CN1348391A - 改进的分离器和方法 - Google Patents

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Abstract

一种从混合物中分离至少部分互相不溶的液体的设备,该设备包括:一台密闭的分离容器;将一定压力下的混合物引入到容器中的进口端;包括缓冲装置的分离装置,它形成的流道使得容器中的混合物至少部分分离以供给第一物相和第二物相;第一物相的收集空间,设有形成于容器内部的竖向端头的竖向第一端部;几个出口,包括从收集空间出来的第一物相的出口和第二物相的出口;控制第一物相出口排放的出口阀门;探测第一物相和容器中其它成分之间所存在界面的界面探测装置,它位于容器内、离该容器第一竖向端有一段垂直距离处的某一个位置,选用它来控制阀门,这样当第一物相收集空间中的第一物相在探测装置所在的位置处形成一个界面时,阀门被作动以从容器中排放掉至少一部分体积的第一物相。

Description

改进的分离器和方法
本发明关于分离在压力容器或压力容器组件中有着不同比重的、至少部分互相不溶的两种不同介质的方法和装置。特别是，对该方法和装置的描述将按照使油和水从其混合物中分离出来的例子进行。这里的词“油”是指不溶于水的液体，它可以是硅油或有机液体例如碳氢化合物、润滑剂和蜡。
背景
随着更严格的环境标准的出现，需要高度有效的方法将例如海船舱底的油和水从两者的混合物中分离开来。国际上认可的标准要求混合物应被分离并使水中油的含量小于15％。现在很难达到这一标准，特别是油已在水中形成稳定的乳化物的海上，因为清洁剂或添加剂中存在表面活性剂以及船只的连续移动会对分离设备产生消极的影响。
已有多种分离设备在生产，它们依靠包括重力分离和采用各种过滤装置例如纸质过滤器或聚合材料滤芯过滤器来过滤的各种分离技术。尽管已经做了很多研究来改进过滤器的性能，商品级的过滤器在苛刻条件下长期使用时仍不能提供恒定的高性能。
在分离容器中有着油/空气界面的重力分离装置一直被使用着，然而我们通常会发现它们不能处理大流量。当分离高粘度油时这个缺点会更加严重。在运动中的平台上，当运动使得油空气界面出现飞溅时，重力分离装置会变得失效。
国际申请PCT/AU96/00307揭示了一种设备，它通过将油水混合物泵送通过一台过滤器而实现油水分离。在该设备实现油有效分离的同时，本发明的发明人已经发现当存在大量重油时其效率会减低。我们发现，重油会堵塞过滤器而使得分离效率降低。
因此，需要有一种分离装置及方法，它能处理大流量以及对一定工作范围内的各种油实现有效分离。
本发明提出了一种从混合物中分离至少部分互相不溶的液体的设备。该设备包括：
一台密闭的分离容器；
将一定压力下的混合物引入到容器中的进口端；
包括缓冲装置的分离装置，形成的流道使得容器中的混合物至少部分分离以供给第一物相和第二物相；
第一物相的收集空间，设有形成于容器内部的竖向端头的竖向第一端部，一般位于顶部；
几个出口，包括从收集空间出来的第一物相的出口和第二物相的出口；
控制第一物相出口排放的出口阀门；
探测第一物相和容器中其它成分之间所存在界面的界面探测装置，它位于容器内，离该容器第一竖向端有一段垂直距离处的某一个位置，它经选用来控制阀门，这样当第一物相收集空间中的第一物相在探测装置所在的位置处形成一个界面时，阀门被动作以从容器中排放掉至少一部分体积的第一物相中。
在本发明优选的实施例中，设备用于油/水分离，油为碳氢化合物。第一物相是在容器顶部附近的碳氢化合物的物相。
出口通常包括第二个出口，以提供第二物相通常为水相的出口。
从混合物进来开始，容器中的液体就具有一定的压力，结论是在界面探测器的控制下，比较粘稠的油很容易从第一个出口被排放出去。与已有的分离器使用开口的容器相比，它的优点是明显的。
由于空气和液体相混合的开口容器会产生乳化现象，特别是当移动过程中产生飞溅时。我们发现，通过几乎消除油水之间的界面和使液体维持在一定的压力下，在移动的平台上分离时遇到的困难可以被减少。
在分离容器的底部附近，第二个出口最好设置设置为水相的出口。通常，在设备运行期间至少一个这样的出口被打开。例如在一个实施例中，水相出口被打开使得水从第二个出口连续流出来，一直到油相的体积触发界面探测装置的动作。第一个出口(油出口)打开的同时，水相出口部分地或全部关闭，以提供足够的压力快速将油从收集空间中全部或部分移走。第一个出口上的阀门打开一段预先定好的时间，使被分离的第一物相中预先定量好的部分从该出口移走。
由于容器中的混合物从进来开始就维持在一定的压力下，被分离的相可以不需要附加的泵就能够将其从出口中排放掉。
我们相信，在泵出口和环境之间的压力降在分离容器之后的实际存在是有好处的。
缓冲装置形成了一个混合物流动的流道。缓冲件设置的流道将提供一个沉降时间，足够使至少一部分被分离成两相。缓冲装置通常设置有相互隔开的第一和第二表面使得油和水相分离。缓冲装置通常设置中心垂直通道。
缓冲件的设计可以是螺旋形的，或者包括几个同轴的经切割的圆锥。油组分粘连在缓冲件的表面上，通常为内表面。
有几种缓冲件的设计可以采用。例如一种比较好的设计是在国际申请PCT/GB92/00558中所描述的那种螺旋形缓冲件。另外一种缓冲装置是在国际申请PCT/GB91/01867中所公开的那种圆锥形设计，即SU-3592288(Derwnt摘要85-208418/34)中的圆锥形板和荷兰出版物015028(Derwnt摘要AN 77-497794/28)中的固定板。
一种比较好的缓冲件的设计是在澳大利亚专利685659和相应的国际申请PCT/AU95/00460中所公开的那种，将其内容放在这里供参考。在这一设计中，流道中通常形成对流或者类似的流动，例如旋转流动、反向流动等等，其中沿流道的流动方向，在一个方向上通过缓冲件的第一部分，在第二个方向上围绕着缓冲件的第二部分。所希望的是，在压力***中使用缓冲件的设计会改变对流或者类似流动的特性，因为这些流动本身会导致分离能力的减小。
缓冲装置最好包括一个连续的螺旋部件或者一个螺旋部件的组件。螺旋部件通常堆放起来使用，这样螺旋部件所形成的中心孔形成中心通道，该通道最好近似垂直。
在优选的实施例中，螺旋缓冲件包括几个从螺旋缓冲件外边缘上延伸出来的周向法兰，这就阻止了在缓冲件和容器壁内侧之间的竖向流动。周向法兰延伸角希望为至少90°最好是120°左右并围绕螺旋缓冲件的轴线。缓冲件最好交错排列。在周向法兰之间的缓冲件的位置可以使液体在缓冲件和容器壁之间流动，然而交错排列的缓冲件阻止了向下的流动并引导作螺旋流动。
令人惊讶的是，我们发现尤其是在缓冲装置靠近容器壁的出口边处带压分离效果可以加强。
选择适合的界面探测装置来探测水容积和油容积之间的界面。在操作过程中，将定期移走所收集的油相，这样界面探测装置将会被油覆盖。界面探测装置通常是能传感水或者能透过油的覆盖层传感水/油界面的那种探头。下面的实施例描述了一种确定探头是否适用的试验。
通常界面探测装置是一种容积探头，并且最好是Pointeck CLS 100容积探头(Milltronics有限公司)。
另一方面，本发明提出了一种分离油和水方法，其过程包括的工序有：
将一定压力下的要分离的混合物通过进口端引入到密闭容器中；
提供混合物流道，该流道形成于缓冲装置并且足以至少部分地将混合物分离到第一物相和第二物相；
提供第一物相的收集空间，该空间位于容器顶部附近；
在离容器顶部一段距离处提供一种界面探测装置，当所收集到的第一物相中的体积足够在探测装置所在的位置处产生油相界面时，一台阀门被动作以能够使至少一部分所收集的第一物相从容器中排放掉；
提供第二个排放口以排放第二物相，该方法包括在收集第一物相的同时排放第二物相，以及在排放第一物相的同时节流或停止排放第二物相。
再一方面，本发明提供了一种油/水的分离装置，它包括将油和水的混合物分离成各自相的容器和控制所积累油排放的油/水界面探测装置。将该界面探测装置***到温度为4℃的高密度油中，然后将其移走放置到水中，探测装置将能传感水。
现在参照附图来描述本发明。
图1表示了所发明的油水分离装置。
图2表示了用在图1中的设备上的做成一叠螺旋状的螺旋形缓冲件。
设备(10)包括一个密闭的分离容器或腔室(20)、将要分离的混合物送到容器中去的泵(30)、以及在初步分离之后进一步移去水相中少量剩油的净化装置(40)。
泵(30)将要分离的混合物通过进口(22)送到与底壁(21)相连接的容器(20)中去。实际上呈连续螺旋形设计的缓冲装置(23)(如PCT/AU95/00460中的图1所示以及如在国际申请说明书中参照其图1所述)位于容器中。缓冲器(23)中的缓冲装置的最大外径邻接在容器(20)壁(25)的外侧(24)上，使得它们之间实际上没有间隙。缓冲装置(23)的螺旋形特点还提供一个中心通道(26)。
在环绕通过缓冲件时，混合物和缓冲件接触并被赋予漩涡或圆周运动。油滴在缓冲件上被收集和会聚，并在容器顶部的收集空间(27)中被收集而使得液位升高。油收集空间中充满了油，从而转移了下面的混合物，这样油和混合物之间的界面向下移动。在离容器顶部(29)有一段距离的位置处设有探头(28)，当界面液位下降到或者位于或者在探头之下时，探头探测到该界面并动作阀门(32)打开油的出口(33)。
在收集油相的过程中，水相通过水排放出口(34)在容器(21)的底部附近排放。探头(28)对界面(31)的探测也许会动作水出口阀门(35)以节流或关闭出口(34)。在排放油的过程中，节流或关闭出口(34)能够维持容器中的压力为更粘稠的油提供有效的流动。
图1中的缓冲装置由连续的螺旋件(40)构成，螺旋件由如图2中所示的螺旋元件(50)构成。螺旋元件(50)最大外径为300mm，相当于容器壁的内径，螺旋元件(50)的侧壁(51)与水平线之间的夹角包括并在大约45-55°之间。在该元件的上端形成一个圆形孔(52)。该元件用穿过螺旋元件(50)周围边板(55)中孔(54)的立柱(53)来叠合形成连续的螺旋形或螺旋状。
使用周向法兰(56)螺旋的效果可以得到加强，该法兰从缓冲件上水平伸出来并阻止介质在图1中所示的螺旋壁(51)和容器壁(24)之间的流动。在周向法兰(56)之间的释放部分使液体能够流动，然而周向法兰在圆周方向的间隔意味着在缓冲件和容器壁之间的向下流动在每个靠近螺旋边侧处被阻止了并被引导作螺旋流动。在图2中所示的特殊示例中建立了螺旋的重复方式。观察3个立柱(53)中的两个，当比较相邻的120°扇面时可以看出法兰(56)之间的竖向更迭是错开的。
 从水相出口(34)中排放的水相中也许带有少量的油，因此需要有净化装置(40)来进一步处理。该净化装置包括含过滤器芯子(42)的容器(42)，该芯子为国际专利申请No.PCT/AU96/00307或者1998年9月28日同时在当地申请的PP6200中所描述的那种。
 现在参照示例来充分描述本发明。然而应该理解的是下面的描述只是说明性的，而不应该以任何方式认为是对上述发明广义性的限制。
示例1：
建立了本发明的一种压力容器组件，如图1所示。
泵为Seepex泵，由德国Seeberger Gmbh of Bottrop提供，容量(水)为12升/分钟。
管道的外径为25mm(1英寸)。
容器1的直径为：高h＝1.5m，直径id＝30cm，体积V＝105升。
容器2的直径为：高h＝1.1m，直径id＝30cm，体积V＝70升。
容器(20)顶部的探头为Pointeck CLS 100容量等级的探头，位于容器顶部120mm以下处。
当***到所装的水或所装的油中时该探头给出不同的信号。当探头探测到水时(这对应于正常工作方式)，从容器(20)中的水排放管线打开，油排放管线关闭。当探头探测到大量油时(当被分离的油形成显著的压头时会出现这种情况)，从容器(20)中的水排放管线关闭，油排放管线打开。当探头再次探测到大量的水时，设置10秒钟的延迟，然后容器(20)的水排放管线(33)再次打开，油排放管线关闭。
容器(20)下探头也是Pointeck CLS 100容量等级的探头，位于容器顶部200mm以下处。它用作失效安全设施：当探头探测到油时，***关闭。
根据图2，按照PCT/AU96/00460的说明，圆锥形螺旋件***到容器(20)中时大约要离开12mm。然而，与PCT/AU96/00460的说明相反，这里的缓冲件外边缘与容器的壁连接在一起。圆锥的尺寸为：直径30mm，锥顶角100°。圆锥形螺旋件由聚氯乙烯制造。
容器(40)的芯子中填充玻璃棉，每个芯子有着下面的尺寸：直径300mm，长度360mm。
各种油/水混合物，按照下列要求以大约11升/分钟的流量被送到***中：
过程1：油＝脱水燃料油，相对密度0.83 @ 15℃
温度＝10℃
时间过程                        油/水比
0-5分钟                         100％水
5-10分钟                        100％油
10-50分钟                       1％油，99％水
50-90分钟                       25％油，75％水
90-100分钟                      100％油
100-115分钟                     100％水
115-295分钟                     重复25％油，75％水到100％水的过
                                程，并再来一次-循环周期15分钟
过程2：油＝脱水燃料油，相对密度0.83 @ 15℃
   温度＝35℃
    其他条件如过程1
过程3：油＝剩余燃料油
    相对密度0.98 @ 15℃
    粘度＝220 Centistokes @ 37.8℃
    温度＝10℃
    其他条件如过程1
过程4：油＝剩余燃料油
    相对密度0.98 @ 15℃
    粘度＝220 Centistokes @ 37.8℃
    温度＝35℃
    其他条件如过程1
 在每一个过程中，通过的油量为600升。在每个过程之间，容器(40)中的玻璃棉芯子都要被更换。
在任何一个过程之间，都不需要对压力容器组件做调整。在所有的过程中，发现：
a)在从容器(40)排放的清洁水中油的等级为5ppm。
b)在过程结束时容器(40)中所含的体积油量小于50mls。
c)在排放的油中水量小于2％。
d)流量明显大于重力沉降装置所建议的流量，该沉降装置设有容器(20)中所用的那种尺寸的圆锥。
e)油的排放量明显大于PCT/AU96/00460中所描述的重力沉降装置的流量，该装置中设有容器(20)中所用的那种尺寸圆锥，只是其中缓冲件的外边缘和容器壁之间有一段空隙。示例2：
用在带压力的油-水分离装置中的油-水液位探头的一些选用信息。
在容器内可用于液位测量的几种探头，例如：
    Omron E7B-111体积探头
    Pointeck CLS 100体积探头
    Danfoss EVS1体积探头
使用油测点探头，当油和水之间的界面升降时，很可能探头上会覆盖上一层油，特别是当油很粘稠时。在此情况下，如果探头能够透过油覆盖层传感水是非常有利的。下面的试验可以用来选择适当的探头。
取一种粘稠的高密度剩余的燃料油并将其放在冷藏箱中(ARC)。将探头***到剩余的油中去然后拔出探头-探头上将被覆盖上5mm厚的燃料油。将覆盖上油的探头***到水中，检查探头是否能够显示水的读数(而不是油的读数)。
Pointeck CLS 100探头通过了这一试验。示例3：
在一些条件下比较下面的分离装置：
模式1：”Hodge Separator Victor Mini Sep”牌船甲板油分离所用的舱水分离器。
模式2：示例2中带透水板和油/水界面探头的压力分离器。
模式3：国际申请PCT/AU95/00460中的图1所示的分离器。
模式4：本发明示例1中的分离器。
比较结果如下面的表1所示：
                                           表1
             特点 模式1 模式2 模式3 模式4
对油/水界面探测的满意度   否   是   否   是
及时排放油的能力   好   好   坏   好
处理粘稠低密度油的能力   坏   好   坏   好
分离相对密度d＞0.99油的能力   坏   坏   好   好
处理大流量的能力   好   好   坏   好
产生纯净油的出流能力   坏   坏   好   好
当装置颠簸或移动时避免油的飞溅(例如没有油/水界面)   好   好   坏   好
在容器中聚合后的实际出现泵出口和环境之间的介质压力降   是   是   否   好
聚合和净化***中所用的泵的数量   1   1   3*   1
对各种类型的油最小的调节   否   否   否    是
*对于不带压力的重力分离器，需要的三台泵如下：
1.将液体送到容器中，
2.将水排出组分送到目的地(例如船甲板上)，
3.将油排出组分送到目的地(例如储存箱)
应该理解的是，对所描述的分离器及方法作的任何变更、修改和添加都不应该被视为偏离本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种从混合物中分离至少部分互相不溶的液体的设备。该设备包括：
一台密闭的分离容器；
将一定压力下的混合物引入到容器中的进口；
包括缓冲装置的分离装置，形成的流道使得容器中的混合物至少部分分离以供给第一物相和第二物相；
第一物相的收集空间，设有形成于容器内部的竖向端头的竖向第一端部；
几个出口，包括从收集空间出来的第一物相的出口和第二物相的出口；
控制第一物相出口排放的出口阀门；
探测第一物相和容器中其它成分之间所存在界面的界面探测装置，它位于容器内、离该容器第一竖向端有一段垂直距离处的某一个位置，选用它来控制阀门，这样当第一物相收集空间中的第一物相在探测装置所在的位置处形成一个界面时，阀门被动作以从容器中排放掉至少一部分第一物相中的体积。
2.根据权利要求1的油/水分离的设备，其中油为碳氢化合物，第一物相是在容器顶部附近的碳氢化合物的物相。
3.根据权利要求2的设备，其中第二个出口提供在容器底部附近的水相的出口。
4.根据权利要求2的设备，包括一个水流的出口和控制设备，操作该设备使得水从第二个出口连续流出来，一直到油相的体积触发界面探测装置的动作时为止。
5.根据权利要求4的设备，其中该控制设备使得水相出口部分地或全部关闭，以提供足够的压力快速将油从收集空间中全部或部分移走。
6.根据权利要求5的设备，其中该控制设备提供第一出口，第一个出口被打开一段预先定好的时间，使被分离的第一物相中预先定量好的部分从该出口移走。
7.根据权利要求2的设备，其中缓冲装置设置有和第二表面隔开使得油和水相分离的第一表面，这样，形成对流或者类似的流动例如旋转流动、反向流动、循环流动等等，其中沿流道的流动方向，在一个方向上通过缓冲件的第一部分，在第二个方向上围绕或通过缓冲件的第二部分。
8.根据权利要求7的设备，其中缓冲件是螺线形或螺旋形的。
9.根据权利要求7的设备，其中缓冲件包括几个绕螺旋缓冲件轴线的延伸角至少为90°的周向法兰，以阻止在缓冲件和容器壁内侧之间的流动。
10.根据权利要求9的设备，其中法兰与容器壁的内侧贴靠。
11.根据权利要求1的设备，其中界面探测装置是一种容积探头。
12.一种从混合物中分离油和水方法，该方法包括的工序有：
将一定压力下的要分离的混合物通过进口引入到密闭分离容器中；
提供混合物流道，该流道由缓冲装置形成并且足以至少部分地将混合物分离成水相和油相；
提供位于容器顶部附近的油第一物相的收集空间和容器底部附近的水第二物相的收集空间；
在离容器顶部一段距离处提供一种界面探测装置，其中当所收集到的油相中的体积足够在探测装置所在的位置处产生油相界面时，一台阀门被作动以能够使至少一部分所收集的油相从容器中排放掉。
13.根据权利要求12的方法，其中包括在收集油相的同时排放水相，以及在排放油相的同时节流或停止排放水相的工序。
14.根据权利要求1的设备，其中控制所积累油排放的界面探测装置，在该界面探测装置***到温度为4℃的高密度油中，然后将其移走，在放置到水中时，探测装置将能探测水。
15.根据权利要求1的设备，基本如这里参考附图所述。
16.根据权利要求12的方法，基本如这里参考附图所述。
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