專利名稱：分離流體混合物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分離不可完全混合的流體混合物的方法和裝置。例如，油氣井天然資源的回收物中就存在這類混合物。這類回收物的產(chǎn)品包括氣、油和水的混合物。這些混合物可以含有三種相。根據(jù)壓力和其他物理環(huán)境的不同，所回收的混合物可以含有兩種相，一相為含油及任選的可溶解氣體的碳?xì)浠衔锵?，以及水。也可能幾乎沒有任何氣體存在，即一種兩相混合物。
背景技術(shù)：
要求在進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成有價產(chǎn)品之前從碳?xì)浠衔锵嘀蟹蛛x出水。已經(jīng)發(fā)展了用于把這類混合物分離為相應(yīng)的相并除去水相的裝置。
俄羅斯專利申請NO.2077364公開了用于把流體混合物分離為三相，即氣體、低密度液體和高密度液體的一種裝置，該裝置具有一個進(jìn)料口，一個氣體出口，和液體相出口。這種裝置工作時，氣體、低密度液體和高密度液體的一種混合物供應(yīng)到裝置的進(jìn)料口?；旌衔锵蛏贤ㄟ^一個上斜供應(yīng)管流向一個下斜管的入口。在這個下斜管的上端，氣體從液體中分離出來，而液體落向下斜管的下端。氣體、較輕的液體和較重的液體分別經(jīng)由各自的出口從裝置中排出。
這種分離裝置的缺點(diǎn)是在上斜供應(yīng)管中產(chǎn)生紊流，而且經(jīng)常在下斜管中發(fā)生逆流，對分離裝置的分離效率產(chǎn)生不利影響。
歐州專利申請NO.1044711說明了把流體混合物分離為三種相，即氣體、低密度液體(較輕的液體)和高密度液體(較重的液體)的一種分離裝置，該裝置具有一個進(jìn)料口、一個氣體出口、一個較輕液體出口和一個較重液體出口。這種裝置含有一個在其上游端設(shè)有進(jìn)料口的通常水平供應(yīng)管；一個在其上端設(shè)有入口、并在下部設(shè)有閉合下端的斜管，其入口與供應(yīng)管的出口連接；一個包含氣體提升管的氣體排放系統(tǒng)，這種提升管的入口位于填充氣體的空間，提升管出口與裝置的氣體出口流體連通；一個較輕液體的排放系統(tǒng)，其入口位于填充較輕液體的空間，其出口在流體中與裝置的較輕液體的出口連通；一個較重液體的排放系統(tǒng)，其入口安排在供應(yīng)管底部液面以下，其出口與裝置的較重液體出口流體連通；其中供應(yīng)管直徑選擇成使得在正常工作時液體的速度低于預(yù)定值，供應(yīng)管長度與直徑比值大于10，斜管斜率選擇成使得在正常工作時斜管中保持層流。
與上述俄羅斯專利的裝置相比，這個裝置的優(yōu)點(diǎn)之一是保持層流。然而，其排放系統(tǒng)，特別是較重液體的排放系統(tǒng)十分復(fù)雜。雖然其設(shè)計可以在很廣的工作條件下工作，但不能提供任何有效的流量控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服這些缺點(diǎn)。
因此，本發(fā)明提供一種把不可完全混合的流體混合物至少分離為兩種相的方法，其中一個相的密度高于另一種相，這個方法包括使混合物流過在其上游端設(shè)有入口而在其下游端設(shè)有出口的一個通常的水平供應(yīng)管；然后，使混合物流過一個斜管，在斜管上端有一個入口并與供應(yīng)管的出口連接，在斜管中保持層流，因此，較低密度的流體相(較輕的相)在較高密度的流體相(較重的相)上面；經(jīng)由一個第一排放系統(tǒng)提取較低密度的流體，該系統(tǒng)有一個入口，并與較輕的相流體連通；經(jīng)由一個第二排放系統(tǒng)提取較高密度的流體，該系統(tǒng)位于斜管中，具有一個入口并與較重的相流體連通；斜管中較輕的相和較重的相之間的界面由一個界面控制器裝置監(jiān)控，該界面的控制器裝置改變較高密度流體的流量而保持規(guī)定液面之間的界面。
這種方法為確保從分離裝置分別提取不同的相提供了一條方便的途徑?；旌衔锉３衷谝环N層流狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)這種能力的一個主要因素。在一個實(shí)施例中，其供應(yīng)管不同于上述的把混合物輸送到分離裝置的輸送管道。當(dāng)混合物不處于層流狀態(tài)時，這是合適的，而供應(yīng)管用于實(shí)現(xiàn)這類層流。在另一個實(shí)施例中，特別是當(dāng)混合物已經(jīng)處于層流狀態(tài)時，供應(yīng)管與上述的輸送管道相同。申請人發(fā)現(xiàn)，如果選擇的供應(yīng)管直徑使正常工作時的液體速度低于一個預(yù)定值，如果供應(yīng)管的長度與直徑比值大于5，特別是大于10，那么，供應(yīng)管中可以保持層流。申請人還發(fā)現(xiàn)，可以選擇斜管的斜率，使在正常工作時在斜管中保持層流狀態(tài)。相對于水平面，斜管斜率在1-5°范圍是合適的，優(yōu)選地為1-3°。這種層流有可能使用一種液面監(jiān)控器確定較重的相與較輕的相之間的界面位置，并通過第一或第二排放系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)液面。當(dāng)液面控制器裝置處于第一和/或第二排放系統(tǒng)時，液面控制器最好結(jié)合閥門使用。
第二排放系統(tǒng)必須與斜管中的較重相流體連通。一個熟練技工可以使這個排放系統(tǒng)位于沿斜管的任何位置。最方便的是把這種第二排放系統(tǒng)安排在斜管的下游端。
本發(fā)明的再一個實(shí)施例是提供一種在這種方法中可以使用的分離裝置。因此，本發(fā)明也提供一種分離裝置，用于把一種流體混合物分離為至少兩種相，其中一種相的密度高于另一種相，因此得到一種較低密度的流體相(較輕的相)和一種較高密度的流體相(較重的相)，所述的裝置包含一種通常的水平供應(yīng)管，在其上游端有一個進(jìn)料口，在其下游端有一個出口；一種斜管，在其上端設(shè)有一個入口并與供應(yīng)管的出口連接；一個第一排放系統(tǒng)，其入口位于與較輕的相流體連通；一個位于斜管中的第二排放系統(tǒng)，其入口與較重的相流體連通。
斜管設(shè)有一個液面控制器裝置，包括在第一和/或第二排放系統(tǒng)的一個液面監(jiān)控器和一個閥門。
本專業(yè)技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)使用多種類型的液面監(jiān)控器。這類液面監(jiān)控器的例子有浮子裝置或分段式監(jiān)控器。其它例子有油尺，磁液面顯示器，傳導(dǎo)型或容量型裝置，以及超聲液面裝置。Kirk-Othmer的《化學(xué)工藝大全》(Encyclopedia of Chemical Technology)第409-433頁(New York的John Wiley出版公司出版1995年，第15卷，第4版)已對適用的(液面監(jiān)控)裝置進(jìn)行了綜述。這種液面監(jiān)控器和閥門可以通過計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行工作。


下面通過實(shí)例并參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，附圖中圖1簡略示出本發(fā)明的一個第一實(shí)施例，和圖2簡略示出本發(fā)明的一個第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出一個用于分離一種兩相流體混合物的裝置1，該裝置含有一個水平供應(yīng)管2。供應(yīng)管的上游側(cè)有一個入口，該入口與向裝置輸送混合物的管道3連接。值得注意的是，在這個實(shí)施例中，供應(yīng)管2保證一種層流，而管道3中并不是層流。在其下游側(cè)，供應(yīng)管2與一個斜管4連接。在供應(yīng)管2中，產(chǎn)生一種層流，而在斜管4中保持這種層流，因此，兩種不同的相是分明的一種具有較低密度的較輕流體相，和一種具有較高密度的較重流體相。裝置1也包含一個第一排放系統(tǒng)5，其入口與較輕的相流體連通。這個排放系統(tǒng)的端部是一根排放管6，低密度流體通過管6排出。斜管4終止于第二排放系統(tǒng)7，該系統(tǒng)的端部為一個出口，高密度流體通過這個出口流入一個排放管8。兩相間的界面由一個液面控制器9監(jiān)控。如果液面控制器9指示界面超過預(yù)定液面，則將通過閥門10調(diào)節(jié)通過排放管8的高密度流體的流量，以便使界面返回到預(yù)定液面范圍。閥門10定位在排放管8中，也可以把這個閥門安排在斜管出口或斜管下端。
在高密度流體流量明顯高于低密度流體流量的一個實(shí)施例中，并宜于通過具有另一個出口11的另一個排放系統(tǒng)提取高密度流體，這個出口11與較重的相流體連通。出口11優(yōu)選地安排在水平供應(yīng)管的底部。因此高密度流體經(jīng)由出口11通過排放管12排出。這種高密度流體流與從第二排放系統(tǒng)排放的高密度流體在排放管8中合并。優(yōu)選地，在第二排放系統(tǒng)中定位這個閥門?？梢赃m當(dāng)?shù)匕才乓粋€附加控制裝置，以便監(jiān)控第一排放系統(tǒng)中較輕的相的壓力，并按照測量的壓力調(diào)節(jié)低密度流體的流量。雖然也可以按照測量的壓力調(diào)節(jié)較重的相的流量，但從實(shí)用觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選地調(diào)節(jié)低密度流體的流量。
這種裝置和方法適于在碳?xì)浠衔锏纳a(chǎn)中應(yīng)用，在這種生產(chǎn)中也回收水。因此，在本方法的較輕的相中包括適當(dāng)?shù)挠?，而在較重的相中包括適當(dāng)?shù)乃?。在許多情況下，生產(chǎn)碳?xì)浠衔锏木a(chǎn)生液體碳?xì)浠衔镉?，水和氣體。在這類情況，從液態(tài)和氣態(tài)碳?xì)浠衔锓蛛x出水是方便的。因此，本發(fā)明也適合于提供一種方法，把三相混合物分離為一種低密度流體相(較輕的相)、一種中等密度的流體相(中等重量的相)、和一種高密度的流體相(較重的相)。較輕的相包括氣體，中等重量相包括油，較重的相包括水。雖然原則上可以通過第二排放系統(tǒng)一起排出中等重量的相和較重的相，但優(yōu)選地通過第一排放系統(tǒng)的入口排出較輕的相和中等重量相。參考圖2，裝置20包含一個水平供應(yīng)管21和一個斜管22。一種氣體、油和水的混合物通過一根導(dǎo)管23輸入到裝置20。一個豎管24與較輕的相及中等重量相，即氣和油，流體連通。較輕的和中等重量的相從水平管排出，排出的相適當(dāng)?shù)亓魅胴Q管24，使較輕的相與中等重量的相分開。這兩種混合的相可采用任何已知的方式從豎管24排出。一種方法是使這種混合相直接通入排氣導(dǎo)管(未示出)。也可以從豎管的上部排出較輕的相，而從其下部(未示出)排出中等重量的相。優(yōu)選地是提供一種包含兩個容器的豎管，使混合的較輕的相和中等重量的相從一個第一容器24流入一個第二容器25。容器25具有如圖所示的容器形狀，但很顯然也可是其他形狀，如可以使用一種短(水平)管道部分。在第二容器25中，兩種相明顯分離。較輕的相從第二容器25頂部通過一個導(dǎo)管27排出，中等重量的相從第二容器25底部通過一個導(dǎo)管26排出。較輕的相和中等重量的相之間的界面由一個第二液面控制器裝置28監(jiān)控，該裝置調(diào)節(jié)中等密度流體的流量，使用安排在排放管26中的一個閥門，保持規(guī)定液面間的界面。把管道26和27的兩種相混合起來進(jìn)一步輸送，雖然沒有必要，但有時也是很經(jīng)濟(jì)的。
在這種方法中，第二液面控制器安排在第二容器25中，以監(jiān)控較輕的相和中等重量相的界面。液面控制器28與安排在中等密度流體管道26中的閥門29連通，以便控制中等密度流體的流量。本專業(yè)技術(shù)人員可以在排放管道27中安排一個類似的閥門以控制低密度流體的流量，并由液面控制器28調(diào)節(jié)這個閥門。另一個實(shí)施例使一個或幾個類似的液面控制器與兩個排放管中的閥門連通，以便控制兩個相的流量。在排放管27安排一個壓力監(jiān)控器29，并使之與第一排放系統(tǒng)中的一個或幾個流量控制閥門30連通，以便控制低密度流體的流量，則更為有利。另外，壓力控制器29可與排放管26中的一個閥門連通，以控制中等密度流體的流量。還有一個實(shí)施例，使這種壓力控制器與管道26和27中的閥門連通以控制兩個相的流量。在圖2中，僅示出低密度流體排放管道27中的一個閥門30。這樣，監(jiān)控了豎管(24，25)中的壓力，并按照所測量的壓力，調(diào)節(jié)低密度流體的流量，或者中等密度流體的流量，或者兩個相的流量。高密度流體(例如水)從斜管22經(jīng)由一個排放管31排出。中等重量相和較重的相之間的液面由與安排在排放管31中的閥門33連通的一個液面控制器32監(jiān)控。液面控制器32和閥門33系統(tǒng)的工作與圖1所述的相同系統(tǒng)類似。
下面是這種分離裝置的一個例子，其中可參考圖2中的實(shí)施例。
氣、油和水的一種混合物通過一根內(nèi)徑為10英寸(254mm)的管輸送到分離裝置20。水平供應(yīng)管21和斜管22內(nèi)徑為48英寸(1.2m)因此，裝置中表面液體速度降低到約1/24。水平供應(yīng)管及斜管的長度分別在12-100m(米)和15-120m的范圍。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，只要在供應(yīng)管中產(chǎn)生一種層流，供應(yīng)管的長度是沒有關(guān)系的。如果混合物以一種層流狀態(tài)通過管道輸入，這種供應(yīng)管可以長達(dá)數(shù)十公里。混合物的溫度在60-80℃之間變化，壓力為25-85bar。液面控制器在斜管中部，可以在豎管下游約10m處。在上述條件下，每天可以流入這種分離裝置的混合物約為10000-20000m3。
權(quán)利要求
1.一種把流體混合物分離為至少兩種相，且一種相的密度高于另一種相的方法包括使混合物通過一個在其上游端設(shè)有供料口而在其下游端設(shè)有出口的通常水平供應(yīng)管；然后使混合物通過一個在其上端設(shè)有入口的斜管，該入口與供應(yīng)管出口相連，在斜管中保持層流狀態(tài)，因此，較低密度的流體相或較輕的相在較高密度流體相或較重的相上面；經(jīng)由一個具有入口的第一排放系統(tǒng)提取低密度的流體，該入口與較輕的相流體連通；經(jīng)由一個位于斜管中并具有入口的第二排放系統(tǒng)提取高密度的流體，該入口與較重的相流體連通；斜管中較輕的相與較重的相之間的界面由一個液面控制器裝置監(jiān)控，該液面控制器裝置改變高密度流體的流量而保持規(guī)定液面間的界面。
2.按照上述方法，其特征在于液面控制器裝置包含在第一和/或第二排放系統(tǒng)的一個液面監(jiān)控器和一個閥門。
3.按照上述方法，其特征在于供應(yīng)管與導(dǎo)入待分離混合物的導(dǎo)管相同。
4.按照上述方法，其特征在于較高密度流體經(jīng)由另一個排放系統(tǒng)提取，該系統(tǒng)有一個第二出口并與較重的相流體連通。
5.按照上述方法，其特征在于所述的第二出口安排在水平供應(yīng)管的底部。
6.按照上述方法，其特征在于對第一排放系統(tǒng)中的較輕的相的壓力進(jìn)行監(jiān)控，按照測量的壓力調(diào)節(jié)低密度流體的流量。
7.按照上述方法，其特征在于較輕的相包括油，較重的相包括水。
8.按照上述方法，其特征在于三相混合物被分離為一種低密度流體相或較輕的相，一種中等密度流體相或中等重量相，和一種高密度流體相或較重的相。
9.按照上述方法，其特征在于較輕的相包括氣體，中等重量相包括油，較重的相包括水。
10.按照上述方法，其特征在于較輕的相和中等重量相經(jīng)由第一排放系統(tǒng)的入口提取。
11.按照上述方法，其特征在于排出的相通入到一個豎管，使較輕的相和中等重量相分離。
12.按照上述方法，其特征在于較輕的相從豎管上端排出，中等重量相從豎管下端排出。
13.按照上述方法，其特征在于豎管包括兩個容器。
14.按照上述方法，其特征在于較輕的相和中等重量相之間的界面由一個第二液面控制器裝置監(jiān)控，該液面控制器裝置調(diào)節(jié)較低密度流體的流量，保持規(guī)定液面間的界面。
15.按照上述方法，其特征在于第二液面控制器裝置與閥門連通，以控制較低密度流體的流量，或控制中等密度流體的流量，或控制兩種流體的流量。
16.按照上述方法，其特征在于，對豎管的壓力進(jìn)行監(jiān)控，按照所測量的壓力，調(diào)節(jié)低密度流體的流量，或調(diào)節(jié)中等密度流體的流量，或調(diào)節(jié)兩種流體的流量。
17.一種裝置，用于把一種流體的混合物分離為至少兩個相，其中一個相的密度高于另一個相，因此，得到一種較低密度的流體相或較輕的相和一種較高密度的流體相或較重的相，所述的裝置包括一個通常的水平供應(yīng)管，在其上游端有一個進(jìn)料口，在其下游端有一個出口；一個斜管，在其上端有一入口，并與供應(yīng)管出口連接；一個第一排放系統(tǒng)，有一個入口并與較輕的相流體連通；一個第二排放系統(tǒng)，位于斜管中，有一個入口并與較重的相流體連通。斜管設(shè)有一個液面控制器裝置，包括在第一和/或第二排放系統(tǒng)中的一個液面監(jiān)控器和閥門。
18.按照上述裝置，其特征在于還包括一個排放系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一個第二出口，并與較重的相流體連通。
19.按照上述裝置，其特征在于所述的第二出口安排在水平供應(yīng)管底部。
20.按照上述裝置，其特征在于第一排放系統(tǒng)設(shè)有一個壓力監(jiān)控器，并與位于第一排放系統(tǒng)的一個流量控制閥門連通。
21.按照上述裝置，其特征在于第一排放系統(tǒng)包含一個豎管，使較輕的相和中等密度流體相或中等重量相分離，豎管在其上端有一個較輕的相的出口，在其下端有一個中等重量相的出口。
22.按照上述裝置，其特征在于豎管包含兩個容器。
23.按照上述裝置，其特征在于豎管設(shè)有一個第二液面監(jiān)控裝置，該液面監(jiān)控裝置調(diào)節(jié)較低密度流體，保持規(guī)定液面間的界面。
24.按照上述裝置，其特征在于第二液面監(jiān)控器裝置與相應(yīng)的排放系統(tǒng)的一個或幾個閥門連通，所述的閥門控制較低密度流體的流量，或中等密度流體的流量，或兩種流體的流量。
25.按照上述裝置，其特征在于豎管設(shè)有一個壓力監(jiān)控器，并與一個或幾個流量控制閥門連通，以控制較低密度流體的流量，或中等密度流體的流量，或兩種流體的流量。
全文摘要
把一種流體混合物至少分離為兩個相，其中一個相的密度高于另一個相的方法，包括使混合物通過一水平供應(yīng)管，并在供應(yīng)管中產(chǎn)生層流，然后使混合物通過一斜管，并在斜管中保持層流，由第一排放系統(tǒng)提取具有較低密度的流體，由第二排放系統(tǒng)提取具有較高密度的流體，斜管中較輕的相和較重的相的界面由液面控制裝置監(jiān)控，該控制裝置改變較高密度流體的流量而保持規(guī)定液面間的界面。本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用這種方法的裝置。
文檔編號B01D17/00GK1646200SQ03806977
公開日2005年7月27日 申請日期2003年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月25日
發(fā)明者埃里克·J·普伊克 申請人:國際殼牌研究有限公司