JP2018511467A - 水溶性ポリマーを分散させるための改良された装置 - Google Patents

Abstract

その上部が、最も一般には計量スクリューを用いることによって標準的な粒径のポリマーを測量するカラム２に接続され、その底部が、オーバーフロー４を送出する一次水注入回路３に接続されている、湿潤コーン１と、コーンの下端にあるアセンブリ５であって、刃９を備え、モータ８により駆動されるロータ７、およびステータ１０から構成される、分散されたポリマーを粉砕および排水する（図２）ためのチャンバ６、および、チャンバの外周の全てまたは一部を覆う、二次水回路１２により供給されるリング１１であって、ステータ１０上に加圧水を噴射するためにスロット１３によってチャンバ６と連通するリング１１から構成されるアセンブリ５とから構成される、水溶性ポリマーを分散させるための装置であり、ステータ１０のスロットおよび／またはロータ７の刃９は、ステータ１０の水平面に対して２０°〜８０°の角度で傾斜されることを特徴とする。

Description

本発明は、水溶性ポリマーを分散させるための改良された装置に関する。

石油増進回収法（ＥＯＲ）において用いられるポリアクリルアミドの量は増加している。

ポリアクリルアミドを溶解させるための大きな設備は、最近まで、一時間につき数十キログラムを処理していた。粉体を最初に湿潤させると、粉体の相当量が塊になりやすいという問題があるが、これは単純な方法（エジェクタ、湿式ショベル、管内のノズルなど）を用いて解決されていた。これらの方法は、低濃度（０．５％）の低流量および長い溶解時間（粒径が１ｍｍ未満の標準的な紛体については１時間）を促す。

特許文献１は、溶解水（溶液水）における紛体の粉砕および分散をどちらも行う装置（ＰＳＵまたはポリマースライスユニット（Polymer Slicing Unit））を記載する。この装置は、鋭いブレードを備えたロータと、薄いスロットを備えたステータとで構成される。これらのスロットの厚さ次第で、紛体はより多く、またはより少なく精密に粉砕される。スロットが２００μの場合、溶解はほぼ瞬間的であるが、流量は低い。約７００ミクロンのスロットは、溶解時間を３０分にまで減少させ、２０ｇｒ／リットル程度の非常に高い濃度を得る。これらの濃度は、溶解漕および計量ポンプのサイズを大幅に減少させ、それに応じた金銭的な投資も顕著に減少させるという利点を有する。

この装置のステータは、超高圧水（２００ＭＰａ（２０００バール））の精密なジェットによって、またはレーザーを用いることによって切断されるスロットを有する。

この種のステータの欠点は、装置内に振動を生じ、これが早期の軸受摩耗につながることである。この摩耗は、装置の機能および装置の大量のポリマーを溶解させる能力に影響を及ぼす。

国際公開第２０１１／１０７６８３号

本発明の目的は、この振動が減少した装置を提供することである。さらなる目的は、より短い期間内でさらにより多くの量の水溶性ポリマーを分散させることである。

本出願人は、これらの有害な振動を減少させるためには、ステータのスロットおよび／またはロータのブレードが、ステータの水平面に対して２０°〜８０°の角度で傾斜されることが必要であるということを発見した。

ステータの水平面は、ロータの水平面にも対応する。

換言すれば、本発明の主題は、粒径が１．５ｍｍ未満の水溶性ポリマーを分散させるための装置であって、装置は、
一次水注入回路に接続されている、ポリマーが測量される湿潤コーンと、
コーンの下端の、分散されたポリマーを粉砕および排水するためのチャンバと、
コーンの下端の、チャンバの外周の全てまたは一部を覆う、二次水回路により供給されるリングとを備え、
チャンバは、
モータにより駆動されるロータ、および
５０〜１２００ミクロンの有利な幅のスロットを備える固定されたステータ
を含み、
リングは、加圧水のステータ上への噴射を保証するようにチャンバと連通する。

装置は、ステータのスロットおよび／またはロータの刃が、ステータの水平面に対して２０°〜８０°の角度で傾斜されていることを特徴とする。

水平面と、ロータのブレードおよび／またはステータのスロットとの間の角度は、好ましい実施形態においては少なくとも３０°である。この角度は、７０°未満、好ましくは６０°未満である。この角度は、好ましくは３０°〜７０°であり、より好ましくは４０°〜６０°である。

傾斜されたスロットは、超高圧水のジェットまたはレーザーを用いる切断技術により、ステータにおいてスロットを斜めに切り取ることによって作られる。ブレードは、特定の機械加工によって、ロータのブレードを傾斜させることによって傾斜される。

スロットは、好ましくは直線的で互いに対して平行である。

本発明の特定の実施形態におけるスロットは、場合によっては直線部により分離される一連の曲線を組み合わせる。この場合、角度は、スロットの２つの端部を接続する直線とステータの水平面との間で算出される。

好ましい実施形態において、スロットおよびブレードが傾斜される場合、これら２つの傾きは逆向きであり、有利には対称に逆向きである。より正確には、スロットがステータの水平面に対して一方の側に傾斜される場合、ブレードは反対側に傾斜される。有利には、ブレードおよびスロットによって水平面に対して形成される角度は同一である。

ステータのスロットは、好ましい実施形態においては傾斜されており、ロータのブレードはステータの水平面に垂直である。

ステータは円筒形状を有し、その壁の中で、スロットは、壁の高さの一部に切り込まれ、スロットは５０〜１２００ミクロンの幅を有する。好ましくは、ステータの壁は、５ｍｍ〜３０ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍの厚さを有する。ステータの高さは、好ましくは１０ｍｍ〜１５０ｍｍ、より好ましくは２０ｍｍ〜１００ｍｍである。ステータの直径は、好ましくは１００ｍｍ〜５００ｍｍである。

ステータにおけるスロットの数は、好ましくは２０〜１５００、有利には５０〜１５００であり、より好ましくは５０〜１０００である。

好ましい実施形態において、ステータのスロットは、１ｍｍ〜５０ｍｍの距離で規則的に離間されている。スロットは好ましくは互いに平行である。

スロットは、概して１０ｍｍ〜１００ｍｍの長さを有するが、より長いスロットを有することも可能である。２５ｍｍよりも長いスロットの場合、好ましくは等しい長さで、それらを２、３または４つの部分に切断することができる。

特定の実施形態において、スロットの内壁は、各スロットに鋭いエッジを生じるような方法で傾斜される。

ロータのブレードの自由端とステータのスロットとが離間する距離は、５０〜３００ミクロン、好ましくは１００〜２００ミクロンであり、実際には１００ミクロン程度である。ブレードが傾斜され、そのステータの壁に面する側面が平らな場合、ステータのスロットからブレードの自由端が離間する距離は変動する。これは、（ブレードの）平らな表面と（ステータの）丸みを帯びた表面が互いに面することによる。実際には、ブレードの自由端とステータとの間の距離は、ブレードの上端および下端ではより小さく、中心ではより大きい。全ての場合において、距離は５０〜３００ミクロンである。特定の実施形態において、ステータの壁に対向するブレードの側部は、ステータの曲線と同一方向に曲げられる。その際、ブレードとスロットとの間の距離における差は、限定されるか、さらには取り消される。

同様に、ロータの中心を外周に接続する各ブレードの傾斜面は、概して丸みを帯びた形状である。このような構成は、ポリマーをより容易に排水することを可能にする。

好ましい実施形態において、ロータのブレードの少なくとも一部、およびステータは、真空ガス窒化によって、または真空下での炭素拡散によって処理された、オーステナイトフェライト鋼またはオーステナイト鋼から選択されるステンレス鋼製である。

ステータは、２００〜５００ＭＰａ（２０００〜５０００バール）、好ましくは２００〜３００ＭＰａ（２０００〜３０００バール）の圧力の、研磨剤を含有する超高圧水のジェットを用いる切断手段によって切断される。

ロータは、以下のいずれかを構成する。
‐表面にブレードがフライス加工によって成形された支持体。この場合、ロータは、その全体が上述の材料から作製される。
‐炭化タングステン製のブレードが上に提供された板で構成されるブレードが表面に存在する支持体。

ロータは、２〜２０のブレード、好ましくは４〜１２のブレードを備え付けられる。しかしながら、ロータの直径に応じて、ブレードの数は変わってもよい。たとえば、ブレードの数は、直径が２００ｍｍのロータでは９枚である。

さらに、別の特徴によれば、ブレードは、場合によっては、ロータの半径に対して多かれ少なかれオフセットされている。有利には、このオフセットは、１°〜１５°、より好ましくは２°〜１０°である。

本発明の特定の実施形態によれば、湿潤コーンは垂直に配置され、粉砕チャンバも垂直に配置され、それぞれが、角度が９０°のエルボ形状の導管によって互いに接続されている。この構成は、装置が比較的大きい場合に特に適している。

本発明および結果として生じる利点は、添付の図面によってサポートされる以下の例から明らかとなる。

本発明の装置の概略側面図である。 線ＡＡ’に沿って切り取られた断面図である。 スロットがステータの水平面に対して傾斜されている、本発明の装置のステータの概略側面図である。 スロットがステータの水平面に対して傾斜されている、本発明の装置のステータの三次元の概略図である。 ブレードがステータの水平面に対して傾斜されている、本発明の装置のロータの上面図である。 ブレードがステータの水平面に対して傾斜されている、本発明の装置のロータの三次元の図である。

図１によれば、本発明の装置は、
その上部が、最も一般には計量スクリューを用いることによって標準的な粒径のポリマーを測量するカラム（２）に接続され、その底部が、オーバーフロー（４）を送出する、一次水注入回路（３）に接続されている、湿潤コーン（１）と、
コーンの下端にあるアセンブリ（５）とを備え、アセンブリ（５）は、
分散されたポリマーを粉砕および排水する（図２）ためのチャンバ（６）と、
チャンバの外周の全てまたは一部を覆う、二次水回路（１２）により供給されるリング（１１）とを備え、
チャンバ（６）は、
ブレード（９）を備え、モータ（８）により駆動されるロータ（７）、およびステータ（１０）を含み、
リング（１１）は、ステータ（１０）上に加圧水を噴射するためにスロット（１３）によってチャンバ（６）と連通する。

図３および４によれば、ステータ（１０）のスロット（１４）は、装置の水平面に対して傾斜されている。ステータの寸法上の特徴は、以下の表において報告される。

図５および６によれば、ロータ（７）のブレード（１５）は、装置の水平面に対して傾斜されている。これらの図面が示すように、ステータに隣接するブレードの側面は、２つの構成要素を実質的に一定に離間させる距離を作り出すような方法で湾曲させられる。同様に、ロータの中心を外周面に接続する各ブレードの傾斜面は、概して湾曲形状である。

スロットがステータの水平面に対して４５°傾斜され、ブレードがステータの水平面に垂直である本発明の装置は、スロットおよびブレードがステータの水平面に垂直である特許文献１の実施例による装置と比較される。

動作における装置の振動は、ＰＣＥ−ＶＴ１０００振動計測器を用いて測定された。振動はｍｍ／ｓで表されている。値が低いほど振動が少ない。１未満の振動が、振動の観点から良好な結果の典型である。しかしながら、１．８未満の値であれば許容可能である。

結果は以下の表において報告される。

本発明による装置内におけるスロットの４５°の傾斜により、２．８ｍｍ／ｓから０．４５ｍｍ／ｓという振動における顕著な減少が可能となり、８４％の振動の減少が可能となる。軸受けの推定寿命はそれゆえ大幅に延びる。

また、連続モード、すなわち、装置が数日または数週間といった長期にわたって連続的に機能する場合に、ポリアクリルアミド紛体が溶解する速度を３００ｋｇ／ｈから４５０ｋｇ／ｈまで向上させることが可能となることも明らかである。

必要に応じて、この流速は短期間だけ、いわゆる「最大」流速まで上昇させられることがあってもよい。

本発明による装置は、ポリマー溶液の流速を最大で４０ｍ³／ｈまで上昇させ、５５０ｋｇ／ｈの最大の紛体量は、装置を詰まらせることなく到達できる。

スロットがステータの水平面に対して１０°、３０°、６０°および８０°で傾斜されている他の装置も検査され、ブレードは傾斜されていないままであった。測定された振動の値は、それぞれ、２．５ｍｍ／ｓ、０．８ｍｍ／ｓ、０．９ｍｍ／ｓ、および１．６ｍｍ／ｓであった。

振動の顕著な減少は、ステータの水平面に対するスロットの傾斜角度が２０°よりも大きいときに観察される。より良好な結果は、角度が３０°〜７０°の場合に得られる。

この、ステータのスロットのみを傾斜させるという解決策は、機械加工の観点から最も単純である。しかしながら、傾斜されたブレードを備えるロータも検査され、同様の振動および流速の結果を示した。

Claims (9)

1. 粒径が１．５ｍｍ未満の水溶性ポリマーを分散させるための装置であって、前記装置は、
   一次水注入回路に接続されている、ポリマーが測量される湿潤コーンと、
   前記コーンの下端の、分散された前記ポリマーを粉砕および排水するためのチャンバと、
   前記コーンの下端の、前記チャンバの外周の全てまたは一部を覆う、二次水回路により供給されるリングとを備え、
   前記チャンバは、
   ブレードを備え、モータにより駆動されるロータ、および
   スロットを含む固定されたステータ
   を含み、
   前記リングは、
   加圧水の前記ステータ上への噴射を保証するように前記チャンバと連通し、
   前記ステータの前記スロットおよび／または前記ロータの前記ブレードは、前記ステータの水平面に対して２０°〜８０°の角度で傾斜されることを特徴とする装置。
2. 前記ステータのスロットおよび／または前記ロータのブレードが、前記ステータの水平面に対して３０°〜７０°の角度で傾斜されることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記ステータのスロットおよび／または前記ロータのブレードが、前記ステータの水平面に対して４０°〜６０°の角度で傾斜されることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 前記スロットが直線的で互いに対して平行であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記スロットおよび前記ブレードが傾斜され、この２つの傾きは対称に逆向きであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記ステータのスロットが傾斜され、前記ロータのブレードが前記ステータの水平面に垂直であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記ステータが円筒形状を有し、その壁の中で、前記スロットは前記壁の高さの一部に切り込まれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記ステータにおける前記スロットが５０〜１２００ミクロンの幅を有し、
   前記ステータの壁が５ｍｍ〜３０ｍｍの厚さを有し、
   前記ステータの高さが２０ｍｍ〜１００ｍｍであり、
   前記ステータの直径が１００ｍｍ〜５００ｍｍであり、
   前記ステータの前記スロットの数が５０〜１５００であり、
   前記ステータにおける前記スロットが、１ｍｍ〜５０ｍｍの距離で規則的に離間されており、
   前記スロットが１０ｍｍ〜１００ｍｍの長さを有する
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記ロータのブレードの自由端と前記ステータのスロットとが離間する距離が５０〜３００ミクロンであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。

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