NO20140124A1 - Anordning og fremgangsmåte for utskilling av partikler fra en blanding av partikler, vann, olje og inneholdt gass - Google Patents

Description

Det beskrives en utskilling prosess av partikler fra en væske blanding av vann, olje, partikler og inneholdt gass. I en sylindrisk beholder (20) med konisk bunn, først blir de tyngre partiklene fjernet fra den inngående blanding med sentrifugal strømning av blanding ved syklon (16) og etterpå er lettere partikler fjernet med filter (17). Blanding av væske og partikler forsynes til syklonen (16) som ligger i beholderen (20). Syklonen (16) har et tangensialt innløp designet for tilstrekelig høy hastighet. Tilfredsstillende hastighet bringer blandingen til å rotere og samt danner en virvel rund virvelsøkeren som ligger aksialt ved syklonen (16). På den måte er den tyngre væske bli styret til vegger av syklonen (16). Da kan utskilt lettere væske med lettere partikler inngå gjennom øverste utløp på syklonen (16) til filteret (17) for fjerning av resterende partikler. Resten av væske strømmer ned med tyngre partikler, gjennom syklonens (16) nederst utløp. Gass følger lettere partikle.

Om filteret (17):

Filteret (17) har konisk bunn som bidrar til at partikler kan lettere bosettes ned til syklonen (16), spesielt under

tilbakevasking prosess. Filteret (17) kan innbefatte et perforert eller slisset metall rør med åpninger i området 5-100 nm, eller det kan innbefatte filt, tekstilt, polymert materiale. Det kan også brukes membran. Filteret (17) er begrenset i en sylindrisk kammer med filtrering område (innside) som er mer brede nede. Dette er pga det lages filtrering område så større som mulig og det blir lettere å løsgjøre partikler. Det brukes el. motor (18) ved tilbakevasking. På den måte kan det brukes mindre rent væske til tilbakevasking. I tillegg, kan det brukes varmeveksler (14) som bidrar med varming opp væske for tilbakevasking av filteret. Varmet opp renn væske (15) hjelper for å løsgjøre partikler som liger på filteret (17) og de er selvklebende. Bruk av varmeveksleren (14) er ikke nødvendigvis. Denne oppfinnelsen beskriver ikke ytterlige design av automatisk tilbakespyling filter. Oppfinnelsen foreslår bruk av filter design som en del av oppfinnelsen. Derfor er det behovet for sjekking om optimal nåværende design av filteret (17).

I beholderen (20) holdes den innførte blanding og det sirkuleres hele tid med pump. Rent vann tilføres og olje-vann blending tas ut gjennom filteret (17) og strømmen (19).

Utskilling metode forsterkes ved tilsett mikser (8) som forårsaker væske turbulens. Den væske turbulensen renser belagte partikler. Tilsett gass (2) forsterker flokkulering. Utskilling metoder kan ytterligere forsterkes ved tilsetting av ekstra kjemikalier (4) og løsning midler (3). Avgass føres till en fakkel (22). Det lukkede miljø inneholder overtrykket gassatmosfære for å hjelpe videre føring under trykk av utskilt væske til andre del av anlegg.

De partiklene kan være utskilt fra f. ex en stor mengde olje og vann og da kan de av miljømessige grunner bli dumpet til sjø eller fraktet til noe andre rensing sted.

En hydrokarbon - brønnstrøm inneholder i hovedsaken hydrokarboner, partikler og vann. De kontaminerte partiklene vil ved en utskilling prosess avgi olje, gass og vann. Oppfinnelsen vil utskille partikler fra den type av strøm og hindre uønskede utslipp til det omgiende miljø.

Ved utskilling i et lukket miljø, unngår man uønskede utslipp til omgivelsene. Utskilt gass kan sendes til fakkel eller til atmosfærisk vent. Anvendelse vil inngi fordel med utskilling av alle partikler over 5 um i diameter fra en blanding av partikler, vann og hydrokarboner (olje og gass). Partiklers størrelse er avhenging først og fremst av filteret (17) design.

Fordeler med den design er at gass (2) kan blandes med væske blanding ved innløp og dette vil pålegge flokkulering i beholderen (20) og øke turbulens strømning ved mikser (8). Partikler som er omringet med olje er utskilt fra olje med turbulens strømning igjennom mikser (8).

Utskilt partikler går nede i syklonen (16) med resten av væske blanding og føres igjen til beholderen (20).

Oppfinnelsen fastsetter en fremgang ved utskilling av partikler fra en blanding av vann, olje, partikler og inneholdt gass. Den system er særlig utviklet i forbindelse med behovet for rensing av sand og lettere partikler som er separert fra en hydrokarbon-brønnstrøm, hvor blandingen i et lukket miljø utskilles med en syklon (16) og et filter (17). Tyngre sand partikler holdes ned i syklonen (16) ved utnyttelse av sentrifugalkraft og lettere partikler holdes fast på filteret (17). Filteret (17) lar å passere kun en blanding av olje, vann og partikler med diameter under 5um (eller større/mindre partikler, det er avhenging av filteret (17) design).

Hydrosyklonseparatorer effekt er vel kjent for utskilling av faststoffer fra en væske. Derfor er nederste delen av utskilling prosess laget som en hydrosyklon (16). Det kan oppnås effektiv separering ned til, eget små dimensjoner. Imidlertid reduseres separasjonsvirkningsgraden når det benyttes hydrosyklonseparator for separering av faste partikler med spesifikk egenvekt f. ex under 2.5. For å separere slike faststoffer fra væske blanding da benyttes det i tillegg filteret (17) med filtrering grad fra f. ex 5 mikron (avhengig av design). Oppfinnelse er opplyset mer i detaljer på følgende tegninger:

Fig 1-5 Viser fungerende prinsipper med gjennom forskjellige sykluser. Hver figur representerer en syklus

Fig 6 Viser hvordan ser ut beholderen (20) med tilpassende dyser

I fig 1 er vist oppfylling sykles. Beholderen (20) fylles opp med blanding av hydrokarboner, vann og partikler (5). I tilegg, kan det tilbringes, kjemisk hjelpe midder (f. ex de-oiler) (4) og løsemiddel (3) som kan hjelpe utskilling av partikler fra hydrokarboner. Før oppfylling syklus startes, må beholderen bli tomt under et designet nivå (23). Gass (2) som er tilført i tillegg for å hjelpe flotasjon, blendes med blanding gjennom mikser (8). Gass sendes til vent (21) med uten bakk trykk. Beholderen fylles opp til oppstart nivå (24). Fylling volum bestemmer størrelse på beholderen.

Hvis f. ex vi snakker om offshore olje og gass industri, da kan vi si at strømmen (5) kan representere produsert vann fra tilbakevasking prosess av siler eller filtre eller produsert vann med sand og andre partikler fra bønn av hoved separatorer og avgassing beholder. Strømmen (4) kan representere f. ex de-oiler, strømmen (2) nitrogen eller fuel gass og strømmen (21) kan rutes til atmosfærisk vent. Gass som er sett i tillegg vil beholde lokken miljø med trykk i beholderen (20).

Fig. 2 viser fylling av beholderen (20) med rent vann eller solvent (12). Pumpen (11) kjøres på høgere trykk enn i beholderen (20). Strømmen (28) kjøres til ejektor (10) slik som den strømmen suger blanding fra beholderen (20) som strømmen (9). På den måte det blandes rent vann/solvent med blanding. Mikser (8) og ejektor (10) påvirker høgt fluid turbulens som hjelper til utskilling av olje og partikler. Den syklus kjøres fra nivå (24) (fylling opp nivå) til nivå (25). Mål med den syklus er å starte opp pumpen (11) med tilføring av rent vann (12).

Strømmen (12) kan f. ex på offshore forsynes fra nedstrømmen av degasser eller fra noe dedikert beholder med rent vann.

Fig 3 representerer hoved rensing prosess. Rent vann (12) pumpes gjennom pumpen (11) og tilføres til beholderen (20) gjennom strømmen (13) og andre del av rent vann (28) blendes med sugd strømmen (9) fra beholderen (20). Blandet strømmen (7) kjøres igjennom mikser (8). Ejektor (10) og mikser (8) hjelper til å utskille partikler fra olje med turbulent strømning. Blandings nivå i beholderen synker fra nivå (25) til nivå (26). Vann med olje og med uten partikler føres til andre utskilling trinn gjennom strømmen (19). I andre utskilling trinn bør det separeres olje fra vann. Strømmen (19) har kommet fra beholderen (20) og strømmens mengde kan kontrolleres gjennom nivå kontroll i beholderen (20). Strømmene (1) og (22) er i brukt for å lage lukket miljø i beholderen (20).

Den syklus, som er representert på den fig. 3, den kjøres rett etterpå syklus som er visst på fig. 2. Syklusen kjøres rundt en time.

I olje og gass industri, kan strømmen (22) bli f. ex LP flare tilkobling, strømmen (1) fuel gass/nitrogen og strømmen (12) kan bli tatt fra produsert vann degasser eller fra noe dedikerte beholder. Strømmen (19) tilføres til siste utskilling trinn, f. ex. til elektrisk coalescer.

Etterpå, når det er ferdig med utskilling av partikler fra væske, må filtert (17) bli bakvasket. Til det, brukes el. motor (18) og rent vann (15). Strømmen (15) er tilført fra pumpen (11) og varmet opp gjennom varmeveksler (14). Varmeveksleren (14) er sett til å hjelpe med bakkvasking prosess og det er ikke nødvendig med det. Bakvasking prosess på filtret (17) skulle bruke en typisk design med filtre, el. motor og tilsett rent vann. På fig. 4 finnes det også strømmen (21) som er helt åpen mot atmosfære.

Tilbakevasking prosess skal bli veldig kort (få minutter)og nivå stiger fra (26) til nivå (27). Når tilbakevasking syklus er ferdig, da blir alle partikler over f. ex 5um utskilt fra blandingen. Dette er også vist på fig. 4.

I offshore perspektiv, betyr det egentlig at det finnes ikke mer olje (som er miljø farlig) i blandingen i beholderen (20) .

Fig 5 har forklaring om hvordan siste syklus ser ut. Når alle partikler er utskilt fra blandingen og den blandingen ligger med uten olje i beholderen (20), da burde det føres tømming av beholderen (20). Først, er den strømmen (21) blitt tilgjengelig til atmosfære, dvs. 0 barg trykk i beholderen. Det er gjort pga sikkerhet mulig tilbakke strømming av strømmen (22). Renset blanding eller vann (12) tilføres med pumpen (11) og distribueres. Strømmen (13) fluidiserer sand i beholderen (20) og resten sugger partikler (9) fra beholderen (20) gjennom ejektoren (10). Partikler med renset vann eller blanding sendes ute av system gjennom strømmen (6).

Syklus stoppes når blending nivå i beholderen (20) er kommet på nivå (23). Alle syklusene er ferdig.

På offshore plattformer kan strømmen (6) bli representert som strømmen som føres partikles til sand bags eller overbord. Strømmen (21) kan bli representert som atmosfærisk vent og den vil forebygge oksygen innbrudd.

Systemet inkluderer flere ventiler med styreorganer som styrer hver syklus. De er ikke vist men de har tatt i hensikt som naturligvis del av anlegg.

Oppfinnelsen beskrevet oppover, burde brukes som en utskilling prosess hvor partikler over viss diameter er utskilt fra en forsjelig blanding (f. ex hydrokarboner og vann). Det kan brukes på offshore platformer for utskilling (eller rensing) av sand og ANDRE partikler (f. ex leire) fra produsert vann strømmen.

Mulig bruk av oppfinnelsen på offshore platformer:

Det kan installeres to filtre i parallell nedstrøm separatorer og oppstrøm produsert vann degasser, dvs. mellom dem. De kan filtrere produsert vann, f. ex 500 m3/hr. Filteret er vanlig "wedge wire" filtre med filtrering "grade" f. ex 20 um. Når en av de to filtrene er tett, kjøres det tilbake vasking prosess på det hvor alle partikler som ligger tett på "wedge wire" er spylt av. Da brukes den annen til filtrering. Det tar rundt 15 minutter og 2.5 % av filtrering strømmen til å kjøre god nok tilbake vasking av filtre, dvs. 500 m3/hr<*>15 minutter<*>2.5 % = 3.15 m3 totalt bruk av produsert vann til tilbakevasking prosess.

Utnyttet produsert vann fra tilbakevasking prosess er tilført til oppfinnelsen og fanget opp i beholderen (20). Når beholderen er full og nødvendig kjemikalier tilført, da kan utskilling prosess begynne. Oppfinnelsen skal utskille alle partikler over 20 um i diameter fra og olje i blandingen.

Pumpen (11) burde kjøre rundt 13 m3/hr av rent vann (filtrert produsert vann) og beholderen (20) burde bli rundt 1.4 m i diameter og 4 m i høyde. Det behøves rundt 26 m3/hr av fuel gass eller nitrogen.

Det kan også installeres to filtre i parallell nedstrøm produsert vann degasser og de vil bli i bruk på injisert vann filtrering. Da bør de brukes med mindre filtrering grad, f. ex 5um. Det burde bli cirka samme prosess beregning.

Alle tallene er estimert og de er avhengig av nåværende design av tilbakevasking filtre.

Hele utskilling prosess burde ta rundt 1 time med 150# systemet design trykk.