NO329626B1

NO329626B1 - Separator og fremgangsmate for separering

Info

Publication number: NO329626B1
Application number: NO20056231A
Authority: NO
Inventors: Pal Jahre Nilsen; Matteo Chiesa
Original assignee: Hamworthy Plc
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2010-11-22
Also published as: US8092692B2; WO2007074379A1; NO20056231L; US20090008342A1; GB2447395A; GB2447395B; GB0812668D0

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en separatorapparatur for å separere ikke-blandbare fluidkomponenter av forskjellige spesifikke tyngder, omfattende: - et legeme tilveiebrakt med en indre strømningskanal (3) for en blanding av fluidkomponenter som skal separeres; - en rotasjonsgenererende anordning (6) for å bringe fluidblandingen til rotasjon omkring lengdeaksen til strømningskanalen; - en ekstraksjonsanordning (10) for å trekke ut en sentral del av den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen; og - bobletilførende middel (17) for å tilføre mikroskopiske gassbobler inn i den roterende fluidblandingen for derved å forsterke separasjonen avfluidkomponentene. Oppfinnelsen vedrører også en tilsvarendefremgangsmåte.

Description

OMRÅDE FOR OPPFINNELSEN OG TIDLIGERE TEKNIKK

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en separatorapparatur ifølge ingressen til krav 1 for å separere ikke-blandbare fluidkomponenter av forskjellige spesifikke tyngder. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for å separere ikke-blandbare fluidkomponenter av forskjellige spesifikke tyngder.

Separatorer for å separere ikke-blandbare fluidkomponenter av forskjellige spesifikke tyngder ved å la fluidblandingen bli gjenstand for virkningen av sentrifugalkrefter, er tidligere kjent, for eksempel fra US 4478712 A og US 5 08 189 A. Disse separatorer ifølge tidligere teknikk omfatter midler for å bringe en fluidblanding til rotasjon omkring lengdeaksen av en strømningskanal, for derved å få ikke-blandbare fluidkomponenter av forskjellige spesifikke tyngder som er i fluidblandingen til å migrere, under virkningen av sentrifugalkrefter, mot gjensidig forskjellige deler av strømningskanalen. Fluidkomponenter av høyere spesifikk tyngde drives mot den perifere delen av strømningskanalen, hvorved fluidkomponenter av lavere spesifikk tyngde konsentreres i den sentrale delen av strømningskanalen.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Hensikten med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret separatorapparatur for å separere ikke-blandbare fluidkomponenter av forskjellige spesifikke tyngder.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formålet med en separatorapparatur for å separere ikke-blandbare fluidkomponenter av forskjellige spesifikke tyngder, idet separatorapparaturen omfatter: - et legeme tilveiebrakt med en indre strømningskanal for en blanding av fluidkomponenter som skal separeres, idet strømningskanalen har et innløp for å motta fluidblandingen og et utløp; - en rotasjonsgenererende anordning for å bringe fluidblandingen til rotasjon omkring lengdeaksen til strømningskanalen når den strømmer gjennom strømningskanalen mellom innløpet og utløpet derav, for således å få ikke-blandbare fluidkomponenter av forskjellige spesifikke tyngder som er i fluidblandingen til å migrere, under virkningen av sentrifugalkrefter, mot gjensidig forskjellige deler av strømningskanalen; og

- en ekstraksjonsanordning, her benevnt første ekstraksjonsanordning, for å trekke ut, oppstrøms for utløpet av strømningskanalen, en senterdel av den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen,

kjennetegnet ved at separatorapparaturen omfatter bobletilførende midler for tilførsel, oppstrøms for ekstraksjonsanordningen og ved periferien av strømningskanalen, mikrostore gassbobler inn i den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen, for derved å forsterke separasjonen av de ikke-blandbare fluidkomponentene av forskjellige spesifikke tyngder.

I denne beskrivelsen og de etterfølgende kravene refererer uttrykket "mikrostore gassbobler" til små gassbobler som har en diameter mindre enn omtrent 100 um. I det følgende vil også "mikrostore gassbobler" også bli referert til som "mikrobobler".

Den oppfinneriske separatorapparaturen forårsaker en separasjon av fluidkomponenter med forskjellige spesifikke tyngder ved sentrifugalvirkningen forsterket av separasjonseffekten forårsaket av mikrobobler. Mikroboblene tilført den roterende fluidblandingen vil, på grunn av deres lave spesifikke tyngde, raskt migrere mot den sentrale delen av strømningskanalen. Fluidkomponenter av lettere spesifikk tyngde vil hefte seg på mikroboblene og vil bli ført med mikroboblene mot den sentrale delen av strømningskanalen som vil forsterke effekten av sentrifugal separasjon og fremskynde separasjonen av de forskjellige fluidkomponentene.

Den oppfinneriske separatorapparaturen er av en ganske enkel og kompakt konstruksjon, og er godt egnet for anvendelse på toppside så vel som i under-vannsinstallasjoner for prosessering av brønnfluider. Den oppfinneriske separatorapparaturen kan for eksempel anvendes for behandling av vann som omfatter oljerester, for å redusere olje-i-vann-innholdet derav, og er i stand til å håndtere relativt høye konsentrasjoner av den dispergerte fasen. Den oppfinneriske separatorapparaturen er i stand til å prosessere fluidstrømning med en oljekonsentrasjon betydelig over den maksimalt tillatte oljekonsentrasjonen i konvensjonelle vannbehandlingsenheter. Anvendelsen av mikrostore gassbobler gir en stor mulig kontaktflate mellom gassbobler og oljedråper. I en konvensjonell flotasjonsenhet er den oppadstigende hastigheten for små gassbobler relativt lav. Med den oppfinneriske løsningen økes hastigheten til de små mikrostore gassboblene ved å anvende høye sentrifugalkrefter som oppnås ved å rotere fluidblandingen som bærer gassboblene. En ytterligere fordel med å bruke høye sentrifugalkrefter, er at sentrifugalkraften er rettet mot rotasjonsaksen, som gjør at oljedråpene migrerer mot rotasjonsaksen. Dette gjør avskummingsprosessen lett å regulere og gjør det mulig med en redusert reject-strøm (reject flow).

Ytterligere fordeler så vel som fordelaktige særtrekk av den oppfinneriske separatorapparaturen vil fremgå fra den følgende beskrivelsen og de avhengige kravene.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte som har særtrekkene definert i krav 10.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGEN

Med referanse til den vedlagte tegningen følger en spesifikk beskrivelse av foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen sitert som eksempler nedenfor.

Fig. 1 er en skjematisk, delvis snittet betraktning av en separatorapparatur ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER AV

OPPFINNELSEN

Fig. 1 illustrerer en separatorapparatur 1 ifølge den foreliggende oppfinnelsen for å separere ikke-blandbare fluidkomponenter med forskjellige spesifikke tyngder. Separatorapparaturen 1 omfatter et rørformet legeme 2 tilveiebrakt med en indre strømningskanal 3 for å separere en blanding av fluidkomponenter. Strømningskanalen har et innløp 4 for å motta en fluidblanding som skal separeres og et utløp 5. Separatorapparaturen 1 er tilveiebrakt med en rotasjonsgenererende anordning 6 for å bringe en mottatt fluidblanding til rotasjon omkring lengdeaksen til strømningskanalen 3, når den strømmer gjennom strømningskanalen mellom innløpet 4 og utløpet 5 derav, for derved å gjøre at de ikke-blandbare fluidkomponentene av forskjellige spesifikke tyngder i fluidblandingen migrerer, under virkningen av sentrifugalkrefter forårsaket av fluidrotasjonen, mot gjensidig forskjellige deler av strømningskanalen. Fluidkomponenter med høyere spesifikk tyngde vil migrere mot den perifere delen av strømningskanalen, hvormed fluidkomponenter av lavere spesifikk tyngde vil migrere mot den sentrale delen av strømningskanalen.

I det illustrerte eksempelet omfatter den rotasjonsgenererende anordningen 6 en impeller 7 arrangert i strømningskanalen 3 for å bringe fluidblandingen til rotasjon omkring lengdeaksen til strømningskanalen. Impelleren 7 drives i rotasjon med en motor 8, for eksempel i form av en elektrisk eller hydraulisk motor. Hastigheten til motoren 8 er fortrinnsvis justerbar slik at det er mulig med en justering av impeller-hastigheten, og således en justering av sentrifugalkraften. Videre er impelleren 7 på en passende måte tilveiebrakt med blader 9 som har en justerbar helning for derved å muliggjøre en justering avfluidtrykket, som forsterker fleksibiliteten med hensyn til installasjonen av separatorapparaturen i fluidbehandlingssystemet og rautingen av reject-strømmen.

Impelleren kan utformes slik at den gir positivt trykk hvis det er nødvendig i et system tilveiebrakt med separatorapparaturen 1, for eksempel dersom pumper arrangert nedstrøms for separatorapparaturen 1 har sugetrykkbegrensninger. Et positivt trykk fra separatorapparaturen 1 gir mer fleksibilitet med hensyn til implementering av separatorapparaturen i eksisterende systemer, siden positivt trykk tillater reject-strømningene fra separatorapparaturen å lettere bli rutet til passende destinasjoner. Det bør være mulig å ha justerbare impellerblader for å kontrollere både rotasjonshastighet (separasjonskraft) og trykk samtidig.

Som et alternativ til, eller i kombinasjon med, en skovl, kan den rotasjonsgenererende anordningen 6 omfatte fluidinjektorer, ikke vist, arrangert for å injisere fluidjetstråler, for eksempel i form av gassjetstråler (gas jets), tangentielt inn i strømningskanalen 3, for på denne måten å bringe fluidblandingen til rotasjon omkring lengdeaksen til strømningskanalen.

Separatorapparaturen 1 omfatter en første ekstraksjonsanordning 10 for uttrekking, oppstrøms for utløpet 5 til strømningskanalen, en senterdel av den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen 3. Således arrangeres den første ekstraksjonsanordningen 10 til å trekke ut, fra den roterende fluidblandingen, lettere fluidkomponenter som har blitt konsentrert i den sentrale delen av strømningskanalen 3. Disse uttrukne fluidkomponentene utgjør den såkalte "reject-strømmen". I det illustrerte eksempelet omfatter den første ekstraksjonsanordningen 10 et rørformet oppsamlingselement 11, arrangert i senter av strømningskanalen 3 og som har en innløpsåpning 12 stilt mot oppstrømsenden av strømningskanalen. Oppsamlingselementet 11 er koblet til en utløpskanal 13, som for eksempel kan arrangeres til å mate det uttrukne fluidet til en prosesseringsapparatur for videre prosessering derav.

I det illustrerte eksempelet omfatter separatorapparaturen 1 også en andre ekstraksjonsanordning 14 for å trekke ut en perifer del av den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen 3. Således er den andre ekstraksjonsanordningen 14 arrangert for å trekke ut, fra den roterende fluidblandingen, tyngre fluidkomponenter, så som sandpartikler eller tilsvarende, som har blitt konsentrert i nærheten av den indre veggen til strømningskanalen 3.1 det illustrerte eksempelet omfatter den andre ekstraksjonsanordningen 14 et oppsamlingselement 15 arrangert ved den indre veggen til strømningskanalen 3 oppstrøms forden første ekstraksjonsanordningen 10. Oppsamlingselementet 15 kobles til en utløpskanal 16.

Separatorapparaturen 1 omfatter videre bobletilførende midler 17 for tilførsel, oppstrøms forden første ekstraksjonsanordningen 10, og ved periferien fra strømningskanalen 3, mikrostore gassbobler, såkalte mikrobobler, inn i den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen for således å derved forsterke separasjonen av de ikke-blandbare fluidkomponentene av forskjellige spesifikke tyngder. Oppsamlingselementet 15 til den andre ekstraksjonsanordningen 14, arrangeres oppstrøms for seksjonen til strømningskanalen 3, hvor mikrobobler tilføres av det bobletilførende middelet 17.

I den illustrerte utførelsesformen omfatter det bobletilførende middelet 17 et mikroporøst element 18 som danner en del av veggen i strømningskanalen 3, og gassmatemiddel 19 for å mate gass, for eksempel i form av komprimert naturgass, gjennom det mikroporøse elementet 18 for således derved å generere mikrobobler. Det bobletilførende middelet 17 kan omfatte ultralydmidler, ikke vist, for generering av ultralydbølger som rettes mot det mikroporøse elementet 18 for så å utsette det for vibrasjon og derved forsterke genereringen av finfordelte bobler med høy sfærisitet og ensartet størrelsesfordeling.

Som et alternativ til, eller i kombinasjon med, et mikroporøst element 18, kan det bobletilførende middelet 17 omfatte høytrykksdyser, ikke vist, arrangert for å injisere gassjetstråler inn i strømningskanalen 3, for således å generere mikrobobler. Det bobletilførende middelet 17 kan omfatte ultralydmidler for å generere ultralydbølger, som rettes mot høytrykksdysene for så å utsette dem for vibrasjon og derved forsterke genereringen av finfordelte mikrobobler med høy sfærisitet og ensartet størrelsesfordeling.

Den oppfinneriske separatorapparaturen 1 kan med fordel være inkludert i et oljebrønnfluidprosesseringssystem for å separere tyngre og lettere komponenter av brønnfluidet som går ut fra brønnen, slik som for eksempel en undersjøisk brønn. Den oppfinneriske apparaturen kan også anvendes i en offshore-toppside eller et landbasert system for oljebrønnfluidprosessering. Separatorapparaturen ifølge oppfinnelsen er i stand til å håndtere produsert vann som inneholder opptil omtrent 3 volumprosent olje, dvs. mer enn ti ganger den tradisjonelle grensen for en konvensjonell separatorapparatur for produsert vann.

Oppfinnelsen er naturligvis på ingen måte begrenset til utførelsesformene beskrevet ovenfor. På den annen side vil mange modifikasjonsmuligheter derav være opplagte for en person med alminnelig kunnskap på området, uten å avvike fra oppfinnelsens grunnleggende idé, slik som definert i de vedlagte kravene.

Claims

1. En separatorapparatur for å separere ikke-blandbare fluidkomponenter av forskjellige spesifikke tyngder, idet separatorapparaturen (1) omfatter: - et legeme (2) tilveiebrakt med en indre strømningskanal (3) for en blanding av fluidkomponenter som skal separeres, idet strømningskanalen har et innløp (4) for å motta fluidblandingen og et utløp (5); - en rotasjonsgenererende anordning (6) for å bringe fluidblandingen til rotasjon omkring lengdeaksen til strømningskanalen (3) når den strømmer gjennom strømningskanalen (3) mellom innløpet (4) og utløpet (5) derav, for således å få ikke-blandbare fluidkomponenter av forskjellige spesifikke tyngder som er i fluidblandingen til å migrere, under virkningen av sentrifugalkrefter, mot gjensidig forskjellige deler av strømningskanalen; og - en ekstraksjonsanordning (10), her benevnt første ekstraksjonsanordning, for å trekke ut, oppstrøms for utløpet (5) av strømningskanalen (3), en senterdel av den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen (3), karakterisert ved at separatorapparaturen (1) omfatter bobletilførende midler (17) for tilførsel, oppstrøms for ekstraksjonsanordningen (10) og ved periferien av strømningskanalen (3), mikrostore gassbobler inn i den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen, for derved å forsterke separasjonen av de ikke-blandbare fluidkomponentene av forskjellige spesifikke tyngder.

2. En separatorapparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at den rotasjonsgenererende anordningen (6) omfatter en impeller (7) arrangert i strømningskanalen (3) for å bringe fluidblandingen til rotasjon omkring lengdeaksen til strømningskanalen.

3. En separatorapparatur ifølge krav 2, karakterisert ved at impelleren (7) tilveiebringes med blader (9) som har en justerbar helning.

4. En separatorapparatur ifølge ethvert av kravene 1-3, karakterisert ved at den rotasjonsgenererende anordningen (6) omfatter fluidinjektorer arrangert for å injisere fluidjetsstråler tangentielt inn i strømningskanalen (3) for således derved å bringe fluidblandingen til rotasjon omkring lengdeaksen til strømningskanalen.

5. En separatorapparatur ifølge ethvert av kravene 1-4, karakterisert ved at det bobletilførende middelet (17) omfatter et mikroporøst element (18) som danner en del av veggen til strømningskanalen (3), og gassmatemiddel (19) for å mate gass gjennom det mikroporøse elementet (18) for således derved å generere mikrostore gassbobler.

6. En separatorapparatur ifølge krav 5, karakterisert ved at det bobletilførende middelet (17) omfatter ultralydmidler for å generere ultralydbølger, ultralydmiddelet er arrangert for å rette ultralydbølger til det mikroporøse elementet (18) for så å utsette det for vibrasjon.

7. En separatorapparatur ifølge ethvert av kravene 1-6, karakterisert ved at det bobletilførende middelet (17) omfatter høytrykksdyser arrangert for å injisere gassjetstråler inn i strømningskanalen (3) for således å derved generere mikrostore gassbobler.

8. En separatorapparatur ifølge krav 7, karakterisert ved at det bobletilførende middelet (17) omfatter ultralydmidler for å generere ultralydbølger, ultralydmiddelet er arrangert for å rette ultralydbølger mot høytrykksdysene for så å utsette dem for vibrasjon.

9. En separatorapparatur ifølge ethvert av kravene 1-8, karakterisert ved at separatorapparaturen (1) omfatter en andre ekstraksjonsanordning (14) for å trekke ut, oppstrøms for seksjonen til strømningskanalen hvor de mikrostore gassboblene tilføres ved det bobletilførende middelet (17), en perifer del av den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen (3).

10. En fremgangsmåte for å separere ikke-blandbare fluidkomponenter av forskjellige spesifikke tyngder, idet fremgangsmåten omfatter de følgende trinn: - mate en blanding av fluidkomponenter som skal separeres gjennom en strømningskanal (3) fra et innløp (4) til et utløp (5) derav; - bringe fluidblandingen til rotasjon omkring lengdeaksen til strømningskanalen (3) når den strømmer gjennom strømningskanalen (3) for derved å få de ikke-blandbare fluidkomponentene av forskjellige spesifikke tyngder inkludert i fluidblandingen til å migrere, under virkningen av sentrifugalkrefter, mot gjensidige forskjellige deler av den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen, karakterisert ved at fremgangsmåten videre omfatter trinnene å: - tilføre, ved periferien av strømningskanalen (3), mikrostore gassbobler inn i den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen for å derved forsterke separasjonen av de ikke-blandbare fluidkomponentene av forskjellig spesifikk tyngde; og - trekke ut, nedstrøms for seksjonen til strømningskanalen hvor de mikrostore gassboblene tilføres og oppstrøms for utløpet (5) av strømningskanalen, en sentral del av den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen (3).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at en perifer del av den roterende fluidblandingen som strømmer gjennom strømningskanalen (3) trekkes ut oppstrøms for seksjonen til strømningskanalen hvor de mikrostore gassboblene tilføres.