NO325190B1 - Fremgangsmate og anordning for separasjon av partikler fra et fluid. - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å skille ut partikler fra en væske, hvilke partikler er dispergert i væsken, hvilken fremgangsmåte består av følgende trinn: - føre væsken som inneholder partikler til en separasjonsanordning, - gi væsken som inneholder partiklene en spesifikk hastighet og lede væsken til en eller flere oppsamlingsflater, - koalescere partiklene på oppsamlingsflaten, - fjerne de koalescerte partiklene fra oppsamlingsflaten, - fjerne væsken som har avgitt partikler og de koalescerte partiklene i minst to separate strømmer, og - eventuelt fjerne de tyngre partiklene fra separasjonsanordningen i minst en separat strøm. Oppfinnelsen vedrører også en anordning for å skille partikler fra en væske bestående av en beholder (8) med minst ett innløp (10) for væsken som skal separeres, minst ett utløp (15) for utskilte partikler, hvilken anordning videre innbefatter: - innløpsanordning (11, 13) for fordeling av væsken inn i beholderen - en eller flere oppsamlingsflater (14) for oppsamling og koalescering av partikler fra væsken.

Description

Foreliggende oppfinnelse omhandler en fremgangsmåte for å skille partikler fra et fluid, hvor partiklene er fordelt i fluidet og består av lettere partikler med en tetthet som er lavere enn fluidets, eller tyngre partikler som har en tetthet som er høyere enn fluidets. Videre omhandler oppfinnelsen anordninger for utskillelse av nedsenkede partikler i et fluid hvor partiklene består av lettere partikler med en tetthet lavere enn fluidets tetthet og tyngre partikler med en tetthet som er høyere enn fluidets tetthet, hvilke anordninger innbefatter en beholder med minst ett innløp for fluidet som skal separeres, minst ett utløp for fluid hvor partikler er fjernet, minst ett utløp for utskilte lettere partikler og minst ett utløp for tyngre partikler.

Foreliggende oppfinnelsen kan omfatte bruk i et vidt spekter av bruksområder og industrier hvor det er behov for å separere og skille ut partikler fra et fluid. Noen av disse bruksområdene er satt opp i en liste under avsnittet for beskrivelse av virkemåte. Ett av de viktigste bruksområdene er innen separasjon av olje fra vann.

Under prosessen med å produsere olje eller det å bringe olje til overflaten vil det også bli ført opp betydelige mengder vann fra reservoaret. Vannmengden vil variere fra 10 % til 90 % av den totale vann/olje blandingen og vil øke etter hvert som et oljefelt modnes. Vannet har benevnelsen produsert vann.

Vannet blir skilt eller separert fra oljen i flere trinn og blir til slutt reinjisert til reservoaret eller det ender som utslipp til omgivelsene. Krav for maksimum oljeinnhold i vannet er regulert av lokale myndigheter og er vanligvis satt til 40 ppm (partikler per million). Denne grensen forventes å bli senket etter hvert som miljøbevisstheten øker, bedre teknologi blir tilgjengelig og det totale volum av vann øker som et resultat av økte vannmengder i modne oljefelt.

Den totale mengden olje som går til utslipp sammen med produsert vann i 2005 er anslått til å være ca. 2,1 millioner fat per dag. Innen 2010 anslås dette å øke til ca 3 millioner fat per dag. Anslagene er gjort på grunnlag av mengder av produsert vann på 70 milliarder fat per dag i 2005 og 100 milliarder fat per dag i 2010. Eksisterende metoder for separasjon av oljepartikler fra vann inkluderer bruk av gass flotasjon, tyngdekraft og sentrifugalkrefter. Utstyret omfatter flotasjonstanker, horisontale og vertikale indusert gass flotasjonstanker, kompakte flotasjonstanker, sykloner osv.

Teorien bak indusert gass flotasjon går ut på at nedsenkede partikler i væsken, så som oljepartikler, vil feste seg til gassboblene og flyte til overflaten. Hastigheten mot overflaten varierer med boblens størrelse og kan beregnes ved hjelp av Stokes likning. Etter at partiklene har nådd overflaten vil de bli fjernet ved skimming eller på annen måte sugd av og derved separert fra hovedvæsken.

Alle de nevnte metodene og utstyret involvert har sine begrensninger med hensyn til hvor effektiv prosessen er, hvor pålitelig og forutsigbar prosessen og utstyret er osv. Eksisterende utstyr har også store ulemper med tanke på størrelse, vekt og kompleksitet ved installasjon og drift.

Etter hvert som et oljefelt modnes kommer behovet for ytterligere vannbehandling. Tungt og komplisert utstyr er vanskelig å passe inn i eksisterende produksjonsfasiliteter. Anvendbar plass må finnes, nye rør føres fram og tilgang må sikres for drift og vedlikehold av utstyret.

Tidligere oppfinnelser som EP 1 335 784 B1 og US 6749757 er begge vertikale, kompakte flotasjonsenheter. Gass tilsettes enten oppstrøms for tanken eller den blir tilsatt i væske som resirkuleres i tanken. Basert på prinsippene beskrevet i Stokes ligning er det behov for store volum for å oppnå lang nok oppholdstid for at gassboblene skal nå opp til overflaten. Resultatet er relativt store enheter. Enhetene har også vist varierende virkningsgrad ved behandling av ulike typer vann.

EP 1335784 B1 beskriver en kompakt flotasjons- og avgasningstank som anvender syklonbevegelse. Gass og kjemiske tilsetninger anvendes for å øke prosessens effekt. De fleste anvendelser har behov for utskillelseskapasitet som er høyere enn hva en enkel enhet klarer. Ytterligere kapasitet er da oppnådd ved å installere en andre eller tredje enhet, med tilhørende økende behov for dekksplass og økende kostnad av installasjonen.

US Patent No. 67 49757 beskriver en kompakt flotasjonsenhet for separasjon av olje fra vann, som også bruker syklonbevegelse i tanken. Enheten er mer komplisert enn EP 1335784 B1, da den består av flere omliggende komponenter som er bygd inn i designen. En sløyfe for resirkulering av vann og gass blir drevet av en sentrifugalpumpe og innehar en Venturi gasspumpe for hver av resirkuleringsdysene inn i til tanken. Vann til resirkuleringssløyfa blir tatt fra tankens utløp for behandlet vann, gassen blir hentet fra toppen av tanken. Oljepartikler blir tatt ut ved å skimme over i et rør ved å heve vannivået i tanken. En separat pumpe blir brukt for å tømme oljerørets innhold. Denne enheten har så langt ikke oppnådd stor suksess i markedet. Grunnen ligger i enhetens kompliserte design, forventede høye vedlikeholdskostnader, krever stor dekksplass og har stort totalt volum.

Annen tidligere kjent teknikk med syklon-flotasjon er beskrevet i US

Patent nr. 4094783 og 5207920.

Flotasjonsenheter og indusert gass flotasjonsenheter som er undersøkt inkluderer US patenter nummer 3797203, 4186087, 4364833, 4830755, 5011597, 5484534, 5584995, 5840183 and 6238569.

Annen kjent teknikk for separasjon av nedsenkede partikler i en væske inkluderer filterenheter som beskrevet i US patenter nr. 4572786 og 4839040.

En beholder som innbefatter en vertikal spiral er beskrevet i US patent nr. 4425239. Separatorer innbefatter US Patent nr. 4424068, WO9900169 og WO9002593. Sentrifuger for separasjon er beskrevet i US Patent nr. 2816490 og til slutt er sykloner brukt til separasjon av partikler fra en væske beskrevet i patentene EP 0522686 og EP0566432.

Intet i teknikkens stand nevnt ovenfor anvender prinsippene for oppsamling av partikler som er beskrevet i foreliggende oppfinnelse.

Oljeproduksjonsfasiliteters anskaffelse av utstyr for behandling av produsert vann er ofte basert på nødvendigheten av å imøtekomme myndigheters utslippskrav. Inntjening på utstyret er derfor lav. Komplekse vannbehandlingspakker med høy kostnad er derfor vanskelig å markedsføre. Med hensyn til miljøet er det derfor et klart behov for pålitelig utstyr til en lavere kostnad slik at det kan oppnås en bredere bruk og på den måten begrense det totale, skadelige utslipp.

Basert på observasjoner av begrensningene som ligger i eksisterende utstyr kombinert med økende volum av produsert vann og bekymringer med hensyn til miljøfarlig utslipp er det klart at det er et behov for nye løsninger til lavere kostnad ved å anvende nye og bedre metoder for behandling av produsert vann.

I henhold til ovenstående, er hensikten og fordelene med oppfinnelsen som her er beskrevet, å skaffe til veie en fremgangsmåte og en anordning for å skille partikler som er nedsenket og fordelt i et fluid og at fremgangsmåten og anordningen (a) har en høyere behandlingskapasitet enn eksisterende system (b) er mer pålitelig enn eksisterende system

(c) har en lavere kostnad

(d) har mindre plassbehov

(e) har lavere vekt

(f) er ufarlig og lett å operere

(g) er lett å vedlikeholde og å reparere

(h) som er uavhengig av tilleggsutstyr og tilsetninger

(i) som er lett å utvide

Disse og andre hensikter oppnås ved en fremgangsmåte for å skille ut partikler fra en væske der nevnte partikler er fordelt i væsken og består av lettere partikler med en lavere tetthet enn væskens tetthet, og eventuelt tyngre partikler med en høyere tetthet enn væskens tetthet, som er kjennetegnet ved at fremgangsmåten innbefatter følgende trinn:

- lede væsken inneholdende partikler til en separasjonsanordning,

- fordele væsken jevnt over minst deler alv tverrsnittsarealet ved gjennomstrømning gjennom perforeringer i en plate i et innløpskammer, - tilveiebringe den partikkelholdige væsken med en spesifikk hastighet og føre væsken til en eller flere oppsamlingsflater,

- koalescere de lettere partiklene på oppsamlingsflaten,

- fjerne de koalescerte lettere partiklene fra oppsamlingsflaten,

- fjerne væsken som har avgitt partikler og de letter koalescerte partiklene i minst to separate strømmer, og - eventuelt fjerne de tyngre partiklene fra bunnen av separasjonsanordningen i minst en separat strøm.

Den spesifikke hastigheten til den partikkelholdige væsken er fortrinnsvis i området mellom 0 og 1 m/s relativt til oppsamlingsflaten, mer foretrukket 0,1 til 0,3 m/s.

Oppfinnelsen innbefatter også av en anordning for å skille ut partikler fra en væske, der nevnte partikler består av lettere partikler som har en tetthet som er lavere enn væskens, og eventuelt tyngre partikler som har en tetthet som er høyere enn væskens tetthet, hvilken anordning innbefatter en beholder med minst ett innløp for væsken som skal separeres beliggende i den nedre delen av beholderen, minst ett utløp for behandlet væske beliggende i den øvre delen av beholderen, og minst ett utløp for utskilte lettere partikler og eventuelt minst ett utløp for utskilte tyngre partikler beliggende i den nedre delen av beholderen, kjennetegnet ved at anordningen videre innbefatter

en innløpsanordning for fordeling av væsken i beholderen,

beliggende i den nedre delen av beholderen, hvilken innløpsanordning innbefatter en plate med gjennomgående åpninger, hvor væsken passerer og blir jevnt fordelt over i det minste deler av tverrsnittsarealet, hvilken plate er beliggende over innløpet for væsken som skal separeres

en eller flere oppsamlingsflater beliggende over platen for å

samle opp partikler og koalescere partiklene fra væsken.

I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen innbefatter anordningen minst en oppsamlingsflate og en innløpsanordning, forbundet med nevnte minst ene innløp, hvilket innløpskammer er utstyrt med en plate med gjennomgående åpninger gjennom hvilke væsken strømmer og blir jevnt fordelt over minst en del av tverrsnittsarealet til apparatet og eventuelt en ledeinnretning for å lede væsken mot nevnte oppsamlingsflater.

Beholder har fortrinnsvis et generelt sirkulært tverrsnitt og innbefatter en vertikal, generelt sylindrisk vegg, beholdertopp og en beholderbunn, hvor nevnte beholdertopp utgjør en oppsamlingsflate og nevnte beholdertopp utgjør en partikkelfelle innbefattende en sylindrisk kopp, i hvilken nevnte utløp er tilveiebragt

Oppsamlingsflate innbefatter fortrinnsvis minst et indre kammer med en generelt vertikal, sylindrisk seksjon med en topplate og en mindre sylindrisk brønn ved det øvre senteret til topplaten, hvilket utløp innbefatter en generelt sylindrisk del som stikker inn i beholderen og i hvilken sylindriske del den sylindriske brønnen stikker inn, at et utløpsrør for utskilte lettere partikler er forbundet med den sylindriske brønnen og stikker ut gjennom den sylindriske delen, at den øvre delen av beholderen, over topplaten, innbefatter et kammer med et partikkelutløpsrør og eventuelt med en utløpsvirvelbryter.

I en annen utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen består anordningen av en i det vesentligste horisontal, langstrakt sylindrisk beholder med en eller flere oppsamlingsflater hvor hovedoppsamlingsflaten er den interne øvre del av selve beholderen og at det i tillegg finnes en eller flere i det vesentligste horisontale oppsamlingsflater over hverandre eller at det finnes minst en, fortrinnsvis flere horisontale konsentriske rør.

Innløpsanordningen innbefatter fortrinnsvis en innløpsmanifold med flere åpninger for å fordele væsken som skal separeres inn i beholderen, hvilken innløpsmanifold løper i det vesentligste parallelt med beholderens horisontale akse.

Alternativt har den sylindriske beholderen fortrinnsvis i den ene enden, et innløp for væske som skal separeres og i den andre enden et utløp for separert væske, at innløpsanordningen innbefatter en ekspansjonskon og en ledeskovl ved innløpet for å fordele væsken som skal behandles, at oppsamlingsplatene består av indre, øvre halvdel av beholderen og minst to konsentriske rør med vinklede ledeplater for å gi væsken en roterende bevegelse og beholderen har et utløp for fjerning av lette partikler og et utløp for fjerning av tyngre partikler.

Den langsgående aksen til den sylindriske beholderen har fortrinnsvis en vinkel i relasjon til en horisontal akse slik at utløpet ligger på et høyere nivå enn innløpet.

Utførelsesformer av fremgangsmåten og anordningene i henhold til foreliggende oppfinnelse vil bli ytterligere forklart i nærmere detaljer nedenfor, med henvisning til de medfølgende tegninger.

Fig. 1A viser en grunnleggende utforming av oppfinnelsen som vertikal beholder; Fig. 1B viser skjematisk strømningsmønster for en vertikal beholder i henhold til den første utførelsesformen av oppfinnelsen; Fig. 2 viser en to trinns vertikal beholder design som den andre utførelsesformen av oppfinnelsen; Fig. 3A viser en flertrinns vertikal beholder design som en tredje utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 3B viser en detalj av den flertrinns vertikale beholderen i henhold til den tredje utførelsesformen av oppfinnelsen vist i figur 3A; Fig. 4 viser en horisontal beholder utforming som en fjerde utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 5A viser en horisontal rørdesign som den femte utførelsesformen av oppfinnelsen Fig. 5B viser et skjematisk strømningsmønster for den horisontale rørdesign i henhold til figur 5A Figurene 1A til og med 5A viser typiske utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse. Figur 1A viser en basis vertikal beholder design av den første utførelsesformen av anordningen i henhold til oppfinnelsen og består av en vertikal, sylindrisk beholder 8 lukket med en topp konisk seksjon 9 og en bunn konisk seksjon 16. Innløpet 10 for væske går inn i et innløpskammer 11.

Innløpskammeret har en perforert plate 12 for å gi væsken en retningsbestemt strøm oppover inn i hovedkammeret av beholderen. En vertikal sylindrisk ledeplate 13 er installert for videre å lede væskestrømmen oppover. Det øvre lokket har en sylindrisk brønn 14 i senter. Utløpsrør for partikler 15 er senket ned fra koppen 14. Den nedre kon 16 er utstyrt med en brønn 17 i senter. Gjennom bunnen av brønnen er det lagt inn et utløpsrør 18. Et utløpsrør 19 for faste partikler kommer ut radielt fra brønnens sylindriske seksjon. Figur 2 viser den andre utførelsesformen av anordningen i henhold til oppfinnelsen og består av en to trinns vertikal beholder. En vertikal sylindrisk beholder 20 lukket i toppen og bunnen av endebunner 34 og 35. Innløpsrør 21 for væske i senter av nedre endebunn går inn i et innløpskammer 32. Kammeret har en flat sirkulær plate 22 for å forandre retning og fordele væskens strømningsretning. Toppen av kammeret består av en perforert plate 23. Et internt kammer 33 består av en vertikal sylindrisk seksjon 24 med et konisk øvre lokk 25 og en mindre sylindrisk kopp 26 i topp senter av det øvre koniske lokk 25. Fra den lille koppen er det nedsenket et utløpsrør 29 for partikler. Den øvre del av beholderen består av et kammer med en utløps ledeplate 27, et utløpsrør 28 og et utløpsrør 30 for partikler. I beholderens bunn er det et utløpsrør 31 for tunge partikler. Røret er vertikalt og plassert nær beholderens senter i bunnseksjonen. Figurene 3a og 3b illustrerer en flertrinns vertikal beholder design som et tredje utførelsesform av oppfinnelsen. Beholder 40 består av en vertikal sylindrisk seksjon lukket av en endebunn 60 i øvre del og en endebunn 61 i den nedre del. Innløpsrør 41 er ført inn i beholderen gjennom den nedre endebunn og leder til et sirkulært innløpskammer 62. Inne i kammeret er det plassert en ledeplate 42. Øvre del av kammeret 62 er en rund perforert plate 43.

Indre oppsamlingskammer 33 består av en sylindrisk seksjon 44 lukket med en topp plate 45. Diameteren av seksjon 44 er slik at en annulus formes mellom beholderens vegg som er beholderens sylindriske del 40 og utsiden av den sylindriske delen 44. Ved topplatens øvre senter er det en liten sylindrisk kopp 46. Gjennom topplaten av denne koppen er det nedsenket et lite rør 58 som er ført til utsiden av beholderen. Over oppsamlingskappen er det plassert en sirkulær ledeplate 47 festet til innsiden av beholderens sylindriske seksjon. Ledeplaten har en stor sirkulær åpning i senter. Videre er det flere trinn med interne kammer 33 bestående av de samme elementene: 44, 45,46, 47 og 58. Toppkammeret i beholderen har en ledeplate 48 for å forhindre at strømvirvler oppstår, og et utløpsrør 49. Utløpsrør 51 for partikler er ført ut gjennom hovedstrømsutløpet og et annet utløpsrør 50 går ut gjennom beholderens øvre endebunn. Utløpsrør 52 til og med 58 er identiske og betjener de sju separasjonstrinnene. Utløpsrør 59 for tunge partikler er plassert i beholderens bunnseksjon. Figur 4 viser en fjerde representasjon av oppfinnelsen hvor apparatet er i form av en horisontal beholder 70 med endeplater eller blindflenser 71. To eller flere flenser eller kammer 72 er plassert på toppen av beholderen, vertikalt og vinkelrett på beholderens horisontale akse. Flensene er hver utstyrt med utløpsrør 75. Innløpsmanifold 73 og utløpsrør 74 er plassert parallelt med beholderens horisontale akse. Horisontale oppsamlingsplater 76 er plassert ved beholderens senter. Perforerte plater 77 er plassert ved utløpsrørene 74 i hver ende av beholderen. To eller flere flenser 78 er plassert under beholderen, vertikalt og vinkelrett på beholderens horisontale akse. Flensene er hver utstyrt med utløpsrør 79. Figur 5A viser en femte utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen hvor anordningen er inkorporert i et horisontalt rør 101. Innløpsenden består av en flens 102 forbundet med en ekspansjonskon 103. Ledeskovler 104 er plassert i innløpsområdet for røret 101. Videre er det et sett med konsentriske rør 105 med ledeplater 106. Ved enden av de konsentriske rørene er det plassert en vertikal oppsamlingsplate med rørarrangement 107. Videre er brønn med flens 108 plasser i øvre halvdel av rør 101. Brønnen er utstyrt med et utløpsrør 109 gjennom flensen. Ved bunnen av rør 101 er det plassert en brønn 110 for tunge partikler. Brønnen er utstyrt med et utløpsrør 111 gjennom flensen i bunnen. En reduksjonskon 112 fører til en uløpsflens 113 ved enden av røret.

Virkemåten av anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet, med henvisninger til utførelsesformene beskrevet over og vist i de vedlagte tegningene.

Oppfinnelsen vedrører utskillelse og ekstraksjon av partikler fra en væske. Partiklene som skilles ut kan være i form av faste stoffer, væsker eller gasser. Prosessen og apparatene er designet for å fungere på en kontinuerlig basis.

Oppfinnelsen er anvendbar i alle prosesser hvor nedsenkede partikler skal skilles fra en væske. Eksempler på anvendelsesområder er:

Oljepartikler fra vann (råolje eller raffinerte produkter)

Gas fra vann

Faste stoffer fra vann

Næringsmiddelindustrien

Papir og cellulosemasse industrien

Oppfinnelsen er anvendelig i alle industrier som håndterer separasjon av nedsenkede stoffer i en væske der stoffenes tetthet er forskjellig fra væskens tetthet

Teori om virkemåten for utskillelse av nedsenkede partikler fra en væske

Teorien om utskillelse av nedsenkede partikler fra en væske for den her ansøkte oppfinnelse er beskrevet ved bruk av et eksempel for utskillelse av nedsenkede oljepartikler i vann. Små mengder av hydrokarboner eller oljepartikler er nedsenket og jevnt fordelt i vann. Tettheten av oljepartiklene er lavere enn for vannet, men på grunn av oljepartiklenes størrelse forblir de nedsenket i vannet så lenge dette er i bevegelse.

Utskillelse av partikler i en vertikal tank

Med henvisning til Figur 1B kan teorien om den her ansøkte oppfinnelse med hensyn til utskillese av partikler fra en væske i en fullstendig fylt tank beskrives som følger: Innkommende, ubehandlet vann som inneholder oljepartikler strømmer inn i tanken og er ledet oppover mot den øvre, indre overflate, eller indre takoverflate i beholderen. Væsken har en hastighet som ligger under en viss kritisk grense og vil strømme mot den indre takoverflaten og gis en retningsforandring og ledes utover i en radielt strømningsmønster. Ved denne retningsforandringen vil oljepartikler komme i kontakt med beholderens indre takoverflate og bli hengende fast på grunn av oppdrift og resulterende friksjonskrefter. Dette kan beskrives som en omvendt sedimenteringsprosess der oppdrift erstatter nedadvirkende krefter. Etter hvert som flere partikler bringes inn vil de vokse sammen og forme en oljefilm eller et sjikt ved den indre beholderoverflaten.

Det voksende oljesjiktet vil flyte inn i senterkoppen og presses ut gjennom utløpsrøret.

Utskillelse av partikler i en horisontal beholder eller rør

Testing av strømning i horisontale rør har vist at ved riktige strømningshastigheter vil oljepartiklene som kommer i kontakt med rørets øvre, indre overflate, eller indre takoverflate, feste seg til denne overflaten. Dette kan beskrives som en omvendt sedimenteringsprosess og vil bare virke i en beholder eller et rør som er helt fylt med væske.

Etter hvert som flere partikler bringes i kontakt med rørets indre takoverflate vil oljepartiklene vokse sammen og danne et oljesjikt. Med tiden vil alle oljepartiklene feste seg ved dette overflatesjiktet og vannet vil inneholde få eller ingen oljepartikler. Utskillelsesprosessen er derved utført.

To vilkår må være oppfylt for å oppnå utskillelse som beskrevet:

1. Strømningshastigheten må ikke overstige en kritisk grense. Denne kritiske grensen vil variere avhengig av den relative forskjell i tetthet mellom de nedsenkede partiklene og væsken. Hvis hastigheten er for høy vil strømningskreftene være større enn friksjonskreftene mot flaten og partiklene vil følge væsken. 2. Forsiktig blanding eller omrøring av væsken må finne sted slik at alle nedsenkede partikler etter hvert kommer i kontakt med den indre takoverflaten i røret.

Turbulent og kritisk rørstrømning vil ikke tilfredstille vilkår nummer 1.

Laminær rørstrømning vil ikke tilfredsstille vilkår nummer 2.

For å oppnå den ønskede effekten for utskillelse av nedsenkede oljepartikler fra vann må strømningshastigheten holdes lavere enn en kritisk grense og væsken må gis en roterende eller rullende strømningsbevegelse i røret ved bruk av ledeplater eller vinger. Rotasjonen eller den rullende bevegelsen vil sikre at alle partiklene som er fordelt i væsken før eller senere vil komme i kontakt med og feste seg til den indre takoverflaten i røret.

Hvor effektiv prosessen er, kan sees som en funksjon av hvor mange partikler som kan føres i kontakt med en indre takoverflate per tidsenhet.

For å øke den effektive separasjonen per lengdeenhet av rør kan det indre overflatearealet økes ved bruk av flere konsentriske rør.

Sammenligning av foreliggende oppfinnelse med tidligere kjent teknikk.

Teknikkens stand inkluderer flotasjonstanker, indusert gass flotasjonstanker (IGF), kompakte flotasjonstanker(CFU) eller andre flotasjonsbaserte separasjonsprosesser. Alle de ovenstående prosessene i tidligere oppfinnelser fungerer på prinsippet om at lettere oljepartikler vil flyte til overflaten hvor de blir samlet og ledet ut separat fra hovedvæsken eller vannet. De nedsenkede partiklene er ofte ekstremt små og vil derfor bevege seg mot overflaten med en ekstremt lav hastighet. For å akselerere denne prosessen er gass ofte brukt slik at partiklene kan henge seg på gassboblene og følge med boblene til overflaten. Prosessen med indusert gass fungerer etter Stokes Ligning som blant annet beskriver at hastigheten mot overflaten er avhengig av størrelsen på gassboblen. Store bobler stiger raskere, men tar med seg færre partikler på grunn av forskjellen i størrelse mellom oljepartikkelen og gassboblen.

Videre, boblen med oljepartiklene stiger til en fri overflate ved væske/gass grenseflaten. Gassen vil gå inn i gassfasen og oljepartiklene blir liggende på overflaten. Oljen blir så skimmet eller sugd av overflaten for å strømme ut separat.

Hvor effektiv prosessen er, avhenger av hvor godt gassen er blandet inn i vannet, boblestørrelse osv. Allikevel, stigehastigheten for en gassboble er forholdsvis lav (typisk vil en 215 pm boble ha en stigehastighet på ca. 0,065 m/s) og blir derved begrensningen for hvor effektiv prosessen kan bli.

Til sammenligning, anvender foreliggende oppfinnelse en annen tilnærming for å skille nedsenkede partikler fra en væske, slik som beskrevet i seksjonen om teori ovenfor. Den største forskjellen mellom den her ansøkte oppfinnelse og eksisterende oppfinnelser er at her benyttes det et ledet strømningsmønster for å manipulere oljepartiklene til å komme i kontakt med en ønsket oppsamlingsflate og at denne overflaten ikke er en fri overflate i grensesnittet væske/gass, men at den er den indre, øvre innslutning av en beholder eller et rør. Prosessen er en omvendt sedimenteringsprosess ved bruk av oppdrift for å presse partiklene mot den ønskede flate.

Partikler fester seg til denne flaten og oljepartikler vokser sammen etter som flere partikler kommer i kontakt med oljesjiktet. Etter hvert som sjiktet blir tykkere vil det sakte bevege seg i beholderens strømningsretning og til slutt samles i en oppsamlingsbrønn for så å føres ut som en separat strøm.

Som en konklusjon kan en si at hovedforskjellen mellom tidligere fremgangsmåter og foreliggende oppfinnelse er at utskillings- eller behandlingseffektiviteten for foreliggende oppfinnelse ikke er bestemt eller begrenset av flotasjon, men av hvordan væsken er ledet mot den ønskede flate. Hastigheten må være under en kritisk størrelse. Denne størrelsen er avhengig av den relative forskjell i tetthet mellom de nedsenkede partikler og væsken, men vil typisk ligge mellom 0,1 og 0,3 m/s.

Virkemåten til de forskjellige utførelsesformene av utskillingsanordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet med henvisning til figurene 1-5.

Figurene 1A og 1B viser den første utførelsesformen av utskiller anordningen i henhold til oppfinnelsen. Ved stabil operasjon vil væskenivået være ved den nedre ende av utløpsrøret 15 for partikler. Væske med partikler entrer beholderen gjennom innløpsrør 10 og strømmer inn i innløpskammeret 11. Ved å strømme gjennom den perforerte platen 12 får væsken et strømningsmønster oppover i beholderens senter mot den nesten horisontale flaten som utgjør beholderens øvre seksjon 9. Ved lav hastighet kommer væsken i kontakt med toppseksjonen 9 der den videre ledes i et radielt, nærmest horisontalt mønster mot beholderens ytre vertikale vegg 8 hvor strømmen igjen er ledet nedover langs veggen før væsken strømmer ut gjennom hovedutløpet 18. Dette strømningsmønsteret med et stort tverrsnittsareal mot en stor horisontal flate sikrer at et stort antall partikler vil komme i kontakt med den faste flaten ved en hastighet som er lav nok til at partiklene vil feste seg. Partiklene vil vokse sammen og danne et sjikt av partikler under beholderens svakt koniske øvre seksjon 9. Partiklene vil etter hvert bevege seg mot brønnen 14 i senter av beholderen og bli ført ut gjennom utløpsrør 15 for partikler. Tunge partikler vil følge væsken og synke til bunnen 16 av beholderen og ført ut som faste stoffer gjennom brønn 17 og utløpsrør 19.

Den andre utførelsesformen av oppfinnelsen vist i figur 2 omhandler det samme prinsipp som er beskrevet for utførelsesformen i figur 1, men denne andre utførelsesformen i henhold til oppfinnelsen gjentas i to trinn. Anordningen består av to kammer for utskillelse: det indre kammeret 33 og selve beholderen 20. Ved stabil operasjon er begge kammer fylt helt opp til den nedre enden av utløpsrør 29 og 30 for partikler. Væske med partikler føres inn i innløpskammer 32 gjennom innløpsrør 21. Innkommende væskestrøm vil treffe platen 22 som vil bryte den relative høye hastigheten på vei inn i kammeret. Ved at strømmen passerer gjennom den perforerte platen 23 gis væsken en enhetlig vertikalt rettet strømning. Når væsken treffer innsiden av den nesten horisontale øvre seksjonen 25 vil lettere partikler feste seg til flaten og vokse sammen. Etter hvert vil sjiktet av sammenvokste partikler bevege seg mot koppen i toppen av seksjon 25 og tas ut gjennom utløpsrør 29. Tunge partikler vil følge væsken nedover langs den sylindriske seksjonen 24 i det indre kammeret og så til bunnen for så å bli tatt ut gjennom utløpsrør 31 for tunge partikler.

Væsken vil så strømme inn i det øvre kammer i beholderen og en ny prosess der partikler vil feste seg til innsiden øvre seksjon 34 vil finne sted. En ledeplate 27 er installert for å sikre et jevnt strømningsmønster gjennom åpningene til utløpsrør 28. Partikler tas ut gjennom utløpsrør 30.

Den tredje utførelsesform av oppfinnelsen vist i figur 3 har en flertrinns utforming basert på samme prinsipp som utførelsen vist i figur 1. Apparatet har 9 kammer for separasjon: 8 indre kammere og ett kammer bestående av øvre endebunn av beholderen 40. Ved stabile driftsforhold er alle kammerne fylt helt opp til den nedre enden av utløpsrørene 50 til og med 58 for partikler. Væske med nedsenkede partikler strømmer inn i beholder 40 gjennom innløpsrør 41. Plate 42 i innløpskammeret vil senke innløpshastigheten. Innløpskammerets perforerte plate 43 fordeler væsken for å oppnå en kontrollert, lavhastightes strøm oppover i senter av det nederste kammeret.

Etter hvert som væsken ledes mot og treffer innsiden av den øvre, nesten horisontale flaten 45 i kammer 33 vil de lettere partiklene feste seg til denne innvendige takflaten og etter hvert vil partiklene vokse sammen. Sjiktet med sammenvokste partikler vil bevege seg mot den øvre senter brønnen 46 og bli tatt ut gjennom utløpsrør 58 for partikler. Tunge partikler vil følge væsken nedover langs den sylindriske seksjonen 44 i det indre kammer 33. for så å falle til bunnen av beholderen for å bli tatt ut gjennom utløpsrør 59 for tunge partikler.

Videre, væsken vil strømme inn i det neste kammeret i beholderen gjennom den sirkulære åpningen mellom innsiden av den sylindriske beholden/eggen 40 og utsiden av den sylindriske kammerveggen 44. En plate 47 leder væsken mot senter av topplaten for neste kammer. En ny prosess med partikler som vil feste seg til innsiden av kammerets topplate vil finne sted.

Prosessen vil bli gjentatt for de neste kammerne, inkludert kammeret som dannes av beholderens øvre endebunn 60. En plate 48 er installert for å sikre et jevnt strømningsmønster gjennom åpningene til utløpsrør 49. Partikler føres ut gjennom utløpsrør 50 til og med 58.

Den fjerde utførelsesform av oppfinnelsen vist i figur 4 består av en horisontal beholder 70 med roterende eller retningsbestemt intern væskestrøm i en fullstendig fylt beholder. Beholder 70 er avsluttet med blindflenser 71 i hver ende. Ubehandlet væske strømmer inn i beholder 70 i form av små stråler, jevnt fordelt av innløpsmanifold 73. Vinkel og hastighet av strålene bestemmer rotasjon eller vinkelhastighet av væsken i beholderen. Lette partikler vil komme i kontakt med og feste seg til den øvre halvdelen av beholderens indre flate basert på prinsippene redegjort for ovenfor. Tilleggsflater for oppsamling av lette partikler er installert i form av plater 76. Roterende væske vil bevege seg mot endene av beholderen og tas ut gjennom perforerte plater 77 og utløpsrør 74.

Oppsamlede lette partikler vil vokse sammen og til slutt flyte inn i oppsamlingsbrønner 72. Lette partikler føres ut gjennom utløpsrør 75. Tunge partikler vil bevege seg mot bunnen og samle seg i brønnene 78 og føres ut gjennom utløpsrør 79.

Den femte utførelsesformen av oppfinnelsen som er vist i figurene 5A og 5B består av et horisontalt rør 101. Væske entrer røret gjennom innløpsflens 102 og ekspansjonskon 103. Ledeskovler 104 gir væsken en rotasjon før den går inn i en seksjon med konsentriske rør 105. Rørene er utstyrt med flere sett ledeplater eller vinger 106 for å sikre fortsatt rotasjon gjennom rørseksjonen 105. Lette partikler vil feste seg tii indre, øvre overflate i rørseksjon 105 og på indre, øvre overflate av hovedrøret 101 etter hvert som væsken forflytter seg gjennom røret. Ved nedstrøms ende av rørseksjon 105 er det installert en endeplate og et samlerør 107 for å lede oppsamlede lette partikler inn i oppsamlingsbrønnen 108 før partiklene tas ut gjennom utløpsrør 109. Tunge partikler vil synke ned til bunnen og flytte seg mot oppsamlingsbrønnen 110. Tunge partikler tas ut gjennom utløpsrør 111. Behandlet væske går ut gjennom reduksjonskon 112 og flens 113.

Fra dette vil leseren se at utskillelse av nedsenkede partikler i en væske utført i henhold til den foreliggende oppfinnelsen vil gi en høyst pålitelig, enkel å operere, enkel å produsere, økonomisk løsning. Selv om de ovenstående beskrivelser inneholder mange spesifikke løsninger må disse ikke sees som begrensninger på omfanget av oppfinnelsen, men heller som en måte å eksemplifisere noen få foretrukne utførelsesformer. En rekke flere variasjoner er mulig, for eksempel ved bruk av kvadratisk, rektangulær eller sfærisk design. Følgelig, omfanget av oppfinnelsen må ikke bli begrenset av de viste utførelsesformene, men av de vedlagte kravene og disse kravenes juridiske omfang.

Referansenummer for figurer

Nummer henviser til figurene 1A og 1B

Nummer henviser til figur 2

Nummer henviser til figurene 3A og 3B Nummer henviser til figur 4

Nummer henviser til figurene 5A og 5B

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for å skille ut partikler fra en væske der nevnte partikler er fordelt i væsken og består av lettere partikler med en lavere tetthet enn væskens tetthet, og eventuelt tyngre partikler med en høyere tetthet enn væskens tetthet karakterisert vedat fremgangsmåten innbefatter følgende trinn: - lede væsken inneholdende partikler til en separasjonsanordning, - fordele væsken jevnt over minst deler av tverrsnittsarealet ved gjennomstrømning gjennom perforeringer i en plate (12; 23; 43) i et innløpskammer (11; 32; 62), - tilveiebringe den partikkelholdige væsken med en spesifikk hastighet og føre væsken til en eller flere oppsamlingsflater (9; 25; 34; 45; 60; 70; 76; 101; 105), - koalescere de lettere partiklene på oppsamlingsflaten (9; 25; 34; 45; 60; 70; 76; 101; 105), - fjerne de koalescerte lettere partiklene fra oppsamlingsflaten (9; 25; 34; 45; 60; 70; 76; 101; 105), - fjerne væsken som har avgitt partikler og de letter koalescerte partiklene i minst to separate strømmer (15, 18; 28; 29-30; 49; 50-58; 74; 75; 113; 109), og - eventuelt fjerne de tyngre partiklene fra bunnen av separasjonsanordningen i minsten separat strøm (19; 31; 59; 79; 111).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat den spesifikke hastigheten til den partikkelholdige væsken er i området fra 0 til 1 m/s relativt til oppsamlingsflaten (9; 25; 34; 45; 60; 70; 76; 101; 105) og mer foretrukket 0,1 til 0,3 m/s.

3. Anordning for å skille ut partikler fra en væske, der nevnte partikler består av lettere partikler som har en tetthet som er lavere enn væskens, og eventuelt tyngre partikler som har en tetthet som er høyere enn væskens tetthet, hvilken anordning innbefatter en beholder med minst ett innløp (10; 21; 41; 73; 102) for væsken som skal separeres beliggende i den nedre delen av beholderen, minst ett utløp (18; 28; 49; 74; 113) for behandlet væske beliggende i den øvre delen av beholderen, og minst ett utløp (15; 29, 30; 50-58; 75; 109) for utskilte lettere partikler og eventuelt minst ett utløp (19; 31; 59; 79; 111) for utskilte tyngre partikler beliggende i den nedre delen av beholderen,karakterisert vedat anordningen videre innbefatter en innløpsanordning for fordeling av væsken i beholderen, beliggende i den nedre delen av beholderen, hvilken innløpsanordning innbefatter en plate (12; 23; 43) med gjennomgående åpninger, hvor væsken passerer og blir jevnt fordelt over i det minste deler av tverrsnittsarealet, hvilken plate (12; 23; 43) er beliggende over innløpet (10; 21; 41) for væsken som skal separeres en eller flere oppsamlingsflater (9; 25; 34; 45; 60; 70; 76; 101; 105) beliggende over platen (12; 23; 43) for å samle opp partikler og koalescere partiklene fra væsken.

4. Anordning i henhold til krav 3, karakterisert vedat nevnte anordninger innbefatter minst en oppsamlingsflate (9; 25) og en innløpsanordning (11; 32), forbundet med nevnte minst ene innløp (10; 21; 41), hvilket innløpskammer er utstyrt med en plate (12; 23; 43) med gjennomgående åpninger gjennom hvilke væsken strømmer og blir jevnt fordelt over minst en del av tverrsnittsarealet til apparatet og eventuelt en ledeinnretning (13) for å lede væsken mot nevnte oppsamlingsflater (9; 25; 34; 45; 60).

5. Anordning i henhold til hvilke som helst av kravene 3 og 4,karakterisert vedat nevnte beholder har et generelt sirkulært tverrsnitt og innbefatter en vertikal, generelt sylindrisk vegg (8), beholdertopp (9), og en beholderbunn (16), hvor nevnte beholdertopp (9) utgjøren oppsamlingsflate og nevnte beholdertopp (9) utgjør en partikkelfelle innbefattende en sylindrisk kopp (14) i hvilken nevnte utløp (15) er tilveiebragt.

6. Anordning i henhold til hvilke som helst av kravene 3 og 4,karakterisert vedat nevnte oppsamlingsflate innbefatter minst et indre kammer (33) med en generelt vertikal, sylindrisk seksjon (24; 44) med en topplate (25; 45) og en mindre sylindrisk brønn (26; 46) ved det øvre senteret til topplaten (25; 45), hvilket utløp (28; 49) innbefatter en generelt sylindrisk del som stikker inn i beholderen og i hvilken sylindriske del den sylindriske brønnen (26; 46) stikker inn, at et utløpsrør (29) for utskilte lettere partikler er forbundet med den sylindriske brønnen (26; 46) og stikker ut gjennom den sylindriske delen, at den øvre delen av beholderen, over topplaten (25;45), innbefatter et kammer med et partikkelutløpsrør (30) og eventuelt med en utløpsvirvelbryter (27).

7. Anordning i henhold til krav 6, karakterisert vedat anordningen innbefatter flere interne kammere (33) plassert vertikalt over hverandre og at hvert kammer (33) er utstyrt med et separat partikkelutløpsrør (52-58) og at apparatet videre innbefatter en sirkulær ledeplate (47) montert inne i beholderens sylindriske del mellom hvert av kammerne (33) og at nevnte sirkulære ledeplate (47) har en stor sirkulær åpning i senter.

8. Anordning i henhold til krav 3, karakterisert vedat anordningen innbefatter en i det vesentligste horisontal, langstrakt sylindrisk beholder (70; 101) med en eller flere oppsamlingsflater hvor hovedoppsamlingsflaten er den interne øvre del av selve beholderen (70; 101) og at det i tillegg finnes en eller flere i det vesentligste horisontale oppsamlingsflater (76) over hverandre eller at det finnes minst en, fortrinnsvis flere horisontale konsentriske rør (105).

9. Anordning i henhold til krav 8, karakterisert vedat nevnte innløpsanordning innbefatter en innløpsmanifold (73) med flere åpninger for å fordele væsken som skal separeres inn i beholderen (70), hvilken innløpsmanifold (73) løper i det vesentligste parallelt med beholderens (70) horisontale akse.

10. Anordning i henhold til krav 8, karakterisert vedat den sylindriske beholderen (101) i den ene enden har et innløp (102) for væske som skal separeres og i den andre enden et utløp (113) for separert væske, at innløpsanordningen innbefatter en ekspansjonskon (103) og en ledeskovl (104) ved innløpet (102) for å fordele væsken som skal behandles, at oppsamlingsplatene består av indre, øvre halvdel av beholderen(101) og minst to konsentriske rør (105) med vinklede ledeplater (106) for å gi væsken en roterende bevegelse og at beholderen (101) har et utløp (109) for fjerning av lette partikler og et utløp (111) for fjerning av tyngre partikler.

11. Anordning i henhold til krav 10, karakterisert vedat den langsgående aksen til den sylindriske beholderen (101) har en vinkel i forhold til den horisontale aksen som resulterer i at nivået til utløpet (113) er høyere enn nivået til innløpet (102).