УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЖИДКОЙ ФАЗЫ В НЕПРЕРЫВНОЙ ЖИДКОЙ ФАЗЕ
DEVICE FOR CREATING DISCRETE LIQUID PHASE IN CONTINUOUS LIQUID PHASE

Изобретение относится к устройству для создания дискретной жидкой фазы в непрерывной жидкой фазе согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения, к установке с такими устройствами, а также к применению этой установки.
Из WO 2005/100512 (РСТ/ЕР2005/004654) известен способ и соответствующее устройство для очистки сырой нефти. В этом способе очистки получают в первой стадии дегазированную эмульсию, которую во второй стадии разделяют на воду и нефть. Вторую стадию выполняют в резервуаре очистительного устройства, которое содержит распределительное устройство для промывочной воды. Поверхность раздела фаз между водой и нефтью приводится в контакт с промывочной водой, так что происходит очистительная обработка. На основании коалесценции обеих фаз их можно отделять друг от друга. Способ можно улучшить, если эмульсия вводится в виде капель в непрерывную фазу, которая состоит из промывочной воды. Это является первой стадией очистки. Промытая таким способом нефть образует после коалесценции вторую непрерывную фазу, в которую можно дополнительно подавать свежую промывочную воду в виде капель или с увеличенным количеством движения для поддержки очистки границы фаз. Между обеими непрерывными фазами образуется переходная зона, в которой происходит коалесценция (как нефти, так и воды). Подачу эмульсии и промывочной воды в очистительное устройство регулируют так, что переходная зона в заданном положении занимает значительно меньший объем, чем обе непрерывные фазы. Для обеих дискретных фаз имеется оптимальная величина капель для промывного действия, а также оптимальный сдвиг дисперсных фаз для достижения разделения фаз, которые можно определять эмпирически. Предпосылкой для оптимального способа очистки является обеспечение получения оптимальной величины капелек или капель и равномерное распределение дискретных фаз в соответствующих непрерывных фазах. Для этого необходимо выполненное соответствующим образом устройство.
Задачей изобретения является создание устройства для создания дискретной жидкой фазы в непрерывной жидкой фазе, в котором осуществляется необходимый для процесса разделения сдвиг дискретной фазы, а также получение заданных величин капель дискретной фазы и их равномерное распределение в непрерывной фазе. Эта задача решена с помощью заданного в п.1 формулы изобретения устройства.
Устройство служит для создания дискретной жидкой фазы в непрерывной жидкой фазе с первой, соответственно, второй жидкостью. Обе жидкости существуют совместно в виде отдельных фаз, имеют различные плотности и допускают желаемый обмен веществ. Предусмотрено расположение устройства в резервуаре, который содержит вторую образующую непрерывную фазу жидкость. Устройство содержит в горизонтальной продольной протяженности распределительный элемент, в частности цилиндрическую трубу, и приемный канал для первой жидкости. Приемный канал имеет выходную сторону, приемную сторону и, по меньшей мере, одну соединяющую выходную сторону и приемную сторону боковую стенку. Боковая стенка образует между выходной стороной и горизонтальной кромкой для образования капель соединительную поверхность. Боковая стенка имеет наклон, соответственно форму, которая обеспечивает возможность образования пленки жидкости, для чего боковая стенка имеет на боковой стороне и/или приемной стороне средства для создания дискретной фазы в виде капель.
Для повышения стабильности пленки жидкости боковая стенка может иметь хорошую смачиваемость для первой жидкости. Кромка для образования капель или боковая стенка предпочтительно имеет профилирование, в частности зубцы для создания дискретной фазы в виде капель, которые предпочтительно имеют одинаковую величину вследствие равномерности зубцов.
Зависимые пункты 2-11 формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам выполнения устройства согласно изобретению. Установка, в которой применяется это устройство, является предметом п.12-14 формулы изобретения. Применение установки является предметом п.15 и 16 формулы изобретения.
Средство содержит несколько проемов, которые обеспечивают возможность равномерного стекания первой жидкости из внутренней зоны вдоль выходной стороны и/или приемной стороны боковой стенки. Проемы (61) выполнены в виде отверстий, зубцов, прорезей или зубьев. Предпочтительно, они имеют периодически повторяющееся профилирование, так что жидкость равномерно направляется на выходную сторону и/или приемную сторону боковой стенки.
Боковая стенка может иметь кромку для образования капель, вдоль которой сходят капли максимально единообразной величины и попадают в жидкость, которая образует непрерывную фазу. Боковая стенка либо, по меньшей мере, частично ориентирована вертикально, либо имеет наклон относительно горизонтали, который составляет между 10° и 85°, предпочтительно между 20° и 60°, особенно предпочтительно 30° - 40°. Кроме того, боковая стенка может иметь, по меньшей мере, один излом. Согласно другому примеру выполнения боковая стенка имеет, по меньшей мере, на одной из своих кромок направляющий элемент, так что жидкость, исходя из выходной стороны, направляется в направлении приемной стороны через боковую стенку, соответственно, через проемы. В приемной стороне могут быть дополнительно предусмотрены отверстия для первой жидкости и экранирующая эти отверстия стенка с кромкой для образования капель.
Приемный канал дополнительно содержит, по меньшей мере, одно отклоняющее препятствие, в частности отклоняющий элемент, который расположен перед выходными отверстиями распределительного элемента и с помощью которого обеспечивается возможность отклонения первой жидкости во внутреннюю зону приемного канала к приемной стороне, при этом, в частности, выходные отверстия распределительного элемента расположены на линейной полосе, и отклоняющий элемент лежит противоположно этой линейной полосе и образует сплошную, плоскую или вогнутую отклоняющую поверхность.
Установка содержит резервуар, который имеет дно и боковые стенки, а также несколько расположенных в резервуаре указанных выше устройств. Такие устройства, называемые в последующем нижними устройствами, расположены вблизи дна и их выходные стороны открыты снизу, и/или такие соответственно дополнительные устройства, называемые в последующем верхними устройствами, расположены в верхней зоне резервуара и их выходные стороны открыты сверху, при этом в случае нижних устройств дно может быть отклоняющим препятствием для выходящей из распределительного элемента жидкости. В частности, горизонтальные поверхности поперечного сечения резервуара равномерно заняты устройствами, при этом устройства предпочтительно ориентированы параллельно. Предусмотрены как нижние, так и верхние устройства, так что для подачи в резервуар нижние устройства предусмотрены для легкой жидкости, а верхние устройства - для тяжелой жидкости, кроме того, на дне расположены сточный трубопровод для тяжелой жидкости, соответственно легкой жидкости, а также, по меньшей мере, одно сточное звено, которое содержит сточный трубопровод и/или сливной порог, расположено над верхними устройствами. Такая установка применяется, в частности, для очистки сырой нефти, при этом тяжелая жидкость является водой, а легкая жидкость - подлежащей очистке нефтью, и в верхней зоне резервуара вода в качестве дискретной фазы принимает загрязнения из сырой нефти, т.е. непрерывной фазы, а в нижней зоне резервуара вода в качестве второй непрерывной фазы принимает загрязнения из поднимающихся капелек нефти, при этом между двумя непрерывными фазами лежит зона, в которой дискретные фазы за счет коалесценции сливаются вместе в соответствующие непрерывные фазы. В частности, установку можно применять на плавучей платформе или на транспортном средстве, например судне.
Ниже приводится пояснение изобретения со ссылками на чертежи, на которых изображено:
фиг.1-3 - первый вариант выполнения устройства согласно изобретению, а также второй, соответственно, третий вариант выполнения;
фиг.4 - установка с расположенными в резервуаре устройствами согласно изобретению;
фиг.5 - другой вариант выполнения устройства согласно изобретению с другими возможностями выполнения кромки стенки и кромки для образования капель;
фиг.6 - еще один вариант выполнения устройства согласно изобретению с изогнутой боковой стенкой.
Первый вариант выполнения устройства 1 согласно изобретению, который частично показан на фиг.1, обеспечивает создание дискретной фазы с первой жидкостью в непрерывной фазе, которая состоит из второй жидкости. Обе жидкости образуют сосуществующие фазы, которые обеспечивают возможность желаемого обмена веществ. Они имеют различные плотности. Предусмотрено расположение устройства 1 согласно изобретению в резервуаре (см. фиг.4, резервуар 9), который содержит вторую образующую непрерывную фазу жидкость. Это устройство 1 содержит по горизонтальной продольной протяженности распределительный элемент 2, в частности цилиндрическую трубу, и приемный канал 3 для первой жидкости, при этом приемный канал 3 имеет выходную сторону 4, приемную сторону 5 и, по меньшей мере, одну соединяющую выходную сторону 4 и приемную сторону 5 боковую стенку 6. На выходной стороне 4 обе фазы находятся в контакте и обеспечивают возможность обмена количествами движения и веществами. В показанном примере первая жидкость легче второй жидкости. Поэтому выходная сторона 4 открыта снизу. Согласно изобретению приемный канал 3 дополнительно содержит отклоняющий элемент 8 (или отклоняющее препятствие), который расположен перед выходными отверстиями 20 распределительного элемента 2. Может быть также предусмотрено несколько распределительных элементов 2 и соответствующих отклоняющих элементов 8.
Выходные отверстия 20 распределительной трубы 2 расположены на линейной полосе, и отклоняющий элемент 8 образует относительно этой полосы предпочтительно сплошную вогнутую отклоняющую поверхность. Устройство 1 согласно изобретению может быть также расположено непосредственно над дном резервуара. В этом случае можно отказаться от отдельного отклоняющего элемента 8; дно резервуара выполняет эту функцию. Проходящее в зоне выходной стороны 4 дно является отклоняющим препятствием, которое также относится к приемному каналу 3.
Выходные отверстия 20 могут быть также расположены на стороне распределительной трубы 2 и направлены вверх. В этом случае нет необходимости в отдельном отклоняющем элементе 8; боковая стенка 6 действует в качестве отклоняющего препятствия.
Первая жидкость выходит вниз в виде струй из распределительного элемента 2, ударяется в отклоняющее препятствие или отклоняющий элемент 8 и отклоняется им вверх во внутреннюю зону 30 приемного канала 3 к приемной стороне. За счет удара поток успокаивается. При очень большой продольной длине устройства 1 (например, более 30 м) и цилиндрическом распределительном элементе 2 может быть предпочтительным предусмотреть первую распределительную трубу коаксиально в распределительном элементе 2 для первой ступени распределения жидкости.
Первая жидкость, т.е. более легкая жидкость, направляется через множество проемов 61, которые расположены в боковой стенке 6 у выходной стороны 4 и обеспечивают возможность равномерного стекания из внутренней зоны 30 на наружную сторону боковой стенки 6. Проемы 61 выполнены в виде прорезей, открытых к кромке 62 стенки; однако они могут быть также выполнены в виде отверстий. Боковая стенка 6 образует между выходной стороной 4 и горизонтальной кромкой 7 для образования капель соединительную поверхность 6, которая имеет наклон, соответственно форму, которая обеспечивает возможность образования пленки жидкости дискретной жидкой фазы. Наклонная боковая стенка 6 обеспечивает необходимую для образования пленки поверхность. С помощью выбора формы, например скругления зоны выхода жидкости на нижнем конце боковой стенки 6, можно поддерживать образование пленки на боковой стенке 6 посредством уменьшения относительной скорости между жидкими фазами. Для повышения стабильности пленки боковая стенка может иметь, при необходимости, хорошую смачиваемость для первой жидкости. Хорошую смачиваемость можно обеспечивать, например, за счет обработки поверхности 60 перед вводом в эксплуатацию посредством создания на поверхности пленки первой жидкости. Кроме того, шероховатая поверхность 60 может улучшать смачиваемость.
Кромка 7 для образования капель имеет зубцы 70, с помощью которых обеспечивается возможность создания дискретной фазы в виде капель. Зубцы 70 предпочтительно выполнены равномерно, так что возникают капли, которые имеют все одинаковую величину или в значительной степени одинаковую величину.
Согласно другому примеру выполнения, который показан на фиг.5, нижняя кромка 62 стенки боковой поверхности сама имеет профилирование. Это профилирование образовано из расположенных по существу периодически вершин и впадин, соответственно, выполнено в виде зубцов или волнового профиля. Это профилирование может быть дополнено проемами 61, вместо этого или дополнительно к этому иметь также полые пространства.
Наружная сторона боковой стенки 6 лежит на фиг.1 вместе с кромкой 7 для образования капель в одной плоскости, которая ориентирована вертикально или под углом к вертикальному направлению. Угол наклона между прямыми пересечения плоскости и горизонтальной плоскости с вертикально расположенной плоскостью пересечения составляет между 10° и 85°, предпочтительно между 20° и 60°, особенно предпочтительно 30° - 40°. На фиг.1 две боковые стенки 6 изображены с зеркально симметричным расположением. По меньшей мере, одна из этих обеих боковых стенок может иметь указанный наклон. Устройство 1 может также иметь лишь одну боковую стенку 6, как это показано во втором варианте выполнения на фиг.2. Отклоняющий элемент 8 позволяет вытекать первой жидкости лишь с одной стороны. Кроме того, в этом примере боковая стенка 6 наклонена. При таком наклонном положении предпочтительно, если зубцы 70 кромки 7 для образования капель лежат в плоскости, которая наклонена от вертикальной плоскости и распределительного элемента 2. Нижняя часть боковой стенки 6 может иметь также другой наклон, чем плоскость, в которой лежат зубцы 70.
На фиг.3 показан третий вариант выполнения, в котором приемная сторона 5 дополнительно содержит отверстия 50 для первой жидкости. Предусмотрена экранирующая эти отверстия 50 стенка 6', которая имеет кромку 7' для образования капель с зубцами 70'. Между отверстиями 50 и кромкой 7' для образования капель проходит другая соединительная поверхность (на невидимой поверхности стенки 6'), которая имеет те же свойства, что и кромка 7 для образования капель.
Другой пример выполнения устройства 1 с боковой стенкой 6, которая содержит выполненную в виде профилирования кромку 62 стенки, показан на фиг.5. Кромка наклонной боковой стенки 62 снабжена в данном случае зубцами, в то время как изображенная в виде вертикальной боковой стенки 6 задняя боковая стенка имеет канавки. Форма и глубина профилирования зависят от природы протекающей жидкости, а также от ее количества. В частности, предпочтительными являются достаточно длинные канавки для обеспечения равномерного вытекания из боковой поверхности 62 также при не полностью горизонтальной ориентации. Кромка 7 для образования капель также имеет профилирование. В этом примере показано волновое профилирование, однако возможна любая другая комбинация профилирований. Дополнительно в боковой стенке могут быть предусмотрены отверстия и/или комбинация с проемами 61, что не изображено на чертежах.
На фиг.6 показан другой пример выполнения, в котором боковая стенка 6 имеет направленную к приемному каналу 3 кривизну. За счет этого можно оптимизировать поток в зоне выхода жидкости, так что поддерживается образование пленки и стабильность пленки на боковой стенке. Естественно, кромка 62 стенки и/или кромка 7 для образования капель может иметь любые указанные выше профилирования и формы. Для простоты на фиг.6 показана лишь часть устройства, которое выполнено либо симметричным, как показано на фиг.1, либо с выходом жидкости с одной стороны, как показано на фиг.2.
На чертежах не изображено устройство с боковой стенкой, которая имеет, по меньшей мере, один излом. Кроме того, боковая стенка 6 может иметь, по меньшей мере, на одной из своих боковых кромок направляющий элемент. Этот направляющий элемент может быть выполнен в виде планки. Этот направляющий элемент направляет жидкость, протекающую через выходную сторону вдоль проемов 61, а также через боковую стенку 6 в направлении кромки 7 для образования капель, вдоль этого указанного пути. В частности, за счет направляющего элемента предотвращается протекание жидкости через боковые кромки боковой стенки 6.
Устройство 1 согласно изобретению предусмотрено для установки, в которой оно расположено в качестве одного устройства среди множества одинаково выполненных устройств 1. Распределительные элементы 2 подключены, как правило, параллельно к общему подающему трубопроводу (не изображен). В показанной схематично на фиг.4 установке 10 с устройствами 1 согласно изобретению можно различать верхние устройства 1' и нижние устройства 1”. Эти устройства 1', 1” расположены в резервуаре 9. Нижние устройства 1” расположены вблизи дна 90, и их выходные стороны 3” открыты снизу. Верхние устройства 1' расположены в верхней зоне резервуара 9; их выходные стороны 3' открыты сверху. Горизонтальные поверхности поперечного сечения резервуара 9 равномерно заняты устройствами 1', 1”, при этом устройства 1', 1” ориентированы предпочтительно параллельно.
В установке 10 верхние устройства 1' предусмотрены для тяжелой или более тяжелой жидкости 11, а нижние устройства 1” - для легкой или более легкой жидкости 12. На дне 90 к резервуару 9 подключен сливной трубопровод 11' для тяжелой жидкости 11. Для легкой жидкости 12 над верхними устройствами 1' предусмотрено, по меньшей мере, одно сливное звено, которое содержит, в частности, сливной трубопровод 12' и/или сливной порог (не изображен).
В качестве особенно предпочтительного применения установки 10 предусмотрена обработка эмульсии из нефти и воды с помощью промывочной воды. В этом случае тяжелая жидкость является водой, а легкая жидкость - подлежащей очистке сырой нефтью, которая уже дегазирована. В верхней зоне резервуара 9 вода принимает в виде дискретной фазы загрязнения из нефти, которая образует непрерывную фазу 120. В нижней зоне резервуара 9 вода принимает в качестве второй непрерывной фазы 110 загрязнения из поднимающихся вверх капелек нефти. Между обеими непрерывными фазами 110 и 120 лежит зона 130, в которой дискретные фазы за счет коалесценции сливаются в соответствующие непрерывные фазы. В верхнем слое 121 зоны 130 капельки нефти в значительной мере соединились в непрерывную фазу 120. Опускающиеся сверху капельки воды принимают остатки воды, которые еще остались в слое 120. Для нижнего слоя 112, в котором преобладает вода, справедливо, соответственно, обратное.
Естественно, возможны также применения устройства 1 согласно изобретению, в которых необходимо вводить лишь одну тяжелую или легкую жидкость в одну легкую, соответственно, тяжелую жидкость в виде капель.
Указанную выше установку можно также применять на судне, на котором за счет, как правило, возникающего движения качки можно реализовать горизонтальную ориентацию лишь в среднем по времени. Поэтому горизонтальная продольная длина распределительных труб, соответственно, приемных каналов 3 относится к среднему слою, который будет существовать в неподвижно плавающем судне или плавучей платформе.