專利名稱：用于分離多相流體的方法和設(shè)備及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于預(yù)分離液-液相和/或液-氣相和/或氣-液相的多相流體 的方法和設(shè)備，其中這些相中的一個或多個相懸浮于水中，水中具有尺寸在亞微米級和微 米級范圍內(nèi)的氣泡/液滴/顆粒，和/或細小的特定有機物或無機物存在于這些相的一個 或多個相中，并且一裝置被放置在旋流器或浮選槽中或與旋流器或浮選槽連接。本發(fā)明還涉及該設(shè)備的應(yīng)用。更具體地，本發(fā)明涉及一種一體裝置，該一體裝置用于聚集小液滴，由此通過改 變多相流的凈重而增大液體的液滴尺寸，以及以同樣的方式聚集小氣體氣泡，由此增大在 氣_液流或液_氣流中氣體氣泡的尺寸。本發(fā)明還涉及一種注入微氣泡尺寸的空氣/氣體或者空氣/氣體壓力飽和的液體 或者上述的組合的方法，以便在液流使空氣氣體依附于污染物，其中所述方法在用于處理 連續(xù)液流的浮選或旋流工藝過程中或之前預(yù)分離所添加的微氣泡及貼附的污染物。本發(fā)明還涉及結(jié)合于普通的旋流器或者浮選工藝過程中或之前或者它們的組合 的裝置的應(yīng)用，這通過隨后的獨立和從屬權(quán)利要求而顯而易見。本發(fā)明涉及與分離多相流有關(guān)的技術(shù)，其中，不同相具有不同的重量。特別地，本 發(fā)明涉及從來自石油工業(yè)的采出水中分離出油、水和氣體，而且本發(fā)明還涉及以同樣的方 式從通常的污水和飲用水中分離出有機污染物或無機污染物。本發(fā)明還涉及將多相的液_液流中的相同相的小液體滴聚合成相同相的大滴。本發(fā)明還涉及將液相中的微米級或亞微米級氣體氣泡聚合成較大的氣體氣泡，并 且其中亞微米級和微米級氣泡已貼附于液相中的顆粒和/或疏水的和/或疏油的污染物。術(shù)語“微米”級氣泡是指等于或大于1微米(即，大于Iym)尺寸范圍內(nèi)的氣泡和 顆粒，特別是在1-1000微米的范圍內(nèi)，而術(shù)語“亞微米級”級表示粒子尺寸低于1微米的氣 泡和顆粒。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，有許多不同的水力旋流器用于分離具有不同比重的組分。最大的共同特征 在于多相液體沿切向進入旋流器的圓形腔中進行處理，在圓形腔室中，在中心處開口的圓 筒有助于多相液體的高旋轉(zhuǎn)速度，以使得離心力將具有最高比重的顆?；蛞后w分離到腔的 外壁，而較輕的液體/氣體被牽拉到圓筒中心。在圓筒下方形成渦流，在該處，具有低重量的相積聚并且被牽拉到圓筒中，而較重 的相沿著外壁并被處理到旋流器底部處的出口中。聚集在中心圓筒下方的渦流中的輕相在 圓筒內(nèi)部上升，并且如果該相要被分離出則作為放棄物(reject)而排出。如果例如比所保 持的凈重大的顆?；蛞后w是污染物，則放棄物停留于旋流器的底部出口，而干凈的相在旋 流器的入口腔中的中心圓筒中上升。已知的是，由于凈重差，ASG(Delta比重)，多相流中分離的適用性在離心力的影 響下與被分離的不同相中的一個相的液滴尺寸大約呈對數(shù)比例。對于相等效率的分離來說，Δ SG越小，所必需的液滴尺寸越大。在相反的情況下，當流中的不同相具有較大的ASG時，較小的顆粒/液滴可利用相同的離心力進行分離。因此，對于浮選，期望亞微米級空氣/氣體氣泡用于將這些氣泡附加到液體中的 污染物上，以使得污染物可達到低的凈重。已知的是，通過使空氣/氣體在壓力作用下在液 體(水)中飽和，氧氣/氣體將隨著壓力的釋放而膨脹為亞微米級尺寸的氧氣/空氣的氣 泡。這還可通過使用多相泵來實現(xiàn)，其中在泵的壓力側(cè)具有4-8bar壓力以及在抽吸側(cè)噴射 氣體/空氣。還已知的是，這些泵將空氣擠壓到大約30微米的氣泡尺寸，以及壓力和擠壓 的組合產(chǎn)生所謂的白色水(white water)，其中亞微米級氣體氣泡在液體中飽和，通過壓力 釋放，在液體中飽和的氣體氣泡典型地膨脹到尺寸為1-5微米的氣體氣泡。已知的是，在浮選旋流器中氣體氣泡貼附于污染物以便實現(xiàn)凈重差的情況下，浮 選旋流器中的有效分離取決于氣泡尺寸。較大量的較小氣泡具有較大的碰撞污染物的機 會，并且隨后貼附于污染物上。如果工藝過程為其提供足夠的時間，小的氣泡分離得較慢， 但具有較大的碰撞污染物的機會。已知的是，氣體氣泡可通過附著而結(jié)合至油滴，其中相對弱地結(jié)合至油滴，或如果 油滴包裹氣體氣泡，則這種結(jié)合明顯較強。已知的是，附著是已知的浮選工藝中占最主要地位，然后，氣體氣泡將移除具有其 自身大小的油滴或較大的油滴。還已知的是，在已知的浮選技術(shù)中使用微氣泡浮選意味著需要的時間是在浮選槽 中用于氣泡貼附于污染物而上升到撇油器(skimmer) /分離區(qū)域所花費時間的大約3倍。還 已知的是，對于空氣/氣體的30-200微米的氣泡尺寸，在常規(guī)的浮選技術(shù)中，每處理IOOm3/ t水需要具有表面為IOm2且高度大于2. 6m的槽。這使得在浮選槽的底部處的干凈水側(cè)上 不會拖曳出空氣/氣體/污染物的短路流(short circuitstream)。還已知的是，存在所謂的混合方案，其中浮選、旋流器、空氣/氣體剝離原理被組 合成一個單元。這些單元具有最佳40秒的典型流速。水被沿切向帶入圓筒形槽中。內(nèi)圓 筒占圓筒形槽總高度的1/3，相當于標準旋流器中的防渦器(vortex breaker)圓筒，內(nèi)圓 筒通常放置于中心以增大液體的旋轉(zhuǎn)速度。該速度然后在圓筒下方被破壞，并且內(nèi)圓筒下 方形成渦流。被污染的材料連同氣體在內(nèi)圓筒中上升并被帶走，而干凈的水在圓筒形槽的底部 處被帶走。這在專利申請US6749757B2和W02005/079946A1中有描述。通常，典型的水力旋流器具有切向入口和兩個出口，一個出口用于濃縮的較重餾 分(底流)，一個出口用于較干凈的液體，該液體從所謂的旋渦溢流管(溢流)流出。水力旋 流器根據(jù)密度進行分離并且將壓力能量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動動量，產(chǎn)生將較重物料分離的離心力。 分離效果由水力旋流器的幾何參數(shù)決定。參數(shù)之間的相互作用決定水力旋流器的效率。必 須的是，設(shè)計每個內(nèi)部部件的幾何形狀以促進在保持層流時的平滑過渡。還已知的是，油的脫鹽是通過在油中混合百分之幾的淡水來實現(xiàn)，從而將鹽分離 出。這樣處理的一種方式在US 537，695中有描述，其中油中的水通過引導各相穿過螺旋狀 盤管而被分離出，從而離心力將水牽拉至管的外直徑，而油被朝向管的內(nèi)徑牽拉，從而螺旋 中的小切向出口將水/鹽與油分離。類似的用于將水從油中聚結(jié)出來的小型等效分離器在US7, 314，559B2 中有描述。油氣工業(yè)產(chǎn)生大量的需要凈化的廢水。當30 -80%的水混合有來自儲層的油/ 氣時，進行排放。在油田上分離水/油/氣體，沒有被注入儲層的水餾分中在流過不同 的凈化工藝以減少碳氫化合物的含量之后被釋放到容器(recipient)中。典型地，一個 油田有兩種水流。來自壓力分離器的“干凈水流”水的體積根據(jù)油田的大小通常為每天 10. 000-100. 000立方米。該第一分離器步驟可使得含油量降至10-40mg/l (毫克/升)?，F(xiàn) 今的技術(shù)所不能捕獲的剩余油餾分的液滴尺寸通常是低于5-10微米的部分。在油/氣/水分離中的第二和第三分離器步驟中，通常是在海上油田上產(chǎn)生的每 天1. 000-5. 000立方米的污染水。該水，被稱為“污水流”，其通常具有在100-1500mg/l內(nèi) 變化的含油量。這通常通過浮選或聚結(jié)過濾器和浮選而被凈化。已知的技術(shù)并不提取小于 5-10微米的油滴，因而，排放量在每升10-40毫克油碳氫化合物內(nèi)變化。還參考專利US4031006，專利說明書EP 716869和專利說明書JP07 194902的教 導。與首先提到的美國專利相比，本發(fā)明不同于美國專利的方案，如下述所公開的，美國專 利并沒有公開任何包括螺旋狀管回路的旋渦溢流管，而這是本發(fā)明的一個實質(zhì)性特征。凈化中使用的已知技術(shù)包括以下內(nèi)容-旋流器，其中油與水中機械地分離。-將使進料冷凝以增大油滴的尺寸與隨后在旋流器中進行分離相結(jié)合。-浮選池，其中油通過氣體浮選(非常輕的碳氫化合物或氮作為浮選介質(zhì))而被絮 凝出。-浮選/旋流/氣體剝離相結(jié)合，其中在具有切向液體供料的立式圓筒形槽中進行 浮選。-使用介入液流中的介質(zhì)或板使液流中的油滴聚結(jié)。-在制備的介質(zhì)過濾器中進行吸附。在所有已知的工藝中，絮凝劑或提取劑可用來提高處理效果?，F(xiàn)今的方法受到限制的原因在于在移除小于5-10微米油滴時，它們對于所產(chǎn)生 的大容量的廢水的處理并沒有用。這是現(xiàn)今在北海從油氣工業(yè)中得到的采出水中的油的平 均流出量是大約22mg/l的主要原因之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的新裝置，該裝置布置在多相分離器、旋流器 或浮選槽的中或之前(in or front)的連續(xù)的處理水流中，其通過混入微氣泡氣體或氣體 飽和的液體而使得不需要使用微氣泡氣體注入物(infusion)也能夠?qū)⒂?水/顆粒/氣 體與尺寸小于5-10微米的液滴/顆粒/氣泡分離，該微氣泡氣體注入物導致為了有效分離 需要增加在分離腔中消耗的時間。本發(fā)明的另一個目的是提供一種在結(jié)構(gòu)緊湊的浮選旋流器中將油碳氫化合物 (尤其是小于5-10微米的油滴)與水分離開的改進的新方法，所述方法通過在裝置之前使 處理水流注入有氣體飽和的液體和微氣泡氣體來實現(xiàn)。本發(fā)明的再一個目的是提供一種根據(jù)上述目的也通過結(jié)合使用所述裝置而將油 與水分離的改進的新方法，其中，處理水僅利用氣體飽和的水和微氣泡氣體進行處理，或者投入絮凝劑和/或細小的分散的提取劑來提高凈化程度。本發(fā)明的又一個目的是提供一種根據(jù)上述目的也通過結(jié)合使用所述裝置而分離 出連續(xù)液流中的其它有機或無機污染物的改進的新方法，其中，處理水僅利用氣體飽和的 水和微氣泡氣體進行處理，或者投入絮凝劑和/或細小的分散的提取劑來提高凈化程度。本發(fā)明的一個目的是提供一種用于分離出連續(xù)液流中的有機污染物和/或無機 污染物的應(yīng)用/裝置。根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，使流體相流經(jīng)形成螺旋形狀的管，以便在螺旋形 狀中進行最初的相分離(聚結(jié))，以及這些相被連續(xù)地沿切向引導出旋流器或浮選腔中的 螺旋形狀中，其中在該旋流器或浮選腔中進行進一步分離。優(yōu)選的實施例出現(xiàn)在權(quán)利要求2-11中。本發(fā)明設(shè)備的特征在于，形成螺旋形狀的管，流體相流經(jīng)過該管以便進行初步分 離(聚結(jié))，所述管包括用于多相流體的入口和出口，出口沿切向布置在旋流腔或浮選腔 中，其中在該旋流腔或浮選腔中產(chǎn)生附加分離。
優(yōu)選的實施例出現(xiàn)在權(quán)利要求13-20中。根據(jù)一種優(yōu)選的應(yīng)用，設(shè)備是一種在旋流器或浮選旋流槽中的獨立的旋渦溢流 管。根據(jù)另一種變型，設(shè)備是一種與旋流器或浮選旋流槽中的最初旋渦溢流管呈直線組合 布置的旋渦溢流管。另一種應(yīng)用出現(xiàn)在權(quán)利要求21中。根據(jù)本發(fā)明，因而制造出一種裝置，以使得可能將油碳氫化合物與水分離，其中將 微氣泡氣體或氣體飽和的水添加到連續(xù)液流中可通過強力混合進行添加，而這不會導致小 的氣泡和油滴需要在旋流器或浮選旋流器中待得更久，從而能夠與油氫化碳化合物分離。而且，得到一種裝置，該裝置能夠使小于5-10微米的油滴從處理水中分離，其中 氣體壓力飽和的水被劇烈地混合到被污染的液流中，以使得小于5-10微米的油滴包裹更 小尺寸的氣體氣泡，使得油/氣滴與水的凈重差比水與具有相等尺寸的不包裹氣體的油滴 之間的凈重差更大。術(shù)語“微米”級的氣泡和顆粒的尺寸在1-1000微米范圍內(nèi)，而術(shù)語“亞微米”級表 示氣泡和顆粒的尺寸在1微米以下。而且，已制造出一種裝置，該裝置使壓力氣體飽和的水能夠混入采出水流中并且 提高其后續(xù)分離，從而通過使亞微米級氣體氣泡被比氣體氣泡大的油滴包裹來獲得顯著的 效果，從而可能發(fā)生最強的結(jié)合。而且，已制造出一種聚結(jié)相分離裝置，該聚結(jié)相分離裝置利用離心力來增大油滴 和自由氣體的液滴和氣泡尺寸，以使得當混合物進入旋流器或浮選槽中的傳統(tǒng)的分離腔 時，油/氣被聚結(jié)并且被分離成可被分離的大液滴/氣泡，而不需要增長已知的用于通過通 常的微氣泡浮選來分離微氣泡/液滴的停留時間。已制造出一種裝置，該裝置用于增大多相處理水流中的氣泡、液滴和氣體尺寸，以 及用作旋渦溢流管、旋流器或浮選旋流器/浮選槽來提高相分離，從而尤其是提高處理水 中的亞微米級液滴/氣泡/顆粒的分離。本發(fā)明的特征在于，裝置由螺旋形狀的盤管組成，液流經(jīng)過盤管以足夠高的速度 被處理，從而由于不同凈重的相的重力牽拉而發(fā)生多相分離。本發(fā)明的特征在于，在處理之前將氣體飽和的水注入流經(jīng)螺旋形狀盤管的液流中，通過在液流中劇烈混合，其壓力降低，從而水中的飽和氣體被釋放成為被油滴包裹的氣 體氣泡。本發(fā)明的特征還在于，處理具有不同凈重相的污水，其中當通過螺旋進行處理時， 速度和離心力在污水被引導至旋流器或浮選器的出口之前，將被油包裹的亞微米級和微米 級氣泡以及油/其它污染物聚結(jié)成大液滴。本發(fā)明裝置的特征還在于，通過替換水力旋流器和浮選槽中的傳統(tǒng)圓筒形旋渦溢 流管而將螺旋形狀的盤管布置在具有旋渦溢流管的附加功能的水力旋流器或浮選槽中。
本發(fā)明的特征還在于，盤管螺旋如何可從底部向上順時針盤旋到出口，以及作為 旋渦溢流管布置在混合水力旋流器/浮選槽中，以使得朝著旋渦溢流管的壁被向上牽拉 的輕組分流在槽中逆著處理水流向上盤旋，從而靠近旋渦溢流管頂部邊緣上方的排放位置 (reject point)。本發(fā)明的特征還在于，裝置可如何被布置在水力旋流器/浮選旋流器中或之前或 者布置在浮選槽中或之前。本發(fā)明的特征還在于，裝置可如何與輕的提取流體或絮凝劑的定量配料(dosing) 組合使用。本發(fā)明的特征還在于裝置與水狀膠體的定量配料組合使用，如之前已知的，該水 狀膠體與單化合價離子或多化合價離子發(fā)生反應(yīng)。根據(jù)實施引入旋渦溢流管的分離和聚結(jié)的一個優(yōu)選實施例，該旋渦溢流管布置在 旋流器中或之前，或者布置在立式圓筒形浮選旋流器/槽中或之前，以使得處理水中不同 凈重的相在離心力的作用下分離和聚結(jié)，并且亞微米級液滴被變換成較大的液滴/氣泡/ 聚塊，然后可在旋流器或浮選旋流器/槽中分離出該較大的液滴/氣泡/聚塊。本發(fā)明在連續(xù)多相流中使用，其中水是一個相，使用已知的剪切混合技術(shù)將主要 小于5-10微米的油/污染物的非常小的液滴與氣體混合，從而包裹小于5-10微米的亞微 米級氣泡和微米級氣泡，并且氣體氣泡本身達到比油滴小的足夠的程度和范圍，從而增大 油/氣體與水的凈重差。在本發(fā)明中，水/液體/氣體氣泡的不同相由于所施加的離心力而被充分分離和 聚結(jié)，該離心力是由通過螺旋形狀的盤管的高速處理而產(chǎn)生的，其中離心力在相當大程度 上使氣體、由油滴包裹的氣體以及油滴聚結(jié)，從而不僅增大液滴尺寸和氣體氣泡尺寸，而且 實現(xiàn)了這些相的分離。本新發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明將其自身區(qū)別于現(xiàn)有的方法/發(fā)明在于能夠利用在處理水流中注入氣體 飽和的水和微氣泡，以實現(xiàn)在液流中的不同相之間的改進的相分離，而這并不導致不得不 增加分離設(shè)備中的停留時間和不得不由于亞微米級和微米級氣泡在分離腔中需要更大的 分離體積而增大分離設(shè)備的尺寸。本發(fā)明將其自身區(qū)別于現(xiàn)有的方法/發(fā)明在于利用氣體飽和的水和微氣泡氣體 通過使氣體氣泡被污染物包裹而比貼附更強地與污染物結(jié)合來移除水中的比氣泡大的油 滴/污染物。具體地，這意味著，利用本發(fā)明可移除小于5-10微米的油滴/污染物，而這樣 的污染物使用現(xiàn)今的技術(shù)無法移除，其中較大的氣泡和污染物的貼附受到下述限制為了 能被移除，污染物部分要多么小。
本發(fā)明將其自身區(qū)別于現(xiàn)有的方法/發(fā)明在于使具有更加細小的分散的水/氣體/油在水力旋流器/浮選旋流器或浮選槽中的旋渦溢流管中預(yù)分離成大的聚結(jié)液滴/聚 塊，這些大的聚結(jié)液滴/聚塊在分離腔中很容易被分離出。本發(fā)明將其自身區(qū)別于現(xiàn)有的發(fā)明在于使具有更加細小的分散的水/氣體/油 在水力旋流器/浮選旋流器或者浮選槽中的旋渦溢流管之前直接預(yù)分離成大的聚結(jié)液滴/ 聚塊，這些大的聚結(jié)液滴/聚塊在分離腔中很容易被分離出。本發(fā)明將其自身區(qū)別于現(xiàn)有的發(fā)明在于亞微米級和微米級氣泡可包含在污染 物/絮凝劑/水狀膠體中，并且通過裝置被處理，由此裝置中的亞微米級氣體、油和污染 物可在離心力所引起的相分離中被帶到一起，從而通過傳統(tǒng)的分離裝置的入口，亞微米級 和低微米級污染物已經(jīng)形成大的、可很容易分離的聚塊。從而，并不需要增大尺寸的設(shè)備 (dimensioning)來處理微氣泡的分離。本發(fā)明將其自身區(qū)別于現(xiàn)有的方法/發(fā)明在于代替所有浮選法中所共有的貼附 的是，由油包裹的氣體的浮選效果在于油/氣體之間有顯著的結(jié)合。這個優(yōu)點在于，實現(xiàn)了 氣體/油之間的更強的結(jié)合，隨后，可以使用非常強力的浮選和旋流工藝過程，而不會使氣 體氣泡從油滴上拉掉。本發(fā)明將其自身區(qū)別于現(xiàn)有的工藝/發(fā)明是在于輕的提取流體可通過使用強的 剪切力而較大程度地細小地分散開并且更好地與處理水流中的污染物接觸，結(jié)果，被細小 地分散開的提取流體可在再次進入浮選/旋流器中的分離腔之前以大的聚塊形式被分離。裝置將污染的液流推移到分離腔中。氣體飽和的液體或微氣泡氣體在裝置之前被 注入，從而，其被剪切成污染的液流，以使得亞微米級或微米級氣泡被污染物所包裹。該被 污染物包裹的氣體在裝置中聚結(jié)，該裝置可優(yōu)選地被構(gòu)造為旋流器中或圓筒形立式浮選槽 中的螺旋形狀的旋渦溢流管，以便凈重差和/或液滴尺寸隨著處理流進入分離腔而顯著地 增大，目的在于，由于利用了將亞微米級或微米級氣泡引入分離中而不用增大分離腔的尺 寸。該裝置將具有不同凈重的液_液、不同凈重的液_氣和/或氣_液相形式的不同相分 離開，并且還用于在絮凝劑或水狀膠體用作分離引導添加劑的情況下分離液體/氣體/顆 粒。


根據(jù)本發(fā)明的裝置將參照下述附圖在下述說明中進行更詳細的描述，其中下述圖 2-8對于單個細節(jié)用相同的附圖標記來表示相同部件1-入口處理水(替代地，混合有絮凝劑或水狀膠體)。2-注入壓力氣體飽和的水/微氣泡氣體。3-分離腔中的旋渦溢流管出口4-用于混合氣體/處理水的剪切混合裝置。5-旋渦溢流管。6-從上部旋渦溢流管分離出的氣體/輕液相的出口。7-用作防渦器的標準板。8-出口的干凈水。9-作為旋渦溢流管的一部分的外部的順指針螺旋管。
具體實施例方式圖1示出了管螺旋100中的液滴102的聚結(jié)的一個實例(在使生長富集化之后)， 當液體104包括某一氣體含量106時，液體以高速穿過螺旋進行處理，以使得離心力將不同 凈重的相/液滴分離。在通過螺旋100的過程中，氣體液滴不斷地被聚集成較大的液滴。 輕的液相和氣體氣泡朝向螺旋的中心被牽拉并且聚結(jié)，而較重的液相通過離心力而朝向管 100的外周被牽拉。管入口以108和相應(yīng)的箭頭表示，而排放出口以110和相應(yīng)的箭頭表
7J\ ο圖2示出(也參見圖3) 了根據(jù)本發(fā)明的裝置，該裝置作為旋渦溢流管安裝 在任意 的圓筒形分離腔110中。多相的處理水通過管1進入，在管1中，其都可通過分離誘導化學 試劑(s^aration inducingchemicals)進行處理。氣體壓力飽和的水的壓力被降低和/ 或氣體被定量配制于剪切混合裝置4 (混合裝置，其中水和氣體通過高混合動力進行混合) 中的液流1中。水穿過入口管112被引導到旋渦溢流管114的底部，然后隨著水在螺旋管 116中被進一步處理而承受強大的離心力，該螺旋管116沿順時針向上盤繞成圓筒形狀。在 圓筒的頂部處(在118處)，盤旋的半徑增加，同時管從液流表面向上彎曲，這發(fā)生在圓筒形 槽和旋渦溢流管之間的環(huán)形空間內(nèi)，在出口 3之前終止于稍微向下的彎曲中，并且通常低 于切向于圓筒壁的環(huán)形空間內(nèi)的液面5-20厘米。在旋渦溢流管114中，利用與較重水相比輕的亞微米級和微米級氣泡液相/氣相 實現(xiàn)如上述圖1所描述的聚結(jié)和分離方法。在出口 3處，處理水于是可如已經(jīng)使用的常規(guī) 浮選氣體一樣利用使小于10微米的亞微米級和微米液滴和氣體達到在已知的旋流/浮選 工藝中通常可被移除的尺寸的差異進行處理，但并沒有增加處理水在槽或分離腔中的停留 時間。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置，該裝置安裝在混合旋流/浮選槽中，該混合旋流/ 浮選槽為在頂部設(shè)有入口 1的立式分離器槽。如上面的圖2所述，多相液體/氣體通過旋 渦溢流管114被混合和處理。這里還示出了槽內(nèi)的液氣層處于旋渦溢流管114的上邊緣處。 由旋渦溢流管上方的槽容積所表示的輕微壓縮的氣穴(air pocket)通過推動被分離出的 輕液相和氣體穿過出口 6而脈動地減小壓力。在旋渦溢流管5的外部環(huán)形空間中，水以非 常高的速度旋轉(zhuǎn)，并且所聚結(jié)的較大氣體氣泡和油滴處于大的湍流力的下，從而要沒有本 發(fā)明，則小于5-10微米的油滴在標準的旋流浮選中將從氣體氣泡上拉掉。由于在進入到該區(qū)域的水遇到螺旋之前油滴聚結(jié)，以及由于小于10微米的油滴 中也有亞微米級氣泡的包裹，在旋渦溢流管下方產(chǎn)生的渦流時，較輕和進一步聚結(jié)的液滴 無法逃脫聚結(jié)的氣體氣泡。該圖還示出了在干凈水的出口 7上方的已知的標準防渦器8，其目的在于阻止渦 流柱到出口的短路流。利用標準浮選旋流器中的氣體壓力飽和的亞微米級和微米級氣泡， 很難降低了生產(chǎn)量，因為在這種槽中的通常停留時間為40秒鐘到1分鐘，并且這比該氣體 遷移到渦流中所需的時間少2. 5-3倍。于是，通常在防渦器7周圍和干凈水出口 8外有氣 體和油的短路。由于本發(fā)明，氣泡/液滴尺寸的增加以及相的增加的凈重差意味著相比于 使用亞微米級和微米級氣體注入物的標準氣體浮選來說，生產(chǎn)量并沒有顯著減少，而且對 于相同的可達到的槽容量來說，不會發(fā)生到出口的短路流。
該圖還示出了靠近環(huán)形空間中的旋渦溢流管的垂直向上的流。這已被表示為流過 上邊緣并流入旋渦溢流管的出口排放區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明的旋渦溢流管的優(yōu)點在于在環(huán)形空間中的大的環(huán)形液體速度下，大 量的油/氣體氣泡朝向旋渦溢流管被牽拉。使螺旋管從下沿順指針向上盤旋以及大的環(huán)形 液流從下向上盤旋，意味著將會看到被分離的油/氣體向上沿著旋渦溢流管大量傳輸，這 是由螺旋式傳輸機的作用和旋渦溢流管表面上的液滴聚結(jié)所導致的。在旋渦溢流管的邊 緣上方，油/氣體由于水在環(huán)形空間中的旋轉(zhuǎn)速度而被牽拉到旋渦溢流管的中心和出口閥 處。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置，所述裝置被安裝于在底部具有1入口的立式混合 旋流/浮選槽中。功能和描述與圖3所述的一樣，只是位于旋渦溢流管下方的渦流柱繞著 中心入口管112旋轉(zhuǎn)，并且停止于已知的防渦器8處。該結(jié)構(gòu)也實現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明裝置的 所提到的所有優(yōu)點。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置，該裝置安裝在浮選/旋流/混合構(gòu)造方案之前，其 中用于旋渦溢流管的標準構(gòu)造方案是傳統(tǒng)的渦流腔中的圓筒形式的延伸部。根據(jù)本發(fā)明的 裝置中的液流從螺旋狀盤管的頂部流出，并被沿切向引導至渦流室的外壁的內(nèi)側(cè)中。保持 了液滴/氣體氣泡的預(yù)處理的前述優(yōu)點，并且出口氣體/輕的液相通過旋渦溢流管并且進 一步地從環(huán)形螺旋管內(nèi)排出。圖 6
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置，該裝置在旋流器內(nèi)部或在標準渦流腔中，作為旋 渦溢流管。圖 7圖7示出根據(jù)本發(fā)明的裝置，該裝置從旋渦溢流管的頂部到底部盤繞，然后沿順 時針以較大間距和更大的斜角向上盤旋，以便引導更多的聚結(jié)的輕相液滴/氣體向上并高 于邊緣。這是一種用于高濃度的水包油/氣體的典型構(gòu)造方案。圖 8圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置，該裝置具有側(cè)入口和入口部，其中，該裝置在如之 前所示的在沿順時針向上盤繞到圓筒中之前沿斜角盤繞到旋渦溢流管中。實例2000升水與原油混合成200mg/l?；旌显诓慌c氣體混合的情況下在剪切混合泵 (標識為EDUR EB4u的多相泵)中進行。油滴的粒子尺寸的測量表明24ppm的已混合的原 油具有小于5微米的粒子尺寸。嘗試通過利用被添加到標準注入混合器中的氣體氣泡的注入在混合旋流/浮選 槽之前注入空氣氣泡來移除油。典型的氣體氣泡尺寸是50-150微米。對入口流量為Im3/ t的被油污染的處理水進行處理。高達20ppm的油碳氫化合物從干凈水中移除。所測量的 16ppm剩余污染物具有小于10微米的液滴尺寸。該測試使用結(jié)構(gòu)緊湊的旋流/浮選槽，其 中處理水流的停留時間為40秒鐘。測試1相同的結(jié)構(gòu)緊湊的旋流/浮選單元于是用于相同的水和相同流量，但現(xiàn)在具有由 相同的Edur EB4u多相泵所產(chǎn)生的氣體壓力飽和水的添加注入物，其中在氣體在結(jié)構(gòu)緊湊的旋流器/浮選槽之前被注入并且與污水劇烈混合之前，氣體在泵中被擠壓并且加壓到 8bar0證明不可能將被碳氫化合物包裹的細小氣體氣泡移除，而且在單元中產(chǎn)生帶有氣 體的短路流。測量出油碳氫化合物在干凈水中為64ppm。處理流量被降低到0.5m3/t，但沒 有成功地消除干凈水中的微氣泡/油滴的短路流。測試2螺旋狀的管被安裝在如圖2所示的相同的混合旋流/浮選單元中，通過注入氣體 飽和的液體來重復測試，該氣體飽和的液體通過使用靜態(tài)的剪切混合器而被劇烈地剪切成 處理水流，然后穿過螺旋狀盤管進行處理，該螺旋狀盤管起到了浮選槽中的旋渦溢流管的 作用。結(jié)果，在干凈水出口中沒有細小氣泡/氣體-油的短路流，其中處理流量為lm3/t。樣 品表明出口中的油碳氫化合物小于lppm，從而接近完全移除小于5-10微米的油滴。測試3
等同于測試2的處理裝備用于具有64mg/l的TOC (總有機碳)的1000升城市廢水 (污水)，其中恰好在剪切和注入亞微米級和微米級氣泡氣體之前，水狀膠體(作為生物高 聚物)與二價離子發(fā)生反應(yīng)而與處理水流中的污染物凝膠聚結(jié)(參照申請人的先前發(fā)明)。凈化的排放物沒有氣體氣泡并且是干凈的。樣品表明僅僅保留有23mg/l的溶解 碳，而且分析表明水具有SS的大約99. 9的自由懸浮固體。本發(fā)明向前邁出了一大步，原因在于，流體可在各相沿切向瀉流到旋流腔中并且 進行進一步和最終的相分離之前先在螺旋管中進行預(yù)分離(或預(yù)先分離)。這意味著在水 力旋流器中保留/保持的時間較短，以及重流體相和輕流體相的分離得以提高和改善。另 一個基本特征是，可獲得極好的分離，而不需要任何比如化學試劑的添加劑。
權(quán)利要求
一種用于預(yù)分離液 液相和/或液 氣相和/或氣 液相的多相流體的方法，其中所述多相中的一個或多個相懸浮于水中，水中具有尺寸為亞微米級和微米級范圍的氣泡/液滴/顆粒，和/或細小的特定的有機物或無機物存在于所述多相中的一個或多個相中，一裝置被布置在旋流器或浮選槽中或者與旋流器或浮選槽連接，其特征在于，使流體相流過形成為螺旋形狀的管，以便在螺旋形狀中進行最初的相分離(聚結(jié))，所述相被連續(xù)地沿切向引導出旋流器或浮選腔中的螺旋形狀，其中在該旋流器或浮選腔中進行進一步分離。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多相以一速度被添加到螺旋形狀中，該 速度使得離心力產(chǎn)生充分的聚結(jié)、液滴生長、氣體氣泡生長以及不同凈重的相的分離。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，螺旋形狀的管在旋流器或浮選槽中形成 了旋渦溢流管，并且在渦流腔的外壁的內(nèi)側(cè)上、或者在旋流器中或者在圓筒形的浮選槽中 形成了切向流體相的出口。
4.如權(quán)利要求1-3所述的方法，其特征在于，流體相被引導通過盤管，該盤管形成了旋 流器或混合旋流器/浮選槽中的一體旋渦溢流管，其中通入裝置的入口能夠位于底部、頂 部或側(cè)部處。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，裝置被安裝成靠近于連續(xù)的處 理水流中的旋流器或混合旋流器/浮選槽的入口之前。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，盤管形成旋渦溢流管并且從底 部沿順時針向上盤旋，所述多相在圓筒形浮選槽中或者在渦流腔中或者在旋流器中或者在 浮選旋流器中沿順時針切向地釋放。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，盤管以旋渦溢流管的形式使用， 所述盤管具有從下向上的逆時針盤旋的旋轉(zhuǎn)，其中分離腔中的出口沿逆時針沿切向地位于 圓筒形浮選槽或渦流腔或旋流器或浮選旋流器的外壁的內(nèi)側(cè)上。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，從產(chǎn)層中生產(chǎn)出的油和氣體中得到的采出水 中的相分離以及油和碳氫化合物和氣體氣泡的聚結(jié)作為在旋流器/浮選旋流器/浮選槽中 或者之前的分離的預(yù)處理，其特征在于，將氣體壓力飽和的水/氣體混合物注入連續(xù)流中， 其被剪切以使得該剪切將小于10微米的油滴的很大部分旋轉(zhuǎn)成由氣體氣泡包裹，由此被 氣體氣泡包裹的油滴在根據(jù)本發(fā)明的裝置中從采出水中預(yù)分離出。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，用于聚結(jié)注入處理水流中的亞 微米級和微米級氣體氣泡，并且使從儲層中產(chǎn)生的油和氣體中得到的采出水流中的包裹小 于10微米的氣體的油碳氫化合物聚結(jié)。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，用于從儲層中生產(chǎn)出的油和氣 體得到的采出水流中的小于10微米的油碳氫化合物和氣體氣泡聚結(jié)用作在旋流器或結(jié)構(gòu) 緊湊的浮選單元之前的預(yù)處理。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，用于連續(xù)水流中的相分離以及 氣體、特定有機污染物和特定無機污染物的聚結(jié)作為在旋流器/浮選旋流器/或浮選槽中 或之前的分離的預(yù)處理，其特征在于，連續(xù)流被注入有絮凝劑或起反應(yīng)的水狀膠體，由此， 氣體壓力飽和的水/氣體的混合物被注入水流中并被剪切，以使得該剪切混合導致氣體的 很大部分從亞微米級聚結(jié)物形成為大聚結(jié)物，從而該大聚結(jié)物在根據(jù)本發(fā)明的裝置中與水 相分離。
12.一種用于預(yù)分離液_液相和/或液_氣相和/或氣-液相的多相流體的設(shè)備，其 中，所述多相中的一個或多個相懸浮于水中，水中尺寸為亞微米級和微米范圍的氣泡/液 滴/顆粒，和/或細小的特定有機物或無機物存在于所述多相的一個或多個相中，一裝置設(shè) 置在旋流器或浮選槽中或者與旋流器或浮選槽連接，其特征在于，一管形成為螺旋形狀，流 體相流流經(jīng)所述管，以便進行初步分離(聚結(jié))，其中所述管包括用于多相流體的入口和出 口，所述出口沿切向布置在旋流器或旋流腔中，其中在該旋流器或旋流腔中產(chǎn)生附加的分 罔。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，呈螺旋狀的所述管的設(shè)有引導角，以使得 螺旋形成側(cè)向的緊外罩。
14.如權(quán)利要求12-13所述的設(shè)備，其特征在于，螺旋形狀的管構(gòu)成旋流器或浮選槽中 的一體旋渦溢流管，并且在渦流腔或旋流器或圓筒形浮選槽的外壁的內(nèi)側(cè)上形成切向的流 體相出口。
15.如權(quán)利要求12-14所述的設(shè)備，其特征在于，盤管形成了旋流器或混合旋流器/浮 選槽中的旋渦溢流管，其中裝置的入口能夠位于底部、頂部或側(cè)部處。
16.如權(quán)利要求12-15所述的設(shè)備，其特征在于，盤管安裝在連續(xù)處理水流中的旋流器 或混合旋流器/浮選槽的入口的正前面。
17.如權(quán)利要求12-16中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，盤管形成旋渦溢流管，并且 形成其從底部順時針向上的盤旋，所述多相在圓筒形浮選槽中或者在渦流腔中或者在旋流 器中或者在浮選旋流器中沿切向順時針釋放。
18.如權(quán)利要求12-17中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，呈旋渦溢流管形式的盤管具 有從底部向上的逆時針螺旋，分離腔的出口沿切向地逆時針地位于圓筒形浮選槽或渦流腔 或旋流器或浮選旋流器的外壁的內(nèi)側(cè)上。
19.如權(quán)利要求12-18所述的設(shè)備，其特征在于，螺旋最初向下，然后在共軸的螺旋(在 內(nèi)側(cè)或外側(cè))中向上形成(圖7-8)。
20.一種如權(quán)利要求12-18所述的設(shè)備的應(yīng)用，所述設(shè)備用作旋流器中或浮選旋流槽 中的獨立的旋渦溢流管。
21.一種如權(quán)利要求12-18所述的設(shè)備的應(yīng)用，所述設(shè)備用作與旋流器或浮選旋流槽 的常用旋渦溢流管相結(jié)合(呈直線)地布置的旋渦溢流管，其中螺旋狀的旋渦溢流管布置 在旋流器液面之上。
22.—種如前述權(quán)利要求所述的方法和設(shè)備的應(yīng)用，用于連續(xù)液流的預(yù)處理，該連續(xù)液 流為液_液相和/或液_氣相和/或氣-液相的多相流，其中所述多相的一個或多個相懸 浮于水中，水中具有尺寸為亞微米級或微米級范圍的氣泡/液滴/顆粒，和/或細小的特 定有機物或無機物存在于所述多相的一個或多個相中，其中所述裝置和方法用于進行預(yù)處 理，所述裝置與圓筒形浮選槽連接或者位于圓筒形浮選槽中，或者在渦流腔中或之前，或者 在旋流器中或之前、或者在浮選旋流器中或之前，以及在根據(jù)本發(fā)明的裝置被一體化的情 況下的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于預(yù)分離液-液相和/或液-氣相和/或氣-液相的多相流體的方法，其中所述多相中的一個或多個相懸浮于水中，水中具有尺寸為亞微米級和微米級范圍的氣泡/液滴/顆粒，和/或細小的特定的有機物或無機物存在于所述多相中的一個或多個相中，一裝置被布置在旋流器或浮選槽中或與旋流器或浮選槽連接。該方法的特征在于，使流體相流流過形成為螺旋形狀的管，以便在該螺旋形狀中進行最初的相分離(聚結(jié))，所述多相被連續(xù)地沿切向引導出旋流器或浮選腔中的螺旋形狀，其中在該旋流器或浮選腔中進一步分離。同時還公開了用于實現(xiàn)該方法和應(yīng)用的設(shè)備。
文檔編號C02F1/24GK101965218SQ200980108331
公開日2011年2月2日 申請日期2009年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者A·M·于利坎加斯 申請人:索爾博水技術(shù)公司