NO151070B - Apparat for separasjon av en emulsjon ved sammenflytning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et apparat for separasjon av emulsjoner ved sammenflytning. Apparatet er spesielt anvendelig for behandling av oljeholdig formasjonsvann eller kondensat innen oljeindustrien og for behandling av organiske emul-

sjoner som benyttes innen bergverksindustrien for behandling av mineraler for utvinning av f.eks. kobber eller uran.

Det er kjent en rekke apparater for separasjon av oljeemulsjoner ved sammenflytning, i hvilke emulsjonene tillates å strømme enten vertikalt ovenfra og nedover eller nedenfra og oppover eller horisontalt gjennom et granulært materiale som er organisk eller mineralsk, og i hvilke oljedråpene bringes til å flyte sammen til større enheter for siden å skilles fra vannet ved kontinuerlig overstrømning eller sedimentering.

Slike apparater er beskrevet f.eks. i norsk patentskrift

nr. 132 025, tysk (BRD) offentliggjørelsesskrift nr. 2 355 422

og tysk (BRD) offentliggjørelsesskrift nr. 2 148 462.

Imidlertid vil granulatmaterialet i disse apparater etterhvert irreversibelt gjentettes og fylles opp med suspen-

dert stoff som alltid finnes i større eller mindre mengder i emulsjoner. Man må derfor i mange tilfeller skifte ut granulatmaterialet og enten hive det eller gjøre det rent utenfor apparatet, hvilket ofte er komplisert og kostbart. I visse apparater benyttes en motstrømsvaskning av granulatmaterialet, men når det suspenderte materiale er tilstede i store mengder, er slik vaskning ikke tilstrekkelig for å fjerne det.

Visse resultatforbedrende tillempninger ved driften av slike apparater for separasjon av oljeemulsjoner ved sammenflytning har imidlertid kunnet foretas, f.eks. tilsetning til granulatmaterialet av organiske oleofile forbindelser på basis av visse hydrocarbon- eller aminfraksjoner, dvs. forbindelser som øker granulatmaterialets evne til å tilbakeholde oljen,

eller man har på forhånd tilsatt emulsjonen kationiske poly-elektrolytter med høy molvekt.

Det tilveiebringes nu i henhold til oppfinnelsen et

nytt apparat som i mindre grad er beheftet med de ovennevnte ulemper med hensyn til gjentetting, og som er særlig egnet for sammenflytningsseparasjon av diverse organiske emulsjoner som inneholder relativt store mengder suspendert stoff, og ikke

bare oljeemulsjoner.

Det nye apparat for separasjon av emulsjoner ved sammenflytning omfatter - i likhet med tidligere kjente apparater for samme formål - ett enkelt vertikalt kammer med et innløp i kammerets nedre del for emulsjonen som skal behandles, et utløp for emulsjonens kontinuerlige fase og et utløp for den diskontinuerlige fase i kammerets øvre del samt med en filtrerings- og sammenflytningssone hvor det er anordnet et partikkelformig materiale som kan fuktes først og fremst av den diskontinuerlige, fase, og med en sone for gravitasjonsseparasjon av emulsjonens to bestanddeler. Apparatet er særpreget ved at det i dette, over innløpet for emulsjonen som skal behandles, men under filtrerings- og sammenflytningssonen, er anordnet en fordeler av kjent konstruksjon, og at det over filtrerings-og sammenflytningssonen, i en fIotasjonssone, er anordnet en konvergent-divergent trakt hvis konvergente del dekker det alt vesentlige av kammerets tverrsnitt og hvis divergente dels innside er forsynt med et filtermateriale for filtrering av den kontinuerlige fase, før denne via en samlerenne tas ut gjennom utløpet.

Apparatet ifølge oppfinnelsen er anvendelig også for organiske emulsjoner som inneholder en gass, som f.eks. oljeholdig vann som finnes i oljeholdige formasjoner. Når det gjelder oljeforekomster, kan dessuten det erholdte, behandlede vann reinjiseres i formasjonen, og den utvundne olje har høy renhetsgrad og kan brukes direkte. En annen fordel med apparatet ifølge oppfinnelsen når det gjelder behandling av oljeholdig formasjonsvann, er den at det gir mulighet for å arbeide ved separasjonstrykket for råolje-naturgass.

Filtrerings- og sammenflytningssonen er fylt med et fast, organisk eller uorganisk materiale med jevn og relativt fin kornstørrelse, som fortrinnsvis er fra 0,5 til 3 mm, og med relativt lav egenvekt, som fortrinnsvis er fra 1 til 2,5, samt med en overflate som muliggjør adsorpsjon av oleofile forbindelser, anordnet på et underlag av materiale med større kornstørrelse, f.eks. grus. Høyden av sammenflytningsskiktet kan være mellom 1 m og 1,4 0 m og høyden av bærerskiktet fra 0,1 til 0,2 m.

I henhold tii et foretrukket trekk ved oppfinnelsen hviler granulatmaterialet og bærerlaget på en filterbunn med åpninger, som skiller filtrerings- og sammenflytningssonen fra destabiliseringssonen. Denne filterbunn er forsynt med spalte-åpninger som er tilstrekkelig store til å hindre gjendanning av den destabiliserte emulsjon.som kommer fra den første sone i apparatet. Antall åpninger eller dyser i filterbunnen av-passes slik at det fåes en jevn fordeling av væske over hele tverrsnittet.

I det følgende beskrives under henvisning til tegningen en praktisk utførelse av apparatet ifølge oppfinnelsen og dets virkemåte.

Apparatet utgjøres av en beholder a, som i dette til-felle er sylindrisk.

Emulsjonen som skal skilles, innføres gjennom en rør-ledning 1 i den nedre del av apparatet og inn i en destabili-seringssone 2 etter først å være blitt tilsatt en kation-polyelektrolytt med høy molvekt, gjennom en rørledning 3. Polyelektrolytten begunstiger på kjent måte den senere sammenflytning av emulsjonen. I denne sone er det anordnet en fordeler 4 av kjent konstruksjon, som først skal øke turbulensen for å lette destabiliseringen av emulsjonen og deretter skal sende denne destabiliserte emulsjon i laminær strømning opp gjennom apparatets andre sone. Oppholdstiden i denne sone varierer, alt etter den behandlede emulsjonstype, fra 30 til 300 sekunder. Den destabiliserte emulsjon går gjennom tilstrekkelig store åpninger i dysene 5 i en filterbunn og kommer inn i den andre sone 6 uten at emulsjonen gjendannes og passerer der gjennom et bæremateriale 7, f.eks. grus. Den strømmer så opp gjennom selve granulatmaterialet eller sammenflytningsmaterialet 8, som kan bestå av siliciumoxyd, diverse oxyder, siliciumoxyd-aluminiumoxyder, kull eller andre organiske eller uorganiske materialer som har en "oleofiliserbar" overflate, dvs. en overflate som kan gis tilbake evnen til å fast-holde eller binde oljen på overflaten.

De forstørrede oljedråper som dannes, trenger deretter opp i fIotasjonssonen 9, hvor de på grunn av konvergens-divergens-trakten 10 samles i den øvre del av apparatet. Den konvergente del av trakten 10 danner en vinkel på ca. 90° og har en høyde av fra 100 til 500 mm. Den divergente del danner en vinkel på fra 0 til 4 0° med den konvergente del og har en høyde av fra 100 til 600 mm.

Det rensede vann oppsamles i en samlerenne 11 som mun-ner ut i et sideutløp 16 etter å ha passert en separator fylt med filtermateriale 12 som skal holde tilbake enkelte oljedråper som måtte være blitt revet med.

Kornstørrelsen av dette filtermateriale 12 kan være

fra 2 til 5 mm og separatorens høyde fra 50 til 200 mm. Separatorens plassering og skråstilling er slik at de små medrevne oljedråper holdes tilbake maksimalt.

Oljen gjenvinnes kontinuerlig gjennom rørledning 13,

som er anordnet i kammerets øvre del. En avgassing kan eventuelt utføres gjennom utløpet 14.

Vaskningen av granulatmaterialet igangsettes automatisk av en innretning 15 som måler trykkfallet over granulatmaterialet i høyderetningen. Utløpet 16 for renset vann avstenges. Rennen for uttak av renset vann forblir fullstendig nedsenket

i det rensede vann. Det foretas så en fullstendig uttømming av det oljeholdige vann fra konvergens-divergens-trakten gjennom rørledningen 13, og vaskningen av granulatmaterialet foretas ved innføring av råvann, dvs. av emulsjon som ikke er blitt destabilisert, gjennom rørledning 1, eller ved innføring av behandlet vann gjennom rørledning 17 i bunnen av apparatet.

Først innføres vaskevannet samtidig med at en gass, som fortrinnsvis er luft eller naturgass, blåses inn gjennom rør-ledning 18, deretter innføres bare vann for skylling. Suspendert stoff som er blitt tilbakeholdt på granulatmaterialet, blir på denne måte fjernet med vaskevannet og skyllet ut gjennom rørledning 19, som er anordnet over overflaten av filtrerings-og sammenflytningsmaterialet, og resirkuleres til apparatets innløp eller føres til avløp. Oppsamlingen av vaskevann utenfor fIotasjonssonen gjør det mulig å oppsamle et behandlet vann som er fritt for suspendert materiale. Denne vaskeprosess eli-minerer forøvrig eventuelle preferensielle kanaler som måtte være blitt dannet i granulatmaterialet og gir sammenflytningsskiktet tilbake homogeniteten. Ved at vaskningen fortrinnsvis utføres med oljeholdig råvann blir granulatmaterialet som skal sørge for sammenflytningen av emulsjonen, videre i stand til på ny å tilbakeholde og å øke størrelsen av nye små oljedråper

når behandlingen gjenopptas.

Vaskningen av granulatmaterialet utføres med oljeholdig, urent råvann, hvorved man kan gjen-oleofilisere granulatmaterialet, dvs. gi granulatmaterialet tilbake sin evne til å fast-holde oljen. Derved elimineres også behovet for lagring av behandlet vann for bruk til vaskning. Dette system er av særlig interesse på boreplattformer til havs, hvor plassbesparelse er meget kjærkomment.

I det følgende gis noen eksempler som viser resultater oppnådd ved behandling av oljeholdig vann i apparatet ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 1

I et apparat ifølge oppfinnelsen med ytterdiameter 800 mm, høyde 3200 mm og sylindrisk form ble det behandlet formasjonsvann fra et oljefelt, hvilket formasjonsvann besto av en emulsjon utskilt i lavtrykksseparatorer (4 atm) for separasjon av råolje-formasjonsvann-gass-blandinger. Emulsjonen holdt en temperatur av fra 80 til 90°C og hadde et saltinnhold på fra 80 til 100 g/liter og en hydrocarbonkonsentrasjon på fra 200 til 2000 ppm.

Man førte gjennom apparatet 12 m 3/time emulsjon med en strømningshastighet gjennom filtrerings- og sammenflytningssonen på 25 m 3 /m 2/time. Filtrerings- og sammenflytningssonens vidde var 1600 mm, hvorav 14 00 mm sand med kornstørrelse fra 0,5 til 3 mm og 200 mm grus. Det ble benyttet en strømnings-hastighet gjennom separatoren i fIotasjonssonen og en utløps-hastighet for det behandlede vann på 35 m<3>/m<2>/time. Flotasjons-sonen besto av en konvergens-divergens-trakt med respektive traktvinkler 90° og 26° og samlet høyde 320 mm. Tiden for kon-takt mellom polymer og emulsjon i destabiliseringssonen var 2 minutter.

Tabellen nedenfor angir de oppnådde resultater, som er gjennomsnittsresultater over 1 ukes behandling. De gjenvundne oljemengder var på mer enn 1 fat pr. dag. Denne olje ble til-bakeført til oljerørledningen.

Eksempel 2

På samme måte behandlet man oljeholdig kondensat fra damp anvendt for oppvarmning av råolje.

Oppholdstiden i destabiliseringssonen var 2 minutter. Strømningshastigheten gjennom partikkelsonen var 20 m 3 /m 2/time, og strømningshastigheten av det behandlede vann og strømnings-hastigheten gjennom separatoren i fIotasjonssonen var 25 m 3/ m^/time.

Det for olje befridde vann kunne etter én enkelt behandling resirkuleres til kjelene. Resultatene i tabellen nedenfor er gjennomsnittsresultater over en uke.

Eksempel 3

Man behandlet i et apparat ifølge oppfinnelsen en kon-sentrert oppløsning av kobbersulfat inneholdende en emulgert petroleum som stammet fra en behandling av kobbermineraler, og som var beregnet for elektrolyse.

Emulsjonen ble holdt i 40 sekunder i destabiliseringssonen. Strømningshastigheten gjennom filtrerings- og sammenflytningssonen var 20 m 3 /m 2/time, og strømningshastigheten gjennom uttakssonen for behandlet vann var 25 m 3 /m 2/time.

Resultatene som fremgår av tabellen nedenfor, er gjennomsnittsresultater over en uke.

Claims (4)

1. Apparat for separasjon av en emulsjon, såsom en olje-i-vann-emulsjon, ved sammenflytning, omfattende ett enkelt vertikalt kammer med et innløp (1) i kammerets nedre del for emulsjonen som skal behandles, et utløp (16) for emulsjonens kontinuerlige fase og et utløp (13) for den diskontinuerlige fase i kammerets øvre del samt med en filtrerings- og sammenflytningssone (6) hvor det er anordnet et partikkelformig materiale som kan fuktes først og fremst av den diskontinuerlige fase, og med en sone for gravitasjonsseparasjon av emulsjonens to bestanddeler, karakterisert ved at det i apparatet, over innløpet (1) for emulsjonen som skal behandles, men under filtrerings- og sammenflytningssonen (6), er anordnet en fordeler (4) av kjent konstruksjon,og at det over sonen (6), i en fIotasjonssone (9), er anordnet en kcnvergent-divergent trakt hvis konvergente del (10) dekker det alt vesentlige av kammerets tverrsnitt og hvis diver gente dels innside er forsynt med et filtermateriale (12) for filtrering av den kontinuerlige fase, før denne via en samierenne (11) tas ut gjennom utløpet (16) .

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det partikkelformige materiale i filtrerings- og sammenflytningssonen (6) er et fast materiale som er størrelsessortert innenfor området 0,5 - 3 mm, har egenvekt mellom 1 og 2,5 og har en overflatetilstand som muliggjør adsorpsjon av oleofile forbindelser, samt at det partikkelformige materiale er anbragt på et bærelag av grovere materiale, som f.eks. grus.

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at bærelaget av grovere materiale i sin tur er anordnet på en filterplate forsynt med dyse-åpninger som er så grovt dimensjonert at gjendannelse av emulsjonen unngåes.

4. Apparat ifølge krav 1-3, karakterisert ved at fordeleren (4) er tilpasset for å frembringe turbulens, for dervéd å fremme destabiliseringen av emulsjonen, samt er tilpasset for å gi den destabiliserte emulsjon laminær strømning mot filtrerings- og sammenflytningssonen (6) .