СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ
EMULSION SPLITTING METHOD

Предлагаемое изобретение относится к способам для разделения жидкостных смесей, содержащих нефтепродукты и другие органические соединения, воду, газообразные включения, и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности в системах сбора, подготовки и переработки углеводородного сырья, для очистки сточных вод, масел и т.д.
Известен способ разделения многофазных нефтесодержащих систем (Панченко В.И., Ахметзянов Ш.Х., Закиев Ф.А., Галимов Р.Х., Садыков А.Ф. патент №2211095, В04С 5/103), который предусматривает создание тангенциального вихревого потока подаваемой под давлением очищаемой среды, последующее центробежное разделение сред с удалением за счет создания отрицательного градиента давления легких фракций по оси гидроциклона в направлении, обратном поступательному перемещению очищаемой среды, и выведением более тяжелых по отношению к несущей среде фракций в обратном направлении.
Однако недостатком способа являются недостаточный уровень очистки, большие энергетические потери при сепарации, связанные с необходимостью подачи жидкостной смеси в эвольвентный канал под большим давлением, а также большие габариты, вес и стоимость установки.
Известны способ разделения многофазных сред и устройство для его осуществления (Беспалов А.А., Власенко С.А., Медведева А.А. патент №2297267, кл. B01D 17/038), которые включают создание вихревого потока, последующее центробежное разделение сред с удалением легких фракций за счет создания отрицательного градиента давления по оси центробежного сепаратора в направлении, обратном поступательному перемещению многофазной среды, и прямоточным выведением более тяжелых по отношению к несущей среде фракций.
Однако при сепарации, например, водонефтяной смеси нефть концентрируется в приосевой зоне камеры, вода отбрасывается к наружной стенке, остальная часть потока составляет водонефтяная эмульсия, четкой границы между разделяемыми фазами нет. Следовательно, эмульсия будет удаляться либо с нефтью, либо с водой.
Известен способ газодинамической сепарации (Запорожец Е.П., Зиберт Г.К., Запорожец Е.Е., Аверкин А.И., патент №2291736, B01D 45/12) который включает закрученную подачу исходного потока высоконапорного многокомпонентного углеводородного газа в сопло, изоэнтальпийное расширение газа с охлаждением при его истечении с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью, конденсацию компонентов в расширенном и охлажденном вращающимся потоке газа, отделение от газа конденсата, сбор конденсата в зоне с пониженным давлением, которую создают путем эжектирования из нее газовой фазы, повышение давления очищенного газового потока путем его торможения в диффузоре и удаление очищенного газа и конденсата.
Однако способ не предусматривает разделение жидкой фазы по удельному весу, требует применения высоконапорного оборудования и околозвуковых скоростей перемещения сепарируемой среды, служит только для очистки газа.
Известен способ вихревого крекинга нефти и нефтепродуктов (Серебряков Р.А., Бирюк В.В., Аванесян В.П., патент №2305699, C10G 9/00), включающий разделение нефти и нефтепродуктов на фракции и осуществляемый путем подачи их нефтяным насосом в вихревую гидрокавитационную установку с последующим разделением на фракции в вихревой трубе.
Однако разделение смеси жидкостей в вихревой трубе не предусматривает возврат части потока в исходную эмульсию, высокая температура разделенных фракций не используется для подогрева исходной смеси.
Известен способ разделения эмульсий (Зиберт Г.К., Запорожец Е.П., Минигулов P.M., Зиберт А.Г., патент №2286194, B01D 17/038), принятый за прототип, включающий нагрев эмульсии, струйную подачу, удар струи и разделение. Исходную эмульсию подают в виде вихревого закрученного потока. В центральной зоне потока центробежными силами создают пониженное давление, равное давлению насыщенного пара низкокипящей жидкости, а в его периферийной зоне - давление, обеспечивающее вытеснение легкой фазы в центральную зону струйного закрученного потока эмульсии. Часть периферийного потока отбирают на рециркуляцию в исходную эмульсию.
Однако разделенные фракции, имеющие высокую температуру после прохождения центробежного сепаратора, сливаются в отстойник и не используются для подогрева исходной смеси.
Целью изобретения является использование теплоты периферийной фазы сепарируемой эмульсии для подержания температурного режима процесса.
Задача решается тем, что, применяя способ разделения эмульсии, включающий ее нагрев, струйную подачу исходной эмульсии в виде вихревого закрученного потока, в центральной зоне которого центробежными силами создают пониженное давление, а в его периферийной зоне давление, обеспечивающее вытеснение легкой фазы в центральную зону закрученного потока эмульсии, отбор центрального и периферийного потоков, а также части периферийного потока на рециркуляцию в исходную эмульсию, отобранный периферийный поток, содержащий тяжелую фазу эмульсии, выводят через центральную зону закрученного потока эмульсии, обеспечивают теплообмен отобранного периферийного потока с центральной зоной закрученного потока эмульсии.
Такой способ позволяет поддерживать высокую температуру в камере сепарации, используя теплообмен с наиболее интенсивно нагреваемой периферийной фазой разделяемой эмульсии.
Пример устройства для реализации предлагаемого способа, поясняется чертежом, на котором: 1 - корпус устройства; 2 - патрубок подвода исходной эмульсии; 3 - лопасти; 4 - камера сепарации; 5 - кольцевая щель узла отбора легкой фазы; 6 - патрубок вывода легкой фазы; 7 - кольцевая щель узла отбора тяжелой фазы; 8 - труба отвода тяжелой фазы; 9 - щель вывода фазы, требующей повторной сепарации; 10 - труба потока рециркуляции; 11 - насос потока рециркуляции. Стрелками указаны направления движения жидкости.
Способ реализуют следующим образом.
К корпусу устройства 1 через патрубок подвода исходной эмульсии 2 под давлением подводят смесь, подлежащую сепарации. Поток эмульсии, проходя через повернутые на заданный угол лопасти 3, закручивается, при этом происходит центробежное разделение фаз жидкости. Закрученный поток перемещается по камере сепарации 4. Более тяжелая фаза отбрасывается к наружной стенке камеры сепарации 4, а более легкая фаза собирается в приосевой зоне потока.
Закрученный поток перемещается по камере сепарации до узлов отбора легкой фазы эмульсии, тяжелой фазы эмульсии и фазы, требующей повторной сепарации. Узел отбора легкой фазы эмульсии представляет собой кольцевую щель 5, расположенную в приосевой части закрученного потока, и патрубок для вывода легкой фазы 6. Узел отбора тяжелой фазы и мехпримесей эмульсии представляет собой кольцевую щель 7, расположенную в периферийной части закрученного потока, и трубу 8, проходящую через центральную зону закрученного потока эмульсии и соединенную со сборной емкостью или канализацией с давлением ниже давления камеры сепарации. Узел вывода неразделенной эмульсии, требующей повторной сепарации, представляет круговую щель между узлами вывода легкой и тяжелой фаз 9, связанную с трубой рециркуляции потока эмульсии 10. Неразделившаяся фаза эмульсии, требующая повторной сепарации, через трубу рециркуляции потока эмульсии 10 поступает в зону патрубка подвода исходной эмульсии 2.
Скорость движения эмульсии через камеру сепарации 4 устанавливают с помощью насоса потока рециркуляции 11, врезанного в трубу 10 и имеющего расход, достаточный для осуществления эффективной центробежной сепарации, но не способствующий созданию турбулентных потоков, нарушающих расслаивание жидкости по удельному весу.
Многократное перекачивание эмульсии через камеру сепарации 4 и трубу потока рециркуляции 8 способствует выделению теплоты за счет диссипативных потерь турбулентного потока жидкости и его нагреву. Кроме того, в закрученных потоках вязкого газа или жидкости при наличии поперечного градиента скорости поверхности потоков взаимодействуют между собой из-за наличия касательных сил вязкости. Работа, затраченная на преодоление этих сил, преобразуется в теплоту. Эффект Ранка-Хэлша в вихревых трубах способствует охлаждению приосевой зоны закрученного потока и нагреву периферийной зоны.
Тяжелую фазу эмульсии, отбрасываемую к периметру зоны сепарации и нагреваемую больше других слоев жидкости, сливают в сборную емкость или канализацию после теплообмена с наиболее холодной приосевой зоной камеры сепарации.
Использование теплоты периферийного потока жидкости, полученной от эффекта Ранка-Хэлша, способствует экономии тепловой энергии, необходимой для предварительного разогрева исходного сырья, подлежащего сепарации.
Для закручивания потока эмульсии возможно применение как лопастей с заданным углом поворота, так и завихрителя с тангенциальной установкой входного сопла.
При проведении сепарации возможно введение в исходную смесь химреактивов, например деэмульгатора, электролита, для повышения подвижности частиц при сепарации жидкостей высокой вязкости.