NO122008B - - Google Patents

Description

Apparat for separering av dispergerte fine oljedråper fra en rennende vannstrøm i en koalesceringsenhet.

Foreliggende oppfinnelse angår et apparat for utskillelse av fine oljedråper fra en suspensjon av olje i vann. Oppfinnelsen er særlig hensiktsmessig ved fjerningen av olje fra en suspensjon av olje i vann som.inneholder en relativt liten del av olje i findisper-gert form. Oppfinnelsen vedrorer en olje-koalesceringsinnretning med liten trykksenkning, hoy effektivitet og et minimalt volum i forhold til separeringskapasiteten.

På forskjellige industrielle områder får man utlopsstrommer som omfatter vann inneholdende en relativt liten del av olje i fint dispergert form. Disse fint dispergerte oljedråpene er ikke godt egnet til synkeutfelling og er kjennetegnet på utstrømninger fra konvensjonelle synkeseparatorer. For eksempel er det ikke uvanlig at vannet som strommer ut av et synkeutféllingssystem, inneholder godt over 200 deler pr. million (ppm) av olje, mens det kan være onskelig eller nodvendig på grunn av nasjonale eller internasjonale bestemmelser, at vannutstromningen til elver eller hav bare har et oljeinnhold mindre enn f.eks. 100 ppm.

Fjerningen av disse siste små og minimale kvanta av dispergert olje i suspensjoner uten å pådra seg for store omkostninger har inntil nå vært et vanskelig problem ved oljeraffineringen. Mange koalesceringsinnretninger er blitt laget for denne siste trinns oljeseparering, men disse har vært meget store og dyre. Andre inn-retninger er kjent, som mens de har en liten storrelse, krever en hyppig utskiftning av en filterinnsats som utover en stor trykksenkning og derved forhindrer synkeprosessen i separatoren.

Det er en.hensikt ved foreliggende oppfinnelse å minske storrelsen og å oke effektiviteten til en slik separator, og særlig å frembringe en enhet som ikke bevirker en stor trykksenkning på strommen, slik at det blir krevet en kraftig pumping av strommen gjennom innretningen.

Oppfinnelsen vedrorer således et apparat for separering av dispergerte fine oljedråper fra en rennende vannstrom i en koalesceringsenhet, omfattende et lag av fibre for koalescering av de fine oljedråper til storre dråper som er bedre egnet til senere synkeseparering, et utfellingskammer beregnet på å motta blandingen av vann og olje som kommer fra fiberlaget, idet utfellingskammeret er utformet med en ytre husdel, flere langstrakte hosliggende kanaler som utstrekker seg horisontalt, gjennom husdelen, idet hver av kanalene tjener som preliminært utfellingskammer og hvor minst én vegg tjener som en tilleggskoalesceringsflate for de storre dråper, flere skråstilte plater ved utlopsenden av kanalene for oppsamling og retting av de synkeseparerte og videre koalescerte storre dråper som kommer ut av utlopsenden til hver av kanalene bort til den indre vegg på huset, kjennetegnet ved at hver av de skråstilte plater er utstyrt med en oljeoppsamlingsleppe som utstrekker seg på tvers av den horisontale væskestrom for å stoppe en videre horisontal stromning av olje mens de tillater i det vesentlige uavbrutt fortsatt horisontal stromning av .vann, og en bobleoppspaltningsinnretning i form av en sikt anbJtakt i utstrOmningen fra fibrene hvilken innretning kan utfore en oppdeling av vannbobler med stfirre diameter, og oljefilm, som danner utstrømningen fra fiberlaget.

Koalesceringsenheten er orientert i forhold til stromnings-retningen på en slik måte at det opptrer en minimal trykksenkning for strommen. Innsatsen av sammenknyttede fibre som kan være fremstilt av et hvilket som helst egnet materiale, såsom polypropylen, dannes av relativt åpne masker som tillater maksimal voksing for dråpene, uten å bli ledsaget av tilstopning av faste materialer som også kan folge med i strommen. Oljedråpene med storre dimensjon som kommer fra utstromningssiden til koalesceringsinnsatsen, passerer sammen med det strommende vann, gjennom et andre trinn i form av et utfellingskammer. Dette kammer utstrekker seg horisontalt og omfatter flere kanaler med relativt smalt tverrsnitt, hvor veggene fortrinnsvis også er laget av oljefuktbare materialer, så som polypropylen. Overflaten til hver av disse sekundære kanaler tjener som en sekundær koalesce- • ringsinnretning for oljedråpene med storre dimensjoner som strommer fra innsatsen, og samtidig med dette tjener de som et forste trinns •eller preliminær synkeutfellingstank. Da hver enkelt dråpe som kommer inn ved inngangen til hver kanal blir fort til den motsatte ende av kanalen, vil den heves på grunn av synkesepareringen og samles ved den ovre eller sideveggflaten til kanalen. Da tverrsnittsarealet til kanalen er relativt lite, vil hver oljedråpe gå ut av vannstrommen og legge seg ved en overflate hurtigere enn det ville vært tilfelle hvis konstruksjonen hadde krevet at oljedråpen skulle heve seg fra en lavere del av utfellingskammeret hele veien til toppen av dette.

Disse kanaler med lite tverrsnittsareal i utfellingskammeret virker også til å forebygge mot turbulent stromning ved store stromningshastigheter i det preliminære synkeutfellingskammer. Det er klart at det er meget sterkt Snskelig å unngå turbulent stromning i et areal hvor en synkeseparering utfSres.

Ved utstromningsenden til hver av kanalene blir den oljen som er samlet ved den ovre overflate fQrt til en skrånende plate i samme plan som den ovre vegg i hver kanal. Endekanten til denne platen er forsynt med en oljestoppende leppe som forhindrer videre horisontal stromning av den oppsamlede olje, mens den tillater kontinuer-lig horisontal stromning av den primære vannstrom. Hver av de skrånende plater tjener til å rette oljefilmen på undersiden av platen skrått oppover mot den nærliggende ytre vegg på utfellingskammer-huset, langs hvilken den så stiger gradvis til en ovre oljeoppsam-lingsdel.

Oppfinnelsen er i det f Sigende nærmere forklart ved hjelp

av tegningen, som viser i:

fig. 1 et sideriss av apparatet, delvis i snitt,

fig. 2 et tverrsnitt langs linjen 2-2 på fig. 1, som viser

kanalene i sterkt forstorret målestokk,

fig. 3 er et tverrsnitt tilsvarende til fig. 2 langs

linjen 3-3 på fig. 1,

fig. 4 og 5 er tverrsnitt tilsvarende til figurene 2 og 3

av andre utforelsesformer for oppfinnelsen,

fig. 6 er et enderiss av koalesceringsinnsatsen,

fig. 7 er et forstorret delsnitt av et stykke av den sammenknyttede vevnad som er benyttet i koalesceringsinnsatsen i fig. 6,

fig. 8 er et illustrerende, diagramlignende bilde av koalesceringsinnsatsen og bobleoppspaltningsanordningen hvor virkningen av disse deler er skjematisk vist,

fig. 9 er et forstørret perspektivisk bilde av endel av

bobleoppspaltingsanordningen, og

fig. 10a, 10b og 10c viser koalesceringsprosessen på en

streng av fiber benyttet i koalesceringsinnsatsen.

Tegningene viser endel av en preliminær synkeseparator 10, som tommes ut gjennom en ledning 12 til et inntakskammer 16 på koalesceringsenheten som er betegnet med 14. Det kan bemerkes at den preliminære separator 10, som utover en forste grov separering, ikke er nodvendig for gjennomføringen av foreliggende oppfinnelse når det benyttes en innstrømning som har et relativt lite oljeinnhold. Imidlertid er koalesceringsinnretningen ifølge foreliggende oppfinnelse med hoy effektivitet og liten trykksenkning, særlig egnet for oking av den maksimale ytelse for den forste type separator, såsom den som er skjematisk vist ved 10, som ikke frembringer resultater som er i overensstemmelse med mange av bestemmelsene for rent vann.

Væskestrommen som kommer inn i inntakskammeret 16, vil ha mesteparten av sitt oljeinnhold i form av fint dispergerte, små dråper som ikke uten videre påvirkes av synkeseparering, selv over lengre utfellingsperioder. Imidlertid, i tilfelle av at en tilfeldig stor mengde olje kommer inn i kammeret 16 eller hvis luftbobler slipper inn i dette, kan de lett stige til toppen av kammeret 16 og inn i en luft-samlefelle l8. En side av kammeret 16 begrenses av en koalesceringsinnsats 20. Innsatsen 20 omfatter en forste trinns maskedel som kan være fremstilt av polypropylen, idet det danner et koalesceringsmedium 24j og et sekundært trinn for bobleoppdeling betegnet med 26. Innsatsen blir holdt fast i huset til koalesceringsenheten ved hjelp av et par av festeringer 22. Tilstotende og ved utstrømningen fra bobleoppdelingsdelen 26, ligger et utfellingskammer 28, som er utstyrt med flere langsgående horisontalt utstrakte kanaler JO, som tjener som mellomtrinns utfellingskammere. Kanalene 30 og de tilsvarende kanaler "] 6 på fig. 4 er vist i forstorret tverrsnitt, for å gi et klarere bilde av dem. Det skal imidlertid bemerkes at i en praktisk utforelse av koalesceringsenhetene er kanalene ca. 2,5 cm i bredde og hoyde, mens diameteren til huset for utfellingsenheten er ca. 120 cm. Som det best fremgår av fig. 2, er hver av kanalene 30 begrenset av et par sidevegger 32 og en ytterligere ovre veggdel i det folgende kalt toppvegg 34*Disse veggdeler sammen med toppveggen 34 til den tilstotende kanal, danner en stort sett rektangulær kanal som utstrekker seg horisontalt gjennom utfellingskammeret til et punkt hvor sideveggdelene 32 avsluttes langs en kant betegnet med 36. Som det best fremgår av figurene 1, 2 og 3, utstrekker veggdelen 34 til hver kanal JO seg- horisontalt utover avslutningskanten 36 til sideveggene og danner en overhengende del eller fremspring 38. Hver av de overhengende deler 38 omfatter en nedoverrettet oljestoppende leppe 40 som tjener til å unngå videre horisontal stromning av den olje som er samlet under bevegelsen langs undersiden av hver toppvegg 34«Under henvisning til fig. J, ser man at bredden til hver av de utstrakte deler 38 er noe mindre enn de indre dimensjoner til det sylindriske hus for enheten. Dette bevirker at den separerte olje kan stromme fra enden av hver enkelt kanal 30 for å gå opp langs den skrånende underside til de overhengende deler 38 inn i et ringformet oljesamlingskammer 44*Dette oljeoppsamlingskammer 44 er'begrenset ved sin utstromningskant av en ring 42. Oljen som flyter opp langs de oversté" sidekanter på den overhengende del 38, stiger oppover til den indre flate i huset og fortsetter oppover til oljefellen 46. Oljefellen 46 er forsynt med en egnet oljeuttapningsanordning 52, mens luftsamlefellen l8 er forsynt med en lignende oljeuttapningsanordning 54°g en oppoverrettet luftventil 56.

Vannstrommen som kommer ut av de respektive ender av hver av kanalene JO, går til undersiden av hver av leppene 40°g videre til et utstromningskammer 48 som over en nedre del står i forbindelse med en vannutlopsledning 50-

Under henvisning til figurene 7 til 10, skal det gis en bedre forståelse av prosessen i koalesceringsinnsatsen 20. Vevnaden til koalesceringsmediet er vist på figur' 7 og består av en sammen-knyttet oppbygning som er av en forutbestemt bredde tilpasset til den onskede horisontale bredde for innsatsen. Vevnaden er spiralformet pakket fortrinnsvis på en relativt los måte, til en sylindrisk skive som vist i figur 6, hvor den ytre diameter passer til den indre diameter i koalesceringshuset. I en utforelsesform av oppfinnelsen ble den spesifikke tykkelse til vevnaden 58 og spiralpakningen valgt slik at det ble fremstilt en innsats på 15 cm's dybde med ca. 80% gjennom-stromningsvolum, for å gjore trykksenkningen i innsatsen minst mulig

og også for å frembringe en optimal vekst på oljedråpene i denne, uten at det medforte en tetning av innsatsen med passe stoffer. I tilfeller hvor en stor trykksenkning og tetning på grunn av faste stoffer har små eller ingen fSlger, kan tettheten til innsatsen bli oket, for å forbedre koalesceringsbetingelsene. På den annen side, hvis en tetning av faste stoffer kan være et problem, kan både gjen-nomgangsåpningen og innsatsens dybde bli oket, for å begrense tetnin-gen, uten at det skal gå ut over koalesceringseffektiviteten. Hvis en særlig stor tilsetning av faste stoffer blir iakttatt, kan det også benyttes en forfiltreringsanordning foran koalesceringsanord-ningen. Etter koalesceringsmediet 24 er det anbrakt et lignende sylindrisk, skivelignende spiralområde med tilspissede tråder 60, som er festet til bæretråder 62. Ved benyttelsen tjener disse tilspissede tråder 60 til oppdeling av alle uvanlig store vannbobler med oljeoverflate, som kan være dannet på utstromningssiden fra koalesceringsmediet 24 ved hoye gjennomstrQmningshastigheter. Virke-måten til disse bobleoppspaltningsanordninger fremgår best av den skjematiske fremstilling på fig. 8, hvor de fine oljedråper 64 kommer inn i innsatsen. Dråpene 64 blir koalescert til storre dimensjonerte oljedråper betegnet med 66. På grunn av den relativt åpne maskekon-struksjon til koalesceringsinnsatsen 24 og den relativt store gjen-nomstrOmningshastighet til væskestrommen, oppstår det en tendens til å fremkomme bobler med stor diameter og oljefiim, slik som betegnet . med 68. Disse bobler 68 med vann inne i oljen har en sentral del 70 bestående av vann og en meget tynn oljefiim som ytre lag 72. De tilspissede tråder 60 tjerler til å oppdele eller revne disse uons-kede/bobler 68 med vann inne i oljen, og ved deres sammenbrudd, fremkommer det store koalescerte oljedråper 66 som kommer ut på nedstrctos-siden til oppdelingsinnretningen 26.

Under henvisning til fig. 10a, 10b og 10c, illustreres vir-kemåten ved koalesceringen på en individuell streng i vevnaden. I figurene 10a-c er det vist en enkelt streng 74 i vevnaden 58, som er fremstilt av flere enkelte fibre eller filamenter. Mens foreliggende oppfinnelse her er beskrevet ved hjelp av en multifilament-streng, er det klart at også en enkelt monofilamentstreng kan bli benyttet. Hvis onsket, kan også strengen 74 inneholde én metall-wire 75, for å oke dens stivhet og motstand mot sammentrykning. På fig. 10a, b og c fremgår det hvordan flere fine oljedråper 64 gradvis samles på overflaten til strengen 74 °S danner en oljefiim på denne. Når denne oljefilmen eller sjiktet har vokset til en til-strekkelig tykkelse og storrelse, vil dråper av storre storrelse bli revet av på nedstromsdelen av denne, som er mer utsatt for synkeseparering.

På fig. 4 og 5 er det fremstilt en alternativ oppbygning for kanalene i utfellingskammeret. Utfellingskammeret omfatter flere langstrakte kanaler 76 som har sidevegger 78 og en toppvegg 80. Kanalene på henholdsvis hoyre og venstre side av den sentrale midt-vegg 84, forer oljefilmsjiktet på undersiden av deres ovre vegger på stort sett samme måte som kanalene 30 i den tidligere viste anordning, til en utstrakt eller overhengende del som har en oljestoppende leppe 82 ved enden av kanalen. Olje som således er oppsamlet ved stoppeleppen 82, vil fortsette oppover til kanten av denne og inn i et ringformet kammer 44 tilstotende til en indre vegg i huset, som vist på fig. 5. I denne utfSrelse er utfellingskammeret oppdelt vertikalt ved hjelp av delveggen 84, for å gi en dobbelt vei for oppsamlingen av den koalescerte og utfelte olje oppover til olje--fellen 46.

Av anordningen som i det foranstående er beskrevet, ser man at det er fremkommet en ny koalesceringsinnsats som kan være frem^stilt av enten monofilamente eller multifilamente fibre av fortrinnsvis polypropylen, polyetylen eller et annet lignende lipofilt materiale. Den vevede og spiralformet pakkede anordning og orientering av koalesceringsinnsatsen gir en minimal trykksenkning for væsken, men samtidig unngåelse av tilstopning. Dessuten virker koalesceringsinnsatsen også som en fordeler foran utfellingskanalene. Av denne grunn er en ganske liten trykksenkning uunngåelig. Maskene kan bli utfSrt med den tetthet som passer til de spesielle krav. De storre oljedråper som blir fremstilt ved koalesceringsinnsatsen ifolge oppfinnelsen, blir fort gjennom et derpå fSigende oppdelt • utfellingskammer som omfatter nær ved hverandre plaserte plater, for å gi en kompakt utforelsesform. Den nære avstand mellom både de horisontale og de vertikale plater hvilken begrenser hver av de oppdelte kanaler, minsker den enkelte utfellingsavstand som kreves for de koalescerte oljedråper og virker mer til å oppnå en mer laminær stromning i utfellingssonen, noe som er viktig for minimal utfellings-tid og optimal ytelse. Denne kompakte utforelse og den lille trykksenkning gjor at koalesceringssepareringsenheten er særlig egnet for bruk til sjos, hvor installeringsplassen er begrenset, og skip kan være utsatt for rullende og stampende bevegelser. Foreliggende oppfinnelse har omtrent en fjerdedel av storrelsen til tilsvarende anordninger som er på markedet og har en hoyere separasjonsgrad enn tilsvarende enheter. I praksis har en enhet en kapasitet på ca. 27O tonn/time, eller med andre ord, ca. 4500 liter/minutt, og en trykksenkning på mindre enn 0,14 kg/cm ved en konstruksjon med en diameter på 122 cm og en lengde på 305 cm« Denne hoye yteevne blir opp-nådd uten hensyn til tilfSrselstrykket på grunn av den lave trykksenkning som fremkommer i koalesceringsinnsatsen som har en relativt stor prosentual gjennomstromningsåpning, i området rundt 80%.

Med de ovenfor beskrevne dimensjoner og en stromningshastighet på ca. 27O tonn/time oppnås en hastighet gjennom koalesceringsinnsatsen på ca. 41 liter/minutt/dm . Dette betyr at hver av de koalescerte oljedråper 66, som når inngangsåpningen til hver av kanalene 30, vil oppholde seg ca. l/2 minutt i kanalen, hvis lengde er ca. 210 cm. Man har funnet at dråpene vil felles ut over den ca. 2 l/2 cm lange vertikale avstand i hver kanal i lopet av deres opp-hold på l/2 minutt i kanalen med disse stromningshastigheter. I tidligere kjente anordninger som ikke omfattet oppdelte utfellingskammere, var det eneste alternativ å senke stromningshastigheten for dråpene som gikk gjennom eller å forstorre volumet til utfellingskammeret , for å oppnå tilsvarende utbytte. Anordningen i foreliggende oppfinnelse har optimalisert forholdet mellom storrelse og stromningshastighet, for å frembringe en ny koalesceringsenhet med lave kostnader og hoyt utbytte.

Claims (7)

1. Apparat for separering av dispergerte fine oljedråper fra en rennende vannstrom i en koalesceringsenhet (14), omfattende et lag av fibre (24) for koftlescering av de fine oljedråper til storre dråper som er bedre egnet til senere synkeseparering, et utfellingskammer (28) beregnet på å motta blandingen av vann og olje som kommer fra fiberlaget, idet utfellingskammeret er utformet med en ytre husdelj flere langstrakte hosliggende kanaler ( 30,76) som utstrekker seg horisontalt gjennom husdelen, idet hver av kanalene tjener som preliminært utfellingskammer og hvor minst en vegg (32) tjener som en tilleggskoalesceringsflate for de storre dråper, flere skråstilte plater (38,80) ved utlopsenden av kanalene for oppsamling og retting av de synkeseparerte og videre koalescerte storre dråper som kommer ut av utlopsenden .til hver av kanalene bort til den indre vegg på huset, karakterisert ved at hver av de skråstilte plater (38,80) er utstyrt med en oljeoppsamlingsleppe (40,82), som utstrekker seg på tvers av den horisontale væskestrom for å stoppe en videre horisontal stromning av olje mens de tillater i det vesentlige uavbrutt fortsatt horisontal stromning av vann, og en bobleoppspaltningsinnretning i form av en sikt (26) anbrakt i utstrømningen fra fibrene (24), hvilken innretning kan utfore en oppdeling av vannbobler med storre diameter og oljefiim, som danner utstrøm-ningen fra fiberlaget.

2. Apparatifolge krav 1, karakterisert ved at sikten (26) er plasert i utstrømningen fra fibrene (24) mellom' fibrene og utfellingskammeret.

3. Apparat ifolge krav 1, karakterisert ved at fibrene og sikten er utformet som en enkelt innsats (20), som er plasert ved inntakskammeret (le) til^ oaiesceringsenheten, idet fiberdelen (24) er vendt met aen mnxemne blanding av olje og vann og sikten (26) beliggende deretter, og hvorved innsatsen holdes på plass ved hjelp av holderinger (22) og er utskiftbare etter onske.

4. Apparat ifolge krav 1, karakterisert ved at de ovre veggdeler eller toppvegger (34) til kanalene ender i de skråstilte plater (38)> hvilke skråstilte plater er anordnet skrå-stilt i forhold til horisontalplanet med en vinkel storre enn 10° og fortrinnsvis ca» 45°° S tjener som en tilleggskoalesceringsflate. for de storre dråper, idet den skråstilte del av toppveggen er plasert ved utlopsenden av kanalene for oppsamling og retting av de synkeseparerte og videre koalescerte storre dråper som kommer ut av utlopsenden på hver av kanalene til et oljeoppsamlingskammer (44)•

5. Apparat ifolge krav 3j karakterisert ved at koalesceringsinnsatsen har et fritt gjennomstromningsareal på ca. Q0% for derved å frembringe en trykksenkning på mindre enn 0,14 kg/cm for væskene som passerer gjennom i en stromningsretning paral-lell med fibervevningens bredde med hastigheter på ca. 42 l/miru/dm , ved en lengde av enheten på ca. 300 cm.

6. Apparat ifolge krav 3, karakterisert ved at koalesceringsinnsatsens bobleoppspaltningsinnretning i form av en sikt (26) omfatter en gruppering av tråder (60) som kan oppspalte vannbobler med stor diameter og oljefiim som kommer fra fibrene.

7. Apparat ifolge krav 1-6, karakterisert ved at hver fiber i fiberlaget (24) består av flere enkelte monofila-menttråder og i forbindelse med disse minst en metallisk tråd for frembringelse av stivhet og sammenpresningsmotstand for koalesceringsinnsatsen.