EP0912262A1 - Verfahren und vorrichtung zur verflüssigung von sedimenten aus verdicktem rohöl - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verflüssigung von sedimenten aus verdicktem rohöl

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EP0912262A1
EP0912262A1 EP97916292A EP97916292A EP0912262A1 EP 0912262 A1 EP0912262 A1 EP 0912262A1 EP 97916292 A EP97916292 A EP 97916292A EP 97916292 A EP97916292 A EP 97916292A EP 0912262 A1 EP0912262 A1 EP 0912262A1
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EP
European Patent Office
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liquid
nozzles
flow
sediment
layer
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EP97916292A
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English (en)
French (fr)
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EP0912262B1 (de
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Bruno Streich
Alexandra Frei
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Lindenport SA
Original Assignee
Lindenport SA
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Publication date
Application filed by Lindenport SA filed Critical Lindenport SA
Publication of EP0912262A1 publication Critical patent/EP0912262A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0912262B1 publication Critical patent/EP0912262B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 
    • B08B9/08—Cleaning containers, e.g. tanks
    • B08B9/093—Cleaning containers, e.g. tanks by the force of jets or sprays
    • B08B9/0933—Removing sludge or the like from tank bottoms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/21—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams with submerged injectors, e.g. nozzles, for injecting high-pressure jets into a large volume or into mixing chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of the first independent method claim and an apparatus for performing the method.
  • the method and device serve to recover crude oil bound in thickened crude oil or from its muddy to compact sediments in containers in which crude oil is stored and / or transported.
  • the crude oil extracted from the ground in the extraction of crude oil is initially stored without any further treatment in storage containers, the crude oil tanks with a large capacity and kept ready for distribution.
  • the service life of the oil in such containers is usually long enough that considerable sedimentation can form, especially in extreme climatic conditions.
  • the rate of sediment formation and the formation and composition of the sediments can vary greatly depending on the provenance of the oil. If such containers are partially emptied and refilled several times without the sediments being removed, a sediment layer with a thickness of up to 1.5 m and more can form.
  • the amounts contained in such a sediment layer of crude oil is considerable, since it contains largely from thickened oil and higher molecular substances such as asphalt, paraffins or waxes.
  • the sediments can also be formed from lighter crude oil portions by thickening under the influence of heat.
  • the sediments often have a gelatinous consistency and represent nothing other than a heavy crude oil fraction, the components of which are largely miscible with or largely soluble in crude oil or lighter crude oil fractions.
  • the sediments also contain foreign bodies in the form of stones or metal pieces, for example, mostly in the form of rust.
  • the sediments described above in the crude oil containers meant an undesirable material which, with periodic cleaning of the containers, is still removed from the containers with appropriate cleaning media, mostly with aqueous solutions of detergents, and is more or less sensibly deposited or destroyed has been.
  • EP-160805 a method has been described with which such sediments are brought into a reusable form in crude oil tanks or similar storage or transport containers.
  • crude oil is injected into the sediment by rotating nozzle heads which are introduced into the sediment.
  • the sediment is swirled and divided with the liquid over a large area and set in motion and at least partially dissolved. It proves to be advantageous to match the activity of the individual nozzle heads to one another in such a way that the vortices generated by each nozzle head interact by counter-rotating to form flows.
  • the method according to the invention essentially consists in introducing a large number of spatially fixedly aligned liquid jets into and directly above the sediment with hydrodynamic energy in such a way that the liquid introduced has a substantially horizontal shape Trains electricity.
  • the aim is to form a specific flow or flows in the ensemble of liquid jets.
  • a closed flow for example, behaves in a container with a circular floor plan as if it were being driven by a gigantic agitator, which is caused by the large number of specially arranged and aligned lances with a fixed nozzle orientation.
  • the boundary of the flowing liquid layer towards the top should remain undisturbed as far as possible and its boundary towards the bottom, ie the boundary between the flowing liquid and sediment, should be designed in such a way that the flow has an increased erosive effect.
  • the aim of the process is to only generate directed mass flows where they are necessary for the dissolution of the sediment.
  • the aim is essentially only to set a certain layer, namely the area above the sediment layer, to flow. It is not necessary to set the fluid mass above this flowing layer in motion. Because of the internal friction in the fluid, this cannot be avoided entirely, but this additional energy input is kept low.
  • the process according to the invention consumes less process energy than the known process and is easier to carry out.
  • the device to be created for carrying out the method according to the invention is much simpler and easier to operate than the corresponding device for the known method, and in particular it is easier to adapt and assemble to the containers to be treated.
  • the means for this are very simplified, inexpensive to produce, easy to assemble, robust, non-susceptible and practically maintenance-free lances.
  • the liquid immediately above the sediment differs from the crude oil above the sediment at least in that its concentration of substances from the sedimentation is lower.
  • the essential constituents of the liquid used are the same as the essential constituents of the liquid stored and / or transported in the container to be treated, in such a way that the liquid can be mixed with the stored liquid and / or fed to the same further processing without hesitation after absorption of the sediment substances.
  • the method according to the invention makes use of the finding that by appropriately supplying flow energy (hydrodynamic energy) it is possible to set an area or a layer in flow motion in stationary liquids, whereby between the flowing layer and above or layers lying below, stationary or flowing at a different speed form a kind of shear surfaces.
  • flow energy hydrodynamic energy
  • the liquid to be introduced is injected into the standing liquid at a substantially tangential direction and at a predetermined speed relative to the flow axis, for which purpose stationary injection nozzles oriented in a fixed direction are used, through which the liquid under pressure is pressed.
  • the liquid which is more suitable for liquefaction is injected from the layer above the circuit current layer into the circuit current layer, a certain mass flow arises from the circuit flow layer in the area delimited by the shear surface at the shear surface, or else the circuit current layer becomes a corresponding amount of ruid, namely the amount of the injected liquid continuously removed. In this way the continuity condition for the circular current layer is observed.
  • the injectors can point downward at a flat angle such that the liquid introduced is slightly against the sediment surface, ie is not injected completely horizontally, which favors a local flow component in the vertical direction.
  • An exemplary embodiment of a device for carrying out the method according to the invention essentially consists of a plurality of hollow lances guiding the crude oil to be injected, which can be introduced into the container to be treated in a substantially vertical direction, also through the sediment, preferably as far as possible the bottom of the container.
  • the end region of each lance directed against the container bottom has at least one nozzle arranged on the side of the lance, but preferably there are several nozzles arranged one above the other at a distance, and its other end, which protrudes from the container at the top, can be connected to a feed line which supply line can be supplied with liquid under pressure.
  • the nozzles are arranged on the lances in such a way that they point essentially in a common direction.
  • two rows of nozzles standing at a radial angle to one another along the tube axis can be arranged.
  • the lances are positioned in such a way that some of the nozzles are positioned above the sediment surface and some of the nozzles are positioned in the sediment. This is realized, for example, with lances which have rows of nozzles lying one above the other, the length of the rows of nozzles advantageously being so great that they can also protrude from powerful sediment layers.
  • the lances are positioned over the base of the container, positioned essentially vertically in the container, in such a way that the end regions of the lances provided with the nozzles extend as far as possible to the bottom of the container, that is to say are also introduced into the sediment layer. All lances are aligned in such a way that the spray directions of all nozzles, for example, are relative to a predetermined flow center (or to another central area) have tangential components aligned in the same flow direction. For cylindrical containers, the flow center is advantageously aligned with the container axis.
  • the nozzles When the lances are positioned, the nozzles are aligned and the lances are connected to the delivery system, liquid is pressed into the lances and injected into the container through the nozzles. In an initial phase, the liquid will primarily emerge from nozzles that lie above the sediment surface in the supernatant liquid, since the sediment opposes the exit from the other nozzles with a much higher resistance than the liquid above it. Due to the alignment of the nozzles described above, an essentially horizontal liquid flow arises after some time above the sediment, for example in the form of a flowing liquid layer, which mainly consists of newly supplied liquid. This liquid flow interacts with the sediment surface and erodes it, whereby the sediment surface sinks and more and more nozzles lying directly on the sediment surface enter the general liquid flow.
  • the newly generated liquid is transported into the area of a plurality of nozzles arranged in the flow direction (downstream) by the generated current, which gradually forms a circular flow, where it accumulates with the sediment materials to be liquefied, and then it is supplied by further Liquid displaced upwards.
  • the sediment can be broken down to the bottom of the container in this way. Heavy, insoluble sediment components such as stones, metal parts, rust or the like will hardly leave the bottom area due to the low but unavoidable turbulence and can be removed from the container in a separate operation.
  • FIG. 1 shows the principle of a moving circular current layer with adjacent shear surfaces in a cylindrical liquid container
  • FIG. 2 shows the principle of generating a circuit current layer
  • FIG. 3 shows a basic illustration of the generation of a circuit current layer in the lower part of a cylindrical tank with the aid of the immersion lances according to the invention
  • FIG. 4 shows the alignment principle for the nozzles for generating flows
  • Figures 5, 7 and 8 three exemplary arrangements of lances in containers with different floor plans
  • Figure 6 shows the principle of taking over flows through successively connected pairs of nozzles.
  • FIG. 9 shows the generation of a circulating current over a sediment layer
  • FIG. 10 the injection of liquid into the sediment layer
  • FIG. 11 shows a preferred embodiment of the lances based on a longitudinal section through a crude oil tank and through a lance system
  • Figure 12 shows an embodiment of a nozzle movable in two axes
  • FIG. 13 shows a section through a lance with two rows of nozzles which act in different directions;
  • Figure 14 shows an embodiment of a nozzle system which is rotatable about an axis;
  • FIG. 15 shows an inexpensive, robust, simple embodiment of a lower side of the lance with a row of nozzles, the nozzles being movable in one axis;
  • FIG. 16 shows an embodiment of a lance, which partly consists of a flexible hose
  • FIG. 17 embodiments of nozzles which can be locked or closed if desired
  • FIG. 18 shows an embodiment of lances with a primary and a secondary row of nozzles which make it possible to produce more pronounced shear surfaces
  • FIG. 19 schematically shows a possible principle that supports the desired flow shape with the aid of suction points
  • Figure 20 shows in a three-dimensional diagram simplified i.e. idealized how the method according to the invention proceeds.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the idealized principle of a circularly driven liquid layer based on a drawing of a cylindrical vessel 1 with a central axis 34 as the center of flow, in which vessel 1 a fluid 2 is contained.
  • the Ruid 2 is here divided into 3 layers.
  • Layers 6.1 and 6.2 are layers with fluid 2 resting relative to vessel 1. Between these two resting layers there is a layer 5 in which the ruid is in motion. The direction of movement of the layer is shown by arrow 35.
  • the layer 5 moves essentially in a circle, ie there is a circular current in the layer 5 around the central axis 34 of the vessel 1 as a center of movement.
  • the circulating current is a current without turbulence and turbulence.
  • the flow field within the layer is homogeneous and consists exclusively of horizontal movement components.
  • FIG. 1 describes an idealized system in which the friction on the shear surfaces has been neglected.
  • the most pronounced shear surfaces are in fact characterized in that shear stresses are built up in them because of the horizontal relative movement of the adjacent fluid layers and the friction within the fluid.
  • the layer 6, at least the lowest part of the layer adjacent to the shear surface, which ideally rests relative to the vessel 1, can move easily.
  • these secondary effects are neglected in the following.
  • the means which introduce the required energy into the layer 5 to be moved are not shown in FIG. But for the time being, it is not a question of a specific embodiment, but rather of demonstrating the principle of the circuit current layer in a descriptive manner. Since the circular flow layer 5 has little swirling, ie essentially horizontal components running tangentially to the outer wall of the vessel, the energy requirement for generating and maintaining such a flow is low. The flow has a small internal energy loss because the ruid mass in the layer 5 moves uniformly and without vortex formation relative to the vessel 1.
  • FIG. 2 schematically shows the principle of supplying energy to the circuit current layer 5, which is also idealized here.
  • the thickness of the circuit current layer 5 is essentially determined by the arrangement of the means, hereinafter referred to as movement energy sources 7, which introduce kinetic energy into the fluid.
  • These kinetic energy sources 7 are shown in the figure as points from which a directed liquid jet or a directed liquid acceleration emanates.
  • the direction arrows 36 indicate the direction in which the ruid is accelerated or moved by the kinetic energy sources 7.
  • Various means can be used as kinetic energy sources 7. Here it is nozzles that inject Ruid or elements that introduce kinetic energy into layer 5 in the sense of FIG.
  • the present invention is concerned with the supply of energy into the liquid by injecting liquid from the dormant layers 6.1 and 6.2 or, preferably, from the circuit current layer itself, which is pressed through the nozzles by means of a pump. This method is described in detail in FIG.
  • the orientation of the circular current layer 5 is essentially influenced by the orientation of the kinetic energy sources 7. This orientation is visualized in the figure by the directional arrows 36. In FIG. 2, these plows are directed in such a way that, viewed from above the vessel, a circular current flows in a counterclockwise direction.
  • the directional arrows essentially point in the direction of flow, namely tangentially to the outer wall of the vessel.
  • the extent of the circular flow layer 5 in the longitudinal direction of the vessel 1 essentially depends on the extent of the kinetic energy sources 7 in the direction of the longitudinal axis 34 of the vessel, which is also the flow center of the circular stream 5.
  • the kinetic energy sources 7 are distributed as regularly as possible over the height, over the radius and over the circumference of the circular current layer 5 to be generated.
  • the kinetic energy sources 7 are arranged in five groups of rows one above the other at the same distance from one another. The arrangement in the figure shows only the principle of the arrangement of these kinetic energy sources 7. Optimal arrangements are discussed in detail in some of the following figures.
  • Figure 3 shows a schematic representation of the inventive
  • FIG. 3 several lances 10 are arranged uniformly on a concentric circle to the tank surface.
  • the lances 10 are aligned such that the axis of the nozzles 11 are directed essentially tangentially to the surface of the tank jacket.
  • the openings of the nozzles 11 are directed in the direction of movement of the circular flow.
  • the ends of the lances protruding from the tank can be connected to a supply system, which is shown schematically in FIG. 3 by supply lines 20, an adapter 29, a pump 26 and a suction point in the area of the moving circuit flow layer 5. It is thus possible to suck off liquid from the circular flow layer and to pump it into the individual lances 10 with the aid of the pump 26, where it can be injected again into the moving layer 5 through the nozzles 11.
  • the ruid 2 which is pumped through a nozzle, generates a liquid jet, which is represented by the directional arrow 36 in the drawing. If the lances 10 are introduced into the ruid 2 in the arrangement and orientation as described above, the injection of the liquid causes movement. introduced into the layer 5 in such a way that essentially a circulating current described in FIG. 1, which remains stationary at a constant pump power after some time, occurs, with the difference that the lower unmoving layer 6.2 of FIG. 1 is arranged by arranging the lances according to FIG. 3, can not train. With the device described in FIG. 3, a stationary, circularly moving layer 5 is formed, which is initially located in the tank.
  • the arrangement and number of lances 10 shown in FIG. 3 shows only the principle of the device according to the invention for producing a circular flow layer.
  • Crude oil tanks have a diameter between approx. 30 and 100m. It goes without saying that with such dimensions, much more lances have to be used to produce a circuit current layer, but also how essential an energy-saving pumping is once one has to process such enormous quantities of Ruid.
  • Figure 4 shows schematically the alignment principle for the nozzles.
  • the figure shows a lance 10 with a nozzle 11, a predetermined flow center 34 and a horizontal circle 32 around the flow center, the nozzle opening lying on this circle.
  • the circle 32 is an example of a flow line of a horizontal, self-contained flow, namely a circular flow around the flow center 34.
  • the direction of ejection through the nozzle which is drawn somewhat exaggerated here, is denoted by the vector R, which is generally vertical Component Ry, a horizontal, tangential component R, (parallel to the flow line) and a horizontal radial component R r (perpendicular to the flow line) can be divided.
  • the requirements for the alignment of the nozzle for carrying out the method according to the invention are now as follows:
  • the vector R optionally has a vertical component R "or an orthogonally directed downward.
  • the vector R has a horizontal, tangential component R t , the components of all nozzles in the system having the same direction of rotation with respect to the flow center.
  • the vector R can have a horizontal, radial component R r . This is shorter than the horizontal, tangential component R “that is, the angle between the tangent to circle 7 and the horizontal projection of R is at most 45 °.
  • FIG. 5 shows a top view of a container with a circular floor plan or bottom and a flow center 34 running perpendicularly through its center.
  • the curved flow lines look like straight lines on smaller sections and that in this representation of a container with a radius of a few centimeters, the directional arrows look exaggerated. However, they correspond approximately to twice the spray width of the nozzles, so that one can well imagine the successive flow formation.
  • Lances 10 arranged. Also shown are the spray directions through nozzles arranged on these lances or the horizontal components R n of which are all arranged tangentially and counterclockwise (no component R r ).
  • the nozzles shown can be individual nozzles attached to each lance, which are then advantageously arranged at different heights, or they can be vertical rows of nozzles aligned in the same way as are shown in FIG. 3.
  • the nozzles can also be directed ⁇ downwards at the same or at different angles. It may be sufficient to arrange nozzles only in the outer third of the radius, so that a closed flow first forms in the vicinity of the container wall, which gradually expands inwards.
  • the nozzles can be aligned radially instead of tangentially, so that the flows forming between the nozzles meet radially in the center.
  • FIG. 6 shows the possibility of generating a pronounced flow of liquid with the aid of the method according to the invention with 'steady' lances 10.
  • the lower part with the nozzle arrangement of four lances 10.1, 10.2, 10.3 and 10.4 is shown schematically.
  • the nozzles 11 arranged one above the other, which rows of nozzles are located from the end of the lances 10 facing the tank bottom, are shown schematically in a ring in the figure.
  • the liquid squeezed out of the nozzles and their direction of liquid guiding rays are represented by the directional arrows 36. It goes without saying that when the nozzle is sprayed out, a pointed cone 31 corresponding to the shape of the nozzle is formed with a larger or smaller opening angle, as is indicated in FIG. 6 on one of the nozzles.
  • the Ruid rays indicated by the directional arrows 36 thus relate to the cone axes with an actual ejection effect in the form of a slender funnel.
  • the direction arrows 36 of two adjacent lances (10.1 and 10.2 or 10.3 and 10.4) not only have a component in the direction of the main flow 37, but they also have a component pointing towards the main flow direction.
  • the sprayed-out liquid of the lance 10.1 thus hits the liquid jets of the lance 10.2 in the area of the main flow and accelerates the ruid in the area of the main flow. This supply of energy naturally decays after a certain distance covered by Ruid.
  • a further pair of lances 10.3 and 10.4 is brought into the fluid in the same way as the lances 10.1 and 10.2, so that the desired main stream 37 is maintained or depending on the distance between the lance pairs can even be accelerated to each other.
  • the course of the main flow 37 is then influenced by the geometric arrangement of the pairs of lances (10.1 and 102 or 10.3 and 10.4) and by the pressure of the injected liquid. In this way, currents can be generated in a tank with a circular or other shape.
  • FIG. 7 shows a further plan view of the plan view of a container in which lances 10 with nozzles are arranged essentially on four flow lines (flow lines shown in broken lines) of the stream to be generated.
  • the nozzles of the lances of two adjacent flow lines are slightly aligned with each other (with opposite, radial component as in FIG. 4), so that a main flow can develop between the flow lines of a pair of lances.
  • FIG. 8 shows a top view of a container which has no circular but an oval outline, in which vertically standing lances 10 with nozzles are arranged. So that the self-contained liquid flow to be generated by injecting liquid through the nozzles arranged on the lances flows as far as possible over the entire floor plan, it is not arranged around a flow center but rather around a "rotation surface" 34.
  • the lances are essentially arranged on inner flow lines S j and on outer flow lines S a of this liquid flow, and the nozzles are oriented such that the corresponding spraying directions have a horizontal, tangential component R, and a horizontal, radial component R r , the radial component R r of the nozzles on the inner flow line S j towards the outside, the radial components R j . of the lances on the outer flow lines S a are directed inwards.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a crude oil tank 1 with a sediment layer 3 on the bottom of the tank 1.
  • the figure shows a variant of the method and the device according to the invention for the liquefaction of crude oil sediments.
  • the lances 10 (only one lance is shown in FIG. 9, for example) have only one or a small number of nozzles 11 or a short, dense row of nozzles at one end and are not introduced into the sediment layer, but only extend to just above it Surface.
  • the circuit current layer 5 thus sweeps over the sediment surface and erodes it and gradually dissolves it.
  • the lances 10 are lowered step by step until they reach the ground, which can be achieved, for example, in a crude oil tank with a floating roof by correspondingly lowering the liquid level (pumping out crude oil).
  • the injected ruid can be crude oil from the upper part of the circulation layer 5, fresh liquid or crude oil from the upper resting layer 6.
  • FIG. 10 shows, on the basis of a schematic section through part of a crude oil tank 1, a further variant of the method and device according to the invention for the liquefaction of crude oil sediments.
  • Two lances 10 are shown with a row of nozzles consisting of at least one nozzle 11, which is located on the the bottom of the lance 10 facing the bottom of the crude oil tank 1.
  • the lance feed lines 20, the pump 26 and the suction point 21 are also shown schematically.
  • the lances 10 are e.g. in the stilt openings on the floating roof 4 and are let down through the sediment layer 3 to the bottom of the tank 1 and fixed in this position. It does not need to be specifically mentioned here that a large amount of such lances are used in the real, enormous large crude oil tanks.
  • the injected liquid (here crude oil from the upper layers of the tank 1) is pressed through the nozzles 11 into the thickened crude oil layer, which gradually dissolves on contact with crude oil from the upper region of the tank 1.
  • individual nozzles 11 and, over time, more and more parts of the nozzle rows protrude beyond the remaining sediment layer 3 and generate a circular flow layer directly above the sediment layer, which accelerates the degradation of the sediments 3 even further.
  • FIG. 11 schematically shows a preferred embodiment of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention on the basis of a sectional drawing through a crude oil tank 1 with a floating roof 4, here stylized, in which tank 1 crude oil 2 is stored above a sediment layer 3.
  • the tank 1 is equipped with a number and arrangement of lances 10, as required by the method according to the invention for producing a circular current layer above the sediment layer 3.
  • lances 10 are shown schematically in FIG. These lances extend through the liquid layer 2 and the sediment layer 3 to the area of the tank bottom.
  • the lances 10 have rows of nozzles 11 arranged one above the other, which nozzles extend from the end of the lances 10 facing the tank bottom to the sediment layer into the liquid layer.
  • the lances are aligned in such a way that they generate a circular flow layer 5 described in FIG. 3 above the sediment layer 3.
  • the other ends of the lances 10 protruding from the container are connected to a feed system which is shown schematically in the figure by a feed line 20, a distributor 29, a pump 26 and a suction point 21.
  • a three-way valve 27 can be provided between the suction point 20 and the pump 26 and can be brought into a position via which fresh oil can be introduced through the lances through a fresh liquid supply 38.
  • tanks of this type do not have a suction point on the container wall, so this could be achieved, for example, with an immersion pipe.
  • the drawn suction point is only intended to illustrate how, for the balance of mass, crude oil from the driven layer (the circular flow layer) is injected back.
  • crude oil tanks often have floating roofs that float on the surface of the liquid and whose distance from the tank bottom varies with the liquid level. So that such a floating roof 4 cannot sink completely onto the tank bottom, it is provided with stilts on which the roof is supported when the liquid level drops below a minimum which essentially corresponds to the stilts height. It is advantageous to insert and position these lances 10 through the openings for these stilts.
  • a major advantage of the device according to the invention is that it can be easily adapted to the openings for these stilts, which are not the same size in different countries, with the aid of a tube adapter 22 adapted to the respective standard.
  • the process-oriented alignment of the nozzle direction or exit direction of the liquid jets of the lances can be done in a variety of ways.
  • this alignment is carried out, for example, by aligning a fixed mark M on the tube adapter 22 on an angle scale 25 which is invariant to the floating roof.
  • the alignment for the entire ensemble of the lances can be optimized in a computer simulation.
  • the lances are then individually aligned and fixed in accordance with the calculated plan.
  • the adapter tube has a slot S which is essentially adapted to the length of the row of nozzles, so that the ruid can still emerge unhindered from the nozzles when the row of nozzles overlap with the adapter tube.
  • a possible guidance between the adapter tube 22 and the lance 10 is shown in FIG. 11 by the guide element 13.
  • the lance adapter 23 forms the transition member between the tube adapters 22 of different sizes, depending on the applicable standardization, and the lance 10, which can always be of the same size in diameter, regardless of the respective standardization for the stilt openings. This is a further point as to why this device can be produced comparatively very cheaply.
  • the lance can move relative to the adapter tube 22 along its longitudinal direction. Fluctuations in the liquid level of the tank 1 do not lead to a displacement of the lances 10 or the rows of nozzles attached to these lances 10 relative to the tank 1 and the sediment layer 3 lying on the tank bottom.
  • the lance system adapts in this simplest way to liquid level fluctuations in the tank 1 on. There is no need for complex readjustments, which in turn makes this process very easy to maintain in the simplest way.
  • the lances 10 are guided axially through the elements 23 and the nozzles 11 attached in the lower region of the lances 10 can be moved from here weight elements 12 attached in the upper region of the lance are always held in the region of the tank bottom.
  • the mass of the weight elements 12 is adapted to the mass of the lance 10 and selected so that the lance 10 can easily penetrate the sediment layer 3 or that the lower ends of the lances 10 also lower or increase the liquid level in the tank 1 in the area of the tank bottom remain.
  • FIG. 12 shows a section through a possible embodiment of a lance 10, the nozzle 11 attached to it and through the pipe adapter 22.
  • the embodiment of the nozzle 11 permits adjustment of the nozzle by means of a ball joint. It is possible here to influence the direction of the liquid jet 36 to a certain extent.
  • a pipe with an external thread and a ball socket 25 is attached to the lance tube 10.
  • the actual spherical nozzle 50 sits in said ball socket and is held in position by means of the union nut 51. It is advantageous if the dimensions of the lance nozzle system do not exceed the internal dimensions of the pipe adapter. It is thus possible at any time to pull the lances out of the pipe adapter.
  • the elements shown in Figure 12 with a minimum of accuracy.
  • the illustrated embodiment does not require any particularly tight tolerances except for the thread. It is therefore possible to use a very inexpensive production method with cheap material (e.g. St-37, GGT).
  • the cross section of the lances need not necessarily be circular. It is quite conceivable that the cross section of the lance 10, as described in FIG. 15, can be square or can have any other tube shape, as will be shown further below.
  • FIG. 13 shows a further embodiment of a lance nozzle system.
  • This is a lance 10 with two rows of nozzles 11.1 and 11.2 pointing in different directions.
  • the individual nozzles or at least one of the two in each row can of course, e.g. shown in Figure 12 adjustable, or as shown here rigidly executed.
  • the construction method shown here can be easily put together with tolerances in the mm range using hooves from standard profiles.
  • FIG. 14 shows an embodiment of a further lance nozzle system which allows the nozzles 11 to be adjusted about an adjustment axis 63.
  • the body that contains the actual nozzle 11 is a shaft piece with a corresponding hole for the nozzle 11 and two laterally lying holes with an internal thread, which with the corresponding holes on the rectangular pipe piece 61, which is fastened to the lance, the adjustment axis 63 define
  • the direction of the nozzles can be adjusted horizontally about the longitudinal axis of the lance via the mark M on the scale 25 and the direction of the nozzles vertically about the adjustment axis 63.
  • FIGS. 15 A3, C show parts A and B assembles a further embodiment of a lance-nozzle system according to the same principle as described in FIG. 14.
  • This embodiment has been simplified to the extent that the processing effort in the manufacture of the lances is as low as possible.
  • the plates 71 and the sections 61 of the hollow beam are fastened to the U-profile with welding points 72, and the drilled nozzles 60 are screwed in.
  • the foot piece of the lance is closed with a plate 71, the upper lance part is closed with a correspondingly long plate 71 as the side wall and the attachment elements for the liquid are mounted and the lance is ready.
  • a gap 73 of a few mm between the disk nozzle 60 and the rectangular tube piece 61 is entirely permissible, because it does not significantly affect the general functioning of the lance.
  • FIG 16 shows an exemplary embodiment of a lance 10, which consists of a relatively rigid construction containing the nozzles 11 and of a relatively flexible hose 81 which is connected to the fixed lance part 10 via a hose coupling 80.
  • the fixed part with the rows of nozzles is shown in FIG Pipe adapter 22 with the aid of the lance adapter 23 and the guide element 13 leads.
  • the adapter tube 22, which is adapted to the standard openings of the respective country, is slit over the entire length in order to enable the lance 10 to be retracted or extended from above at any time.
  • FIGS. 17A and B show two embodiments of nozzles which can be closed or blocked so that a pronounced ruid jet can no longer emerge from the nozzle 11.
  • FIG. 17A shows an embodiment with the principle as described for FIGS. 14 and 15.
  • the disk nozzle 60 is fixed in a position in which a pronounced liquid jet can no longer form.
  • the disk nozzle 60 in the position shown cannot, however, completely shut off the nozzle. Ren. A certain amount of fluid can still escape. Since the method according to the invention is not susceptible to such small disturbances, such an incomplete shut-off of a nozzle can be tolerated.
  • nozzles can also be closed by other simple means.
  • covers can be attached to the nozzle openings or, as shown in FIG. 17B, a tubular nozzle 55 can be sealed, for example with the aid of a cover in the form of a union nut cover 56.
  • FIG. 18 schematically shows an embodiment of lances 10 with two rows of nozzles, which show nozzles 11.1 and 11.2 essentially in opposite directions.
  • the primary rows of nozzles of the individual lances 10 with the nozzles 11.1 are arranged in such a way that they form a circular flow around the main axis 34 of the container in the lower layer 5.
  • the secondary rows of nozzles of the lances 10 with the nozzles 11.2, which are located directly above the shear surface 5 and contain at least one nozzle 11.2, point essentially in the opposite direction of the primary rows of nozzles, i.e. the fluid sprayed through these nozzles 11.2 will move the liquid mass directly above the shear surface 30 and to support it in the direction opposite to the circular flow layer 5.
  • These secondary rows of nozzles are usually much smaller, i.e. contain fewer nozzles than the primary rows of nozzles.
  • FIG. 19 schematically shows the principle of an embodiment of lances with suction points 21. It is advantageous if suction parts for the system described are designed as dip tubes inserted through the roof of the tank. In order not to disturb the circulating flow, it can be advantageous to design several suction points in such a way that they even make a certain contribution to the formation and maintenance of the flow.
  • the intake pipes can e.g. As drawn in the figure, similar to how the lances have suction openings 21 arranged one above the other, which are introduced into the circular flow layer in such a way that such rows of the suction openings are directed essentially downstream. By sucking in the liquid, it is accelerated or moved. By using such immersion tubes, directional kinetic energy can be introduced into the fluid, similarly as with the lances, and thus the efficiency of the entire system can be increased.
  • FIG. 20 shows the method according to the invention for the degradation of a sediment layer in a crude oil tank qualitatively in diagram form.
  • the bend serves for a better understanding of the procedure and is purely qualitative. The following simplifying assumptions are made:
  • the circular current layer is an ideal friction-free flow, which results in an ideal shear surface.
  • the liquid is circulated only in the circular flow layer, ie the ruid that is injected into the sediment layer and the circular flow layer comes from the upper area of the circular flow layer.
  • the diagram is based on the embodiment variant and the type of execution of the method according to FIG. 11.
  • the axes of the diagram are described as follows: t denotes the time axis, h describes the height above the tank bottom and k stands for the sediment concentration.
  • the diagram contains three important areas. Firstly, the area 98, which describes the actual sediment layer, secondly, the area 97, which represents the conditions in the ideal circular flow layer, and thirdly, the area 96, which describes the resting layer above the circular flow layer.
  • the surfaces 90 which is a horizontal surface and represent the sediment concentration k on the fluid surface, and the surfaces 91, which describe the sediment concentration k above the height of the resting layer up to the shear surface, remain constant, i.e. the courses do not change with time t.
  • the horizontal surface 92 represents the sediment concentration in the shear surface.
  • the corresponding height h is equal to the height of the shear surface above the tank bottom. It can be seen that the sediment concentration k changes with time in this layer. This depends on whether the tration k in the circulating current layer increases with time due to the dissolution of the sediment layer, which is also described by the area 93, which visualizes the concentration k in the circulating current layer above the height thereof.
  • the horizontal surface 94 represents the concentration k in the sediment layer.
  • the associated height h decreases over time and is equal to the average height of the sediment layer at the respective time t.
  • the aim of the process is to dissolve the thickened sediment layer. This is achieved after a certain time t3 and the areas 94 and 95 disappear at this time.
  • a mass balance is created in this moving layer, i.e. one can speak of a circulation process. If liquid is injected from the dormant layer lying above the circular flow layer through the lances and the rows of nozzles attached to it, then a corresponding amount of ruid does not have to be continuously removed again from the circular flow layer, a mass flow into the area above the circular flow layer, which mass flow forms a pronounced shear surface at the upper edge of the circular current layer.
  • the circuit current layer For example, to make it as thin as possible by lifting and lowering the immersion tube to remove Ruid to be injected.
  • the length of the nozzle rows of the lances 10 essentially corresponds to the thickness of the circular flow layer 5, and can be adapted to this minimum calculated thickness by using lances 10 with correspondingly long rows of nozzles.
  • the individual nozzles 11 can be designed so that they can be closed, ie the means described above are provided which prevent the outflow of liquid through specifically selected nozzles 11. It is therefore possible that only a lower, to the desired thickness of the circulating current to be generated layer-adapted part of the nozzles 11 of a row of nozzles is active, and the corresponding upper part has closed or blocked nozzles 11.
  • the position of the suction point 21 can be carried out with the aid of a height-adjustable immersion tube in the roof 4 of the tank 1 and can be adapted to the respective thickness of the circular flow layer 5.
  • the lances have nozzles of different radial orientations, the orientation of each nozzle fulfilling the given conditions for flow formation.
  • the lances can be built with branches.
  • the nozzles are arranged on pressure hoses and the hoses for holding are inserted in guide tubes with slotted outlet windows for the nozzles. This enables slight diameter adjustments to the existing stilt openings, while the part carrying the nozzles can be kept in standard size. This also makes the production of the lances cheaper.
  • the method is not used to remove the sediment but to prevent sedimentation by keeping the lances in existing stilts and periodically expelling liquid from them and temporarily building up the flow.
  • the diagram in FIG. 20 describes a system with an ideal circular current layer, ie with a pronounced shear surface. It is of course clear that shear stresses are actually built up in the shear surface and are transmitted through the internal friction in the fluid into the "resting layers 6". In reality, a speed profile will also arise in the layers 6, ie the ruid masses referred to as the resting layers 6 will also move slightly. However, the model of the ideal circuit current layer is used as a basis in the discussion of this invention for better understanding and simplification.
  • the device necessary for its implementation does not require any parts that move during operation under the liquid surface.
  • the pump contains moving parts during operation. No precautions are required to rotate the lances during the process.
  • the lances are very simple in construction and therefore inexpensive to manufacture and without great precision (tolerances in the mm range).
  • the system can be made of cheap material, e.g. Steel-37 exist. Because of the simplicity of the construction, the lances according to the invention are much lighter in weight than turning lances and therefore easier to handle and less prone to mechanical damage, e.g. during assembly, transport or storage.
  • the lances according to the invention are very easy to assemble, very easy to operate and do not require any special care.
  • Another advantage is that you don't have to empty the tank. As soon as a larger sediment layer is found, the lances can be installed at a given liquid level and the flow can be generated. During this time, the tank remains fully operational, crude oil can still be added or removed. Due to the relatively light weight equipment and the possibility of using standardized, i.e. of many identical lances for different systems, the system is very adaptable, which is e.g. states that lances from different systems can be combined or exchanged. It is also very advantageous that the method can work well even without complicated and expensive control or regulation.
  • the method according to the invention for recovering crude oil bound in thickened crude oil or from its muddy to compact sediments in containers in which crude oil is stored and / or transported, by treating the sediment with crude oil or refinery products as a solvent and at least partially is liquefied and redissolved, the solvent being pressed out of nozzles in order to form a flow which erodes the sediment and dissolves it to the extent that it is dissolvable, is essentially characterized in that a large number of targeted ones Liquid jets consisting of solvents are generated from fixed and correspondingly fixedly aligned nozzles, which jets are aligned such that the liquid jets drive the surrounding medium in sections in a common direction and set it in motion, and with it to a common flow unite.
  • the device for carrying out the method essentially consists of a hollow body, a connection for introducing a liquid and has nozzles for the outlet of this liquid, through which the liquid can be ejected under pressure, a plurality of which are radially spaced over part of their length fixedly arranged nozzles are provided and that these nozzles can be aligned or aligned in such a way that they can be used to produce, at least some of them together, essentially parallel liquid jets.
  • an arrangement of devices for carrying out the method in a container is such that a plurality of nozzles is positioned in pairs on a flow line of a flow line pair (S j / S a ) of the liquid stream to be generated or generated, and in that they are oriented in such a way that the horizontal, radial component (R r ) of the direction of injection of the nozzles on each of the two flow lines are directed at an acute angle to one another and between a pair of nozzles downstream, the liquid jets driving the surrounding medium in a common direction and can combine with this to form a common flow and that one or more pumps are connected to the lances and supply them with liquid, and that one or more immersion pipes for supplying the pump (s) with liquid are arranged in such a way that they the suction side into the protrude layer or that connections are provided for sucking in liquid outside the layer mentioned.

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Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR VERFLÜSSIGUNG VON SEDI¬ MENTEN AUS VERDICKTEM ROHÖL
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des ersten un¬ abhängigen Verfahrensanspruchs sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Verfahren und Vorrichtung dienen dazu, um in verdicktem Rohöl bzw. aus dessen schlammigen bis kompakten Sedimenten in Behältern, in denen Rohöl gelagert und/oder transportiert werden, gebundenes Rohöl zurückzugewinnen.
Das in der Rohölgewinnung aus dem Boden geförderte Rohöl wird zunächst ohne irgendwelche weitere Behandlung in Vorratsbehältern, den Rohöltanks mit grossem Fassungsvermögen gelagert und zur Verteilung bereit gehalten. Die Standzeiten des Öls in derartigen Behältern sind meist lang genug, dass sich, insbesondere bei extremen klimatischen Bedingungen, beträchtliche Sedimentationen bilden können. Dabei können die Geschwindigkeit der Sedi- mentbildung und die Formation und Zusammensetzung der Sedimente je nach Provenienz des Öls sehr verschieden sein. Wenn derartige Behälter mehrere Male teilweise geleert und wieder aufgefüllt werden, ohne dass die Sedimente entfernt werden, kann sich eine Sedimentschicht mit einer Dicke bis 1,5m und mehr bilden. Die in einer derartigen Sedimentschicht enthaltenen Mengen von Rohöl sind beträchtlich, da sie weitgehend aus verdicktem Oel und darin enthaltenen höhermolekularen Substanzen wie bspw. Asphalt, Paraffinen oder Wachsen enthält. Die Sedimente können aber auch aus leichteren Rohölantei¬ len durch Eindickung unter dem Einfluss von Wärme entstehen. Die Sedimen¬ te haben oft eine gallertartige Konsistenz und stellen nichts anderes dar als eine schwere Rohölfraktion, deren Bestandteile grösstenteils mit Rohöl oder leichteren Rohölanteilen gut mischbar bzw. darin gut löslich sind. Daneben enthalten die Sedimente aber auch Fremdkörper in Form von beispielsweise Steinen oder Metallteüen, meist in Form von Rost.
Für lange Zeit bedeuteten die oben beschriebenen Sedimente in den Roh¬ ölbehältern ein unerwünschtes Material, das bei periodischen Reinigungen der Behälter heute noch mit entsprechenden Reinigungsmedien, meist mit wäss- rigen Lösungen von Detergentien, aus den Behältern entfernt und mehr oder weniger sinnvoll deponiert oder vernichtet wurde. In der Patentdruckschrift EP- 160805 ist dann ein Verfahren beschrieben worden, mit dem derartige Sedimente in Rohöltanken oder ähnlichen Lager- oder Transportbehältern in eine wiederverwendbare Form gebracht werden. Zu diesem Zwecke wird gemäss dieser Druckschrift durch rotierende Düsenköpfe, die in das Sediment eingeführt werden, Rohöl in das Sediment gespritzt. Dadurch wird das Sedi¬ ment über eine grosse Fläche mit der Flüssigkeit verwirbelt und zerteilt und in Bewegung gesetzt und mindestens teilweise aufgelöst. Es erweist sich dabei als vorteilhaft, die Aktivität der einzelnen Düsenköpfe derart aufeinander abzustimmen, dass die von je einem Düsenkopf erzeugten Wirbel durch ge¬ genläufiges Drehen zur Bildung von Strömungen zusammenwirken.
Aus der genannten Druckschrift (EP- 160805) erkennt man, dass das beschrie- bene Verfahren recht kompliziert ist. Der Grund dafür ist der zwingende Ein- satz von Drehlanzen, mit denen eine möglichst grosse Umgebung mit eingedü- stem Oel behandelt und eine Wirbelbildung erzielt werden soll. Bezüglich Energieverbrauch und insbesondere bezüglich Vorrichtung und Montagever¬ fahren ist das relativ aufwendig. Man braucht Mittel, das heisst Antriebe zum Rotieren der Lanzen. Durch dieselben Lanzen muss auch das Verdünnungs¬ mittel, das frische Rohöl, eingeführt werden. Man braucht für die gewünschte Wirbelbildung auch Steuermittel um die Drehrichtung der Lanzen zu kon¬ trollieren. Ausserdem sind solche Rotationslanzen mechanisch kompliziert und dadurch eher störungsanfällig. Fällt die kombinierte Rotation aus, dann fällt auch die Strömungsbildung aus, was jedoch bei der flächigen Wirkung der rotierenden Düsen nicht so sehr ins Gewicht fällt. Doch die geforderte Dreifachfunktion: Rotieren mit bspw. pneumatischen Mitteln, Durchpumpen und Eindüsen von Rohöl, die Rotation der Düsenköpfe steuern, alles gleich¬ zeitig, ist aufwendig und prozessmässig eher nachteilig. Der Bau von Rota- tions-Lanzen benötigt zudem eine relativ grosse Präzision, da Wälzlager und andere Elemente, die enge Fertigungstoleranzen für Passungen z.B. erfordern in der Vorrichtung eingebaut sind. Dies macht den Bau solcher Vorrichtungen verhältnismässig teuer.
Man kann zeigen, dass dieser relativ grosse Aufwand vermieden werden kann. Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, solche Nachteile zu beheben. Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren und die Vorrichtung, wie sie in den Patentansprüchen definiert sind.
Das erfindungsgemasse Verfahren besteht im wesentlichen darin, im und unmittelbar über dem Sediment mit hydrodynamischer Energie eine Vielzahl von räumlich fix ausgerichteten Flüssigkeitsstrahlen derart einzubringen, dass die eingebrachte Flüssigkeit einen im wesentlichen horizontal verlaufenden Strom ausbildet. Ziel ist, im Ensemble der Flüssigkeitsstrahlen einen gezielten Strom bzw. gezielte Ströme auszubilden. Ein bspw. eine in sich geschlossene Strömung verhält sich in einem Behälter mit kreisförmigem Grundriss, als würde er durch ein gigantisches Rührwerk angetrieben, was durch die Viel- zahl von speziell angeordneten und ausgerichteten Lanzen mit feststehender Düsenausrichtung bewirkt wird. Dabei soll die Grenze der strömenden Flüs¬ sigkeitsschicht gegen oben möglichst ungestört bleiben und ihre Grenze gegen unten, also die Grenze zwischen strömender Flüssigkeit und Sediment so ausgebildet sein, dass eine verstärkt erosive Wirkung der Strömung entsteht. Um die Prozessenergie möglichst klein zu halten, ist es auch das Ziel des Verfahrens, nur dort gerichtete Massenströme zu erzeugen wo sie für die Auflösung des Sediments notwendig sind. Es wird angestrebt im wesentlichen nur eine bestimmte Schicht, nämlich den Bereich über der Sedimentschicht in Strömung zu versetzen. Es ist nicht nötig, die über dieser strömenden Schicht liegende Fluidmasse auch noch in Bewegung zu versetzen. Wegen der inneren Reibung im Fluid wird dies allerdings nicht gänzlich vermieden werden kön¬ nen, aber dieser zusätzliche Energieeinsatz wird gering gehalten.
Dadurch verbraucht das erfindungsgemasse Verfahren weniger Verfahrens- Energie als das bekannte Verfahren und ist einfacher durchzuführen. Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zu schaffende Vorrichtung ist viel einfacher und leichter zu betreiben als die entsprechende Vorrichtung für das bekannte Verfahren und insbesondere ist sie einfacher auf die zu behandelten Behälter anzupassen und zu montieren. Die Mittel dazu sind sehr vereinfachte, kostengünstig herzustellende, einfach montierbare, robuste, un¬ anfällige und praktisch wartungsfreie Lanzen. Die unmittelbar über dem Sediment liegende Flüssigkeit unterscheidet sich von dem über dem Sediment stehenden Rohöl mindestens darin, dass ihre Konzentration an Stoffen aus der Sedimentation kleiner ist. Es handelt sich also im Falle eines Rohölbehälters beispielsweise um Rohöl aus oberen Schichten des Behälters oder um einen weniger konzentrierten Anteil dessel¬ ben Rohöls, das heisst um einen Rohölanteil, aus welchem die schweren Be¬ standteile abgetrennt sind. Auf jeden Fall sind die wesentlichen Bestandteile der verwendeten Flüssigkeit dieselben wie die wesentlichen Bestandteile der im zu behandelnden Behälter gelagerten und/oder transportierten Flüssigkeit, derart, dass die Rüssigkeit nach Aufnahme der Sedimentstoffe bedenkenlos der gelagerten Flüssigkeit beigemischt und/oder derselben Weiterverarbeitung zugeführt werden kann.
Das erfindungsgemasse Verfahren macht sich den Befund zunutze, dass es durch entsprechende Zufuhr von Strömungsenergie (hydrodynamische Ener¬ gie) möglich ist, in ruhenden Rüssigkeiten einen Bereich oder eine Schicht in Strömungs-Bewegung zu versetzen, wobei sich zwischen der strömenden Schicht und darüber bzw. darunter liegenden, stationären oder mit einer ande- ren Geschwindigkeit strömenden Schichten eine Art Scherflächen ausbilden. Zur Ausbüdung einer solchen strömenden Schicht wird die einzubringende Rüssigkeit mit einer relativ zur Strömungsachse im wesentlichen in tangentia- ler Richtung und vorgegebener Geschwindigkeit in die stehende Rüssigkeit eingedüst, wozu entsprechend in eine feste Richtung ausgerichtete, stationäre Einspritzdüsen verwendet werden, durch die die Rüssigkeit unter Druck ge- presst wird.
Dabei ist es von Vorteil, wenn mindestens im Bereiche der oberen Scherflä- ehe eine Durchmischung möglichst verhindert wird; und zwar aus dem folgen- den Grund: In Behältern, in denen Rohöl oder Flüssigkeiten ähnlichen Cha¬ rakters unter gleichbleibendem Einfluss der Schwerkraft während einer genü¬ gend langen Zeit stationär gelagert werden, bilden sich nicht nur Sedimente sondern es bildet sich vermutlich auch ein Zusammensetzungsgradient über die Höhe der Flüssigkeitssäule, derart, dass die Konzentration der auch im Sediment aufkonzentrierten Stoffe von oben nach unten zunimmt. Die unter¬ sten Rüssigkeitsschichten enthalten also die auch im Sediment enthaltenen Stoffe bereits in hoher Konzentration und sind aus diesem Grunde für eine effiziente Wiederverflüssigung der beschriebenen Sedimente wenig geeignet. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren gelingt es nun, über dem Sediment neue Rüssigkeit einzubringen und diese nur in einem geringen Masse mit den untersten Schichten des gelagerten Öls zu mischen, wodurch das erfindungs¬ gemasse Verfahren gegenüber dem bekannten Verfahren an Effizienz ge¬ winnt.
Wird die für die Verflüssigung besser geeignete Flüssigkeit aus der Schicht über der Kreisstromschicht in die Kreisstromschicht eingedüst, so entsteht an der Scherfläche ein gewisser Massenstrom von der Kreisstromschicht in den darüberUegenden durch die Scherfläche abgegrenzten Bereich oder aber es wird der Kreisstromschicht eine entsprechende Menge an Ruid, nämlich die Menge der eingedüsten Rüssigkeit kontinuierlich entnommen. So wird die Kontinuitätsbedingung für die Kreisstromschicht eingehalten.
Da die Sedimente in der Regel eine landschaftsartige, unebene Oberfläche besitzen, entsteht an der unteren Grenzfläche der strömenden Schicht schon aus diesem Grunde ein vermehrter Auflösungseffekt. Zusätzlich können einige oder alle Einspritzdüsen in einem flachen Winkel nach unten zeigen, derart, dass die eingebrachte Flüssigkeit leicht gegen die Sedimentoberfläche, also nicht ganz horizontal eingespritzt wird, wodurch eine örtliche Strömungskom¬ ponente in vertikaler Richtung begünstigt wird.
Eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht im wesentlichen aus einer Mehrzahl von hohlen, das einzudüsende Rohöl führenden Lanzen, die in im wesentli¬ chen vertikaler Richtung in den zu behandelnden Behälter einführbar sind, auch durch das Sediment hindurch, möglichst bis auf den Behälterboden. Dabei weist der gegen den Behälterboden gerichtete Endbereich jeder Lanze mindestens eine seitlich an der Lanze angeordnete Düse auf, vorzugsweise sind es aber mehrere im Abstand übereinander angeordnete Düsen, und ihr anderes, oben aus dem Behälter ragendes Ende ist mit einer Zuleitung ver¬ bindbar, durch welche Zuleitung unter Druck Flüssigkeit zuführbar ist. Die Düsen sind an den Lanzen derart angeordnet, dass sie im wesentlichen in eine gemeinsame Richtung zeigen. In einer weiteren Ausführungsform können zwei entlang der Rohrachse im radialen Winkel zueinander stehende Reihen von Düsen angeordnet werden. Die Lanzen werden derart positioniert, dass ein Teil der Düsen über der Sedimentoberfläche und ein Teil der Düsen im Sedi- ment positioniert sind. Dies wird beispielsweise realisiert mit Lanzen, die Reihen von übereinanderliegenden Düsen aufweisen, wobei die Länge der Düsenreihen vorteilhafterweise so gross ist, dass sie auch mächtige Sediment¬ schichten überragen können.
Die Lanzen werden über die Grundfläche des Behälters verteilt im wesentli¬ chen senkrecht im Behälter positioniert, derart, dass die mit den Düsen ver¬ sehenen Endbereiche der Lanzen möglichst bis zum Behälterboden reichen, das heisst, auch in die Sedimentschicht eingeführt sind. Alle Lanzen werden derart ausgerichtet, dass die Spritzrichtungen aller Düsen bspw. eine relativ zu einer vorgegebenen Strömungszentrum (oder zu einem anderen zentralen Bereich) tangentiale, in derselben Strömungsrichtung ausgerichtete Kompo¬ nente aufweisen. Das Strömungszentrum wird für zylindrische Behälter vor¬ teilhafterweise auf die Behälterachse ausgerichtet.
Wenn die Lanzen positioniert, die Düsen entsprechend ausgerichtet und die Lanzen mit dem Zufuhrsystem verbunden sind, wird Rüssigkeit in die Lanzen gepresst und durch die Düsen in den Behälter eingedüst. Dabei wird in einer Anfangsphase die Flüssigkeit vor allem aus Düsen austreten, die über der Sedimentoberfläche in der überstehenden Flüssigkeit liegen, da das Sediment dem Austritt aus den anderen Düsen einen wesentlich höheren Widerstand entgegensetzt als die darüber stehende Rüssigkeit. Durch die oben beschrie¬ bene Ausrichtung der Düsen entsteht nach einiger Zeit über dem Sediment ein im wesentlichen horizontal verlaufender Flüssigkeitsstrom beispielsweise in Form einer strömenden Rüssigkeitsschicht, die hauptsächlich aus neu zu¬ geführter Rüssigkeit besteht. Dieser Flüssigkeitsstrom interagiert mit der Sedimentoberfläche und erodiert diese, wobei die Sedimentoberfläche sinkt und immer weitere, direkt an der Sedimentoberfläche liegende Düsen in den allgemeinen Rüssigkeitsstrom hineinkommen.
Durch den erzeugten Strom, der sich bspw. sukzessive zu einem Kreisstrom ausbildet, wird die neu zugeführte Flüssigkeit in den Bereich mehrerer in Strömungsrichtung (stromabwärts) angeordneter Düsen transportiert, wobei sie sich mit den zu verflüssigenden Sedimentstoffen anreichert, und dann wird sie von weiter zugeführter Rüssigkeit gegen oben verdrängt. Das Sediment kann auf diese Weise bis auf den Behälterboden abgebaut werden. Schwere, unlösliche Sedimentbestandteile wie Steine, Metallteile, Rost oder ähnliches werden wegen der nur geringen, aber unvermeidlichen Verwirbelung den Bodenbereich kaum verlassen und können in einem separa- ten Arbeitsgang aus dem Behälter entfernt werden.
Lagertanks für Rohöl haben aus statischen Gründen meistens einen kreisrun¬ den Grundriss, der sich auch für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bestens eignet, da bei der Erzeugung einer strömenden Flüssig¬ keitsschicht sich keine "toten Winkel" bilden, in denen die Rüssigkeit nicht bewegt wird. Es ist aber trotzdem möglich, das erfindungsgemasse Verfahren auch in Behältern mit anderen Bodenformen bzw. Grundrissen anzuwenden, wobei der zu erzeugende, möglichst in sich geschlossene Strömung vorteilhaf- terweise im wesentlichen parallel zur Behälterwandung fliesst.
Das erfindungsgemasse Verfahren und die erfindungsgemasse Vorrichtung werden nun anhand der folgenden Figuren im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 das Prinzip einer sich bewegenden Kreisstromschicht mit angren¬ zenden Scherflächen in einem zylindrischen Flüssigkeitsbehälter;
Figur 2 das Prinzip der Erzeugung einer Kreisstromschicht; Figur 3 eine prinzipielle Darstellung der Erzeugung einer Kreisstromschicht im unteren Teil eines zylindrischen Tanks mit Hilfe der erfindungs¬ gemässen Tauchlanzen;
Figur 4 das Ausrichtungsprinzip für die Düsen zur Erzeugung von Strömun¬ gen;
Figur 5, 7 und 8 drei beispielhafte Anordnungen von Lanzen in Behältern mit verschiedenen Grundrissen;
Figur 6 das Prinzip der Uebernahme von Strömungen durch nacheinander geschaltete Düsenpaare.
Figur 9 das Erzeugen eines Kreisstroms über einer Sedimentschicht;
Figur 10 das Eindüsen von Flüssigkeit in die Sedimentschicht;
Figur 11 eine bevorzugte Ausführungsform der Lanzen anhand eines Längs¬ schnittes durch einen Rohöltank und durch ein Lanzensystem;
Figur 12 eine Ausführungsform einer in zwei Achsen bewegbaren Düse;
Figur 13 einen Schnitt durch eine Lanze mit zwei Düsenreihen, welche in verschiedene Richtungen wirken; Figur 14 eine Ausführungsform eines Düsensystems, welches um eine Achse drehbar ist;
Figur 15 eine billige, robuste, einfache Ausführungsform einer Lanzenunter¬ seite mit einer Düsenreihe, welche Düsen in einer Achse beweglich sind;
Figur 16 eine Ausführungsform einer Lanze, die teilweise aus einem flexi¬ blen Schlauch besteht;
Figur 17 Ausführungsformen von Düsen, die wenn gewünscht, gesperrt bzw. verschlossen werden können;
Figur 18 eine Ausführungsform von Lanzen mit einer primären und einer sekundären Düsenreihe, die es erlauben, augeprägtere Scherflächen zu erzeugen;
Figur 19 schematisch ein mögliches, die gewünschte Stömungsform unter¬ stützendes Prinzip mit Hilfe von Ansaugstellen;
Figur 20 zeigt in einem dreidimensionalen Diagramm vereinfacht d.h. ideali¬ siert, wie das erfindungsgemasse Verfahren abläuft.
Figur 1 zeigt in einer schematisierten Darstellung das idealisierte Prinzip einer sich kreisförmig angetriebenen Flüssigkeitsschicht anhand einer Zeich¬ nung eines zylinderförmigen Gefässes 1 mit einer Mittelachse 34 als Strö- mungszentrum, in welchem Gefäss 1 ein Fluid 2 enthalten ist. Das Ruid 2 ist hier in 3 Schichten aufgeteilt. Die Schichten 6.1 und 6.2 seien Schichten mit relativ zum Gefäss 1 ruhendem Fluid 2. Zwischen diesen zwei ruhenden Schichten befindet sich eine Schicht 5 in welcher das Ruid in Bewegung ist. Die Bewegungrichtung der Schicht wird mit dem Pfeil 35 dargestellt. Die Schicht 5 bewegt sich im wesentlichen kreisförmig, d.h. es existiert in der Schicht 5 ein Kreisstrom um die Mittelachse 34 des Gefässes 1 als Bewe¬ gungszentrum. Der Kreisstrom sei ein Strom ohne Verwirbelungen und Tur¬ bulenzen. Das Strömungsfeld innerhalb der Schicht sei homogen und bestehe ausschliesslich aus horizontalen Bewegungskomponenten.
Da sich die Schicht 5 relativ zu den Schichten 6.1 und 6.2 bewegt, bilden sich zwischen den ruhenden Schichten 6 und der Kreisstromschicht 5 die Scher¬ flächen 30.1 bzw. 30.2 aus. Die Figur 1 beschreibt, wie gesagt, ein idealisiertes System, bei welchem die Reibung an den Scherflächen vernachlässigt wurde. Die meist ausgeprägten Scherflächen zeichnen sich in Wirklichkeit dadurch aus, dass Schubspannungen wegen der horizontalen Relativbewegung der an¬ grenzenden Fluidschichten zueinander und der Reibung innerhalb des Fluids in ihnen aufgebaut werden. Dies hat zur Folge, da die Reibungskräfte im Wesentlichen tangential zur Aussenwand des Gefässes 1 verlaufen, dass sich die Schicht 6 mindestens aber der unterste, der Scherfläche benachbarte Teil welcher Schicht, die idealerweise relativ zum Gefäss 1 ruht, leicht bewegen kann. Zum besseren Verständnis werden diese sekundären Effekte im folgen¬ den vernachlässigt.
In Figur 1 sind die Mittel, welche die erforderliche Energie in die zu bewe¬ gende Schicht 5 einbringen nicht eingezeichnet. Doch geht es hier vorerst nicht um eine konkrete Ausführungsform, als vielmehr darum in anschaulicher Art das Prinzip der Kreisstromschicht darzulegen. Da die Kreisstromschicht 5 wenig Verwirbeluπgen, d.h. im wesentlichen hori¬ zontale tangential zur Gefässaussenwand verlaufende Komponenten aufweist, ist der Energiebedarf für das Erzeugen und Aufrechterhalten einer solchen Strömung gering. Die Strönung hat einen kleinen inneren Energieverlust, weil sich die Ruidmasse in der Schicht 5 gleichförmig und ohne Wirbelbildung relativ zum Gefäss 1 bewegt. Es ist dem Anwender des Verfahrens sogar mög¬ lich die Dicke bzw. Höhe der Kreisstromschicht bzw. -säule unter Zuhilfen¬ ahme der erfindungsgemässen Vorrichtung selbst zu bestimmen und er hat somit die Möglichkeit ein nur so kleiner Teil der Ruidmasse in Bewegung zu bringen bzw. zu halten, wie für das Verfahren nötig ist. Dies bringt eine weite¬ re signifikante Reduktion im Energieverbrauch (bspw. Pumpenleistung) des Systems in der Anlage.
Figur 2 zeigt schematisch das hier ebenfalls idealisierte Prinzip der Energie- zufuhr in die Kreisstromschicht 5. Die Dicke der Kreisstromschicht 5 wird im wesentlichen bestimmt durch die Anordnung der Mittel, nachfolgend Bewe¬ gungsenergiequellen 7 genannt, die Bewegungsenergie in das Fluid einbringen. In der Figur sind diese Bewegungsenergiequellen 7 als Punkte dargestellt, von denen ein gerichteter Flüssigkeitsstrahl oder eine gerichtete Rüssigkeitsbe- schleunigung ausgeht. Die Richtungspfeile 36 zeigen die Richtung an, in wel¬ che das Ruid von der Bewegungsenergiequellen 7 beschleunigt bzw. bewegt wird. Als Bewegungsenergiequellen 7 können verschiedene Mittel eingesetzt werden. Hier sind es Düsen, die Ruid einspritzen oder aber Elemente, die im Sinne der Figur 2 Bewegungsenergie in die Schicht 5 einbringen.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Energiezufuhr in die Flüssig- keit mittels Eindüsen von Rüssigkeit aus den ruhenden Schichten 6.1 bzw. 6.2 oder, bevorzugt, aus der Kreisstromschicht selber, welche mittels einer Pumpe durch die Düsen gepresst wird. Dieses Verfahren wird in der Figur 3 ausführ¬ lich beschrieben.
Die Ausrichtung der Kreisstromschicht 5 wird im wesentlichen beeinflusst durch die Ausrichtung der Bewegungsenergiequellen 7. Visualisiert wird diese Ausrichtung in der Figur durch die Richtungspfeile 36. In der Figur 2 sind diese Pfeüe so gerichtet, dass, von oben auf das Gefäss gesehen, ein Kreis- ström im Gegenuhrzeigersinn entsteht, Die Richtungspfeile zeigen im wesent¬ lichen in Strömungsrichtung, nämlich tangential zur Gefässaussenwand.
Die Ausdehnung der Kreisstromschicht 5 in Längsrichtung des Gefässes 1 ist im wesentlichen von der Ausdehnung der Bewegungsenergiequellen 7 in Rich¬ tung der Gefässlängsachse 34 abhängig, die gleichzeitig das Strömungszentrum des Kreisstroms 5 ist. Um eine ausgeprägte Kreisstromschicht 5 zu erzeugen, ist es von Vorteü, wenn die Bewegungsenergiequellen 7 so regelmässig wie möglich über die Höhe, über den Radius und über den Umfang der zu erzeu- genden Kreisstromschicht 5 verteilt sind. In der Figur 2 sind die Bewegungs¬ energiequellen 7 in fünf Gruppen von übereinanderliegenden Reihen mit gleichem Abstand zueinander angeordnet. Die Anordnung in der Figur zeigt nur das Prinzip der Anordnung dieser Bewegungsenergiequellen 7. Optimale¬ re Anordnungen werden in einigen den folgenden Figuren ausführlich disku- tiert.
Figur 3 zeigt in einer schematisierten Darstellung das erfindungsgemasse
Prinzip des Eindüsens von Rüssigkeit in die zu bewegende Kreisstromschicht 5 eines zylinderförmigen Rohöltanks 1 mit einer Mittelachse 34 als Strö- mungszentrum um welches das Ruid, das sich in der bewegten Schicht 5 be¬ findet kreisförmig dreht. Durch die freie Oberfläche der Rüssigkeit sind Lan¬ zen 10 in den Tank 1 eingetaucht. Und zwar reichen diese Lanzen bis in den Bereich des Bodens des Tanks 1. Die Lanzen 10 weisen Reihen von überein¬ ander angeordneten Düsen 11 auf, welche Düsemeihen sich vom dem Tank¬ boden zugewandten Ende der Lanzen 10 bis zur Scherfläche 30 erstrecken. Die Düsen übernehmen die Funktion der Bewegungsenergiequellen aus der Figur 2.
In der Figur 3 sind mehrere Lanzen 10 gleichmässig auf einem konzentrischen Kreis zur Tankmantelfläche angeordnet. Die Lanzen 10 sind derart ausgerich¬ tet, dass die Achse der Düsen 11 im wesentlichen tangential zur Tankmantel¬ fläche gerichtet sind. Die Öffnungen der Düsen 11 sind in die Bewegungs- richtung des Kreisstroms gerichtet.
Die aus dem Tank ragenden Enden der Lanzen sind mit einem Zufuhrsystem verbindbar, das in der Figur 3 schematisch durch Zuleitungen 20, einem Ver- teuer 29, einer Pumpe 26 und einer Ansaugstelle im Bereich der bewegten Kreisstromschicht 5 dargestellt ist. Es ist somit möglich, Rüssigkeit aus der Kreisstromschicht abzusaugen und diese mit Hilfe der Pumpe 26 in die einzel¬ nen Lanzen 10 zu Pumpen, wo sie durch die Düsen 11 wieder in die bewegte Schicht 5 eingedüst werden kann.
Das Ruid 2, das durch eine Düse gepumpt wird erzeugt einen Rüssigkeits- strahl, der durch den Richtungspfeil 36 in der Zeichnung dargestellt ist. Sind die Lanzen 10 in Anordnung und Ausrichtung wie oben beschrieben in das Ruid 2 eingebracht, wird durch das Eindüsen der Rüssigkeit Bewegungsener- gie derart in die Schicht 5 in eingebracht, dass im wesentlichen ein in Figur 1 beschriebener, bei konstanter Pumpenleistung nach einiger Zeit stationärer Kreisstrom entsteht, mit dem Unterschied, dass die untere unbewegte Schicht 6.2 von Figur 1 durch das Anordnen der Lanzen gemäss Figur 3, sich nicht ausbilden kann. Es bildet sich mit der in Figur 3 beschriebenen Vorrichtung eine stationäre sich kreisförmig bewegende Schicht 5 aus, welche sich zuun¬ terst im Tank befindet.
Die in Figur 3 gezeigte Anordnung und Anzahl der Lanzen 10 zeigt nur das Prinzip der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Erzeugung einer Kreisstrom¬ schicht. Rohöltanks haben einen Durchmesser zwischen ca. 30 und 100m. Es versteht sich von selbst, dass bei solchen Dimensionen viel mehr Lanzen zur Erzeugung einer Kreisstromschicht eingesetzt werden müssen, aber auch, wie wesentlich ein energiesparendes Pumpen ist, sobald man solch enorme Men¬ gen von Ruid zu bearbeiten hat.
Figur 4 zeigt schematisch das Ausrichtungsprinzip für die Düsen. Die Figur zeigt eine Lanze 10 mit einer Düse 11, ein vorgegebenes Strömungszentrum 34 und einen horizontalen Kreis 32 um das Strömungszentrum, wobei die Dü¬ senöffnung auf diesem Kreis liegt. Der Kreis 32 ist ein Beispiel für eine Strömungslinie eines horizontalen, in sich geschlossenen Stromes, nämlich eines Kreisstromes um das Strömungszentrum 34. Die hier etwas übertrieben geneigt gezeichnete Ausspritzrichtung durch die Düse, ist mit dem Vektor R bezeichnet, der im allgemeinen Fall in eine vertikale Komponente Ry, eine horizontale, tangentiale Komponente R, (parallel zur Strömungslinie) und eine horizontale radiale Komponente Rr (senkrecht zur Strömungslinie) auf¬ geteilt werden kann. Die Vorgaben für die Ausrichtung der Düse zur Durchführung des erfin¬ dungsgemässen Verfahrens sind nun die folgenden:
Der Vektor R hat wahlweise eine vertikale Komponente R„ bzw. eine orthogonal nach unten gerichtete.
Der Vektor R hat eine horizontale, tangentiale Komponente Rt wobei die Komponenten aller Düsen des Systems gegenüber der Strömungszentrum denselben Drehsinn haben.
Der Vektor R kann eine horizontale, radiale Komponente Rr haben. Diese ist kürzer als die horizontale, tangentiale Komponente R„ das heisst, der Winkel zwischen der Tangente an Kreis 7 und der horizontalen Projektion von R ist höchstens 45°.
Figur 5 zeigt als Draufsicht einen Behälter mit kreisförmigem Grundriss bzw. Boden und senkrecht durch dessen Mittelpunkt verlaufendes Strömungszen¬ trum 34. Man muss sich hier allerdings vergegenwärtigen, dass bei Radien bis zu 50 m die gekrümmten Strömuπgslinien auf kleineren Abschnitten wie Ge¬ raden aussehen und dass bei dieser Darstellung eines Behälters mit einigen Zentimetern Radius die Richtungspfeile übertrieben gross aussehen. Aller¬ dings entsprechen sie ungefähr dem doppelten der Spritzweite der Düsen, so¬ dass man sich die sukzessive Strömungsbildung gut vorstellen kann.
Über den Grundriss des Behälters sind auf konzentrischen Kreisen in einem im wesentlichen regelmässigen Muster eine Vielzahl von senkrechte gestellten
Lanzen 10 angeordnet. Dargestellt sind auch die Ausspritzrichtungen durch an diesen Lanzen angeordnete Düsen bzw. die horizontalen Komponenten Rn davon, die alle tangential und im Gegenuhrzeigersinn angeordnet sind (keine Komponente Rr). Die dargestellten Düsen können einzelne an jeder Lanze angebrachte Düsen sein, die dann vorteilhafterweise in verschiedenen Höhen angeordnet sind oder es kann sich um senkrechte Reihen von gleichgerichte- ten Düsen handeln, wie sie in der Figur 3 dargestellt sind. Die Düsen können nebst horizontaler (parallel zum Boden) auch mit gleichen oder in verschiede¬ nem Winkeln α gegen unten gerichtet sein. Es kann ausreichen, Düsen le¬ diglich im äusseren Drittel des Radius anzuordnen, sodass sich eine geschlos¬ sene Strömung zuerst in Nähe der Behälterwand ausbildet, die sich sukzessive nach innen ausdehnt. Um den Innenbereich zu beeinflussen, können die Dü¬ sen statt tangential anschliessen radial ausgerichtet werden, sodass die zwi¬ schen den Düsen sich ausbildende Strömungen radial im Zentrum aufeinan¬ dertreffen.
Figur 6 zeigt die Möglichkeit zum Erzeugen eines ausgeprägten Rüssigkeits- stroms mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens mit 'steady' Lanzen 10. Man muss sich vergegenwärtigen, dass bei den immensen Ausmassen von Rohöltanks die gekrümmten Strömungslinien wie Geraden aussehen, wenn man, wie gesagt, nur einen Ausschnitt von einigen Metern derselben Strö¬ mungslinien betrachtet. Aus diesem Grund ist die in Figur 6 gezeigte durch die entsprechende Anordnung der Lanzen erreichte Hauptströmungsrichtung ungekrümrnt bzw. schwachgekrümmt dargestellt.
Der untere Teil mit der Düsenanordnung von vier Lanzen 10.1, 10.2, 10.3 und 10.4 ist schematisiert dargestellt. Die jeweils übereinander angeordneten Dü¬ sen 11, welche Düsenreihen sich vom dem Tankboden zugewandten Ende der Lanzen 10 befinden, sind in der Figur ringförmig schematisch dargestellt. Die aus den Düsen ausgepresste Rüssigkeit und deren Richtung des Rüssigleits- strahls sind durch die Richtungspfeile 36 dargestellt. Selbstverständlich büdet sich beim Ausdüsen ein der Düsenform entsprechend geformter spitzer Kegel 31 mit grösserem oder kleinerem Öffnungswinkel, wie dies in Figur 6 an einer der Düsen angedeutet ist. Die mit den Richtungspfeilen 36 angedeuteten Ruidstrahlen beziehen sich also auf die Kegelachsen mit einer tatsächlichen Ausstosswirkung in Form eines schlanken Trichters.
Die Richtungspfeile 36 zweier benachbarter Lanzen (10.1 und 10.2 bzw. 10.3 und 10.4) haben nicht nur eine Komponente in Richtung der Hauptströmung 37, sondern sie weisen auch eine zur Hauptströmungsrichtung hin zeigende Komponente auf. Die ausgedüste Flüssigkeit der Lanze 10.1 trifft demnach im Bereich der Hauptströmung auf die Rüssigkeitsstrahlen der Lanze 10.2 und beschleunigt das Ruid im Bereich der Hauptströmung. Diese Energiezufuhr klingt natürlich nach einer gewissen vom Ruid zurückgelegten Strecke ab. Bevor die auf die umgebende Flüssigkeit antreibende Wirkung der Lanzen 10.1 und 10.2 abgeklungen ist, ist ein weiteres Lanzenpaar 10.3 und 10.4 in gleicher Weise wie die Lanzen 10.1 und 10.2 ins Fluid gebracht, derart dass der gewünschte Hauptstrom 37 aufrecht erhalten oder je nach Abstand der Lanzenpaare zueinander sogar beschleunigt werden kann. Der Verlauf der Hauptströmung 37 wird dann durch die geometrische Anordnung der Lanzen¬ paare (10.1 und 102 bzw. 10.3 und 10.4) und durch den Druck der eingedü- sten Rüssigkeit beeinflusst. So können in einem Tank mit kreisförmigem oder anders geformten Grundriss Strömungen erzeugt werden.
Bei Rohöltanks mit einem Durchmesser zwischen ca. 30 und 100m, zeigt es sich, dass mit einem Pressdruck von 5 bis 30 bar eine Strahl-Reichweite von über 5m erreichbar sind, wenn das Ruid Rohöl ist. Es ist also vorteilhaft, die Abstände der Lanzen insbesondere die tangentialen Abstände der Lanzen in etwa in diesem Bereich zu halten.
Figur 7 zeigt eine weitere Draufsicht auf den Grundriss eines Behälters, in dem im wesentlichen auf vier Strömungslinien (strichpunktiert dargestellte Strömungslinien) des zu erzeugenden Stromes Lanzen 10 mit Düsen angeord¬ net sind. Die Düsen der Lanzen von je zwei benachbarten Strömungslinien sind leicht gegeneinander ausgerichtet (mit entgegengesetzter, radialer Kom- ponente wie in Figur 4), sodass sich zwischen den Strömungslinien eines Lan¬ zenpaares eine Hauptströmung entwickeln kann.
Figur 8 zeigt in der Draufsicht einen Behälter, der keinen kreisrunden son- dern einen ovalen Grundriss hat, in welchem senkrecht stehende Lanzen 10 mit Düsen angeordnet sind. Damit der durch Einspritzen von Flüssigkeit durch die an den Lanzen angeordneten Düsen zu erzeugende, in sich ge¬ schlossene Rüssigkeitsstrom möglichst den ganzen Grundriss überfliesst, ist er nicht um eine Strömungszentrum sondern rund um eine "Rotationsfläche" 34 angeordnet. Die Lanzen sind im wesentlichen auf inneren Strömungslinien Sj und auf äusseren Strömungslinien Sa dieses Flüssigkeitsstromes angeordnet, und die Düsen sind derart orientiert, dass die entsprechenden Ausspritzrich¬ tungen eine horizontale, tangentiale Komponente R, und eine horizontale, radiale Komponente Rr haben, wobei die radiale Komponente Rr der Düsen auf der inneren Strömungslinie Sj gegen aussen, die radialen Komponenten Rj. der Lanzen auf den äusseren Strömungslinien Sa gegen innen gerichtet sind.
Mit der in der Figur 8 dargestellten Anordnung wird ein Hauptstrom zwischen den inneren und den äusseren Strömungslinien erzeugt, wodurch unerwünsch- te Verwirbelung im Bereiche der Strömungsfläche A und entlang der Behälterwand vermindert wird, was eine Energieeinsparung für die Pumpen bedeutet.
Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Rohöltanks 1 mir einer Sedimentschicht 3 auf dem Grund des Tanks 1. Die Figur zeigt eine Variante des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtung für das Verflüssigen von Rohölsedimenten.
Die Lanzen 10 (in der Figur 9 ist beispielshaft nur eine Lanze eingezeichnet) besitzen nur eine oder eine kleine Zahl von Düsen 11 oder eine kurze dichte Düsenreihe an ihrem einen Ende sie und werden nicht in die Sedimentschicht eingeführt, sondern reichen nur bis unmittelbar über deren Oberfläche. Die Kreisstromschicht 5 streicht somit über die Sedimentoberfläche und erodiert diese und löst sie sukzessive auf. Während dem Abbau der Sedimentschicht 3 werden die Lanzen 10 schrittweise abgesenkt, bis sie den Boden erreichen, was beispielsweise bei einem Rohöltank mit schwimmendem Dach durch ent- sprechendes Absenken des Rüssigkeitsspiegels (Auspumpen von Rohöl) reali¬ siert werden kann. Das eingedüste Ruid kann Rohöl aus dem oberen Teil der Kreisstromschicht 5, Frischflüssigkeit oder Rohöl aus der oberen ruhenden Schicht 6 sein.
Wird Frischflüssigkeit oder Rohöl aus der Schicht 6 eingedüst ohne dass man der Kreistromschicht 5 Ruid entnimmt, wird es im Bereich der Scherfläche zu einem Massenübergang kommen, da sonst die Kontinuitätsgleichung für die Schicht 5 nicht erfüllt wäre. Die ausgeprägte Scherfläche 30 könnte dann einen mehr oder weniger diffusen weniger ausgeprägten Übergangsbereich ausbilden.
Figur 10 zeigt anhand eines schematischen Schnittes durch einen Teil eines Rohöltanks 1 eine weitere Variante des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtung für das Verflüssigen von Rohölsedimen¬ ten. Gezeichnet sind zwei Lanzen 10 mit einer Düsenreihe bestehend aus mindestens einer Düse 11 , welche sich an dem dem Boden des Rohöltanks 1 zugewandten untersten Ende der Lanzen 10 befindet. Schematisch sind auch die Lanzenzuleitungen 20, die Pumpe 26 und die Ansaugstelle 21 dargestellt. Die Lanzen 10 stecken z.B. in den am schwimmenden Dach 4 vorhandenen Stelzenöffnungen und werden durch die Sedimentschicht 3 bis zum Boden des Tanks 1 hinuntergelassen und in dieser Position fixiert. Es braucht hier nicht speziell erwähnt werden, dass bei den realen immens grossen Rohöl¬ tanks eine grosse Menge solcher Lanzen zum Einsatz kommen.
Die eingedüste Flüssigkeit (hier Rohöl aus den oberen Schichten des Tanks 1) wird durch die Düsen 11 in die verdickte Rohölschicht gepresst, welche sich beim Kontakt mit Rohöl aus dem oberen Bereich des Tanks 1 sukzessive auflöst. Während dem sukzessiven Verflüssigen der Sedimentschicht 3 ragen einzelne Düsen 11 und mit der Zeit immer mehr Teüe der Düsenreihen über die verbliebene Sedimentschicht 3 heraus und erzeugen unmittelbar über der Sedimentschicht eine Kreisstromschicht, welche den Abbau der Sedimente 3 noch zusätzlich beschleunigt. Ist die ganze Sedimentschicht 3 abgebaut, so bleiben am Boden nur die Fremdkörper in Form von beispielsweise Steinen oder Metallteilen, meist in Form von Rost, welche in einem separaten Ar¬ beitsgang aus dem Tank entfernt werden müssen. Die Kreisstromschicht, die sich nun ungestört bilden kann, verhindert ein nochmaliges Bilden einer Se¬ dimentschicht.
Figur 11 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs¬ gemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens anhand einer Schnittzeichnung durch einen Rohöltank 1 mit einem hier stili¬ siert gezeichneten schwimmenden Dach 4, in welchem Tank 1 Rohöl 2 über einer Sedimentschicht 3 gelagert ist. Der Tank 1 sei mit einer Anzahl und Anordnung von Lanzen 10 bestückt, wie sie das erfindungsgemasse Verfahren zum Erzeugen einer Kreisstromschicht über der Sedimentschicht 3 verlangt. Als Beispiel ist in der Figur 11 nur eine Lanze 10 schematisch gezeichnet. Diese Lanzen reichen durch die Rüssigkeitsschicht 2 und die Sedimentschicht 3 bis in den Bereich des Tankbodens. Die Lanzen 10 weisen Reihen von übereinander angeordneten Düsen 11 auf, welche Düsemeihen sich vom Tankboden zugewandten Ende der Lanzen 10 bis über die Sedimentschicht in die Rüssigkeitsschicht erstrecken. Die Lanzen sind derart ausgerichtet, dass sie über der Sedimentschicht 3 eine in der Figur 3 beschriebene Kreisstrom¬ schicht 5 erzeugen.
Die aus dem Behälter ragenden anderen Enden der Lanzen 10 sind mit ei¬ nem Zufuhrsystem verbunden, das in der Figur schematisch durch eine Zulei¬ tung 20, einen Verteiler 29, einer Pumpe 26 und einer Ansaugstelle 21 darge- stellt ist. Zwischen der Ansaugstelle 20 und der Pumpe 26 kann ein Dreiweg¬ hahn 27 vorgesehen werden, der in eine Stellung gebracht werden kann, über die durch eine Frischflüssigkeitszuführung 38 Frischöl durch die Lanzen einge¬ führt werden kann. Natürlich haben Tanks dieser Art keine Ansaugstelle an der Behälterwand, diese wäre also beispielsweise durch ein Tauchrohr zu realisieren. Die gezeichnete Ansaugstelle soll nur illustrieren, wie, zur Erhal- tung des Massengleichgewichtes, Rohöl aus der angetriebenen Schicht (die Kreisstromschicht) rückgedüst wird.
Vielfach haben Rohöltanks schwimmende Dächer, die auf der Rüssigkeits- oberfläche schwimmen und deren Abstand vom Tankboden mit dem Flüssig¬ keitsspiegel variiert. Damit ein derartiges schwimmendes Dach 4 sich nicht völlig auf den Tankboden absenken kann, ist es mit Stelzen versehen, auf welche sich das Dach abstützt, wenn das Flüssigkeitsniveau unter ein Mini- mum sinkt, das der Stelzenhöhe im wesentlichen entspricht. Es ist vorteilhaft diese Lanzen 10 durch die Öffnungen für diese Stelzen einzuführen und zu positionieren. Ein grösser Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es, dass sie sich einfach an die in den verschiedenen Ländern ungleichgrossen Öffnungen für diese Stelzen mit Hilfe eines der jeweiligen Norm angepasstem Rohradapter 22 anpassen kann. Das Verwenden eines solchen sehr einfachen und billigen wartungsfreien Rohradapters erlaubt es unter Zuhilfenahme eines Lanzenadapters 23 für verschiedene Länder die gleichen Lanzen zu verwen¬ den, was eine Anpassungsarbeit auf ein Minimun beschränkt. Einige dieser geschlitzten Adapterrohre 22 können dermassen verstärkt werden, dass sie die herausgenommenen Stelzen ersetzen können.
Die verfahrensgemässe Ausrichtung der Düsenrichtung bzw. Austrittsrichtung der Rüssigkeitsstrahlen der Lanzen kann auf verschiedenste Weise erfolgen. Hier wird diese Ausrichtung beispielsweise durch das Ausrichten einer festen Marke M am Rohradapter 22 an einer zum Schwimmdach invarianten Win¬ kelskala 25 vorgenommen. Die Ausrichtung für das ganze Ensemble der Lan¬ zen kann in einer Computersimulation optimiert werden. Gemäss dem errech¬ neten Plan werden dann die Lanzen einzeln ausgerichtet und fixiert. Man kann dann auch mehrstufige Operationen vorsehen, bei welchen nach einer gewissen Zeit der Einwirkung ein Teil oder alle Lanzen in eine andere Posi¬ tion zueinander gebracht werden, um Strömungen mit anderem Strömungs¬ charakter zu erzielen. Dies beispielsweise bei komplizierteren Grundrissen.
Das Adapterrohr weist einen im wesentlichen der Länge der Düsenreihe angepassten Schlitz S auf, damit das Ruid beim Überlappen der Düsenreihe mit dem Adapterrohr dennoch ungehindert aus den Düsen austreten kann. Eine mögliche Führung zwischen dem Adapterrohr 22 und der Lanze 10 ist in der Figur 11 durch das Führungselement 13 eingezeichnet. Der Lanzenadap¬ ter 23 bildet das Übergangsglied zwischen den, je nach der geltenden Normie¬ rung, verschieden grossen Rohradaptern 22 und der Lanze 10, die man im wesentlichen unabhängig von der jeweiligen Normierung für die Stelzenöff¬ nungen immer gleich gross im Durchmesser gestalten kann. Dies ist ein weite- rer Punkt, warum diese Vorrichtung vergleichsweise sehr billig herstellbar ist.
Die Lanze kann sich, wenn dies erwünscht ist, relativ zum Adapterrohr 22 entlang ihrer Längsrichtung bewegen. So führen Schwankungen im Flüssig- keitspegel des Tanks 1 nicht zu einem Verschieben der Lanzen 10 bzw. den an diesen Lanzen 10 angebrachten Düsenreihen relativ zum Tank 1 und der auf dem Tankboden liegenden Sedimentschicht 3. Das Lanzensystem passt sich auf diese einfachste Weise Rüssigkeitsniveauschwankungen im Tank 1 an. Es müssen keine aufwendigen Nachstellarbeiten vorgenommen werden, was dieses Verfahren auf einfachste Weise wiederum sehr wartungsfreundlich macht.
Die Lanzen 10 werden axial durch die Elemente 23 geführt und die im unte- ren Bereich der Lanzen 10 angebrachten Düsen 11 können mit Hilfe von hier im oberen Bereich der Lanze angebrachten Gewichtselemente 12 immer im Bereich des Tankbodens gehalten werden. Die Masse der Gewichtselemente 12 wird an die Masse der Lanze 10 angepasst und so gewählt, dass die Lanze 10 ohne weiteres Dazutun die Sedimentschicht 3 durchstossen kann bzw. dass die unteren Enden der Lanzen 10 auch dem Absenken oder Erhöhen des Rüssigkeitsniveau im Tank 1 im Bereich des Tankbodens verbleiben.
Figur 12 zeigt einen Schnitt durch eine mögliche Ausführungsform einer Lan- ze 10, der an ihr angebrachten Düse 11 und durch den Rohradapter 22. Die Ausführungsform der Düse 11 lässt ein Justieren der Düse mittels eines Ku¬ gelgelenks zu. Es ist hier möglich die Richtung des Rüssigkeitsstrahls 36 in einem bestimmten Aussmass zu beeinflussen. Am Lanzemohr 10 ist ein Rohr mit Aussengewinde und einer Kugelpfanne 25 befestigt. Die eigentliche Ku- geldüse 50 sitzt in der besagten Kugelpfanne und wird mittels der Überwurf¬ mutter 51 in Position gehalten. Es ist von Vorteil, wenn die Ausmasse des Lanzen- Düsen- Systems die Innenausmasse des Rohradapters nicht überstei¬ gen. So ist es jederzeit möglich die Lanzen aus dem Rohradapter herauszuzie¬ hen.
Es ist wichtig, dass sich die Position der Düse z.B. unter Einfluss von Vibra¬ tionen nicht verändert. Hiefür kann eine einfache Muttersicherung oder ande¬ re Mittel zur Verhinderung des Lösens der Ueberwurfmutter zum Einsatz kommen. Es kann von Vorteil sein, wenn die Oberfläche der Kugel und die der Gegenstücke an der Mutter 51 und am Bauteil 52 eine rauhe oder gar eine spezielle Oberfläche, bspw. mit Zähnen, aufweist, damit sich die Reibung zuwischen der Kugeldüse 50 und den Gegenstücken an den Elementen 51 und 52 erhöht. Es kann sogar von Vorteil sein, wenn diese Elemente eine Ober- fläche aufweisen, wie sie bei unbehandelten Stahlgusswerkstücken auftritt, aufweisen.
Es ist möglich die in Figur 12 abgebildeten Elemente mit einem Minimum an Genauigkeit zu fertigen. Die gezeichnete Ausführungsform verlangt, ausser beim Gewinde keinerlei speziell enge Toleranzen. Es ist also möglich eine sehr kostengünstige Fertigungsweise mit billigem Material (z.B. St-37, GGT) anzuwenden. Es versteht sich von selbst, das der Querschnitt der Lanzen nicht unbedingt kreisrohrförmig sein muss. Es ist durchaus vorstellbar, dass der Querschnitt der Lanze 10, wie in Figur 15 beschrieben, viereckig sein kann oder sonst eine beliebige Rohrform haben kann, was weiter unten noch ge¬ zeigt wird.
Figur 13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Lanzen- Düsen- Systems. Es handelt sich hier um eine Lanze 10 mit zwei in verschiedene Richtungen zeigende Düsenreihen 11.1 und 11.2. Die einzelnen Düsen oder mindestens eine von beiden in jeder Reihe, können natürlich wie z.B. in Figur 12 gezeigt verstellbar, oder aber wie hier gezeichnet starr ausgeführt werden. Die hier gezeigte Konstruktionsweise kann billigst mit Toleranzen im mm-Bereich mit Hufe von Normprofilen einfach zusammengestellt werden.
Figur 14 zeigt eine Ausführungsform eines weiteren Lanzen- Düsen- Systems, welches ein Einstellen der Düsen 11 um eine Einstellachse 63 erlaubt. Der Körper, der die eigentliche Düse 11 beinhaltet ist ein Wellenstück mit ent¬ sprechender Bohrung für die Düse 11 und zwei seitlich liegende Bohrungen mit Innengewinde, welche mit den entsprechenden Bohrungen am Rechteck- rohrstück 61, welches an der Lanze befestigt ist, die Einstellachse 63 definie- ren. Auch hier ist es möglich ausschliesslich billige Normteile und Normprofi¬ le zuverwenden und mit Fertigungstoleranzen zu arbeiten, die weit weniger eng sind als im allgemeinen Maschinenbau üblich. Bei dieser Ausführungs- form lässt sich um die Längsachse der Lanze über die Marke M auf der Skala 25 die Richtung der Düsen horizontal und um die Einstellachse 63 die Rich¬ tung der Düsen vertikal einstellen.
Figuren 15 A3,C zeigen in Teilen A und montiert B eine weitere Ausfüh- rungsform eines Lanzen- Düsen- Systems nach dem gleichen Prinzip wie es in Figur 14 beschrieben ist. Diese Ausführungsform ist dahingehend vereinfacht worden, dass der Bearbeitungsaufwand bei der Fertigung der Lanzen so ge¬ ring wie nur möglich ausfällt. Alle verwendeten Elemente 60= Stangenmateri¬ al, 61 = Hohlträger, 62 = Schrauben 70 = Platten und 71 = U-Profil sind Norm- elemente oder lassen sich ganz einfach aus Normprofilen (z.B. Profile aus schweissbarem Stahl, wie St-37) herstellen. Auf das U-Profil werden die Plat¬ ten 71 und die Abschnitte 61 des Hohlträgers mit Schweisspunkten 72 befe¬ stigt, die gebohrten Düsen 60 eingeschraubt. Das Fussstück der Lanze wird mit einer Platte 71 abgeschlossen, obere Lanzenteil wird mit einer entspre- chend langen Platte 71 als Seitenwand geschlossen und die Ansatzelemente für die Rüssigkeit montiert und fertig ist die Lanze. Auch hier ist es möglich mit sehr weiten Fertigungstoleranzen zu arbeiten (Fig. 15C). Z.B. ist ein Spalt 73 von einigen mm zwischen der Scheibendüse 60 und dem Rechteckrohrstück 61 durchaus zulässig, weil dadurch das generelle Funktionieren der Lanze nicht wesentlich beeinflusst wird. Beim Zusammenschweissen der Einzelteüe ist es genügend die einzelnen Elemente mit relativ kurzen Schweisstellen 72 und nicht mit aufwendigen geschlossenen Schweissnähten im Bereich der Düsenreihen zusammenzufügen. Figur 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lanze 10, welche aus einer die Düsen 11 enthaltenden relativ steifen Konstruktion und aus einem relativ flexiblem Schlauch 81, der via einer Schlauchkupplung 80 mit dem festen Lan¬ zenteil 10 verbunden ist, Der feste Teil mit den Düsenreihen ist im Rohra- dapter 22 mit Hilfe der Lanzenadapter 23 und dem Führungselement 13 ge¬ führt. Das Adapterrohr 22, welches an die Normöffnungen des jeweiligen Landes angepasst ist, ist über die ganze Länge geschlitzt, um ein Einfahren oder Ausfahren der Lanze 10 von oben jederzeit zu ermöglichen. Der Vorteü einer solchen oder einer ähnlichen Bauweise liegt im Einspahren von Gewicht und darin, dass der steife Teil der Lanze wesentlich kürzer ausfallen kann als wenn die ganze Lanzenkonstruktion aus steifem Material besteht und somit wesentlich einfacher zu handhaben ist (Tranport, Lagerung, Montage). Auch hier können Normteile für den steifen Lanzenteil mit der mindestens einen Düsenreihe und Normschläuche 81 mit, auf dem Markt schon erhältlichen Normkupplungen 80 verwendet werden.
Es muss darauf geachtet werden, dass die Länge L des steifen Lanzenteils grösser ist als die Differenz zwischen dem Maximalflüssigkeitsniveau Hl und dem Minimalflüssigkeitsniveau HO, um sicher zu sein, dass die Lanze 10 bei jedem Rüssigkeitsniveau durch das Adapterrohr 22 geführt wird.
Figur 17A und B zeigen zwei Ausführungsformen von Düsen welche geschlos- sen bzw. gesperrt werden können, damit kein ausgeprägter Ruidstrahl mehr aus der Düse 11 austreten kann. In Figur 17A ist eine Ausführungsform mit dem Prinzip gezeigt, wie es zu den Figuren 14 und 15 beschrieben ist gezeich¬ net. Die Scheibendüse 60 ist in einer Position fixiert, in der sich kein ausge¬ prägter Rüssigkeitsstrahl mehr ausbilden kann. Die Scheibendüse 60 in der eingezeichneten Position kann die Düse aber nicht vollständig dicht absper- ren. Es kann eine gewisse Quantität an Fluid trotzdem entweichen. Da das erfindungsgemasse Verfahren unanfällig auf solche kleinen Störungen ist, kann ein solches unvollständiges Absperren einer Düse durchaus toleriert werden. Es ist natürlich klar, dass Düsen auch mit anderen einfachen Mitteln geschlossen werden können. Es können z.B. Deckel an den Düsenöffnungen angebracht werden oder eine Rohrdüse 55 kann, wie in Figur 17B dargestellt, z.B. mit Hilfe eines Deckels in Form eines Überwurfmutterdeckels 56 abge¬ dichtet werden.
Figur 18 zeigt schematisch eine Ausführungsform von Lanzen 10 mit zwei Düsenreihen, welche Düsen 11.1 bzw 11.2 im wesentlichen in entgegengesetz¬ te Richtungen zeigen. Die primäre Düsenreihen der einzelnen Lanzen 10 mit den Düsen 11.1 sind so angeordnet, dass sie ein Kreisstrom um die Behäl- terhauptachse 34 in der unteren Schicht 5 ausbilden. Die sekundäre Düsenrei¬ hen der Lanzen 10 mit den Düsen 11.2, welche sich unmittelbar über der Scherfläche 5 befinden und mindestens eine Düse 11.2 enthalten, zeigt im wesenthchen in die Gegenrichtung der primären Düsenreihen, d.h. das durch diese Düsen 11.2 ausgedüste Fluid wird die Flüssigkeitsmasse direkt über der Scherfläche 30 und zur Unterstützung dieser in die der Kreisstromschicht 5 entgegengesetzte Richtung bewegen. Diese sekundären Düsenreihen sind meist wesentüch kleiner, d.h. enthalten weniger Düsen als die primären Dü¬ senreihen.
Wie schon gesagt wird es in der Praxis schwierig sein, wegen der inneren Reibung im Ruid, eine ideale Scherfläche zu erzeugen. Die in Figur 18 ge¬ zeigte Ausrichtung der sekundären Düsen 11.2 aber können die Ausbildung einer solchen ausgeprägten Scherfläche deutlich erleichtern. Ist eine sehr dicke Schicht 6 über der Kreisstromschicht 5, so kann es, energetisch betrach- tet, von Vorteil sein, dass eine Bewegung der Schicht 6 durch das oben be¬ schriebene Ausbilden einer ausgeprägten Scherfläche verhindert wird.
Figur 19 zeigt schematisch das Prinzip einer Ausführungsform von Lanzen mit Ansaugstellen 21. Es ist von Vorteil, wenn Ansaugsteilen für das beschriebene System als, durch das Dach des Tanks eingesteckte Tauchrohre, ausgeführt werden. Es kann von Vorteil sein, um den Kreisstrom nicht zu stören, mehre¬ re Ansaugstellen derart zu gestalten, dass sie sogar einen gewissen Beitrag zur Ausbildung und Aufrechterhaltung der Strömung liefern. Die Ansaugrohre können z.B. wie in der Figur gezeichnet, ähnlich wie die Lanzen übereinander angeordnete Ansaugöffnungen 21 aufweisen, die dergestalt in die Kreisstrom¬ schicht eingeführt werden, dass solche Reihen der Ansaugöffnungen im we¬ sentlichen stromabwärts gerichtet sind. Durch das Ansaugen der Rüssigkeit wird diese beschleunigt bzw. bewegt. Durch den Einsatz solcher Tauchrohre kann also, ähnlich wie mit den Lanzen, gerichtete Bewegungsenergie in das Fluid eingebracht werden und somit der Wirkungsgrad des gesamten Systems erhöht werden.
Figur 20 zeigt in Diagrammform qualitativ das erfindungsgemasse Verfahren zum Abbau einer Sedimentschicht in einem Rohöltank. Die Abbüdung dient zum besseren Verständnis des Verfahrens und ist rein qualitativ. Es werden folgende vereinfachende Annahmen getroffen:
Es wird während dem ganzen Verfahren kein Frischfluid zugeführt.
Die Kreisstromschicht sei eine ideale reibungsfreie Strömung, welche eine ideale Scherfläche zur Folge hat. Die Umwälzung der Rüssigkeit geschieht nur in der Kreisstromschicht, d.h. Das Ruid, das in die Sedimentschicht und in die Kreisstromschicht eingedüst wird, stammt aus dem oberen Bereich der Kreisstomschicht.
- Dem Diagramm liegt die Ausführungsvariante und die Ausfuhrungsart des Verfahrens gemäss Figur 11 zugrunde.
Die Achsen des Diagramms sind wie folgt beschrieben: t bezeichnet die Zeit¬ achse, h beschreibt die Höhe über dem Tankboden und k steht für die Sedi- mentkonzentration. Das Diagramm beinhaltet drei wichtige Bereiche. Erstens den Bereich 98, welcher die eigentliche Sedimentschicht beschreibt, zweitens den Bereich 97, welcher die Verhältnisse in der idealen Kreisstromschicht wiedergibt und drittens den Bereich 96, welcher die ruhende Schicht über der Kreisstromschicht beschreibt.
Da diese ruhende Schicht durch die ideale Scherfläche von der Kreisstrom¬ schicht abgeschirmt ist, d.h.im wesentlichen keine Massenströme diese Schicht verlassen oder in diese eintreten, wird sich auch mit der Zeit nichts am Sedi- mentkonzentrationsverlauf ändern. Die Flächen 90, welche eine Horizontal¬ fläche ist und die Sedimentkonzentration k an der Fluidoberfläche repräsen¬ tiert und die Räche 91, welche die Sedimentskonzentration k über der Höhe der ruhenden Schicht bis hin zur Scherfläche beschreibt, bleiben konstant, d.h. die Verläufe ändern mit der Zeit t nicht.
Die horizontale Räche 92 repräsentiert die Sedimetkonzentration in der Sche¬ rfläche. Die dazugehörige Höhe h ist gleich der Höhe der Scherfläche über dem Tankboden. Es ist ersichtlich, dass sich die Sedimenkonzentration k mit der Zeit in dieser Schicht ändert. Dies kommt davon, weü sich die Konzen- tration k in der Kreisstromschicht mit der Zeit durch das Auflösen der Sedim¬ entschicht stetig erhöht, was auch durch die Fläche 93 beschrieben wird, die die Konzentration k in der Kreisstromschicht über der Höhe derselben visuali- siert.
Die horizontale Räche 94 repräsentiert die Konzentration k in der Sediment¬ schicht. Die dazugehörige Höhe h nimmt mit der Zeit ab und ist gleich der mittleren Höhe der Sedimentschicht zum jeweiligen Zeitpunkt t. Das Ziel des Verfahrens ist, die verdickte Sedimentschicht aufzulösen. Dies wird nach einer gewissen Zeit t3 erreicht und die Flächen 94 und 95 verschwinden zu diesem Zeitpunkt.
Stammt das eingedüste Ruid, wie in Figur 20 beschrieben, aus der Kreis¬ stromschicht selber, so entsteht ein Massengleichgewicht in dieser sich bewe¬ genden Schicht, d.h. man kann von einem Umwälzvorgang sprechen. Wird Flüssigkeit von der über der Kreisstromschicht liegenden ruhenden Schicht durch die Lanzen und die darauf angebrachten Düsenreihen eingedüst, so muss, wird der Kreisstromschicht nicht wieder eine entsprechende Menge an Ruid kontinuierlich entnommen, ein Massenfluss in den Bereich über der Kreisstromschicht entstehen, welcher Massenfluss die Bildung einer ausge¬ prägten Scherfäche am oberen Rand der Kreisstromschicht erschweren kann.
Energetisch wird es von Vorteil sein, wenn die eingedüste Ruidmasse aus der Kreisstromschicht entnommen wird, da so die Kontinuitätsgleichung in der Kreisstromschicht erfüllt ist. Je dünner die zu erzeugende Kreisstromschicht ist, desto weniger Masse muss in Bewegung gebracht werden und desto weni- ger Energie wird dafür benötigt. Es ist also von Vorteil, die Kreisstromschicht, bspw. durch Heben und Senken des Tauchrohres zur Entnahme von einzudü- sendem Ruid so dünn als möglich auszubilden.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird nur so viel Masse wie nötig als Kreisstromschicht 5 in Bewegung gesetzt, nämlich soviel Rohölvolu¬ men, wie benötigt wird, um die vorhandene Sedimentmasse 3 darin auflösen zu können. Ein solches Minimalvolumen wird bestimmt vom maximalen Auf¬ nahmevermögen der eingedüsten Flüssigkeit an Sedimentmaterial. Mit Hilfe dieses Sättigungswertes kann das minimale Kreisstromschichtvolumen und damit, bei bekannter Gundfläche des Rohöltanks die Dicke welcher Schicht im Falle der besagten Kreisstromschichtumwälzung bestimmt werden. Da bei dieser Umwälzung Ruid z.B. aus dem oberen Bereich 6 der Kreisstromschicht 5 durch die Düsen 11 über, und/oder in die Sedimentschicht 3 eingedüst wird, verbleibt das aus der Sedimentschicht herausgelöste Material im wesentlichen in der Kreisstromschicht 5. Die Sedimentschicht 3 wird allmählich aufgelöst und die Konzentration des im Rohöl gelösten Sedimentmaterials steigt bis zum vollständigen Verschwinden der Sedimentschicht 3. Ist der Sättigungswert des Rohöls vorher erreicht, so wird sich die verbleibende Sedimentschicht 3 nicht mehr weiter auflösen.
Die Länge der Düsemeihen der Lanzen 10 entspricht im wesenthchen der Dicke der Kreisstromschicht 5, und kann dieser minimalen berechneten Dicke angepasst werden, indem Lanzen 10 mit entsprechend langen Düsemeihen eingesetzt werden. Um Spezialanfertigungen solcher Lanzen 10 zu umgehen, können die einzelnen Düsen 11 verschliessbar gestaltet werden, d.h. es werden die oben beschriebenen Mittel vorgesehen, die das Ausströmen von Rüssig¬ keit durch gezielt ausgewählte Düsen 11 verhindern. Es ist somit möglich, dass nur ein unterer, an die gewünschte Dicke der zu erzeugenden Kreisstrom- schicht angepasster Teil der Düsen 11 einer Düsenreihe aktiv ist, und der entsprechende obere Teil geschlossene oder gesperrte Düsen 11 aufweist. Die Lage der Ansaugstelle 21, kann mit Hilfe eines in der Höhe verstellbaren Tauchrohrs im Dach 4 des Tanks 1 ausgeführt und an die jeweiHge Dicke der Kreisstromschicht 5 angepasst werden.
Mögliche weitere Varianten der beschriebenen Varianten des erfindungsge¬ mässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtung sind beispiels- weise die folgenden:
Die Lanzen besitzen Düsen verschiedener radialer Ausrichtung, wobei die Ausrichtung jeder Düse die gegebenen Bedingungen zur Strömungsbil¬ dung erfüllt.
Die Lanzen können mit Verzweigungen gebaut werden.
Die Düsen sind an Druckschläuchen angeordnet und die Schläuche zur Halterung in Führungsrohren mit geschlitzten Austrittsfenstern für die Düsen eingeführt. Dies ermöglicht leichte Durchmesseranpassungen an die vorhandenen Stelzenöffnungen, während der die Düsen tragende Teil in Normgrösse gehalten werden kann. Dies verbilligt die Herstellung der Lanzen zusätzlich.
- Das Verfahren wird nicht zur Entfernung des Sedimentes sondern zur Verhinderung einer Sedimentation eingesetzt, dadurch, dass die Lanzen in vorhandene Stelzen montiert bleiben und periodisch Rüssigkeit daraus ausgestossen und die Strömung temporär aufgebaut wird. Das Diagramm in Figur 20 beschreibt ein System mit idealer Kreisstrom¬ schicht, d.h. mit einer ausgeprägt ausgebildeten Scherfläche. Es ist natürlich klar, dass in Wirklichkeit Schubspannungen in der Scherfläche aufgebaut werden und diese durch die innere Reibung im Fluid bis in die "ruhenden Schichten 6" weitergeleitet werden. In Wirklichkeit wird sich auch in den Schichten 6 ein Geschwindigkeitsprofil einstellen, d.h. die als ruhende Schich¬ ten 6 bezeichneten Ruidmassen werden sich auch leicht bewegen. Das Modell der idealen Kreisstromschicht wird jedoch in der Diskussion dieser Erfindung zum besseren Verständnis und zur Vereinfachung als Grundlage genommen.
Die hauptsächlichen Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens gegenüber dem Stande der Technik bestehen darin, dass die zu seiner DurcMührung not¬ wendige Vorrichtung ohne im Betrieb bewegte Teile unter der Rüssigkeits- Oberfläche auskommt. Im wesentlichen beinhaltet nur die Pumpe im Betrieb bewegte Teile. Es sind auch keine Vorkehrungen zur Rotation der Lanzen während des Verfahrens nötig. Die Lanzen sind sehr einfach in der Bauweise und dadurch kostengünstig und ohne grosse Präzision herstellbar (Toleranzen im mm-Bereich). Die Anlage kann aus billigem Material, z.B. Stahl-37 beste- hen. Wegen der Einfachheit der Bauweise sind die erfindungsgemässen Lan¬ zen vom Gewicht her viel leichter als Drehlanzen und dadurch einfacher in der Handhabung weniger anfällig auf mechanische Beschädigung z.B. bei der Montage, dem Transport oder der Lagerung. Die erfindungsgemässen Lanzen sind sehr einfach montierbar, sehr einfach im Betrieb und sie brauchen keine besondere Pflege.
Durch die weitgehende Vermeidung unnötiger Verwirbelung, was man bei
Drehlanzen allerdings bis heute als vorteilhaft erachtet, kann erheblich Pump- Energie gespart werden, was sich in leichteren mobilen und billigeren Ein- heiten von Pumpen, Motoren und sonstigen Equipments zeigt; dazu kommen noch die weniger gewichtigen Lanzen, was die Mobilität unterstützt. Ferner ist es klar, dass bei diesen Anordnungen, sei es die Vorrichtung (Lanze), sei es das Verfahren (Düsenausrichtung), keine Präzision erforderlich ist. Die ganze Technik ist eine rundum robuste und umfasst, wie schon gesagt, kostengün¬ stige Lanzen und eine sehr einfache Arbeitsweise des Verfahrens zur Erzie¬ lung des gewünschten Effektes.
Vorteilhaft ist auch, dass man den Tank nicht entleeren muss. Sobald eine grossere Sedimentschicht festgestellt wird, kann man die Lanzen bei gegebe¬ nem Rüssigkeitspegel installieren und die Strömung generieren. Währenddes¬ sen bleibt der Tank voll operativ, man kann weiter Rohöl zu- oder abführen. Durch das relativ leichtgewichtige Equipment und die Möglichkeit des Einsat- zes von genormten, d.h. von vielen identischen Lanzen für verschiedene An¬ lagen, ist das System sehr anpassungsfähig, was sich z.B. darin äussert, dass Lanzen von verschiedenen Anlagen miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden können. Sehr vorteilhaft ist auch die Tatsache, dass das Verfahren auch ohne eine komplizierte und teure Steuerung oder Regelung bestens funktionieren kann.
Das erfindungsgemasse Verfahren, um in verdicktem Rohöl bzw. aus dessen schlammigen bis kompakten Sedimenten in Behältern, in denen Rohöl gela- gert und/oder transportiert werden, gebundenes Rohöl zurückzugewinnen, in¬ dem das Sediment mit Rohöl oder Raffinerieprodukten als Lösungsmittel behandelt und mindestens teilweise verflüssigt und zurückgelöst wird, wobei das Lösungsmittel aus Düsen ausgepresst wird, um eine Strömung auszubil¬ den, welche das Sediment erodiert und soweit auflöst, als es auflösbar ist, zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, dass eine Vielzahl zielgerichtete aus Lösungsmittel bestehende Flüssigkeitsstrahlen aus feststehenden und ent¬ sprechend fix ausgerichteten Düsen erzeugt werden, welche Düsen so ausge¬ richtet sind, dass die Rüssigkeitsstrahlen das umliegende Medium abschnitts¬ weise in eine gemeinsame Richtung antreiben und in Bewegung setzen und sich mit diesem zu einer gemeinsamen Strömung vereinigen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus einem Hohlkörper, einem Anschluss zur Einführung einer Rüssigkeit und weist für den Austritt dieser Rüssigkeit Düsen auf, durch die die Rüssigkeit unter Druck ausstossbar ist, wobei über einen Teil ihrer Länge eine Mehrzahl von im Abstand radial fest angeordneten Düsen vorgesehen sind und dass diese Düsen derart ausrichtbar oder ausgerichtet sind, dass sich damit, minde¬ stens ein Teil davon gemeinsam, im wesentlichen parallel zueinandergeord- nete Flüssigkeitsstrahlen erzeugen lassen.
Eine Anordnung von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens in ei¬ nem Behälter ist erfindungsgemäss derart, dass je eine Mehrzahl von Düsen auf je einer Strömungslinie eines Strömungslinienpaares (Sj/Sa) des zu erzeu¬ genden oder erzeugten Rüssigkeitsstromes in Paaren positioniert ist und dass sie derart ausgerichtet sind, dass die horizontale, radiale Komponente (Rr) der Einspritzrichtung der Düsen auf jeder der beiden Strömungslinien in spitzem Winkel gegeneinander und zwischen ein stromabwärts folgendes Dü- senpaar gerichtet sind, wobei die Flüssigkeitsstrahlen das umliegende Medium in eine gemeinsame Richtung antreiben und sich mit diesem zu einer gemein¬ samen Strömung vereinigen können und dass eine oder mehrere Pumpen an die Lanzen angeschlossen sind und diese mit Rüssigkeit versorgen, und dass ein oder mehrere Tauchrohre zur Versorgung der Pumpe/n mit Rüssigkeit so angeordnet sind, dass sie mit der Ansaugseite in die zur Strömung vorgese- hene Schicht ragen oder dass Anschlüsse zum Ansaugen von Flüssigkeit aus¬ serhalb der genannten Schicht vorgesehen sind.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E
Verfahren, um in verdicktem Rohöl bzw. aus dessen schlammigen bis kompakten Sedimenten in Behältern, in denen Rohöl gelagert und/- oder transportiert werden, gebundenes Rohöl zurückzugewinnen, in¬ dem das Sediment mit Rohöl oder Raffinerieprodukten als Lösungs¬ mittel behandelt und mindestens teilweise verflüssigt und zurückge- 5 löst wird, wobei das Lösungsmittel aus Düsen ausgepresst wird, um eine Strömung auszubilden, welche das Sediment erodiert und soweit auflöst, als es auflösbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Viel¬ zahl zielgerichtete aus Lösungsmittel bestehende Rüssigkeitsstrahlen aus feststehenden und entsprechend fix ausgerichteten Düsen erzeugt 10 werden, welche Düsen so ausgerichtet sind, dass die Rüssigkeitsstrah¬ len das umliegende Medium abschnittsweise in eine gemeinsame Richtung antreiben und in Bewegung setzen und sich mit diesem zu einer gemeinsamen Strömung vereinigen.
15
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rüssigkeit über der Sedimentschicht (3) ein im wesentlichen hori¬ zontal strömender Rüssigkeitsstrom erzeugt wird, indem die einzu¬ spritzende Rüssigkeit aus einer Mehrzahl von Düsen (11), die strö- 20 mungsmässig gleichsinnig angeordnet sind, in das über dem Sediment (3) stehende Rohöl (2) eingedüst wird, wobei die Einspritzrichtung (R) aller Düsen in gleichsinniger Strömungsrichtung im wesentlichen horizontal oder leicht gegen den Behälterboden gerichtet ist und eine horizontale, zum Behälterradius tangentiale Komponente (Rt) auf- 25 weist, die tangential zu einer Strömungslinie des Rüssigkeitsstromes und in Strömungsrichtung ausgerichtet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 5 über der Sedimentschicht (3) ein im wesentlichen horizontaler, mehr oder weniger in sich geschlossener Flüssigkeitsstrom erzeugt wird, da¬ durch dass die Rüssigkeit aus einer Mehrzahl von Düsen (11), die über der Sedimentoberfläche angeordnet sind, in das über dem Sedi¬ ment (3) stehende Rohöl (2) eingespritzt wird, wobei die Ein- 10 Spritzrichtung (R) aller Düsen in einem Winkel von 0 bis 10 grad gegen die Senkrechte nach unten gerichtet ist und eine horizontale, tangentiale Komponente (Rt) aufweist, die tangential zu einer Strö¬ mungslinie des Flüssigkeitsstromes und in Strömungsrichtung ausge¬ richtet ist. 15
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Einspritzrichtung mindestens eines Teils der Düsen auch eine hori¬ zontale, radiale Komponente (Rr) hat, die kleiner ist als die horizon- 20 tale tangentiale Komponente (Rt).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich¬ net, dass durch eine Mehrzahl entsprechend positionierter Ausfluss- 25 stellen eine in sich geschlossene, im wesentlichen horizontale Rüs- sigkeitsströmung in Form eines Kreisstrom um eine Strömungszen¬ trum (34) erzeugt wird.
30 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine vor¬ bestimmte Schicht in der Flüssigkeitssäule des Behälters zu einem Kreisstrom angeregt wird, der zu anderen Abschnitten bzw. Schichten eine Scherfläche ausbildet derart, dass diese anderen Abschnitte keinen wesentlichen Strömungseinfluss erfahren und ihrerseits zu strömen beginnen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich¬ net, dass die die Strömung antreibende Rüssigkeit aus der Schicht 10 mit dem Kreisstrom entnommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Rüssigkeit Rohöl oder ein Raffinerieprodukt ist und 15 eine gleiche oder kleinere Konzentration an höhermolekularen Be¬ standteilen aufweist als das über dem Sediment (3) stehende Rohöl.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An- 20
Sprüche 1 bis 8, welche Vorrichtung im wesentlichen ein Hohlkörper ist, einen Anschluss zur Einführung einer Flüssigkeit und für den Austritt dieser Rüssigkeit Düsen (11) aufweist, durch die die Rüssig¬ keit unter Druck ausstossbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Teil ihrer Länge eine Mehrzahl von im Abstand radial fest 25 angeordneten Düsen (11) vorgesehen sind und dass diese Düsen (11) derart ausrichtbar oder ausgerichtet sind, dass sich damit, mindestens ein Teil davon gemeinsam, im wesentlichen parallel zueinandergeord- nete Rüssigkeitsstrahlen erzeugen lassen.
30 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Düsen (11) eine Vorrichtung zum Verändern der Ausstossrichtung aufweisen und an im wesentlichen senkrecht in den Behälter ein¬ führbaren, hohlen, röhrenförmigen, die Rüssigkeit führenden Lanzen (10) angeordnet sind. 5
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrecht stehende, auf dem Behälterboden zugeordneten Teil ruhende Vorrichtung eine Austrittsrichtung (R) jeder Düse (11) auf- 10 weist, die horizontal oder im Winkel (α) nach unten ausrichtbar ist und senkrecht zu einer Rüssigkeitsoberfläche in dieser eine horizon¬ tale, tangentiale Komponente (Rt) bewirkt, die tangential zu einer Strömungslinie des anzutreibenden Flüssigkeitsstromes und in Strö¬ mungsrichtung ausgerichtet ist und grösser ist als eine horizontale, 15 radiale Komponente (Rr).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Lanzen (10) an ihrem dem Behälterboden zuge- 20 ordneten Ende der Länge nach verteilt, mindestens eine Reihe von im Abstand zueinander angeordneten Düsen (11) aufweisen, welche Anordnung von Düsen sich über eine Länge 2 und 5 Metern erstreckt, sodass ein Teil der Düsen (11) bei auf dem Behälterboden aufgesetzten Lanze oberhalb der Sedimentoberfläche positionierbar 25 ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass den Lanzen eine Führung (22) zugeordnet ist, die 30 mindestens im Austrittsbereich der Düsen geschlitzt ist, in welche Führung die Lanzen (10) angeordnet sind und über diese Führung um ihre Längsachse zur Ausrichtung der Düsen im Behälter dreh- und einstellbar sind.
5
14. Anordnung von Vorrichtungen gemäss den Ansprüchen 9 bis 13 in einem Behälter derart, dass je eine Mehrzahl von Düsen (11) auf je einer Strömungslinie eines Strömungslinienpaares (S;/Sa) des zu erzeugenden oder erzeugten Rüssigkeitsstromes in Paaren positio- 10 niert ist und dass sie derart ausgerichtet sind, dass die horizontale, radiale Komponente (Rr) der Einspritzrichtung der Düsen auf jeder der beiden Strömuπgslinien in spitzem Winkel gegeneinander und zwischen ein stromabwärts folgendes Düsenpaar gerichtet sind, wobei die Rüssigkeitsstrahlen das umliegende Medium in eine gemeinsame 15 Richtung antreiben und sich mit diesem zu einer gemeinsamen Strö¬ mung vereinigen können und dass eine oder mehrere Pumpen an die Lanzen angeschlossen sind und diese mit Flüssigkeit versorgen, und dass ein oder mehrere Tauchrohre zur Versorgung der Pumpe/n mit Flüssigkeit so angeordnet sind, dass sie mit der Ansaugseite in die 20 zur Strömung vorgesehene Schicht ragen oder dass Anschlüsse zum Ansaugen von Rüssigkeit ausserhalb der genannten Schicht vorgese¬ hen sind.
25
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