RU2455047C2

RU2455047C2 - Method of separating water-oil emulsion and device to this end

Info

Publication number: RU2455047C2
Application number: RU2010134244/05A
Authority: RU
Inventors: Владимир Владимирович Сербиненко (RU); Владимир Владимирович Сербиненко; Вадим Васильевич Варвянский (RU); Вадим Васильевич Варвянский; Дмитрий Владимирович Сербиненко (RU); Дмитрий Владимирович Сербиненко; Андрей Николаевич Загоруйко (RU); Андрей Николаевич Загоруйко; Сергей Алексеевич Лопатин (RU); Сергей Алексеевич Лопатин
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Сибметаллсервис"
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2012-07-10
Also published as: RU2010134244A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to chemistry and oil-and-gas industry, particularly, to separation of heterogeneous liquid mixes. Proposed method comprises using the device made up of tight cylindrical shell with covers, initial emulsion feed branch pipe and emulsion components separate discharge branch pipe, and filtration unit arranged inside said shell and including filtration coalescent layer. Filtration unit consists of rectangular frame with its outer edges secured to cylindrical shell inner surface and that of covers. Housing includes outer support structure to arrange the former so that deviation of filtering material layers from vertical is not smaller than angle of separated fluid outflow.

EFFECT: simplified design and servicing, lower costs.

10 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области химии, нефтехимии, нефте- и газопереработки, а именно к устройствам и системам разделения гетерогенных жидких смесей, и может применяться, в частности, для разделения водно-углеводородных смесей.The invention relates to the field of chemistry, petrochemistry, oil and gas processing, and in particular to devices and systems for the separation of heterogeneous liquid mixtures, and can be used, in particular, for the separation of water-hydrocarbon mixtures.

Разделение жидкостных эмульсий, в которых мелкодисперсные капли одной жидкости находятся в объеме другой жидкости, является важной технической задачей. В частности, к таким задачам относится обезвоживание исходного углеводородного сырья, полупродуктов и продуктов предприятий химического и нефтехимического профиля либо выделение углеводородных примесей из сточных вод.Separation of liquid emulsions in which fine droplets of one liquid are in the volume of another liquid is an important technical task. In particular, such tasks include dehydration of the initial hydrocarbon feedstock, intermediates and products of chemical and petrochemical enterprises or the separation of hydrocarbon impurities from wastewater.

Разделение эмульсий может производиться путем их отстаивания и расслаивания, однако скорость таких процессов может быть весьма низкой, что приводит к снижению эффективности разделения и низкой производительности таких технологий. Также отделение углеводородов может осуществляться за счет ректификации исходных смесей, однако это сопряжено со значительными капитальными и энергетическими затратами.The separation of emulsions can be carried out by their sedimentation and delamination, however, the speed of such processes can be very low, which leads to a decrease in the separation efficiency and low productivity of such technologies. Hydrocarbons may also be separated by distillation of the initial mixtures, however, this entails significant capital and energy costs.

Эффективным способом разделения жидкостных эмульсий является коалесцентная фильтрация, основанная на пропускании исходной эмульсии через фильтрующие материалы, которые имеют различную способность к смачиванию различными компонентами смеси и, соответственно, различную пропускную способность по отношению к ним. Кроме того, коалесцентные фильтры стимулируют коалесценцию (слияние) мелких капель диспергированной жидкости в более крупные, что облегчает и ускоряет их последующее гравитационное отслоение. Коалесцентная фильтрация отличается высокой эффективностью и весьма малым уровнем энергетических и прочих эксплуатационных расходов.An effective way of separating liquid emulsions is coalescence filtration, based on the passage of the original emulsion through filter materials, which have different ability to wet various components of the mixture and, accordingly, different throughput in relation to them. In addition, coalescence filters stimulate coalescence (fusion) of small droplets of dispersed liquid into larger ones, which facilitates and accelerates their subsequent gravitational separation. Coalescence filtration is highly efficient and has a very low level of energy and other operating costs.

Существует задача поиска оптимального способа организации разделения жидкостных эмульсий и оптимальной конструкции устройства для его осуществления, обеспечивающих максимальную эффективность разделения жидкостных эмульсий при минимальных габаритах устройства в сочетании с простотой его эксплуатации.There is the task of finding the best way to organize the separation of liquid emulsions and the optimal design of the device for its implementation, providing maximum separation efficiency of liquid emulsions with the minimum dimensions of the device in combination with the simplicity of its operation.

Известен способ организации разделения жидкостных эмульсий, включающий пропускание разделяемой эмульсии через множество горизонтальных последовательных ступеней фильтрации, скомпонованных в виде нисходящей лестницы (патент США № US 2758720, МПК B01D 17/10; C10G 33/06, приоритет от 29.06.1953). За счет избирательной фильтрации жидкостей происходит их разделение. Недостатком известного способа является низкая производительность, а также громоздкость устройства, которая ограничивает его применение.A known method of organizing the separation of liquid emulsions, including passing a shared emulsion through many horizontal successive stages of filtration arranged in a descending ladder (US patent No. US 2758720, IPC B01D 17/10; C10G 33/06, priority from 06/29/1953). Due to the selective filtration of liquids, they are separated. The disadvantage of this method is the low productivity, as well as the bulkiness of the device, which limits its use.

Известен способ организации разделения жидкостных эмульсий, включающий пропускание разделяемой эмульсии через множество вертикально соединенных полных и усеченных фильтрующих конусов (патент США №5750024, МПК B01D 17/04 H; B01D 39/16 B4; B01D 39/20 B4; B01D 39/20 D4; B01D 46/00 C10; B01D 46/00 D2; B01D 46/00 F20D; B01D 46/24 F2, приоритет от 31.03.1995). Такая конструкция отличается компактностью. Недостатками известного способа является его низкая технологичность, сложность обслуживания и замены слоев фильтрующего материала, а также технические сложности, возникающие при создании фильтров большой производительности.A known method of organizing the separation of liquid emulsions, including passing a shared emulsion through a plurality of vertically connected full and truncated filter cones (US Patent No. 5750024, IPC B01D 17/04 H; B01D 39/16 B4; B01D 39/20 B4; B01D 39/20 D4 ; B01D 46/00 C10; B01D 46/00 D2; B01D 46/00 F20D; B01D 46/24 F2, priority dated 03/31/1995). This design is compact. The disadvantages of this method is its low manufacturability, the complexity of maintenance and replacement of layers of filter material, as well as the technical difficulties that arise when creating filters with high performance.

Известен способ организации разделения жидкостных эмульсий, включающий пропускание разделяемой эмульсии через горизонтально расположенный корпус круглого сечения с патрубками для ввода исходной эмульсии и раздельного вывода ее компонентов после разделения, внутри которого под углом не ниже угла оттекания жидкости по направлению к движущемуся потоку последовательно расположены несколько слоев фильтрующего материала (Патент РФ №2105584, МПК B01D 17/04, приоритет от 25.04.1997, опубликовано 27.02.1998). Такая конструкция отличается простотой и позволяет создавать устройства для разделения эмульсий большой единичной мощности.A known method of organizing the separation of liquid emulsions, including passing a shared emulsion through a horizontally arranged circular housing with nozzles for introducing the original emulsion and separate output of its components after separation, inside of which several layers of filtering are arranged in series at an angle not lower than the angle of outflow of liquid in the direction of the moving stream material (RF Patent No. 2105584, IPC B01D 17/04, priority dated 04.25.1997, published 02.27.1998). This design is simple and allows you to create a device for the separation of emulsions of large unit power.

Недостатком этого способа является высокая сложность изготовления устройства, укладки и замены слоев фильтрующего материала, связанная со специфической (овальной) формой этих слоев.The disadvantage of this method is the high complexity of manufacturing the device, laying and replacing layers of filter material associated with the specific (oval) shape of these layers.

Перед авторами ставилась задача разработать способ организации разделения жидкостных эмульсий в простом и компактном устройстве, обеспечивающем компактную упаковку фильтрующих слоев с возможностью их технологически простой установки и замены, при сохранении высокой эффективности разделения эмульсий.The authors were tasked with developing a method for organizing the separation of liquid emulsions in a simple and compact device that provides compact packaging of filter layers with the possibility of their technologically simple installation and replacement, while maintaining high efficiency of emulsion separation.

Поставленная задача решается тем, что в способе организации разделения жидкостных эмульсий, включающем пропускание эмульсий через устройство разделения жидкостных эмульсий и использование в качестве последнего устройства, содержащего герметичный корпус, выполненный в виде полой цилиндрической обечайки с крышками, снабженный патрубком подачи потока исходной эмульсии, хотя бы двумя патрубками раздельного вывода потоков компонентов эмульсии, и хотя бы один расположенный внутри корпуса проницаемый для потоков фильтрующий блок, содержащий хотя бы один слой, дополнительно выполняют корпус устройства разделения жидкостных эмульсий располагающимся при эксплуатации в пространстве таким образом, чтобы угол отклонения плоскости слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости, а фильтрующий блок устройства выполняют в виде опорной рамы прямоугольной формы, внешние края рамы герметично прикрепляют к внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса и к внутренним поверхностям крышек корпуса, при этом фильтрующий блок устройства располагают параллельно оси симметрии корпуса и перпендикулярно крышкам корпуса. При этом корпус устройства разделения жидкостных эмульсий выполняют содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса при эксплуатации таким образом, чтобы угол отклонения плоскости слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости. Патрубок подачи исходной эмульсии выполняют дополнительно содержащим распределительный элемент для гашения кинетической энергии потока, распределительный элемент патрубка подачи исходной эмульсии выполняют в виде эллиптического отражателя, а фильтрующий блок выполняют в виде опорной рамы прямоугольной формы, содержащей пластины из пористо-ячеистого металла или сплава, либо их комбинации с другими фильтрующими материалами.The problem is solved in that in a method for organizing the separation of liquid emulsions, including passing emulsions through a device for separating liquid emulsions and using as a last device containing a sealed housing made in the form of a hollow cylindrical shell with covers, equipped with a pipe for supplying the flow of the original emulsion, at least two nozzles for separate output of the flows of the components of the emulsion, and at least one filter block permeable to flows located inside the housing, containing If at least one layer is used, the housing of the device for separating liquid emulsions is additionally arranged located in the space in such a way that the angle of deviation of the plane of the layers of the filter material from the vertical is not lower than the outflow angle of the separated liquid, and the filter unit of the device is made in the form of a support frame of a rectangular shape, the outer edges of the frame are hermetically attached to the inner surface of the cylindrical shell of the housing and to the inner surfaces of the housing covers, while the filter unit of the device and arranged parallel to the axis of symmetry of the housing and perpendicular to the housing cover. At the same time, the housing of the liquid emulsion separation device is made comprising an external support structure configured to arrange the housing during operation so that the angle of deviation of the plane of the layers of filter material from the vertical is not lower than the angle of outflow of the separated liquid. The supply pipe of the source emulsion is additionally containing a distribution element for damping the kinetic energy of the flow, the distribution element of the pipe of the source of the emulsion is made in the form of an elliptical reflector, and the filtering unit is made in the form of a support frame of a rectangular shape containing plates of porous-cellular metal or alloy, or combinations with other filtering materials.

Кроме того, в устройстве для разделения жидкостных эмульсий, включающем герметичный корпус, выполненный в виде полой цилиндрической обечайки с крышками, снабженный патрубком подачи потока исходной эмульсии, хотя бы двумя патрубками раздельного вывода потоков компонентов эмульсии, и хотя бы один расположенный внутри корпуса проницаемый для потоков фильтрующий блок, содержащий хотя бы один слой фильтрующего коалесцентного материала, фильтрующий блок выполнен в виде опорной рамы прямоугольной формы, внешние края которой герметично прикреплены к внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса и к внутренним поверхностям крышек, и расположенной параллельно оси симметрии корпуса и перпендикулярно крышкам корпуса. При этом корпус выполнен содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса устройства при эксплуатации таким образом, чтобы угол отклонения плоскости слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости, патрубок подачи исходной эмульсии дополнительно содержит распределительный элемент для гашения кинетической энергии потока, распределительный элемент патрубка подачи исходной эмульсии выполнен в виде эллиптического отражателя, фильтрующий блок выполнен в виде опорной рамы прямоугольной формы, содержащей пластины из пористо-ячеистого металла или сплава, либо их комбинации с другими фильтрующими материалами.In addition, in a device for separating liquid emulsions, including a sealed enclosure made in the form of a hollow cylindrical shell with covers, provided with a nozzle for supplying a stream of the initial emulsion, at least two nozzles for separate output of flows of components of the emulsion, and at least one permeable for flows located inside the housing a filtering unit containing at least one layer of filtering coalescent material, the filtering unit is made in the form of a support frame of a rectangular shape, the outer edges of which are hermetically sealed replicated to the inner surface of the cylindrical shell of the housing and to the inner surfaces of the covers, and located parallel to the axis of symmetry of the housing and perpendicular to the housing covers. In this case, the housing is made comprising an external supporting structure configured to arrange the housing of the device during operation so that the angle of deviation of the plane of the layers of the filter material from the vertical is not lower than the angle of the outflow of the separated liquid, the supply pipe of the initial emulsion additionally contains a distribution element for damping the kinetic energy of the flow , the distribution element of the supply pipe of the source emulsion is made in the form of an elliptical reflector, the filtering unit is made in the form rectangular support frame comprising a porous-plate of foamed metal or alloy, or combination thereof with other filter materials.

Технический эффект заявляемого изобретения заключается в существенном упрощении и удешевлении конструкции для разделения жидкостных эмульсий, а также его обслуживания во время эксплуатации за счет того, что фильтрующие блоки в этом случае имеют прямоугольный вид, что существенно упрощает их изготовление, загрузку и замену в них слоев фильтрующего материала. При этом наклон слоев фильтрующего материала, необходимый для эффективного оттока жидкости, может задаваться наклонным расположением самого корпуса устройства за счет использования различных внешних опорных конструкций. Использование входного патрубка с дополнительным распределительным элементом позволяет существенно понизить кинетическую энергию потока и тем самым уменьшить его разрушающее действие на фильтрующий материал и увеличить срок его службы.The technical effect of the claimed invention consists in a significant simplification and cheapening of the design for separating liquid emulsions, as well as its maintenance during operation due to the fact that the filter blocks in this case have a rectangular shape, which greatly simplifies their manufacture, loading and replacement of filter layers in them material. In this case, the inclination of the layers of filter material necessary for effective outflow of liquid can be set by the inclined arrangement of the device body itself due to the use of various external supporting structures. The use of the inlet pipe with an additional distribution element can significantly reduce the kinetic energy of the flow and thereby reduce its destructive effect on the filter material and increase its service life.

Изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 изображен общий вид устройства для разделения жидкостных эмульсий, где 1 - цилиндрическая обечайка, 2 - фильтрующие блоки, 3 - патрубок для подачи исходной эмульсии, 4 - патрубок для вывода менее плотного отделенного компонента эмульсии, 5 - патрубки для вывода более плотного отделенного компонента эмульсии, 6 - крышка корпуса устройства, 7 - распределительный элемент; на фиг.2 и фиг.3 изображены возможные комбинации корпуса устройства с внешней опорной конструкцией, где 8 - внешняя опора корпуса устройства, 9 - воображаемая вертикальная линия, 10 - ось симметрии корпуса устройства, 11 - поток исходной эмульсии, 12 - поток менее плотного отделенного компонента эмульсии, 13 - поток более плотного отделенного компонента эмульсии, 14 и 15 - отделенные слои более плотного и менее плотного компонентов эмульсии.The invention is illustrated by drawings, figure 1 shows a General view of a device for separating liquid emulsions, where 1 is a cylindrical shell, 2 is a filter block, 3 is a pipe for supplying the original emulsion, 4 is a pipe for outputting a less dense separated component of the emulsion, 5 are pipes to output a denser separated component of the emulsion, 6 - the cover of the housing of the device, 7 - distribution element; figure 2 and figure 3 shows possible combinations of the device casing with an external supporting structure, where 8 is the external support of the device casing, 9 is an imaginary vertical line, 10 is the axis of symmetry of the device casing, 11 is the flow of the original emulsion, 12 is the flow less dense the separated component of the emulsion, 13 is the flow of a denser separated component of the emulsion, 14 and 15 are the separated layers of the denser and less dense components of the emulsion.

Устройство состоит из цилиндрической обечайки 1 с верхней и нижней крышками. Внутри корпуса устройства параллельно осевой линии корпуса и перпендикулярно крышкам располагаются прямоугольные фильтрующие блоки 2, представляющие собой опорные рамы, в которых установлены слои фильтрующего материала. В устройстве предусмотрены патрубок 3 для подачи потока исходной жидкостной эмульсии и патрубки 4 и 5 для раздельного вывода потоков отделенных друг от друга компонентов эмульсии 14 и 15. Загрузка и замена слоев фильтрующего материала в опорных рамах осуществляется при открытии верхней крышки устройства 6. Во входном патрубке 3 может быть установлен распределительный элемент 7 для гашения кинетической энергии входного потока. Слои фильтрующего материала могут изготавливаться из пластин из пористо-ячеистых металлов или сплавов отдельно либо в идее их комбинаций с другими фильтрующими материалами (см., например, патент РФ №2146164, МПК B01D 17/022, приоритет от 14.10.1998).The device consists of a cylindrical shell 1 with upper and lower covers. Inside the device’s casing, parallel to the axial line of the casing and perpendicular to the covers are rectangular filtering blocks 2, which are supporting frames in which layers of filtering material are installed. The device has a nozzle 3 for supplying a stream of the original liquid emulsion and nozzles 4 and 5 for separately outputting the streams of emulsion components 14 and 15 separated from each other. Loading and replacing layers of filter material in the support frames is performed by opening the top cover of the device 6. In the inlet nozzle 3, a distribution element 7 can be installed to quench the kinetic energy of the input stream. The layers of filtering material can be made of plates of porous-cellular metals or alloys separately or in the idea of their combinations with other filtering materials (see, for example, RF patent No. 2146164, IPC B01D 17/022, priority dated 10/14/1998).

На чертежах фиг.2 и 3 показаны возможные комбинации корпуса устройства с внешней опорной конструкцией, позволяющие наклонять корпус устройства таким образом, чтобы угол отклонения плоскостей слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости. В первом случае (фиг.2) корпус устройства устанавливается на внешней опоре 8 таким образом, чтобы ось симметрии корпуса устройства 10 отклонялась от вертикали 9 на угол не ниже угла оттока отделяемой жидкости 14 в среде более легкой жидкости 15. Во втором случае (фиг.3) устройство устанавливается на опоре на боковую сторону таким образом, что ось симметрии устройства располагается горизонтально, а отклонение плоскостей 10 слоев фильтрующего материала от вертикали 9 задается поворотом корпуса устройства на необходимый угол.The drawings of figures 2 and 3 show possible combinations of the device body with an external supporting structure, allowing to tilt the device body so that the angle of deviation of the planes of the layers of filter material from the vertical is not lower than the angle of outflow of the separated liquid. In the first case (Fig. 2), the device casing is mounted on the external support 8 so that the axis of symmetry of the casing of the device 10 deviates from the vertical 9 by an angle not lower than the outflow angle of the separated liquid 14 in the environment of the lighter liquid 15. In the second case (Fig. 3) the device is mounted on a support on the side so that the axis of symmetry of the device is horizontal, and the deviation of the planes 10 of the layers of filter material from vertical 9 is set by turning the device casing to the required angle.

Применение описанного способа обеспечивает высокую эффективность разделения жидкостных эмульсий, низкое гидравлическое сопротивление устройства потоку разделяемой эмульсии при обеспечении технологической простоты процедуры изготовления, загрузки и замены слоев фильтрующего материала. Кроме того, применение данной конструкции способа позволяет проводить разделение жидкостных эмульсий в компактных и простых по конструкции устройствах с весьма малыми габаритами и металлоемкостью и высокой надежностью при эксплуатации, что существенно расширяет возможности их практического применения.The application of the described method provides high separation efficiency of liquid emulsions, low hydraulic resistance of the device to the flow of the separated emulsion while ensuring technological simplicity of the manufacturing process, loading and replacing layers of filter material. In addition, the use of this design of the method allows the separation of liquid emulsions in compact and simple in design devices with very small dimensions and metal consumption and high reliability during operation, which significantly expands the possibilities of their practical application.

Claims

1. The method of organizing the separation of liquid emulsions, including passing emulsions through a device for separating liquid emulsions, using as the last device containing a sealed enclosure made in the form of a hollow cylindrical shell with lids, equipped with a pipe for supplying a stream of the original emulsion, at least two pipes for separate output of flows components of the emulsion, and at least one flow-permeable filter unit located inside the housing containing at least one layer of filter koalas material, characterized in that the housing of the device for separating liquid emulsions is additionally arranged arranged in space in such a way that the angle of deviation of the plane of the layers of the filter material from the vertical is not lower than the outflow angle of the separated liquid, and the filter unit of the device is made in the form of a rectangular support frame , the outer edges of the frame are hermetically attached to the inner surface of the cylindrical shell of the housing and to the inner surfaces of the housing covers, while the filter The unit of the device is arranged parallel to the axis of symmetry of the housing and perpendicular to the covers of the housing.

2. The method according to claim 1, characterized in that the housing of the liquid emulsion separation device is configured to comprise an external support structure configured to position the housing during operation so that the angle of deviation of the plane of the layers of filter material from the vertical is not lower than the outflow angle of the separated liquid.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the supply pipe of the source emulsion is additionally containing a distribution element for damping the kinetic energy of the stream.

4. The method according to claim 3, characterized in that the distribution element of the supply pipe of the source emulsion is made in the form of an elliptical reflector.

5. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the filtering unit is made in the form of a rectangular support frame containing plates of porous-cellular metal or alloy or a combination thereof with other filtering materials.

6. A device for separating liquid emulsions, including a sealed housing made in the form of a hollow cylindrical shell with covers, equipped with a nozzle for supplying a stream of the original emulsion, at least two nozzles for separate output of flows of components of the emulsion, and at least one filter block permeable to flows containing at least one layer of filtering coalescent material, characterized in that the filtering unit is made in the form of a support frame of a rectangular shape, the outer edges of which are sealed They are attached to the inner surface of the cylindrical shell of the housing and to the inner surfaces of the covers, and located parallel to the axis of symmetry of the housing and perpendicular to the covers of the housing.

7. The device according to claim 6, characterized in that the housing is made containing an external supporting structure configured to arrange the housing of the device during operation so that the angle of deviation of the plane of the layers of filter material from the vertical is not lower than the angle of outflow of the separated liquid.

8. The device according to any one of paragraphs.6 and 7, characterized in that the supply pipe of the original emulsion further comprises a distribution element for damping the kinetic energy of the stream.

9. The device according to 8, characterized in that the distribution element of the supply pipe of the source emulsion is made in the form of an elliptical reflector.

10. The device according to any one of paragraphs.6 and 7, characterized in that the filter unit is made in the form of a support frame of a rectangular shape, containing plates of porous-cellular metal or alloy, or a combination thereof with other filter materials.