Устройство для разделения эмульсий с дополнительной деэмульсацией потока

Полезная модель предназначена для разделения двух- или трехфазных потоков и может найти применение в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности.
Известен аппарат для разделения эмульсии, состоящий из горизонтального корпуса с патрубком ввода эмульсии в виде трубчатого коллектора и с патрубками вывода обезвоженного продукта и вывода водной фазы [см. патент RU 2174856, B01D 17/04, 2001]. Трубчатый коллектор перфорирован и открыт в сторону стенки корпуса. В наклонно-продольном сечении корпуса находится коалесцирующий пакет. Пространство между нижним краем входной поверхности коалесцирующего пакета и стенкой корпуса перекрыто непроницаемой для воды и нефти перегородкой, высотой несколько превышающей верхний уровень раздела фаз. Под коалесцирующим пакетом в зоне, образованной входной поверхностью коалесцирующего пакета, стенкой корпуса и нижним уровнем раздела фаз, для разделения объема корпуса на секции установлены металлические пластины сегментной формы. В нижней части каждой перегородки выполнены вертикальные прорези высотой равной расстоянию между нижним и верхним уровнями раздела фаз, открытые со стороны водной фазы. Вывод промывочной воды, выпавшей из эмульсии под коалесцирующим пакетом, и воды, скоалесцированной в объеме коалесцирующего пакета, осуществляется автоматическим открыванием дроссельных клапанов, работа которых осуществляется по сигналам датчиков, установленных на нижнем и верхнем уровнях раздела фаз со стороны входной поверхности коалесцирующего пакета. Вывод скоалесцированной воды производится при помощи патрубка.
Недостатком изобретения является высокая металлоемкость аппарата для разделения эмульсии, а также повышенные энергетические затраты, обусловленные необходимостью продавливания слоя эмульсии при ее подаче через отверстия, выполненные в трубчатом коллекторе.
Известен аппарат для разделения водонефтяной эмульсии, который содержит горизонтальный корпус с патрубком ввода водонефтяной эмульсии и патрубками вывода, нефти и воды соответственно [см. патент RU 2250127, B01D 17/06, 2005]. В корпусе размещены два коалесцирующих блока, и электродная система, включающая размещенные по высоте горизонтальные заземленный и высокопотенциальный электроды. Одна из перегородок размещена между патрубком ввода и электродной системой. Верхний край этой перегородки установлен с зазором к верхней образующей корпуса, а нижний край размещен выше горизонтальной оси аппарата. Нижняя перегородка размещена между электродной системой и патрубком вывода нефти. Верхний край этой перегородки размещен выше уровня высокопотенциального электрода, а нижний край установлен с зазором к нижней образующей корпуса. Патрубки вывода нефти и воды размещены на середине длины корпуса, а патрубки ввода эмульсии, коалесцирующие блоки, вертикальные перегородки и электроды установлены симметрично относительно патрубков вывода нефти и воды.
Недостатком данного аппарата является невысокая производительность, вследствие вертикального расположения в корпусе двух коалесцирующих блоков.
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для разделения эмульсий [см. патент RU 2146550, B01D 17/04, 2000]. Устройство включает горизонтальный цилиндрический корпус, влагоотделительный пакет, составленный из композиции олеофильных и гидрофильных пористо-ячеистых полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой, уложенных поперечными слоями в виде дисков с диаметром, превышающим внутренний диаметр цилиндрического корпуса, перекрывающих рабочее сечение аппарата и расположенных на уровне, превышающем границу раздела фаз, под углом к горизонтали не ниже угла оттекания жидкости по направлению к движущемуся потоку.
Недостатком прототипа является то, что в качестве коалесцирующего пакета для разделения эмульсий используется набор фильтрующих слоев (дисков) пористо-ячеистых эластичных вспененных полимерных материалов, обладающих невысоким свободным объемом и не способствующие наиболее эффективному разделению углеводородных эмульсий вследствие слабого их разрушения.
Задачей полезной модели является разработка устройства для разделения эмульсий с дополнительной деэмульсацией потока, в котором устранены недостатки прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности разделения эмульсий за счет использования коалесцирующего пакета, имеющего более эффективный метод разрушения эмульсий.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для разделения эмульсий с дополнительной деэмульсацией потока, содержащем горизонтальный цилиндрический корпус, размещен коалесцирующий пакет, уложенный поперечными слоями, перекрывающими рабочее сечение, под углом к горизонтали не меньше угла оттекания жидкости по направлению к движущемуся потоку. Коалесцирующий пакет состоит из стальных гофрированных листов, выполненных с отгибкой металла в противоположные стороны, образуя при этом наклонные каналы для течения жидкости. На гофрированных листах равномерно выполнены просечки без дополнительной обработки поверхностей, смежные из которых направлены в противоположные стороны.
Сущность полезной модели поясняется следующим чертежом:
на фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для разделения эмульсий с дополнительной деэмульсацией потока.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - цилиндрический корпус;
2 - коалесцирующий пакет;
3 - гофрированные листы;
4 - просечки.
Устройство для разделения эмульсий с дополнительной деэмульсацией потока содержит цилиндрический корпус 1, расположенный горизонтально, коалесцирующий пакет 2, уложенный поперечными слоями, перекрывающими рабочее сечение аппарата, под углом к горизонтали. Коалесцирующий пакет 2 состоит из стальных гофрированных листов 3, выполненных с отгибкой металла в противоположные стороны, образуя при этом наклонные каналы для течения жидкости. На гофрированных листах 3 равномерно выполнены просечки 4, предназначенные для активного разрушения эмульсии (фиг. 1).
Предлагаемое устройство для разделения эмульсий с дополнительной деэмульсацией потока работает следующим образом.
Нефтеводяная эмульсия с различной степенью дисперсности и устойчивости водной фазы поступает в цилиндрический корпус 1 устройства, где заполняет свободный объем коалесцирующего пакета 2. Благодаря гофрированным листам 3 и выполненным в них просечкам 4, при движении нефтеводяной эмульсии по образованным каналам наблюдается разрушение эмульсии и постепенное ее отслоение. При этом под действием силы тяжести на дно устройства оседает преимущественно водная фаза.
При прохождении водной фазы по наклонным гофрированным листам 3 наблюдается коалесценция капель на тонкой пленке воды, при этом она, укрупняясь, скатывается вниз и продвигается ко дну устройства по ходу движения потока. Таким образом, в нижней части устройства отводится преимущественно водная фаза, а в верхней его части через зазоры, образованные между соседними гофрированными листами 3 и стенкой корпуса 1 происходит накопление и отвод преимущественно нефтяного сырья или обезвоженного топлива.
В предлагаемом устройстве для разделения эмульсий с дополнительной деэмульсацией потока по сравнению с прототипом достигается более высокая эффективность разделения водонефтяных эмульсий. Это обеспечивается за счет использования коалесцирующего пакета в виде гофрированных листов с выполненными в них разнонаправленными просечками, которые благодаря своим шероховатым поверхностям, позволяют дополнительно проводить деэмульсацию потока без существенного повышения затрат энергии на прокачку водонефтяной эмульсии. Проведенные экспериментальные исследования на лабораторной установке показывают средние значения эффективности разделения эмульсии вода - трансформаторное масло в районе 81,4% при среднерасходных скоростях движения потока от 0,04 м/с до 0,055 м/с и длине коалесцирующего пакета равной 300 мм. При этом массовая доля трансформаторного масла в исходной эмульсии изменялась от 0,263 до 0,362.
3
3
3
3
Кроме того, стоит отметить, что удельный свободный объем предлагаемого коалесцирующего пакета достигает (0,96-0,9)8 м/м, в то время как у прототипа он составляет порядка (0,92-0,95) м/м. Это говорит о возможности незначительного повышения производительности устройства, либо повышения ее эффективности за счет снижения средней скорости движения водонефтяной эмульсии.
Таким образом, в предлагаемом устройстве для разделения эмульсий достигается высокая эффективность процесса деэмульсации без увеличения энергетических затрат за счет использования коалесцирующего пакета, обладающего улучшенными характеристиками и имеющий механизмы эффективного разрушения различных эмульсий.