders 90 ein. Nach der Aufbereitung in den Abscheidern 90 fließt der Sand durch die Auslässe 104 in die Sandkammer 84, welche er durch den Auslaß 106 verläßt; das Öl verläßt die Abscheider 90 durch die sich in der Ölkammer öffnenden Auslässe 108 und verläßt die Ölkammer durch den Auslaß 110; das saubere Wasser verläßt die rohrförmigen Teile 92 und fließt in die saubere Wasserkammer, welche es durch den Auslaß 112 verläßt.
Während die sich langsam fortbewegende Emulsion durch die Beschickungskammer 82 fließt, kommt sie mit einer großen Anzahl von Borsten des Bürstenkoaleszierers 96 in Kontakt, wobei die in der Emulsion enthaltenen Öltröpfchen zum Koaleszieren und dazu gebracht werden, größere Tröpfchen, deren mittlerer Durchmesser deutlich größer sind, zu bilden.
Jede der oben beschriebenen Varianten der Erfindung verbessert beträchtlich die Leistung des Zyklonabscheiders ohne das Gesamtvolumen der Abscheidereinheit zu vergrößern, wobei sichergestellt wird, daß das in der Emulsion enthaltene Öl mindestens teilweise von der Emulsion getrennt wird.

Claims

1. Zyklonabscheider umfassend einen Körper (10) bestehend aus einem zylindrischen Teil (12) und einem sich verengenden im Wesentlichen konischen Teil (14), aus mindestens einem tangential auf den zylindrischen Teil (12) montierten Eintritt (22) und aus einem im Wesentlichen röhrenförmigen Element (26; 62; 78), das koaxial zum zylindrischen Teil (12) des Körpers angeordnet und an dem Körper montiert ist und mit diesem In hydraulischer Verbindung steht, wobei der Abscheider außerdem um das röhrenförmige Element herum angeordnete Koaleszenzmittel (40. 64) zur Aufnahme von zu trennender Flüssigkeit vor deren Eintritt in den Zyklon umfaßt, wobei die Koaleszenzmittel direkt am röhrenförmigen Element oder auf eine röhrenförmige, auf des röhrenförmige Element montierte Mutig (66, 70) angebracht sind.

2. Zyklonabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koaleszenzmittel von der Art einer Baute sind.

5. Zyklonabscheider nach Artspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koaleszenzmittel eine Vielzahl von Borsten aus einem ölfreundlichen Material umfassen.

4. Zyklonabscheider nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich Koaleszenzmittel umfasst, die um seinen Körper (10) herum angeordnet sind.

5. Abscheideranordnung umfassend eine Vielzahl von Zyklonabscheidern, wobei jeder der Zyklonabscheider einen Körper (94) umfasst, bestehend aus einem zylindrischen Teil und aus einem sich verengenden im Wesentlichen konischen Teil, aus mindesten einem tangential auf den zylindrischen Teil montierten Eintritt (102) und aus einem Im Wesentlichen röhrenförmigen Element (B2), das koaxial zum zylindrischen Teil des Körpers angeordnet und an dem Körper montiert ist und mit diesem in hydraulischer Verbindung steht, wobei jeder dar Zyklonabscheider außerdem um des röhrenförmige Element herum angeordnete Koaleszenzmittel zur Aufnahme von zu trennender Flüssigkeit vor deren Eintritt in den Zyklon umfaßt, wobei die Abscheider zur Aufnahme einer zu behandelnden Emulsion in einer gemeinsamen, direkt mit den Eintritten (102) der Abscheider kommunizierenden Kammer (82) angeordnet sind.

6. Abscheideranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Koaleszenzmittel von der Art einer Bürste sind.

7. Abscheideranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Koaleszenzmittel eine Vielzahl von Borsten aus einem ölfreundlichen Material umfassen.

6. Abscheideranordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Koaleszenzmittel direkt auf die röhrenförmigen Elements montiert Sind.

9. Abscheideranordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Koaleszenzmittel jeweils eine auf ein röhrenförmiges Element montierte röhrenförmige Muffe umfassen.

10. Abscheideranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zyklonabscheider außerdem jeweils Koaleszenzmittel umfassen, die um ihre Körper (94) herum angeordnet sind.