NO319785B1 - Apparat og fremgangsmate for koalisering av draper - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et apparat og en fremgangsmåte for koalesering av dråper av én fase av et fluid som omfatter to eller flere faser, ifølge kravirmledningene.

Det har vært observert at for et betydelig antall prosesser som genererer en tofase-avfallsstrøm vil effektiviteten av væskebehandlingsanlegget ikke lenger gi det ønskede nivå av fasefjerning. Dette kan for eksempel være på grunn av mating som inneholder forholdsvis betydelige volumer av minoritetsfasen i form av små dråper (for eksempel typisk i størrelsesorden 10 / im eller mindre). Disse dråpene danner en utfordring for standard faseseparasjonsanordninger som er vanlig brukt.

Kjemiske klumpdannere, nedstrømskummende hjelpekar, sentrifuger, medie-filtre og membraner har alle vært vurdert som potensielle hjelpemekanismer til å ta vare på problemene med små dråper.

I mange tilfeller er kostnadene eller rommet som er nødvendig for å utnytte slike teknologier begrenset. Hvis små dråper kan koaleseres eller vokse til en større størrelse, ville det eksisterende utstyr virke på en mer effektiv måte.

US 3 810 832 beskriver et koaleseringsapparat i hvilket langstrakte filamenter av polypropylen er anordnet på tvers av strømmen av blandingen. Blandingen må passere over filamentene av polypropylen, som derfor motvirker strømmen. US 4 299 699 beskriver et kombinert koaleserings-/filtreringsapparat, i hvilket langstrakte strenger av garn danner en sylindrisk sammensetning. Olje-i-vann suspensjonen må passere fra utsiden til innsiden av den sylindriske enhet, og må derfor passere perpendikulært til strengene, hvilket vesentlig motvirker strømmen. US 4 640 781 beskriver et apparat for å koalesere små dråper olje i en olje/vann-emulsjon.

Det er et mål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe et apparat og en fremgangsmåte i hvilken dråpene i en tofaset væskematningsstrøm kan bli koalesert til større størrelse, dette oppnås med apparatet og fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse som definert med de i kravene anførte trekk.

Ifølge et første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det frembrakt et apparat for koalesering av små dråper av én fase fra en væske bestående av to eller flere faser, hvor apparatet omfatter et kammer, et koaleseringsmedium bestående av et antall i hovedsak langstrakte deler som hver har et overflateareal, en anordning for å feste det nevnte koaleseringsmedium inne i kammeret, et innløp til kammeret og et utløp fra kammeret, hvor innløpet og utløpet er plassert slik at væsken som strømmer fra innløpet til utløpet strømmer i en strømningsretning i kontakt med overflatearealet av det nevnte koaleseringsmedium, hvor de langstrakte deler strekker seg i hovedsak i strømnings-retningen. De longitudinale deler er ikke nødvendigvis perfekt rette, og kan være rynket, brettet, tvinnet eller uregelmessig deformert, men de strekker seg i en retning som er i hovedsak parallell med strømningsretningen, slik at væske strømmer langs de longitudinale deler i kontakt med overflatearealet av koaleseringsmediet.

Koaleseringsmediet har stort overflateareal per volumenhet og omfatter flere langstrakte deler i form av fibere. Fibere kan være i hovedsak gjensidig innrettet. Fibrene er naturlige, menneskerfemstilte eller plastisk materiale. Fibrene kan være polypropylen, metalltråd, dyrehår, polyetylen, polyester eller glassull. Koaleseringsmediet består av én eller flere polypropylentau. Andre former av fibere er imidlertid mulig, som beskrevet nedenfor: Fibrene kan være fremstilt i forskjellige tverrsnittsformer i henhold til fluid-komponentene og den ytelse som er nødvendig.

Fibrene kan være enten regelmessige eller uregelmessige i dimensjoner, og med en fast, hul eller åpen struktur.

Fibrene kan være utformet ved spinning, veving, ekstrudering, støping eller cellevekst som i dyre- eller planteprodukter.

Fibrene kan være overflatemodifisert ved glatting, ruing, kjemisk belegg, utfallsdeponering eller andre vanlig tilgjengelige teknikker for spesifikke anvendelser.

Fibrene kan være installert som separate fibere eller som grupper eller bunter i enkle eller flettede grupper for å øke slyngingen av fluidstrømningsbanen.

Fibrene kan behandles mekanisk, termisk, kjemisk eller ved en kombinasjon av behandlinger for å frembringe en bølge eller en virvel over fiberens lengde for å øke fluidstrømbanens slyngninger. Fibrene kan ha større eller mindre densitet enn de strømmende fluidene.

Fibrene kan velges til å reagere på en naturlig forekommende eller kunstig

inngangskomponent av flytende fluider for å fremme en endring i fiberegenskapene. Egenskapsendringene kan omfatte, men er ikke begrenset til, en dimensjonal endring på grunn av svelling eller krymping, en reduksjon eller økning i stivheten eller en endring i den interfasiale spenning mellom fluidene og fibrene.

Kammeret omfatter et tilnærmet rett rør som har en første ende og en annen ende, hvor utløpet er anordnet ved den første ende og et aksessdeksel er anordnet på den andre enden. Aksessdekselet er fjernbart for å tillate aksess til koaleseringsmediet. Kammeret omfatter et grenrør festet til et mellomliggende punkt på røret, hvor innløpet er anordnet på den frie enden av grenrøret.

Anvendelse av oppfinnelsen er ikke begrenset til strømningssystemer i hvilke karet, røret eller ledningen er fullstendig fylt med de kontinuerlige og dispergerte faser.

Apparatet omfatter videre en holderdel til hvilken koaleseringsmediet er festet. Avhengig av anordningen av innløpet og utløpet, kan koaleseringsmediet omfatte fibere festet til et enkelt punkt eller flere punkter på holderdelen. Flerpunktene kan være plassert i et plan på tvers av strømningsretningen eller i et plan parallelt med strømningsretaingen. Passende festeanordninger er åpninger i holderdelen, gjengete klemmer, klemmeringer og kroker eller sløyfer på holderdelen. Fibrene kan være båndet til holderdelen ved klebemiddel eller ved smeltebånding.

Festeanordningen for fibrene kan omfatte en perimeterskjede med hvilken fibrene er plassert for å fremme letthet av innsetting og uttrekning fra det strømmende medium eller system.

Festeanordningen kan omfatte beskyttende puter eller skjermer for å hindre abrasjonsskade på fibrene på grunn av grus i fluidstrømmen.

Holderdelen er tilpasset til å bli fjernbart engasjert med det nevnte kammer. Det indre av kammeret har en skulder tilpasset for anlegg mot holderdelen. Aksessdekselet er tilpasset til å holde holderdelen mot skulderen når aksessdekselet er festet til røret. Holderdelen har én eller flere åpninger for å feste koaleseringsmediiet til holderdelen.

Ifølge et annet aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det anordnet en fremgangsmåte for koalesering av dråper av en fase fra en væske som består av to eller flere faser, i hvilken væsken blir forårsaket til å strømme gjennom et kammer i hvilket er festet et koaleseringsmedium som har et overflateareal, slik at væskeformen i kontakt med det nevnte overflateareal av koaleseringsmediet og dråpene av en fase av den nevnte væske koaleserer på overflatearealet. Fremgangsmåten bruker et apparat ifølge det første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse.

Den foreliggende oppfinnelse frembringer en enkelt prosessenhet som enten kan legges til et prosesseirngssystem når systemet konstrueres eller blir montert senere i et eksisterende prosessystem for å øke effektiviteten og/eller levetiden av prosessystemet. Koalesereren benytter ytterligere overflateareal inne i røret til å hjelpe minoritetsfase-dråpene til å koalesere.

Apparatet ifølge oppfinnelsen har en lengde av rør utstyrt ved hver ende med en trykkforseglbar fitting (for eksempel en flensplate, som kan festes på røret ved sveising, skrugjenge osv.). Ved én ende av røret er det en "T"-seksjon påmontert, med en annen trykkforseglbar fitting (for eksempel en flensplate, igjen festet ved sveising, skrugjenge osv.). Den trykkforseglbare fitting på røret nærmest "T"-seksjonen er avblanket, og virker som en service- og inspeksjonsaksesspunkt for koaleseringsholderen og mediet.

Koaleseringsmediene strekker seg inne i røret gjennom lengden av enheten, og blir holdt av en holder. Medieholderen kan være av en skivetypekonstruksjon, og kan ha et antall borehull gjennom den for å tillate festing av mediene. Holderen er konstruert av rustfritt stål eller annet egnet materiale som ikke vil være utsatt for korrosjon eller slitasje i det miljø under hvilket oppfinnelsen vil operere. Medieholderen er festet på plass med en passende anordning, for eksempel ved klemming mellom skuldrene på røret og skrue-fittingen på dekkpluggen, eller ved at holderen holdes i røret med en sveiset skulder og holdes på plass av fluidstrømmen rundt mediet. Man kan se at koaleseringsmediene ville være laget av fiberformrfemstilt eller naturlig materiale så som polpropylenrep, metalltråd, dyrehår, polyetylen, polyester eller glassull.

For å sikre at koaleseringsmediene er korrekt for ansamlingen og således koaleseringen av minoritetsfasen, vil denne oppfinnelsen tillate koaleseringsmediene å være fullt utskiftbart. Størrelsen og den dimensjonale form av koalesereren vil være avhengig av strørnlcarakteristikkene for det fluid som strømmer gjennom apparatet, så som Reynolds tall, fluidtype, dispergert fasestørrelse, ønsket nivå av dispergert fasekoalesens, ønsket eller tillatt systemtrykkfall, systemtemperatur, strømvolum og vekt- og romrestirksjoner. For eksempel, hvis et høyt Reynolds-tall er nødvendig, er et mindre effektivt tverrsnittsareal nødvendig for den samme strømmen. I tilfelle et kammer utformet av et rør, ville dette være oppnådd ved enten å redusere rørdiameteren, eller ved å øke tverrsnittsarealet som er okkupert av koaleseringsmediet. Røret kan typisk være mellom 10 mm og 100 mm i diameter, skjønt større rør kan brukes.

En utførelse av oppfinnelsen beskrives eksempelvis med henvisning til tegningen, hvor figur 1 viser et skjematisk perspektivriss av et apparat ifølge én utførelse av oppfinnelsen, som indikerer plasseringen av de trykkforseglbare fittinger, med et delvis utsnittsriss som viser koaleseringsmediet inne i røret, figur 2 viser et longitudinalt tverrsnitt av apparatet på figur 1, og indikerer konstruksjonen av medieholderen og den utstrekning at koaleseringsmediet strekker seg gjennom enheten, figur 3 viser en detalj på holderplaten av apparatet på figur 1, figur 4 viser en detalj av et alternativ til holderplaten på figur 1, i hvilken koaliseringsmediet blir festet til holderpinnen, og figurene 5 til 7 viser grafiske bilder av resultatene av test utført ved bruk av apparatet på figur 1 og viser prosentgevinst i oljedråpediameter for forskjellige koaleseringsmediefibre.

Med henvisning til figurene 1 til 4, omfatter koalesereren 10 et rør 1 av passende diameter for å tillate de nødvendige strømningskarakteristikker. Typisk har koalesereren ifølge eksemplet en intern diameter på 100 mm og en lengde på 2 meter. Røret 1 har et indre et innløp 21 ved enden av innløpsgrenen 20, som er forbundet med røret nær en første ende av røret. Ved den andre ende av røret er det et utløp 22.

Røret 1 er montert i prosessystem/toget ved bruk av trykkforseglbare fittings 23, 24 som hver omfatter flenser utstyrt med åpninger 25 for boltede forbindelser.

Inne i røret 1 er koaleseringsmediene 5, som er understøttet ved én ende ved bare en medieholderplate 4. Mediene 5 kan være bunter 16 av fibrene 30 festet gjennom åpninger 11 i medieholderplaten 4 ved hjelp av en knute 8, som vist i detalj på figur 3. Fibrene 30 er så fri til å strekke seg langs det indre av røret mot den andre ende under påvirkning av væsker som flyter langs røret mot utløpet 22. Alternativt kan fibrene 30 være en enkelt bunt 17 av individuelle fibere foldet rundt en medieholderpinne 14, og festet til pinnen 14 ved en forbindelse 18 som går rundt den foldede bunt 17.

Tilgang til koaleseringsmedieholderen 4, 14 og mediene 5 er oppnådd via inspeksjons- og vedlikeholdsaksesspunktet 3. Medieholderen 4, 14 kan være festet på plass ved passende anordninger. I det viste eksempel på figur 2 blir medieholderplaten 4 holdt av klemmeaksjonen av en gjenget dekkplate 6 mot en skulder 7 utformet inne i røret 1.

Koaleseringsmediet 5 er festet til medieholder 4, 14 ved hvilken som helst egnet fremgangsmåte, avhengig av de medier som blir brukt. Hvis polypropylentau er brukt for medier 5, er forbindelsen oppnådd ved hjelp av knuter 8 bundet på endene, som vist på figur 2. De individuelle tau eller strenger 9 av tau er passert gjennom utformede åpninger 11 i medieholderplaten 4, slik at knutene hindrer tauene fra å bli frakoplet fra medieholderplaten 4. Tauene kan alternativt være festet ved klemmer, liv eller termisk smelting, som vil være åpenbart for fagfolk i teknikken. Mediene 5 kan være utstyrt med en hylse (ikke vist) som omgir fibrene nærmest holderplaten 4 for å beskytte fibrene 30 under innsetting av mediene i røret. Mediene 5 kan være utstyrt med beskyttelsesputer eller skjermer (ikke vist) rundt festepunktene for holderplaten 4, for å hindre abrasjonsskade på fibrene 30 på grunn av grus i fluidstrømmen.

I bruk entrer den tofasete væsken apparatet gjennom innløpet 21 og passerer langs røret 1. De store fibere 30 i koaleseringsmediet 5 betyr at det er et stort overflateareal av mediet i kontakt med fluidet mens det passerer langs røret 1 til utløpet 25, som bevirker dannelsen og vekst av små dråper av minoritetsfasen på fibrene 30.

Når koaleseringsmediet 5 trenger å utskiftes, skrues platen 6 av, medieholderen 4, 14 kan fjernes og et nytt medium 5 festes til holderen 4,14. Alternativt kan en ny komplett enhet omfattende en holder 4, 14 med medier formontert brukes. Holderen 4,14 blir så satt inn i røret 1, og dekkplaten 6 skrues på.

Oppfinnelsen tilbyr betydelige fordeler over koaleserere ifølge tidligere teknikk. Siden fibrene 30 er orientert i strømningsretningen, skapes det en redusert strømnings-motstand. Den eneste motstand mot strømning oppstår fra skjæringsspenningene mellom væsken og fibrene. Dette er av spesiell viktighet når apparatet ifølge oppfinnelsen brukes i et lavtrykksprosessystem. Tester har vist at trykkfall over koalesereren ifølge oppfinnelsen på mindre enn 1,0 bar kan oppnås. Dette sammenliknes med et trykkfall på 1,8 bar når man bruker den hydrosyklonkoaleserer ifølge tidligere teknikk. Apparatet ifølge oppfinnelsen kan virke vel under et område av strømningsforhold, koaleseringsdråper på mindre enn 10 mikrondiameter med strømningsforhold som varierer fra Re (Reynolds tall) 30 000 til 100 000. Tester viser at hvis oppfinnelsen brukes med en hydrosyklon kan effektiviteten av hydrosyklonen forbedres fra 30 % til 90 % for små dråpestørrelser.

Koalesereren ifølge oppfinnelsen kan lett bli ettermontert. Den har en lav kostnad, siden lavkostnadsfibre så som polypropylen, nylon, hamp, bomull og hår kan brukes for koaleseringsfibrene. De beste resultater har vært oppnådd ved polypropylen i form av tau, mopp eller båndtype strenger så som Sorbaine (TM).

Koaleseringsapparatet ifølge oppfinnelsen brukes til å danne større dråper av minoritetsfasen i fluidstrømmen. Effektiviteten kan måles ved en økning i dråpestørrelsen som oppnås. Større dråper kan bli atskilt mer effektivt ved en syklon, slik at passeringen av en fluidstrøm gjennom et koaleseringsapparat ifølge oppfinnelsen før det passerer fluidstrømmen til en syklon eller annen separasjonsanordning forbedrer effektiviteten av separasjonsanordningen.

Tester har vært utført for å måle virkningen av dråpestørrelsen av forskjellige koaleseringsmedier. Resultatene, ved bruk av vann og olje ved 50°C i et testapparat i likhet med det som er vist på figurene 1 og 2, er vist på figurene 5 til 7. Sorbaine (TM) er en egen polypropylenfiber i båndform. Figur 5 viser at under høye strømningsforhold (Reynolds tall 50 000), oppnådde polypropylen mopp (en slynget polypropylenfiber) og hampstreng en vekst i oljedråpestørrelsen på mer enn 40 %. Figur 5 viser at under midlere strømningsforhold (Reynolds tall 30 000), oppnådde polypropylenmopp og Sorbaine begge vekst i oljedråpestørrelsen på mer enn 40 %. Figur 7 viser at under lave strømningsforhold (Reynolds tall 15 000) oppnådde Sorbaine en vekst i oljedråpe-størrelsen på mer enn 40 %,

Claims (11)

1. Apparat for koalesering av dråper av én fase av et fluid som omfatter to eller flere faser, hvor apparatet omfatter et kammer (1), et koaleseringsmedium (5) bestående av flere i det vesentlige langstrakte deler (30) som hver har et overflateareal, en holderdel (4,14) til hvilket koaleseringsmediet (5) er festet, et innløp (21) til kammeret og et utløp (22) fra kammeret, hvor innløpet og utløpet er plassert slik at fluid som strømmer fra innløpet (21) til utløpet (22) strømmer i en strømningsretning i kontakt med overflatearealet på koaleseringsmediet, hvor de langstrakte delene (30) strekker seg i det vesentlige i strømningsretningen, hvor kammeret er utformet av et i vesentlige rett rør som har en første og en annen ende og utløpet (22) er anordnet ved den første enden, karakterisert ved at et grenrør er anordnet mellom rørets første og andre ender, at et aksessdeksel (6) er anordnet ved den andre enden, at innløpet (21) er anordnet ved grenrørets frie ende, og at aksessdekselet er innrettet til å tillate fjerning og utskifting av holderdelen (4, 14) og koaleseringsmediet (5).

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at kammerets indre har en skulder (7) som er innrettet for anlegg mot holderdelen.

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at aksessdekselet (6) er tilpasset for å holde holderdelen (4,14) mot skulderen (7) når aksessdekselet (6) er festet til røret (1).

4. Apparat ifølge foregående krav, karakterisert ved at holderdelen (4) har én eller flere åpninger (11) for å feste koaleseringsmediet (5) til holderdelen (4).

5. Apparat ifølge foregående krav, karakterisert ved at de langstrakte delene er i det vesentlige ensartet innrettede fibere (30).

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at koaleseringsmediet (5) omfatter bånd-liknende fibre.

7. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at fibrene (30) er valgt fra gruppen av materialer omfattende polypropylen, metallwire, dyrehår, polyetylen, polyester og glassull.

8. Apparat ifølge krav 1-6, karakterisert ved at koaleseringsmediet (5) omfatter ett eller flere polypropylenrep.

9. Fremgangsmåte for å koalesere dråper av én fase fra et fluid omfattende to eller flere faser ved bruk av apparatet ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at fluidet bringes til å strømme i en strømningsretning gjennom kammeret (1), idet hver i det vesentlige langstrakte del (30) er i det vesentlige innrettet i strømningsretningen, slik at fluidet strømmer i kontakt med overflatearealet av det nevnte koaleseringsmedium (5) og dråpene av en første fase av det fluidet koaleserer på overflatearealet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at fluidet er en væske.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at fluidet er en blanding av vann og olje, og at den første fasen er olje.