СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF SEPARATING WATER-OIL EMULSION AND DEVICE TO THIS END

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Недостатком этого способа является высокая сложность изготовления устройства, укладки и замены слоев фильтрующего материала, связанная со специфической (овальной) формой этих слоев.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.