NO792176L - Vann/olje-sentrifugalseparator. - Google Patents

Description

Vann/olj e-sentrifugalseparator

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for gjenvinning . av olje som er blandet med vann. Mer spesielt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for gjenvinning av olje som er blandet med vann ved bruk av en sentrifugalseparator som er av enkel oppbygning og ikke krever noen kjemiske separeringsmidler.

Det har oppstått alvorlige miljøproblemer på grunn av vannforurensning forårsaket ved uhell med spill eller lekkasje av petroleum eller andre flytende hydrocarboner i vann. Disse spillmaterialer er farlige for livet i vannet og for dyreliv på eller nær vannet, og har gjort elver, sjøer og hav utiltalende. Mange metoder har vært uttenkt for å bekjempe slike utslipp. Enkelte innretninger omfatter f.eks. avskumning av vannoverflaten for å fjerne et øvre oljelag, idet det benyttes blad, belter, absorberende ruller o.l. Disse metoder lider av forskjellige ulemper, hvoriblant komplisert maskineri, liten gjenvinningsandel og manglende evne til å operere effektivt i høy sjø. Disse gjenvinningsinnretninger flyttes vanligvis omkring på vannoverflaten for å få kontakt med oljefilmen og derved gjennomføre gjenvinning, eller har vært benyttet sammen med tilleggsutstyr for å bringe oljefilmen til gjenvinningsinnretningen.

Mange innretninger for slik gjenvinning er blitt fore-slått. Eksempelvis beskriver US-PS 4 038 182 en olje-vann-separator for fjerning av oljefilmer fra vannoverflaten, hvor oljefilmen og vannet strømmer inn i en hvirvel som dannes av en skovlhjulseksjon og deretter strømmer utad og inn i en beholder hvor olje i et lag med forøket tykkelse oppsamles og fjernes fra

tid til annen. US-PS 3 800 951 viser en separator for fjerning av oljefilmer fra vannoverflaten, hvor en hvirvel dannes ved en løpeskovl i en beholder like under vannoverflaten. Oljen oppsamles kontinuerlig i hvirvelen og fjernes derfra med forskjelliga

innretninger. Figurene i disse to referanser viser at de er kompliserte og er utformet for å flyttes omkring i vannområder.

US-PS 3 311 296 omtaler en sentrifugalseparator som separerer blandinger av saltvann, hydrocarboner og fast voks ved bruk av en roterende beholder. Skjønt referansen er rettet mot separasjon av faste stoffer fra væsker, ville saltvannetog det flytende hydrocarbon naturlig bli separert i en slik innretning. Imidlertid viser en nærmere undersøkelse av innretningen at den

er unødig komplisert konstruert og vil gi opphav til megen feilfunksjonering ved kommersiell bruk.

US-PS 1 839 941 og 1 018 878 omtaler begge slam med faste og flytende stoffer som føres til den nedre ende av en roterende rørformet beholder med form som en avkortet kjegle, idet flytende og finere stoffer passerer gjennom åpninger i denne inn til et oppsamlingskar, mens større faststoffer passerer over toppen inn til et annet oppsamlingskar. Andre illustrerende referanser av denne art er US-PS 4 044 626, 2 880 873, 2 831 369, 2 711 827, 2 534 194 og 1 782 224.

Disse referanser er imidlertid utviklet for å fjerne hinner fra vannoverflaten, noe som vanligvis forstyrres av bølge-bevegelse, og/eller er slik konstruert at de krever bruk av separasjonstilsetninger og avansért mekanisk utstyr.

Blandinger av hydrocarbon og vann kan imidlertid være flytende (eller i noen tilfeller faststoff i separert form) som er mindre tett enn den væske det er utspredt på. I mange tilfeller har vannhinnen øverst som innretningen skal separere,intet tydelig skille. I den følgende beskrivelse vil betegnelsen "vann" og "hydrocarbon" eller "olje" betegne hhv. den flytende del og den substans som er blandet med den flytende del, men det vil være klart at bruken av disse uttrykk ikke er ment å være av restrik-tiv art.

Vann som brukes i produksjonsmetoder blir også for-urenset med hydrocarboner. Dette vann må, før det returneres til omgivelsene, normalt ha konsentrasjonsnivåer som er tilstrekkelig lave til å tillate omgivelsene uten vanskelighet å nedbryte de innblandede hydrocarboner. Den gjenvundne olje benyttes i produksjon.

Under høy produksjon eller ved svikt i utstyret blandes vannet som kommer ut av disse renseinnretninger imidlertid ofte med hydrocarboner i tilstrekkelig stor mengde til å forhindre retur av vannet til omgivelsene. Eksempelvis benyttes lavtrykks-separatorer, som f.eks. samlekanaler med korrugerte plater, for å separere olje og.vann. I slike kanaler som hovedsakelig er setningstanker med plater som har stort overflate-areal for å gi olje og vann tid til å separeres, skummes oljen av fra overflaten mens vannet returneres til omgivelsene, og det er ofte funnet at det i vannet er igjen en så høy oljekonsentra-sjon som 1 000 deler pr. million. Regjeringen i USA begrenser konsentrasjonen i vann som returneres til havet til 50 deler pr. million, og mange kyststater har lavere grenser, slik som Louisiana med 30 deler pr. million. Tilsvarende lokale grenser består eller er forelått rundt om i verden.

Det ville derfor være høyst fordelaktig å ha en

enkel, effektiv innretning som kan redusere oljeinnholdet i vann fra produksjonsutstyr og fra forurensede områder til kon-sentrasjoner som er akseptable for omgivelsene. Det er derfor et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en innretning og en fremgangsmåte for å fjerne olje fra vann. For fagfolk vil andre formål tydelig fremgå av beskrivelsen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter å separere olje og vann ved sentrifugering ved bruk av en indre, roterende beholder som har åpninger nær den nedre, ytre periferi for gjennomgang av vann derfra og inn i en ytre beholder som forblir stasjonær. 01je-vann-blandingen føres inn i den indre, roterende beholders øvre senter med separasjon av oljen og vannet i denne og konsentrasjon av oljen nær den indre beholders topp. Behandlet vann fjernes fra den ytre beholder og olje gjenvinnes fra et kar nær den roterende indre beholders topp.

Oppfinnelsen er enkel, har ingen komplisert innvendig oppbygning og et minimum av bevegelige deler som gir enkelt vedlikehold. Den indre beholder roteres med en hastighet som er høy nok til at oljen klatrer opp til utstrømningsåpningene i den øvre kant. Den indre beholders rotasjonshastighet ligger ikke fast, da den avhenger av beholderens diameter og konsentrasjonen av olje i vannet. Den roterende indre beholders omdreiningstall pr. minutt (omdr./min) vil normalt være ca. 75 til ca. 90 omdr./min, for en beholder med en indre diameter på 60 cm. En slik innretning kan naturligvis fremstilles i enhver ønsket stør-relse, men normalt vil den for industriell bruk være av en størrelse som er i stand til å behandle fra ca. 1 000 til 2 000. fat med olje-vann-blanding pr. dag. En innretning som har en indre beholder med en diameter på 0,9 m og en dybde på 0,9 m skulle separere ca. 1 000 fat pr. dag med oljeforurenset vann.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet og forklart mer detaljert under henvisning til tegningene, som viser et grunnriss og et sideriss av en sentrifugalseparator for olje-vann med et indre roterende rør eller beholder, hvor beholderen har åpninger nær sin nedre, ytre periferi for gjennomgang av vann derfra til en ytre beholder som forblir stasjonær, og åpninger nær den øvre, ytre periferi i den indre beholder for gjennomgang av olje derfra inn i en kanal som er fast montert på den stasjonære beholder i ringrommet mellom de to i hverandre anordnede beholdere. Olje-vann-blandingen føres inn i den hurtig roterende indre beholders øvre senter hvoretter oljen separeres fra vannet og en konsentrasjon av oljen nær den roterende, indre beholders topp og gjennomgang av vann hovedsakelig uten olje fra den indre beholder til den ytre beholder.

Fig. 1 viser et grunnriss av en innretning ifølge oppfinnelsen med deler delvis skåret bort. På figuren omfatter innretningen en ytre beholder 1 som til sin øvre periferi har montert en flens 2 som strekker seg mot den indre beholder 3 som igjen har en flens 4 som strekker seg mot den indre beholders indre.

Den ytre beholder er stasjonær og holdes av hensiktsmessige støtte-fundamenter 5 som kan ha en hvilken som helst fysisk utformning som er tilfredsstillende for å holde vekten. Gjennom beholderen strekker det seg et skaft 6 som er fast forbundet med en perforert kurv 7 med hull 8. 01je-vann-blandingen som skal separeres, føres inn i innretningen gjennom et innløpsrør 9 som fører blandingen som skal separeres direkte til den perforerte kurv. 01 je-.»vann-blandingen roteres med en hastighet som er tilstrekkelig til å presse oljen 10.til vannets overflate, idet oljen konsentreres nær perforeringene 11, hovedsakelig ved flensen på den indre roterende beholders øvre periferi, idet hullene står i direkte forbindelse med en kanal 12 som er fast montert til den ytre beholder 1 i en avstand under den roterende, indre beholders 3

øvre hull 11. Rør eller kanaler 13 kan om ønskes monteres til disse øvre hull for å"forenkle gjennomgangen av den gjenvundne olje til kanalen 12, som står i væskeforbindelse med den stasjonære beholders 14 utside. Innretningen har også et overløpskar 15 med en reguleringsinnretning 16 som kan innstille den mengde vann som skal forlate innretningen i forhold til olje-vann-blandingen som strømmer inn i innretningen.

Fig. 2 viser et vertikalsnitt etter linjen 2 - 2 på

fig. 1. I tillegg til de komponenter som allerede er beskrevet,

er en aksel 6 ført gjennom den indre og den ytre beholder, og akselen er over et drev 18 forbundet med en drivinnretning 17

som er i stand til å rotere den indre beholder hurtig. Akselen gjennomtrenger den ytre beholder gjennom en avtetningsinnretning 19 som er i stand til å forhindre væske i å passere gjennom, mens den tillater akselen å rotere hurtig. Den indre beholder er ved sitt nedre parti gjennomhullet av et antall hull 20 som tillater gjennomgang av hovedsakelig oljefritt vann 21 til den ytre beholder, idet vannet deretter passerer til nivåreguleringsinnretningen 22 som er montert på innretningen for overløp og regulering og er forbundet med den ytre beholder ved et hull 23. For å bevege beholderens innhold kan den indre beholder ha små flenser 3 0

som er montert vertikalt på den indre vegg. Figuren viser også en oppfanger 24 for faste forurensninger med-et.hull som muliggjør fjernelse av sedimenterte faste forurensninger fra tid til annen. Den fraskilte olje 10 forlater kanalen 12 gjennom et hull 14 mens det gjenvundne, hovedsakelig oljefrie vann forlater nivåreguleringsinnretningen gjennom et overløpskar 15.

I praksis vil fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatte tilførsel av en olje-vann-blanding 25 til sprederen 7, som be-finner seg i sentrum av den hurtig roterende beholder eller rør 3. Normalt tilføres oljefritt vann til innretningen før tilførsel av olje-vann-blandingen begynner, for å forhindre en for tidlig utstrømning av olje gjennom de nedre hull 2 0 i den indre beholder

.3 før innretningen er driftsklar for en olje-vann-blanding. Når først den indre beholder roterer hurtig og olje-vann-blandingen tilføres til sprederen 7, vil sentrifugalkraften i den hurtig

roterende indre beholder presse den lettere olje til beholderens øvre, ytre periferi og gjennom hullene i den indre beholders øvre periferi til.kanalen som er fast montert til den ytre stasjonære beholder. Kanalen har et oljeuttak for å fjerne den gjenvundne olje. Den indre beholder og eventuelt den ytre beholder er utstyrt med flenser som strekker seg mot de respektive beholderes indre for å unngå at olje forsvinner på grunn av separatorinn-retningens sentrifugalkraft, selv om flensen på den ytre beholder ikke er nødvendig når det foreligger fullstendig balanse. Det gjenvundne vann fra olje-vann-blandingen forlater den indre beholder gjennom hullene i beholderens nedre parti og strømmer inn i ringrommet mellom de to beholdere. Vannivået er kritisk for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og må nøye justeres ved bruk av et overløpskar eller en annen nivåreguleringsinnretning. Mengden av gjenvunnet olje og hovedsakelig oljefritt vann som fjernes fra innretningen må være lik innstrømningen av olje-vann-blanding som skal separeres for at fremgangsmåten skal kunne være effektiv under drift. Dette oppnås lettest ved ganske enkelt å justere den mengde vann som forlater overløpskaret.

I tillegg viser figuren en fanger for faststoffer som kan være hensiktsmessig når olje-vann-blandingen inneholder store mengder sedimenter og sand.

Således tilveiebringer den beskrevne innretning med

et minimum av bevegelige deler og en enkel oppbygning, og den beskrevne fremgangsmåte, en enkel metode for separering av olje fra vannblandinger. Det vil være klart for fagfolk at instruk-sjonsdetaljer kan varieres noe fra den viste utførelse.

F.eks. kunne den ytre beholder ha en kvadratisk, rek-tangulær eller annen geometrisk utformning så lenge kanalen er sirkelformet og samler opp oljen som forlater den indre, roterende beholder gjennom hullene rundt den øvre periferi. Vannivåreguler-ingsinnretningen som er vist på tegningen kunne erstattes av en enkel slange som justeres ved å variere høyden for å overvåke vannivået i den indre beholder og ringrommet mellom den indre og den ytre beholder. En innretning for å fjerne de faste forurens-ningsstoffer kunne også f.eks. anordnes rundt den ytre beholders nedre periferi.

En modell ble bygget med en indre beholder*-,

diameter på ca. 60 cm. En blanding av olje bg vann som inneholdt forskjellige mengder hydrocarboner ble tilført innretningen fra en lavtrykkseparator. Den indre beholder ble rotert ved ca. 80 omdr./min. Prøver ble tatt av olje-vann-blandingen som ble tilført separatoren og prøver av det utstrømmende vann ble opp-samlet for å bestemme mengden av hydrocarboner. Forsøket ble gjennomført og prøver innsamlet etter3h, 1 h og 1£ h. Kl. 11.00 var konsentrasjonen i inntaksblandingen 52 deler pr. million fra lavtrykksseparatoren, uakseptabelt høyt for tilførsel til omgivelsene. Utløpsvannet inneholdt 10 deler olje pr. million. Kl. 11.30 inneholdt innløpsvannet 44 deler olje pr. million, mens konsentrasjonen i utløpsvannet falt til 7 deler olje pr. million. Kl. 12.30 var oljekonsentrasjonen i innløpet 28 deler pr. million og utløpsvannets konsentrasjon var 3,5 deler pr. million. Kl. 14.00 var konsentrasjonen i inntaket steget til 50 deler olje pr. million og konsentrasjonen i utløpsvannet var så lav som 12 deler pr. million.

En annen oljeblanding ble ledet gjennom olje-vann-separatoren. Blandingen ble nøye overvåket for å inneholde ca. 40 vekt-% olje. Blandingen ble ført inn i separatoren over en tid som var tilstrekkelig til å oppnå likevekt. Analyse av utløps-vannet viste bare 7 deler olje pr. million.

Det vil ses fra de foreliggende forsøk at det oppnås tilnærmet fullstendig separasjon av olje-vann-blanding. Det er ikke behov for at oljen skal være skilt på overflaten av den blanding som kommer inn i separatoren, selv om et slikt skille ville separeres like enkelt som en iblandet olje-vann-blanding. Som nevnt ovenfor krever ikke den foreliggende oppfinnelse noe kjemisk tilsatsmiddel for separasjon og sikrer således at det vann som fjernes er rent og at den gjenvundne olje ikke har forurensninger .

Normalt vil oljeinnholdet i det vann som tilføres innretningen variere fra ca. 25 vektdeler pr. million til ca. 50 vekt-%. Imidlertid er innretningen klart i stand til å separere også høyere oljekonsentrasjoner og gir effektivt renset vann. Normalt vil oljen i uttaksvannet variere fra ca. 3 deler pr. million til ca. 5 deler pr., million, avhengig av fremgangsmåten og den nøyaktige avbalansering av den separerte olje. Dersom større renhet ønskes, kan flere slike innretninger benyttes i serie, idet uttaksvannet fra den første passerer gjennom den annen osv. En slik serie ville effektivt fjerne olje fra vann på en enkel, effektiv og hurtig måte. Normale oljekonsentrasjoner i vann som forlater innretningen etter en første gangs gjennomstrømning vil variere i området fra ca. 12 deler pr. million basert på inntak av vann med normal konsentrasjon på ca. 50 - ca. 1 000 deler pr. million ved bruk av vann fra kon-vensjonelle separasjonsmetoder som har en uakseptabel høy olje-konsentrasjon. Vann som er renset for hydrocarboner ved hjelp av den foreliggende oppfinnelses fremgangsmåte er tilstrekkelig rent til å returnere til omgivelsene.

Claims (9)

1. Innretning for gjenvinning av olje fra olje-vann-blandinger, karakterisert ved at den omfatter to i hverandre anordnede beholdere, nemlig en ytre, stasjonær og en indre, roterende beholder med et mellomliggende ringrom, at den indre beholder har en flens som er montert til dens øvre periferi og dekker en del av beholderens indre, at det gjennom hver beholder forlø per en aksel som er fast montert til den indre beholder og roterbart forbundet med den ytre beholder ved hjelp av innretninger som avtetter akselgjennomføringen mot væskegjennomgang, at akselen ved sin nedre ende er forbundet med driv-innretninger som er i stand til å dreie akselen hurtig, og ved sin øvre ende er fast forbundet med en perforert beholder, at den indre beholder har et antall hull i sitt nedre parti og et antall hull ved sin øvre periferi, nær flensen, og at et spor eller en kanal i ringrommet er fast forbundet med den stasjonære, ytre beholder på et nivå under nivået for de øvre hull i den roterbare indre beholder, idet den nedre del av kanalen står i væskeforbindelse med den stasjonære, ytre beholders utside og minst ett hull i den ytre beholders nedre parti står i væskeforbindelse med en nivåreguleringsinnretning som er i stand til å holde inn-strømning og utstrømning i balanse.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den indre beholders øvre hull er forbundet med slange-eller røranordninger av tilstrekkelig lengde for å transportere væske til kanalen.

3. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den ytre beholder har en flens som er montert på dens. øvre periferi.

4. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at nivåreguleringsinnretningen er en stillbar overløpsplate.

5. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at nivåreguleringsinnretningen er en slange.

6. Innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at den ytre beholders nedre parti har en innretning for fjerning av sedimenterte faste forurensninger.

7. Fremgangsmåte ved kontinuerlig gjenvinning av olje fra olje-vann-blandinger, karakterisert ved at en strøm av olje-vann-blanding føres til en olje-;vann-separator som har en ytre, stasjonær beholder og en indre, roterbar beholder med et mellomliggende ringrom, hvilken indre beholder har en flens som er montert på dens øvre periferi og dekker en del av beholderens indre; og som har en aksel som er ført inn i beholderne og er stivt festet til den indre beholder samt roterbart forbundet med den ytre beholder ved hjelp av innretninger som avtetter akselgjennomføringen mot væskegjennomgang, hvilken aksel har en spreder fast montert på sin øvre ende, og hvilken indre beholder har et antall hull i sitt nedre parti og et antall hull ved sin øvre periferi, nær flensen; og dessuten har et spor eller en kanal i ringrommet mellom beholderne, stivt festet til den stasjonære, ytre beholder på et nivå under nivået for de øvre hull ved periferien av den roterbare, indre beholder, hvilken kanal står i væskeforbindelse med utsiden av den ytre beholder; samt har minst ett hull i den ytre beholders nedre parti i væskeforbindelse med en nivåreguleringsinnretning som kan balansere innstrømning og utstrømning, og at olje-vann-blandingen som innfø res i den hurtig roterende spreder^ strømmer inn i den hurtig roterende, indre beholder og separeres i det tyngre vann i det nedre parti av denne og den lettere olje i det øvre parti, idet sentrifugalkraften presser oljen til dens øvre parti og gjennom hullene inn i en kanal hvorfra olje gjenvinnes, samt at vann føres gjennom den indre beholders nedre hull inn i ringrommet, hvorfra vannet strømmer til en nivåreguleringsinnretning , hvormed innstrø mning og utstrømning balanseres.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at faste forurensninger fjerne fra olje-vann-separatorens bunn.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert . ved at mengdeforholdet olje/vann er fra ca. 25 vektdeler pr. million' til ca. 50 vekt-%.