NO304971B1 - Syklonseparatoranordning og fremgangsmÕte ved drift av denne - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en syklonseparatoranordning og en fremgangsmåte som angitt i innledningen til de etterfølgende patentkrav 1 og 4.

US-PS 4.237.006 beskriver en syklonseparator som har et separeringskammer som har et første, annet og tredje sylindrisk parti, liggende etter hverandre i nevnte rekkefølge, idet det første sylindriske parti har større diameter enn det annet sylindriske parti og det tredje sylindriske parti har mindre diameter enn det annet sylindriske parti, og det første sylindriske parti har et kjerneutløp ved den ende som er motsatt av det annet sylindriske parti samt et tangentialt rettet tilførselsinnløp, og separatoren er innrettet til å separere en væske fra en annen i en blanding som tilføres separeringskammeret via tilførselsinnløpet, idet en av væskene strømmer ut fra kjerneutløpet og den annen passerer gjennom det tredje sylindriske parti i retning bort fra det annet sylindriske parti, for å strømme ut fra et spissutløp ved den ende av separeringskammeret som er fjernest fra det første sylindriske parti.

Separatoren angitt ovenfor er særlig, men ikke utelukkende, beregnet for separering av olje fra vann, idet oljen under bruk strømmer ut fra kjerneutløpet og vannet fra det tredje sylindriske parti.

De nevnte, sylindriske partier behøver ikke å være helt sylindriske, på den måte at de ikke i alle tilfeller trenger å ha en sideflate som er rettlinjet i tverrsnitt og parallell med aksen til partiene. F.eks. beskriver US-PS 4.237.006 arrangementer der det første sylindriske parti har et avkortet kjegleparti nær det annet sylindriske parti og som danner en konus mellom den største diameter til det første sylindriske parti og diameteren til det annet sylindriske parti, der disse møter det første sylindriske parti. Likeledes beskriver det nevnte patent arrangementer der et lignende parti av avkortet konusform er anordnet for å danne en minskning av diameteren til det annet sylindriske parti fra en største diameter til det annet sylindriske parti til diameteren til det tredje sylindriske parti. Det er også beskrevet et arrangement der det annet sylindriske parti har konstant konisitet i hele sin lengde.

I AU-patentsøknad 12421/83 er beskrevet forskjellige modifikasjoner av syklonseparatorer av den ovenfor nevnte type, og disse modifikasjoner kan inngå i separatoranordninger utformet i henhold til denne oppfinnelse.

I US-PS 4,237,006 angis at den beskrevne syklonseparator er i samsvar med flere dimensjonsbegrensninger med hensyn til de innbyrdes proporsjoner til forskjellige komponenter av denne. Disse begrensninger er:

der d0er innerdiameteren til kjerneutløpet, d., er diameteren til det første parti, d2er diameteren til det annet parti og d3er diameteren til det tredje parti, l2er lengden til det annet parti, A, er det samlede tverrsnittsareal til alle tilførselsinnløpene, målt i innløpspunktene i separeringskammeret vinkelrett på den innkommende strømning.

Det er generelt funnet at de nevnte dimensjonsbegrensninger med fordel kan anvendes for syklonseparatorer som inngår i denne oppfinnelse, med det unntak at det ikke er funnet nødvendig å samsvare med de begrensninger som gjelder forholdet mellom kjemeutløpsdiameteren og diameteren i det annet sylindriske parti. Heller ikke er det funnet nødvendig å holde seg til den øvre grense på 25 for forholdet l2/d2, ettersom større verdier for dette forhold kan benyttes. Dessuten er det i arrangementet i US-PS 4.237.006 to tilførselsinnløp, men det har ikke blitt funnet nødvendig å holde seg til dette. Arrangementer med ett innløp eller med mere enn to innløp vil funksjonere.

Det er funnet å forenkle driften dersom kjerneutløpet har en diameter d0nærmest separeringskammeret, i området 0,0035 < d0/d-, < 1. Nærmere bestemt kan kjerneutløpet ha en avtrappet boring med et første boringsparti nærmest det første sylindriske parti som har større diameter enn et annet boringsparti fjernere fra det første sylindriske parti. I dette tilfellet kan det første boringsparti ha en diameter d0i området 0,0035 < d0/ d: < 1 , og det annet boringsparti kan ha en diameter d5i området 0,0035 < d5/d, < d0/dv

Det foretrekkes også at det er anordnet midler som kan aktiveres for å tilkoble kanalen for strømning av væske inn i denne og tilbake i separeringskammeret via det første boringsparti, for å forenkle oppløsning av blokkeringer i kjerneutløpet .

For disse og andre typer syklonseparatorer er det et velkjent problem å oppnå den ønskede grad av separering.

Den foreliggende oppfinnelse angår en anordning og en fremgangsmåte som bidrar til å forbedre separeringen av en blanding av olje og vann i en syklonseparator.

Anordningen og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved de trekk som fremgår av de etterfølgende patentkrav 1 og 4. Utførelsesformer fremgår av de uselvstendige patentkravene.

Forbedret separasjon er således oppnådd ved å lede blandingen og den eventuelt tilsatte emulsjonsbryter til en oppholdstank før de ledes til separatoren.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere ved hjelp av et eksempel, under henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 er en gjennomskåret perspektivprojeksjon av en syklonseparator som kan

inngå i den foreliggende oppfinnelse.

Flg. 2 er en forstørret aksialsnitt-projeksjon av kjerneutløpet til separatoren i fig. 1.

Fig. 3 er en forstørret, fragmentarisk snittprojeksjon av kjerneutløpet til

separatoren i fig. 1.

Separatoren 10 vist i fig. 1 har et separeringskammer 25 som har et første,

annet og tredje sylindrisk parti 12, 14 og 16, som er anordnet koaksialt i nevnte rekkefølge. Disse sylindriske partier ligner generelt det tilsvarende første, annet og tredje sylindriske parti i separeringskammeret i syklonseparatoren beskrevet i det nevnte US-PS 4.237.006. Nærmere bestemt har det første sylindriske parti 1 2 to tilhørende tilførselsrør 26, 28, og disse er anordnet for tilførsel tangentialt inn i det sylindriske parti 12 via respektive innløpsåpninger, av hvilke bare én åpning, nemlig åpningen 30 i tilknytning til røret 26, er synlig på tegningen. De to innløpsåpningene er anordnet diametralt i forhold til hverandre, og befinner seg nær den ende av partiet 12 som er fjernest fra partiet 14. Den ende av partiet 12 som er fjernest fra partiet 14 har også en sirkelformet utløpsåpning 32 som fører til et kjerneutløpsrør 34 .

Et konisk parti 12a av separeringskammeret befinner seg mellom det første og annet parti, 1 2 og 14, mot det annet sylindriske parti 14. Som forklart i US-PS 4 .237.006 er imidlertid et slikt konisk parti ikke vesentlig. Det annet sylindriske parti 14 er konisk i hele sin lengde, og avtar fra en diameter ved den ende som er nærmest partiet 12a som er lik diameteren til partiet 12a ved overgangen mellom de to partier, til en noe mindre dimensjon ved den motsatte ende. Det sylindriske parti 16 har en konstant diameter som er lik den minste diameter til partiet 14.

På tegningen kan lengden I, til partiet 12, dets diameter dvkonusvinkelen a til det koniske parti 12a, innerdiameteren d0til utløpsrøret 34 ved den ende som har størst diameter, lengden l2og diameteren d2til det annet parti 14, konusvinkelen (3 til det annet parti 14 og lengden l3og diameteren d3til det tredje sylindriske parti, samt det samlede areal A, til de to innløpsåpningene 30, alle velges i henhold til de parametere som er vist i US-PS 4.237.006, men utløpsdiameteren d0behøver ikke å begrenses til å ligge innen de grenser som der er beskrevet, og heller ikke behøver lengden l2å velges slik at den ikke overstiger den øvre grense på 25 for forholdet l2/d2.

Som beskrevet i AU-søknad nr. 12421/83, kan et parti tilføyes separeringskammeret 25, og dette parti er betegnet med henvisningstallet 18 i figuren. Partiet 18 har en del 18a nærmest partiet 16 som har avkortet konusform, og avtar fra en største diameter som er lik d3ved den ende som er nærmest og ligger inntil utløpsenden til det sylindriske parti 16, til en diameter d4ved utløpsenden. Ved utløpsenden av delen 18a omfatter et fjerde parti 18 et utløpsrør 18b som har innerdiameter d4, og dette fører til et nedre utløp 23.

Fortrinnsvis er vinkelen y, som er konisiteten eller den halve vinkel til den avkortede konusflaten til delen 18a, omtrent 45°, selv om vinkler i området 30 - 60° generelt er tilfredsstillende. I alle tilfeller foretrekkes det at forholdet d4/d3er i området 1:3 til 2:3. Lengden av delen 18 er ikke kritisk ved oppfinnelsen, og vil i alle tilfeller vanligvis bestemmes ved valget av det nevnte forhold mellom diametrene d4og d3. Likeledes er lengden av røret 18b ikke funnet å være viktig for driften av separatoren.

Selv om delen 1 8a er vist slik at den har en snittform som en avkortet konus (dvs. at den er vist med en sideflate som har en lineær, skrå form i forhold til aksen til partiet, sett i snitt), er dette ikke vesentlig. Delen 18 kan ha en konus-vinkel som varierer langs lengden, slik at denne enten øker eller minsker i retning fra enden med størst diameter til enden med minst diameter. I alle tilfeller foretrekkes det at lengden til delen 18 er omtrent den samme som dens største diameter.

Under bruk tilføres væske som skal separeres tangentialt til det indre av det sylindriske parti 12 via tilførselsrørene 26, 28, og den tyngste komponent i væsken beveger seg i lengderetningen gjennom separatoren, for å strømme ut fra utløpet 23 til røret 18b, mens den letteste komponent strømmer ut fra røret 34.

I praktiske arrangementer som er konstruert i henhold til oppfinnelsen kan partiene 12, 14 og 16 f .eks. ha lengder I, = 116 mm, l2= 1 250 mm, og l3= omtrent 1000 mm. Det koniske parti 12a kan ha en lengde på omtrent 160 mm. Det første, annet og tredje sylindriske parti kan også i et slikt tilfelle ha følgende diametre:

det første sylindriske parti, diameter d., = 116 mm,

det annet sylindriske parti 14, diameter d2= 58 mm, minskende til diameter d3= 27 mm,

det sylindriske parti 16 diameter d3= 27 mm.

Tilførselsinnløpene 30 kan ha diametre på 20 mm, idet kjerneutløpet 32 har en diameter på 2,5 mm.

Fig. 2 viser utløpsrøret 34 mere detaljert. Røret har en indre, avtrappet boring som fører fra utløpsåpningen 32. Nærmere bestemt har boringen et første parti 34' nærmest utløpet 32, med diameter som er lik diameteren til utløpet 32 og et annet parti 34" avstand fra utløpet 32, med mindre diameter enn boringspartiet 34' . Boringspartiet 34' kan ha en diameter d0i området 0,125 til 0,625, fortrinnsvis 0,17 til 0,47 ganger diameteren d-, til partiet 12 i separeringskammeret 25. Boringspartiet 34" kan ha en diameter d5som er 0,015 til 0,05, fortrinnsvis 0,025 til 0,035 ganger diameteren d^til partiet 12 i separeringskammeret 25. I prinsippet kan imidlertid det første boringsparti ha en diameter d0hvor som helst i området 0,0035 < dg/d^ 1, og det annet boringsparti kan ha en diameter d5i området 0,0035<<>d5/d., < d0/dv

Lengden av boringspartiet 34" er ikke vesentlig. Det er funnet at effektiviteten har en tendens til å avta noe når lengden L til boringspartiet 34' økes. Med

økende lengde L nås til slutt et punkt der driften av syklonen blir ustabil. Det er også funnet at jo mindre diameteren d0er, desto større kan lengden L være før det oppstår ustabil drift. Generelt kan forholdet L/d0være inntil 10, idet minste for forhold d0/d2<>>0,31.

Eksempel

Det ble utført forsøk med en separator med følgende diametre dvd2, d0, d5:

d, = 116 m

d2= 58 mm

d0= 18 mm

d5= 3,2 mm

brukt til å separere olje og vann. Lengden L til utløpsrøret ved partiet med størst diameter ble variert, og separeringseffektiviteten E ble målt for hver variasjon. Separate forsøk ble utført når separatoren arbeidet med et skilleforhold F som var lik 1,5% og 1,0%. Skilleforholdet F er definert som forholdet

Effektiviteten ble bestemt ved måling av konsentrasjonen C-, av olje i innløpsblandingen og konsentrasjonen C2av olje i vannet som kom ut av det nedre utløp til separatoren, slik at effektiviteten E er bestemt som forholdet

Disse forsøk, utført med volumetrisk strømning på 200 I/ min., ga resultater som vist i tabell 1 og 2, der M er forholdet L/d0.

I utførelsesformen vist i fig. 3 har utløpsrøret 34 en kanal 51 som er utformet gjennom sideveggen og danner kommunikasjon mellom boringspartiet 34' og det ytre av utløpsrøret 34. Denne kanal kan f.eks. ha en diameter i området 0,05 til 0,10 ganger diameteren dvKanalen 51 danner kommunikasjon, via et ytre rør 55, til en ventil 53. Under normale driftsforhold kan ventilen 53 være lukket, slik at strømningen passerer fra utløpet 32 gjennom boringspartiet 34' og deretter gjennom boringspartiet 34". Imidlertid, under forhold der det oppstår blokkering av røret 34, kan væske slippes inn i boringspartiet 34' via røret 55 og kanalen 51, ved å forbinde utløpet til ventilen 53 med et passende forråd av høytrykksvæske, for å tillate at væske strømmer tilbake gjennom kanalen 34', gjennom utløpet 32 og inn i separeringskammeret til separatoren. Dette er funnet å forenkle oppløsning av blokkeringer, selv når blokkering inntreffer i boringspartiet 34". Forrådet av høytrykksvæske kan være det forråd av væske som skal separeres, hvilket f.eks. midlertidig kan ledes fra innløpet i innløpsrørene 26, 28 i løpet av den tid væske slippes inn gjennom kanalen 51 og inn i utløpsrøret 34. Det er mulig, i en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen (ikke vist), å anordne strømningsavfølende midler som virker til å avføle strømningen fra utløpsrøret 34 og til automatisk å aktivere ventilen 53 for å lede den innkommende væskestrøm som normalt passerer til innløpsrørene 26, 28, til å strømme gjennom kanalen 51 til boringspartiet 34' for å oppløse blokkering.

Det er funnet at anordningen av det trange boringspartiet 34" generelt bevirker meget tilfredsstillende separering, men at det er nødvendig eller ønskelig under noen forhold å ha et videre utløp fra separatoren enn det som dannes av boringspartiet 34". Under slike forhold er det således mulig å åpne ventilen 53 slik at det skjer utstrømning av den ønskede separerte komponent gjennom røret 34, gjennom kanalen 51, røret 55 og ventilen 53. Et slikt arrangement er ønskelig ved separering av olje og vann fra en blanding av olje og vann når mengden av olje i blandingen som skal separeres er forholdsvis stor. Særlig er det mulig å anordne midler for kontinuerlig overvåking av oljeinnholdet i vannet som tilføres innløpsrørene 26, 28, tilkoblet for å aktivere ventilen 53 for å tillate utstrømning fra kanalen 51, røret 55 og ventilen 53 under tilstander når det detekterte oljeinnhold overstiger en forutbestemt verdi, slik som 0,5 %.

En eksperimentell separator ble funnet å virke tilfredsstillende for separering av olje og vann når separatoren hadde de følgende dimensjoner:

diameter d0til utløps-boringspartiet 34' = 19 mm

diameter d5til utløps-boringspartiet 34" = 3 mm

diameter d6til kanalen 51=9 mm

diameter d1 = 116 mm

Det kan f.eks. anordnes to eller flere kanaler 51 med forskjellige diametre. Disse kan aktiveres selektivt i henhold til det målte oljeinnhold, eller f.eks. kan en benyttes for å danne utstrømning under tilstander med høyt oljeinnhold og den annen benyttes for oppløsning av blokkeringer.

Tilførselen av emulsjonsbryter kan utføres ved bruk av kjente doseringsteknikker, slik som innsprøytning av en emulsjonsbryter i den innstrømmende væske før denne føres til tilførselsrørene 26, 28.

Kommersielt tilgjengelige emulsjonsbrytere er funnet å være helt tilfredsstillende. Emulsjonsbryteren "Nalco 7723" markedsført av Catoleum Pty Ltd Botany N.S.W., Australia ble funnet effektiv når den ble innsprøytet i konsentrasjoner i området 5 til 8 ppm.

Avhengig av den bestemte emulsjonsbryter som benyttes kan konsentrasjonen av tilsatt emulsjonsbryter velges slik at den er i området 2 til 100 ppm. Generelt er effektiviteten til emulsjonsbrytere avhengig av graden av kinetisk blanding som skjer og oppholdstiden i blandingen før tilførsel til separatoren .God blanding og tilstrekkelig oppholdstid er nødvendig for de beste resultater. Generelt er imidlertid den beskrevne metode for innsprøytning i den innstrømmende væske funnet å være tilfredsstillende.

EKSEMPEL 1

Vann som inneholdt 350 ppm. olje ble tilført en syklonseparator med en lignende form som vist i fig. 1, og med diameter d2= 35 mm, med en strømningsgrad på 200 liter/minutt. Utløpskonsentrasjonen av olje i separert vann, ved det nedre utløp, ble funnet å være 50 ppm.

EKSEMPEL 2

Eksempel 1 ble gjentatt, men med innsprøytning i blandingen av olje og vann før tilførselen til separatoren av 30 ppm. av en kommersiell type emulsjonsbryter solgt under navnet Applied Chemicals, type 8980. Innsprøytningen ble gjort i et rør som førte til separatorinnløpet ved bruk av en stempelpumpe fra et reservoar av emulsjonsbryteren. Det separerte vann ved det nedre utløp av separatoren ble funnet å ha en konsentrasjon på 14 ppm olje.

Claims (6)

1. Syklonseparatoranordning innrettet til separering av olje og vann i en blanding, idet én komponent i blandingen er i form av små dråper i den andre komponent, idet separatoren har et separeringskammer med i det minste et tangentialt rettet innløp (26, 28) nær en ende av separatorkammeret, et kjerneutløp (34) ved denne enden og et spissutløp (23) ved den enden som er motsatt av den første enden, idet separatoren er innrettet til å separere væsker fra hverandre i en blanding som tilføres separeringskammeret via innløpet eller innløpene (26, 28), idet en av væskekomponentene strømmer ut fra

kjerneutløpet (34) og den annen passerer igjennom separatorkammeret, for å strømme ut fra spissutløpet (23) til separatoren,karakterisert vedat en oppholdstank er anordnet oppstrøms for separatoren, for å tilføres blandingen som skal separeres før denne tilføres separatoren, for å fremme separeringen av komponentene i blandingen.

2. Separatoranordning som angitt i krav I,karakterisert vedat den omfatter midler for tilsetning av en emulsjonsbryter til blandingen før blandingen tilføres innløpet eller innløpene (26, 28) til separeringskammeret.

3. Separatoranordning som angitt i krav 2,karakterisert vedat midlene for tilsetning av emulsjonsbryter befinner seg oppstrøms for oppholdstanken, for tilsetning av emulsjonsbryteren til blandingen før denne kommer til oppholdstanken.

4. Fremgangsmåte ved drift av en syklonseparatoranordning innrettet til separering av olje og vann i en blanding, idet én komponent i blandingen er i form av små dråper i den andre komponent, idet separatoren har et hydrosyklon-separeringskammer med i det minste et tangentialt rettet innløp (26, 28) nær en ende av separatorkammeret, et kjerneutløp (34) ved denne enden og et spissutløp (23) ved den enden som er motsatt av den første enden, idet separatoren er innrettet til å separere væskene fra hverandre ved at blandingen tilføres separeringskammeret via innløpet eller innløpene (26, 28), idet en av væskekomponentene strømmer ut fra kjerneutløpet (34) og den annen passerer igjennom separatorkammeret, for å strømme ut fra spissutløpet (23) til separatoren,karakterisert vedat blandingen ledes inn i en oppholdstank oppstrøms for separatoren, for å inneholde blandingen en viss oppholdstid før denne tilføres separatoren.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat en emulsjonsbryter tilsettes blandingen oppstrøms for tanken, før blandingen tilføres separeringskammeret.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5,karakterisert vedat emulsjonsbryteren tilsettes i en strøm av innstrømmende væske i tanken.