Устройство для разделения эмульсий

 

Использование: изобретение относится к устройствам для разделения и глубокого обезвоживания эмульгированных потоков невязких углеводородных сред и нефте- и газоперерабатывающей, нефте- и газодобывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности, где требуется обеспечение высокой степени разделения эмульгированных сред. Сущность: устройство содержит корпус, патрубки ввода эмульсии, вывода обезвоженного продукта, вывода водной фазы. В корпусе расположен коалесцирующий секционный пакет, в котором секции составлены из пластин лиофильных пористо-ячеистых материалов, уложенных слоями под углом не ниже угла оттекания жидкости по направлению к движущемуся потоку. Материалом первой и последней секций является пористо-ячеистый металл или сплав, а промежуточной секции - пористо-ячеистый полимерный материал. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для разделения и глубокого обезвоживания эмульгированных потоков невязких углеводородных сред в нефте- и газоперерабатывающей, нефте- и газодобывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности, где требуется обеспечение высокой степени разделения эмульгированных сред.

Известно устройство для разделения нефтеводяных эмульсий и одновременной очистки их от химических примесей, в горизонтальном цилиндрическом корпусе которого на валу, с возможностью вращения, установлен фильтрующий элемент в виде цилиндрической щетки из упругих коалесцирующих волокон [1] К недостаткам данного устройства следует отнести его крупногабаритность, поскольку высокая степень разделения эмульсий обеспечивается лишь при значительной длине фильтрующе-коалесцирующего элемента, а соответственно, и аппарата, позволяющих гасить турбулентность потока до пределов, обеспечивающих устойчивую границу раздела фаз и вывода через верхний патрубок обезвоженного нефтепродукта. Так как глубина очистки нефтепродукта от влаги и мехпримесей находится в прямой зависимости от плотности структуры элемента, то увеличение производительности аппарата будет приводить к повышению гидравлического сопротивления и к увеличению числа регенерационных циклов, в связи с более интенсивным загрязнением элемента мехпримесями. Увеличение же числа регенерационных циклов приведет к необходимости более частой замены материала элемента; в связи с истиранием его упругих волокон при вращении на валу в процессе промывки и нарушением впоследствии требуемой плотности, которая обеспечивается за счет определенного превышения диаметра элемента по сравнению с диаметром аппарата. Изменение скорости при увеличении нагрузок на элемент будет способствовать изменению процесса коалесценции частиц эмульсии и приведет к нарушению стабильности четкой границы раздела фаз, что незамедлительно приведет к снижению глубины очистки.

Известно устройство для разделения эмульсий, в цилиндрическом корпусе которого расположен влагоотделительный пакет, составленный из слоев (дисков) полимерного пористо-ячеистого материала, обеспечивающий глубокое разделение мелкодисперсных эмульсий и обезвоживание невязких углеводородных сред [2] Несмотря на высокую производительность при малых габаритах и эффективность работы устройства, особенно на стадии доочистки тонкодисперсных углеводородных эмульсий и простоту регенерации, устройство имеет следующие недостатки.

Устойчивая высокая эффективность обезвоживания углеводородной фазы эмульсии обеспечивается при условии расположения влагоотделительного пакета не ниже уровня границы раздела фаз в аппарате, корпус которого установлен под определенным углом к горизонтали. Стабильные показатели глубокой степени обезвоживания тонкодисперсных эмульсий, обеспечиваемые в режиме доочистки, будут снижаться при переходе устройства в режим работы при обезвоживании обводненных потоков, вследствие замокания нижней части пакета, а в связи с этим, сокращение эффективной площади рабочего сечения устройства. Замокание пакета в этом случае возможно как по причине повышения уровня раздела фаз перед пакетом, так и в результате коалесценции мелких капель той части воды, которая будет выдавливаться (отжиматься) в зону вывода обезвоженного продукта, а при данной конструкции устройства и аппарата отжатая вода может быть удалена лишь путем оттока по уклону стенки корпуса через замокший слой материала пакета. Повышение границы раздела фаз и нарушение режима своевременного вывода водной фазы из пакета приведет к увеличению площади и объема намокания, что будет способствовать более интенсивному накоплению мехпримесей. При больших объемных скоростях движения эмульсий, обводненных в значительной степени, могут иметь место гидравлические удары, способные вызывать деформацию материала пакета, вследствие резкого увеличения локального сопротивления на определенных участках поперечного сечения, что может нарушать устойчивый режим разделения эмульсий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для разделения эмульсий, выполненное в виде коалесцирующего пакета, установленного в аппарате, содержащем корпус, патрубки: ввода эмульсии и вывода обезвоженного продукта и водной фазы; глухую перегородку, поддерживающую коалесцирующий пакет и одновременно ограничивающую водную фазу в приемной части аппарата [3] Коалесцирующий пакет составлен из секций, набранных из лиофильных пластин пористо-ячеистых материалов, уложенных слоями в порядке возрастания плотности ячей и пор и под углом не ниже угла оттекания жидкости, причем, материалом первых секций является пористо-ячеистый металл или сплав, а последней пористо-ячеистый полимерный материал.

Несмотря на глубокую степень разделения и обезвоживания углеводородных эмульсий, устройство имеет ряд недостатков. Так как глубина разделения и обезвоживания находится в прямой зависимости размеров коалесцирующего пакета, то с возрастанием нагрузок по объему переработки и обводненности потока увеличивается расход дорогостоящих пористо-ячеистых металлических материалов. Так, при средних технологических нагрузок на пакет до 90 120 т/ч по эмульгированному продукту расход металлических пористо-ячеистых материалов может составить до 1,5 2,0 тонн на один пакет (аппарат), что составляет значительную стоимость. При увеличении производительности устройств до 350 - 400 т/ч (например при откачке нефтепродуктов из парков на базу готовой продукции) ставит потребителей в затруднительное положение использовать дорогое и громозкое оборудование. Кроме значительных материальных затрат, затруднительным становится проведение работ внутри аппаратов по монтажу и креплению громозких и тяжелых пакетов с обеспечением необходимой герметичности по стенкам корпуса и с учетом проведения возможных демонтажных работ в регенерационных циклах и реконструкциях. В случаях же экономии пористо-ячеистых металлических материалов, без учета возрастания скорости потока от 0,2 до 0,3 и более м/с при увеличении нагрузок, будет иметь место отжим мелких капель с задней стенки полимерной секции, и при данной конструкции устройства может иметь место вынос капель водной фазы с очищенным продуктом.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности разделения эмульсий и глубины обезвоживания углеводородной фазы в широком интервале по технологическим нагрузкам и обводненности потоков при упрощении конструкции устройства и его удешевления.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемое устройство для разделения эмульсий содержит корпус с патрубками: ввода эмульсии, вывода обезвоженного продукта, вывода водной фазы и расположенного в нем коалесцирующего секционного пакета, в котором секции составлены из пластин лиофильных пористо-ячеистых материалов, уложенных слоями под углом не ниже оттекания жидкости по направлению к движущемуся потоку, причем, материалом первой и последней секций является пористо-ячеистый металл, или сплав, а промеж уточной секции пористо-ячеистый полимерный материал.

На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - коалесцирующий пакет, продольный разрез.

Коалесцирующий пакет 6 устанавливается в устройство, содержащем корпус 1; патрубки: ввода эмульсии 2, вывода обезвоженного продукта 3 и автоматизированного вывода водной фазы через сливные карманы 4, 5.

Коалесцирующий пакет составлен из секции 7, набранных из параллельных поперечных слоев пластин коалесцирующих материалов с лиофильными свойствами поверхности, в качестве которых используются пористо-ячеистый металл и пористо-ячеистый полимер.

Каждая секция формируется из слоев, составленных из пластин соответствующих материалов без промежутков между ними. Пластины материалов, формирующих слой, укладываются по форме поперечного сечения устройства. Для создания плотности у стенок аппарата для исключения пристеночных эффектов, зазоры между стенкой и металлическим пористо-ячеистым материалом исключаются при помощи любого, предназначенного для этой цели материала и способа, а между стенкой аппарата и полимерным материалом зазор исключается за счет плотности, создаваемой превышением диаметра слоев (дисков) материала по отношению к диаметру аппарата.

Количество слоев материала в секциях пакета может быть любым и зависит от степени обводненности и интенсивности эмульгированного потока, а также от степени дисперсности эмульгированных частиц и прочности стабилизирующих оболочек. Глубокая степень обезвоживания при колебании вышеназванных факторов технологического процесса в широком интервале обеспечивается при следующей компановке пакета.

Первая секция по ходу потока выполняется из пористо-ячеистого металлического материала. Ее назначение сводится к отделению основной массы крупнодисперсных частиц воды из эмульгированного продукта в приемной части аппарата перед пакетом и отделению механических примесей с водной фазой. При оптимальных ее размерах, с точки зрения выполнения функции коалесценции, она будет еще выдерживать и механические нагрузки при гидроударах, предотвращая деформацию полимерного материала в следующей секции промежуточной.

В промежуточной секции происходит коалесценция устойчивых мелкодисперсных водных частиц эмульсии, благодаря несоизмеримо большой развитой поверхности контакта. Необходимое количество слоев при оптимальной толщине секции должно обеспечивать полное разделение углеводородной и водной фаз при рабочей скорости движения эмульгированного потока, а также обеспечивать возможность своевременного оттекания укрупнившихся частиц воды как при отжиме из нижней части секции, так и по зеркалу на выходе из полимерной секции. Для исключения возможности отрыва капель водной фазы от зеркала на выходе из полимерной секции в результате резкого возрастания скорости движения потока при пульсациях в случае гидравлических ударов, полимерная секция ограничивается следующей секцией из пористо-ячеистого металлического материала.

Последняя секция, состоящая из пористо-ячеистого металла или сплава, предназначена для коалесценции капель воды, выжатых из пор и ячей полимерной секции. С учетом угла оттекания металлических пластин, составляющих ее, эта секция направленно собирает водную фазу с плоскости зеркала полимерной секции вниз и по дну аппарата в сливной карман, из которого она выводится в автоматическом режиме по достижении контрольного уровня раздела фаз.

При предлагаемой компоновке влагоотделительного пакета расход пористо-ячеистых металлических материалов в сравнении с прототипом может быть сокращен на 60 70% При этом, стоимость изготовления пакета сокращается на 40 50% Предлагаемое устройство обеспечивает стабильную эффективность глубокого обезвоживания нефтепродуктов до третьего знака после запятой объемного в условиях скоростей (по сравнению с прототипом) от 0,2 до 0,3 и более м/с в широком интервале значений по обводненности потоков.

Мехпримеси в основании своей массе на предлагаемом пакете отделяются в приемной зоне аппарата с водной фазой, что значительно удлиняет срок службы полимерной секции. При загрязнении материалов мелкодисперсными взвесями, регенерация пакета может быть произведена простыми техническими приемами - промывкой обратным ходом или пропаркой.

Устройства, оснащенные предлагаемыми признаками, контакты при больших объемах переработки, просты в обслуживании.

Устройство работает следующим образом. Обводненная эмульсия нефтепродукта поступает через патрубок 2 в приемную часть аппарата, поперечное сечение которого перекрыто влагоотделительным пакетом. Благодаря лиофильным свойствам поверхности используемых металлических и полимерных материалов, пористо-ячеистая структура влагоотделительного пакета заполняется в первую очередь лиофильной фазой эмульгированной среды нефтепродуктом. При этом, заполненная нефтепродуктом пористо-ячеистая структура пакета обеспечивает возможность коалесценции основной массы более крупных (чем ячеи материала первой секции) капель воды, в основном, у поверхности зеркала пакета. Скатываясь по наклону пластин, обусловленным углом оттекания, основная масса крупных частиц воды с мехпримесями собирается в сливном кармане 4 и выводится из него в автоматическом режиме по достижении контрольного уровня раздела фаз. Мелкие частицы водной фазы эмульсии увлекаются потоком вглубь структуры материала пакета. Частично коалесценция капель воды происходит в первой секции пористо-ячеистого материала, а основная нагрузка лежит на полимерной (промежуточной) секции, благодаря чрезвычайно развитой сети ячей и пор, позволяющих обеспечить коалесценцию мелкодисперсных частиц воды в устойчивых эмульсиях. Укрупнившиеся капли воды продвигаются по структуре в направлении движения основного потока, постепенно оседая и выдавливаясь в нижней части полимерной секции, а при больших нагрузках по обводненности, не успевая оседать, выдавливаются на заднюю поверхность зеркала полимерной секции. Здесь, на поверхности зеркала, продолжается процесс коалесценции капель, движущихся под действием силы тяжести по поверхности полимерного зеркала вниз. Процесс коалесценции и направленного движения капель воды вниз усиливается действием зеркала внутренней части последнего металлической секции; пленка воды направлено движется вниз, не успевая даже под воздействием силы движущегося потока продавливаться через слой металлического материала, подпираемого лиофильной фазы обезвоженного продукта. Водная фаза, "выжатая" из полимерной секции, скапливается у самого дна аппарата и стекает в сливной карман 5, не смешиваясь с обезвоженного продуктом, в силу отсутствия турбулентности. Очищенный от мехпримесей, глубоко обезвоженный нефтепродукт выводится из аппарата через патрубок 3.

Таким образом, использование предлагаемого устройства в действующих производствах, например в процессах нефтепереработки, позволяет достигать высокой степени обезвоживания нефтепродуктов, требуемой согласно ГОСТ: при резком сокращении парка емкостей, используемых в качестве статических отстойников в технологических схемах установок нефтепереработки, часть из которых может быть использована для реконструкции; при практически полном исключении потерь нефтепродуктов с "подрезками"; при резком снижении затрат на вторичную переработку; при снижении степени коррозии емкостного парка товарно-сырьевых участков производств, в связи с сокращением содержания влаги и водно-щелочных растворов до минимума.

Формула изобретения

Устройство для разделения эмульсий, содержащее корпус, патрубки ввода эмульсии, вывода обезвоженного продукта, вывода водной фазы и расположенный в корпусе коалесцирующий секционный пакет, в котором секции выполнены из пластин лиофильного пористо-ячеистого металла или сплава и лиофильного пористо-ячеистого полимерного материала, причем пластины уложены слоями под углом не ниже угла оттекания жидкости, а первая секция выполнена из пористо-ячеистого металла или сплава, отличающееся тем, что последняя секция выполнена из пористо-ячеистого металла или сплава, а секция из пористо-ячеистого полимерного материала установлена между первой и последней секциями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 13-2002

(73) Патентообладатель:
ООО НПП "Нью Техно" (RU)

Договор № 13861 зарегистрирован 14.01.2002

Извещение опубликовано: 10.05.2002