NO171046B - Fremgangsmaate for separering av olje og vann, og separatoranordning for slik separering - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for separering av olje og vann i en blanding fra hverandre ved bruk av en hydrosyklon som blandingen tilføres, idet hydrosyklonen drives slik at den mindre tunge oljekomponenten i blandingen strømmer ut fra et utløp i hydrosyklonen i form av små dråper som befinner seg i den tyngre vannkomponenten i blandingen.

Dessuten angår oppfinnelsen en separatoranordning som omfatter en hydrosyklon som har et separeringskammer med et innløp for innstrømning av en blanding av olje og vann som skal separeres, et kjerneutløp for utstrømning av den mindre tunge oljekomponent i blandingen og et spissutløp for utslipp av den tyngre vannkomponent i blandingen som har et restinnhold av olj e.

Flotasjonsceller benyttes i industrien for det formål å separere partikler fra en væske. Disse arbeider generelt ved å tilsette gassbobler til blandingen som skal separeres, hvorved gassboblene bringes i kontakt med partiklene slik at enhetene dannet av gassbobler og partikler blir lette og stiger til overflaten av blandingen, der de kan fjernes. For å fremme denne virkning kan kjemiske stoffer tilsettes blandingen.

Det har også blitt oppdaget at flotasjonsceller kan benyttes for å separere væskefaser fra hverandre, dersom en av væskefåsene foreligger i form av adskilte dråper, slik som i en emulsjon. Det er imidlertid funnet at systemer av denne typen bare er i stand til å arbeide tilfredsstillende når konsentrasjonen av olje i vann ikke overstiger 500 ppm. En anvendelse av separatorer for olje og vann ligger imidlertid i rensing av gjenværende vann ved oljebrønner, etter fjernelse av det meste av oljeinnholdet fra vannet, slik som i offshore oljebrønner, der det gjenværende vann må befris for gjenværende olje for å oppnå et høyt renhetsnivå for vannet før vannet, bestemt av lovregler for miljøværn, på lovlig vis kan returneres til sjøen. I slike tilfeller er det ofte umulig å sikre at det tilførte, oljeholdige vann har en konsentrasjon av olje som er mindre enn 500 ppm, og med den følge at det oppnås utilfredsstillende resultater, når det gjelder renheten i det utstrømmende vann.

Lignende betraktninger vedrørende effektiviteten ved drift av flotasjonsceller av de typer som omfatter midler for tilførsel av gassbobler og/eller som omfatter midler for omrøring, gjelder med hensyn til effektiviteten ved drift av "gassfjernere", som er en type flotasjonsceller som ikke er innrettet for omrøring av materiale som separeres og som ikke nødvendigvis er utstyrt for tilførsel av gassbobler. I det sistnevnte tilfelle skjer separering av gass og væske og/eller av væskekomponenter ganske enkelt ved tyngdekraft-separering. En såkalt "skummer" er en form for gassfjerner som har midler for fjernelse av fri olje. Betegnelsen "flota-sjonsanordning" benyttes i denne beskrivelse for å betegne enhver anordning hvor separasjon skjer ved hjelp av tyngdekraften.

Som eksempler på bruk av syklonseparatorer, henholdsvis fIotasjonsanordninger, i forbindelse med å separere mat-erialer, skal nevnes følgende: GB-patentsøknad nr. 2000052 beskriver en fremgangsmåte for anriking av findelt kull, omfattende at en syklonseparator tilføres en blanding av kull og en suspensjon av vann og partikler av et medium med høy densitet, for oppnåelse av kullholdige oppslemninger ved spissutløpet og kjerneutløpet. Den ene eller begge oppslemningene utsettes for en første skum-fIotasjonsprosess, der et fuktemiddel som skal holde overflaten av kullpartiklene hydrofile tilsettes oppslemningen, som utsettes for fIotasjon slik at partiklene av mediet med høy densitet befinner seg i den flytende fraksjon i den første fIotasjonsprosess og deretter benyttes for å danne suspensjonen. Skriftet beskriver at findelt kull blandes med en magnetisk suspensjon og at blandingen tilføres en hydrosyklon. Materialet som kommer ut av syklonen utsettes for en første fIotasjon for gjenvinning av magnetitt, og materiale fra den første fIotasjon utsettes for en andre fIotasjon for gjenvinning av det findelte kullet. Det er således ikke tale om separering av rene væskekomponenter.

US 4226722 beskriver (fig. 4) at oljeholdig vann ledes gjennom et rør og blandes med en svovelholdig oppslemning, og av blandingen tilføres en syklonseparetor. Separatoren er av lavhastighetstypen, og separerer vannet fra blandingen av oljen og svoveloppslemningen. Det oljeholdige vannet og svoveloppslemningen tilføres i slike mengder at det dannes en emulsjon. Når oppslemningen av findelt gult svovel og vann tilsettes det oljeholdige vannet, bevirker svovelpartiklene at den dispergerte oljen "løper sammen" til en blanding som er tyngre enn vann. Deretter fjernes det rensede vannet fra toppen av separatoren, gjennom et utløp. Den tunge rest-blandingen fjernes gjennom et annet utløp, og ledes gjennom et rør til en annen separator, for oppvarming. Blandingen oppvarmes til like over smeltepunktet for svovel, som er omtrent 116 °C. Oljen, som er lettere enn resten av blandingen, flyter opp og strømmer ut gjennom et sideutløp. På toppen av separatoren er et utløp for vanndamp og hydrogen-damp. I det kjente anlegg er det vannkomponenten som er den letteste fasen og som strømmer ut gjennom kjerneutløpet. Det oljeholdige vannet danner en emulsjon sammen med svoveloppslemningen.

US 4627922 beskriver en fIotasjonsanordning for separering av olje og vann. Freon 12 og naturgass suges gjennom en ledning ved hjelp av en strålepumpe, slik at fluidene blandes og drives frem til en fIotasjonsanordning.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at materialet som strømmer ut fra utløpet tilføres en flota-sjonsanordning via en ledning, for å bevirke fortsatt separering, ved at oljekomponenten flyter til overflaten av det tilførte materialet, idet trykket i dette materialet reduseres før materialet tilføres fIotasjonsanordningen. Separatoranordningen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at en fIotasjonsanordning er tilkoblet for-å motta utstrømmende materiale fra spissutløpet, idet hydrosyklonen omfatter midler som bevirker en trykkreduksjon i materialet som kommer ut fra spissutløpet, idet fIotasjonsanordningen bevirker separering av oljedråpene fra vannkomponenten, for å bevirke at vann- komponenten flyter til overflaten av materialet som er tilført fIotasjonsanordningen.

Hydrosyklonen bevirker således en trykkreduksjon i materialet som kommer ut av spissutløpet, sammenlignet med trykket i blandingen i innløpet, for derved Å fremme at enhver mindre tung komponent som befinner seg i løsning i den tyngre komponent bryter ut av løsningen for enten å bringes til kjerneutløpet eller å strømme ut av spissutløpet sammen med den tyngre komponent, som små dråper i den tyngre komponent, og fIotasjonsanordningen bevirker separasjon av dråpene fra den tyngre komponent ved at gass fester seg til disse, for å bevirke at den mindre tunge komponent flyter til overflaten av materialet som er tilført fIotasjonsanordningen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere ved hjelp av eksempler, under henvisning til de vedføyde tegninger.

Fig. 1 er et flytskjema for en anordning konstruert i

henhold til oppfinnelsen.

Fig. 2 viser skjematisk en hydrosyklon som benyttes i

anordningen i fig. 1.

Fig. 3 viser skjematisk en fIotasjonscelle som benyttes i

anordningen i fig. 1.

Fig. 4 er et skjema som illustrerer en modifikasjon av

oppfinnelsen.

Fig. 5 er et skjema som illustrerer en annen modifikasjon

av oppfinnelsen.

Fig. 6 viser skjematisk en annen anordning konstruert i henhold til oppfinnelsen.

Anordningen vist i fig. 1 omfatter en hydrosyklon 10, til hvilken en blanding av olje i vann tilføres, i-en ledning 42, for å frembringe separert olje i en utløpsledning 44 og separert vann i en utløpsledning 45, idet vannet fremdeles kan inneholde noe gjenværende olje. Vannkomponenten føres i ledningen 46 gjennom en trykkreduserende anordning 5 0 og deretter i en ledning 52 til en fIotasjonscelle 54. Der skjer en fortsatt separering, og vannkomponenten føres i en ledning 5 8 fra fIotasjonscellen, mens oljekomponenten føres i en ledning 60 fra denne.

Hydrosyklonen 10 kan være konstruert på kjent måte, f. eks i samsvar med beskrivelsen i US-PS 4.237.006, AU-patentsøknad 84713/79, eller i internationale patentsøknader PCT/AU83/00028 eller PCT/AU85/00010. Fig. 2 viser skjematisk en separator av denne generelle type. Denne er vist med et konisk, langstrakt separeringskammer 25 med sirkeltverrsnitt, og som ved enden med størst diameter har et første sylindrisk parti 12, et tangentialt innløp 26 som har en innløpsåpning 3 0 samt et aksialt kjerneutløp 34 som kommuniserer med en utløpsåpning 32. Et konisk parti 12a av separeringskammeret 25 er anordnet nær partiet 12, og dette fører til et annet, også noe konisk parti 14 i separeringskammeret 25, og dette fører i sin tur til et langstrakt, sylindrisk parti 16 i separeringskammeret som munner ut i et aksialt spissutløp 23 på separatoren.

En blanding av olje og vann som skal separeres føres til innløpet 26, gjennom innløpsåpningén 30 og inn i partiet 12 i separeringskammeret 25, for å danne en virvel inne i separeringskammeret. 01jekomponenten strømmer ut av kjerne-utløpet 34 gjennom åpningen 32, og vannkomponenten strømmer ut av spissutløpet 23.

Som vist, har det første parti 12 en lengde 1]_ og en diameter d]_, det andre parti har en lengde I2 og en diameter d2 ved enden med størst diameter, partiet 16 har en lengde I3 og en diameter d3, mens kj erneutløpet har en diameter dg• Som beskrevet i AU-patentsøknad 84713/79, kan det f. eks være anordnet to nøyaktig tangentiale innløp 26, som vist i international patentsøknad PCT/AU85/00010, eller det kan være anordnet et enkelt innløp 26 med evolventform.

I henhold til den ovenfor beskrevne konstruksjon kan syklonseparatoren være konstruert i henhold til hvilke som helst av de følgende dimensjonsbegrensninger.

der Aj_ er det samlede innløpsareal til alle innløpsåpningene tilsammen, eller av innløpsåpningén dersom det er bare én. (i, den halve konusvinkelen til det andre parti, kan være 20 minutter til 2°, f. eks 1°. Partiet 12a er valgfritt. Dersom det er anordnet, kan det ha en halve vinkel a på 10°.

Andre egnede konstruksjoner av hydrosyklonen 10 er f. eks vist i beskrivelsen til AU-patentsøknad 77610/86 og internationale patentsøknader PCT/AU87/00402, PCT/AU86/00313, PCT/AU86/00173 og PCT/AU85/00181.

I konstruksjonen vist i fig. 2 kommuniserer kjerneutløpet 23 med et fjerde parti 18 i separatoren, som har til oppgave å bevirke et mottrykk for å fremme separeringsvirkningen. Et slikt fjerde parti er beskrevet i international patentsøknad PCT/AU83/00028, og kan som vist omfatte et første, konisk parti 18a som fører fra utløpet 23, etterfulgt av et andre, sylindrisk parti 18b. Når det benyttes i anordningen i fig. 1 medfører dette arrangement en trykkreduserende virkning og muliggjør at den trykkreduserende anordning 50 kan utelates, idet ledningen 46 i såfall kommuniserer direkte med ledningen 52 for å føre materiale fra separatoren 10 direkte til fIotasjonscellen.

Flotasjonscellen 54 kan også være konstruert i henhold til konvensjonell praksis, og kan være av typen med oppløst gass, med tilført luft eller med gass. Fig. 3 viser skjematisk en slik utførelse av typen med tilført luft. Det er her anordnet en tank 7 0 som materiale som skal separeres tilføres. En ro-tor 72 befinner seg inne i tanken 70 og har skovlblader 74 som under bruk roterer sammen med rotoren om en vertikal akse. Utformningen er slik at luft suges inn i det øvre parti av rotoren 72, slik som vist med pilen 80, og luften kan deretter passere gjennom perforeringer i rotoren, sideveis utover fra denne og inn i materialet som skal separeres. Samtidig suger rotoren materiale i tanken oppover og inn i rotoren, for også å føres utover gjennom de nevnte perforeringer. Det således tilførte materiale er vist skjematisk med pilen 82. I dette arrangement er luften som kommer ut fra rotoren i sideåpningene i denne i form av bobler som fester seg til en av komponentene som skal separeres, slik at denne komponent blir lettere, for derved å flyte til overflaten av materialet inne i tanken 70. Denne virkning kan fremmes ved tilsetning av passende kjemikalier, slik som overflateaktive stoffer. Midlene for å tilføre og å fjerne blandingen som skal separeres, samt de resulterende, preparerte komponenter, er ikke vist, men ledningen 52 kan kommunisere direkte med det indre av tanken 70, med utløpet for komponenten som synker nedover beliggende mot bunnen av cellen, for utslipp etter ønske. Komponenten som stiger til overflaten kan ganske enkelt strømme over sidene til cellen, for å samles opp for fjernelse i en passende omkretskanal. I den foreliggende utførelse er cellen 54 anordnet slik at komponenten som flyter til toppen av tanken er olje, og at den som synker er vann.

Som vist i fig. 4 kan væskeblandingen som skal separeres også føres i en ledning 92, i det første tilfellet, til en blande-og/eller oppholdstank 90, før den føres til hydrosyklonen. Resten av arrangementet i fig. 4 er det samme som i fig. 1, og like henvisningstall i fig. 1 og 4 betegner like komponenter.

Blande- og/eller oppholdstanken kan utgjøre en for-koalescer eller koalescer, f. eks en utskillende skummer med tverr-plate. Det er også mulig i noen tilfeller å fremme driften ved å anbringe en trykkøkende anordning med liten skjærvirk-ning, f. eks en passende pumpe, enten i ledningen 92, for å påvirke den inngående blanding før den kommer inn i tanken 90, eller i ledningen 42 for å påvirke blandingen som har forlatt tanken 90 før den strømmer inn i hydrosyklonen 10.

Når tanken 9 0 er anordnet kan det besørges innstrømning i denne, separat eller i blanding med væsken i ledningen 92, av varmt vann eller et annet fluid, f. eks fra en oppvarmingsan-ordning. En slik anordning kan bevirke periodisk innsprøyt-ning av varmt vann.

Hydrosyklonen 10 virker, som angitt, for å bevirke fjernelse av en oljekomponent fra oljeholdig vann ved tilførsel til syklonen. Generelt er separatoren 10 utformet til bruk når det er en vesentlig mindre mengde olje enn vann i den innkommende blanding. Andelen av olje kan imidlertid være f. eks i størrelsen flere prosent.

Hydrosyklonen 10 er i stand til å redusere oljeandelen til et meget lavt nivå i vannkomponenten som strømmer ut av utløpet, f. eks under 500 ppm. Deretter, etter passering gjennom den trykkreduserende anordning 50 eller gjennom partiet 18 i den beskrevne hydrosyklon, fortsetter separarer-ingen av det oljeholdige vann, ved at dette strømmer til fIotasjonscellen, for å minske oljeandelen til et enda lavere nivå. Det utstrømmende vann fra ledningen 58 kan således være forholdsvis meget rent, f. eks ved at det har et oljeinnhold på bare noen få ppm.

Anordningen av hydrosyklonen 10 bidrar, i tillegg til å bevirke en separeringsvirkning, også til at det normalt vil være et betydelig trykkfall mellom' innløpsledningen 42 og utløpet 23 fra separatoren. Denne reduksjon i trykk, som f. eks kan være 5 0 %, har den virkning at olje i løsning i vannet vil søke å komme ut av løsningen og danne små dråper, som, selv om de ikke er fullstendig separert i syklonen 10, strømmer ut av utløpsledningen 44, enklere kan "kobles" sammen eller på annen måte er bedre i stand til å festes til boblene i fIotasjonscellen for å bevirke den endelige separering.

Den beskrevne fIotasjonscellen er et eksempel, og kan erstattes av andre typer, slik som typer som ikke har de beskrevne skovler 74 eller rotoren 72. Videre kan, som nevnt, fIotasjonscellen erstattes av andre fIotasjonsanordninger, slik som gassfjernere eller skummere.

Fig. 5 viser et arrangement der utløpet fra den beskrevne hydrosyklon 10 skjer gjennom ledningen 46, eller eventuelt via den trykkreduserende anordning 50, til en gassfjerner 65, slik som en skummer (gassfjerner med midler for fjernelse av fri olje). Væsken fra spissutløpet til hydrosyklonen føres gjennom ledningen 52 til innløpet til gassfjerneren. Gassfjerneren er i form av en lukket tank 68, som f. eks står under trykk og virker til å separere gass fra vann i den innkommende væsken, og dessuten til å separere olje fra vann, idet separeringene skjer i det minste delvis ved synking pga tyngdekraften. Vannkomponenten kan fjernes fra bunnen av tanken 68 gjennom den viste ledning 69 og gassen fra toppen av tanken gjennom en ledning 71. Oljen kan fjernes fra toppen av vannet i tanken i en ledning 73, eventuelt ved hjelp av en passende mekanisk "skummer".

Den trykkreduserende anordning 5 0 kan, selv om den er foretrukket, utelates i noen tilfeller, slik som antydet. Det er også mulig å benytte en passende ventil som den trykkreduserende anordning, eller om ønskelig en annen hydrosyklon, særlig en som er utformet til å fjerne faste stoffer fra tilført væske.

I en anordning vist i fig. 6 har fIotasjonscellen 70 en sylindrisk yttervegg 100, anordnet med sin akse vertikal. Veggen 10 0 er lukket i den nedre enden av en bunn 102 og i den øvre enden av en tverrgående vegg 104, for å avgrense et hovedsakelig lukket kammer 105. I dette tilfellet er hydrosyklonen 10 anordnet med sin akse vertikal, og er innrettet til å rage nedover i det indre av cellen 70. Den enden av hydrosyklonen som har størst diameter, og som omfatter innløpet 26, er anbragt over veggen 104, mens partiene 14 og 16 rager inn i det indre av cellen 70, koaksialt med aksen til veggen 100. I den nedre ende er spissutløpet til hydrosyklonen utstyrt med en passende trykkreduserende anordning 50. I dette tilfellet er anordningen i form av en venturi som har en midtre, gj ennomgående kanal 50a. Utløpet fra kanalen 50a befinner seg i en liten avstand over oversiden av bunnen 102 i cellen 70.

En øvre manifold 120 er anbragt for å danne en.utløpsåpning for lett fase av separert materiale fra kammeret 105 i cellen 70, og en annen manifold 122 er anbragt nær den nedre enden av cellen 7 0 for utløp av tung fase av separert materiale. Som vist kan ledeplater 126, 128 være anordnet i det indre av cellen 70, nær manifoldene 120, 122.

Det er anordnet midler for innsprøytning av luft eller gass i anordningen, slik som vist. I dette tilfellet rager et innløpsrør 140 gjennom sideveggen 100 og munner ut i en utløpsåpning 140a i kanalen 50a gjennom anordningen 50. Denne utløpsåpning 140a befinner seg i det punkt i.kanalen 50a som har minst diameter.

Som vist kan hydrosyklonen 10 rage gjennom en åpning i veggen 104, slik at hydrosyklonen er understøttet av veggen 104 i overgangen mellom partiene 12a og 14. Kjerneutløpet 34 kan som tidligere være anordnet i en aksial stilling i forhold til hydrosyklonen 10, ved den ende av denne som har størst diameter. Under bruk av anordningen i fig. 6 tilføres væskeblandingen som skal separeres til hydrosyklonen 10, innover gjennom innløpet 26, slik at i det minste den tyngste av fasene som skal separeres i blandingen ledes aksialt nedover i det indre av hydrosyklonen, og således passerer gjennom den trykkreduserende anordning 50 og kommer inn i kammeret 105. Materialet som således strømmer gjennom hydrosyklonen og den trykkreduserende anordning 5 0 mottar luft eller gass som innsprøytes via røret 140 og åpningen 140a. Inne i kammeret 105 fylles det væske som kommer fra utløpet 50a inntil den strømmer ov«r ledeplaten 126. Den letteste av de separerte faser beveger seg til overflaten og fjernes således via manifolden 120, mens det tyngre materialet synker til bunnen og fjernes forbi ledeplaten 128, gjennom manifolden 122.

I det beskrevne arrangement kan hydrosyklonen 10 utføre en første separering av faser for å fjerne noe av den lette fasen gjennom kjerneutløpet 34, men hydrosyklonen kan arbeide slik at den ikke utfører noen separeringsvirkning av betydning, hvorved utløpet 34 kan utelates.

Den trykkreduserende anordning 5 0 kan være av hvilken som helst passende type, og trenger ikke nødvendigvis være i form av en venturi. Det kan f. eks benyttes en passende ventil eller dyse. Luften eller gassen kan tilføres væsken som skal separeres på andre måter enn beskrevet. F. eks kan luften eller gassen tilføres oppstrøms for anordningen 50 om ønskelig. Det foretrekkes imidlertid at anordningen 50 er reguler-bar for å muliggjøre variasjon av strømmen gjennom denne.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for separering av olje og vann i en blanding fra hverandre ved bruk av en hydrosyklon som blandingen tilføres, idet hydrosyklonen drives slik at den mindre tunge oljekomponenten i blandingen strømmer ut fra et utløp i hydrosyklonen i form av små dråper som befinner seg i den tyngre vannkomponenten i blandingen, karakterisert ved at materialet som strømmer ut fra utløpet tilføres en fIotasjonsanordning via en ledning, for å bevirke fortsatt separering, ved at oljekomponenten flyter til overflaten av det tilførte materialet, idet trykket i dette materialet reduseres før materialet tilføres fIotasjonsanordningen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at blandingen ledes til en blande- og/eller oppholdstank før den ledes til hydrosyklonen, for delvis koalesens av i det minste den ene komponent .

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at kjemikalier tilføres blandingen i blande- og/eller oppholdstanken, for å bevirke koalesens.

4. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at gass tilføres materialet som ledes til fIotasjonsanordningen.

5. Fremgangsmåte som angitt i kravene 1 - 4, karakterisert ved at trykket i materialet i fIotasjonsanordningen reduseres ytterligere, for å forbedre separeringen og å oppnå en oljekonsentrasjon i vannet som er mindre enn 500 ppm.

6. Separatoranordning som omfatter en hydrosyklon (10) som har et separeringskammer med et innløp for innstrømning av en blanding av olje og vann som skal separeres, et kjerneutløp for utstrømning av den mindre tunge oljekomponent i blandingen og et spissutløp for utslipp av den tyngre vannkomponent i blandingen som har et restinnhold av olje, karakterisert ved at en fIotasjonsanordning (54) er tilkoblet for å motta utstrømmende materiale fra spissutløpet, idet hydrosyklonen omfatter midler (50) som bevirker en trykkreduksjon i materialet som kommer ut fra spissutløpet, idet fIotasjonsanordningen bevirker separering av oljedråpene fra vannkomponenten, for å bevirke at vannkomponenten flyter til overflaten av materialet som er tilført fIotasjonsanordningen.

7. Separatoranordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter en blande- og/eller oppholdstank (90) som har et innløp for væskeblan-dinger som skal separeres, og et utløp, idet utløpet er koblet til innløpet til hydrosyklonen, hvilken tank er innrettet til å bevirke delvis koalesens av i det minste den ene komponent.

8. Separatoranordning som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert ved at blande- og/eller oppholdstanken (90) er utstyrt med midler for å tilføre kjemikalier til blandingen, for å bevirke koalesens.

9. Separatoranordning som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert ved at den omfatter midler for å tilføre gass til materialet som ledes til fIotasjonsanordningen.

10. Separatoranordning som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert ved at fIotasjonsanordningen befinner seg i en separat beholder og er koblet til hydrosyklonen via en ledning som er utstyrt med en trykkreduserende innretning (50).