Флотационное устройство

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента Предложено флотационное устройство для сепарации диспергированных частиц в текучей среде, предпочтительно удаления из воды диспергированной в ней нефти, включающее в себя флотационную камеру (1), образованную горизонтально ориентированной продольной трубой,одно или более сопел (4), размещенных, по существу, вдоль донной части камеры (1) и ыполненных с возможностью подачи в камеру (1) газа или насыщенной газом текучей среды, подающую трубу (2) для подачи подлежащей сепарации текучей среды во флотационную камеру (1), входной патрубок (5), соединяющий подающую трубу с флотационной камерой (1), и два или более выходных патрубков (6, 7) для разделенных продуктов, при этом подающая труба (2) и входной патрубок (5) установлены на одном конце продольной трубы, образующей флотационную камеру(1), а выходные патрубки (6, 7) - на другом конце этой продольной трубы.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: НОРСК ХЮДРО АСА (NO) 015894 Настоящее изобретение относится к флотационным устройствам для удаления диспергированных частиц из текучей среды, в частности удаления диспергированной нефти из воды. При добыче нефти и газа из геологических пластов под морским дном и под землей также могут добываться значительные количества воды. В профессиональных кругах такая вода называется "подтоварной водой". Помимо диспергированной нефти эта вода также содержит различные виды растворенных углеводородов в дополнение к растворенным металлам и другим химическим веществам. Подтоварная вода обычно сливается, например, при добыче нефти и газа на морских месторождениях, сбрасывается в море. Касательно состава диспергированной нефти в сливаемой воде органы власти в различных странах установили требования к сбросу, которые должны соблюдаться нефтяными компаниями, добывающими нефть и газ. В Норвежском секторе Северного моря и Норвежского моря эти требования для нефти в подтоварной воде составляют на данный момент 30 частей на миллион. Будущие требования, как ожидается, должны быть менее 30 частей на миллион. В данный момент не существует специальных ограничений на сброс для растворенных углеводородов (НС), но заявления властей указывают требования по фоновому уровню при сбросе. Существующая техника удаления диспергированных углеводородов из добываемой воды обычно включает в себя многоступенчатое оборудование. Так, из публикации ЕР 0271427 (А 2) известно устройство для сепарации несмешивающихся компонентов текучей среды различной тяжести, которое содержит корпус, образующий внутренний канал потока смеси подлежащих сепарации компонентов текучей среды, устройство для закручивания смеси текучей среды, чтобы она вращалась вокруг продольной оси канала, расположенное снаружи устройство для извлечения центральной части вращающейся смеси текучей среды и средство введения пузырьков для введения микроскопических пузырьков газа в смесь текучей среды, с тем, чтобы усилить сепарацию ее компонентов. Такое известное оборудование является весьма сложным, с множеством компонентов, а также дорогим в производстве и эксплуатации. Настоящим изобретением создано простое, эффективное и недорогое устройство для удаления диспергированных частиц из текучей среды, в частности удаления диспергированной нефти из воды. Это достигается за счет того, что согласно изобретению флотационное устройство для сепарации диспергированных частиц в текучей среде, предпочтительно удаления из воды диспергированной в ней нефти,включает в себя флотационную камеру, образованную горизонтально ориентированной продольной трубой, одно или более сопел, размещенных, по существу, вдоль донной части камеры и выполненных с возможностью подачи в камеру газа или насыщенной газом текучей среды, подающую трубу для подачи подлежащей сепарации текучей среды во флотационную камеру, входной патрубок, соединяющий подающую трубу с флотационной камерой, и два или более выходных патрубков для разделенных продуктов, при этом подающая труба и входной патрубок установлены на одном конце продольной трубы, образующей флотационную камеру, а выходные патрубки - на другом конце этой продольной трубы. Предпочтительно диаметр продольной трубы, образующей флотационную камеру, составляет 1-4 диаметров подающей трубы. Предпочтительно продольная труба, образующая флотационную камеру, имеет круглое поперечное сечение. Предпочтительно устройство содержит клапан снижения давления, снижающий давление текучей среды, подлежащей сепарации, и расположенный по потоку до входного патрубка (5) флотационной камеры (1). Предпочтительно устройство содержит дополнительную трубу для подачи текучей среды из подающей трубы в сопла, соединенную с подающей трубой перед указанным клапаном снижения давления. Изобретение описано ниже на примерах и показано на прилагаемых чертежах, на которых: фиг. 1 - основной эскиз флотационного устройства согласно настоящему изобретению,фиг. 2 - основной эскиз другого варианта осуществления флотационного устройства согласно настоящему изобретению,фиг. 3 - основной эскиз варианта осуществления флотационного устройства, показанного на фиг. 1,но использованного как пример в связи с очищением продукции, при добыче нефти и газа. Флотация с начала 19 века является общеизвестным способом концентрации веществ в суспензиях и отделения частиц от жидкостей. Флотация происходит во флотационной камере, включающей в себя камеру или емкость с одним или более соплами на дне для подачи воздуха или газа. Пузырьки, производимые соплом (соплами), прикрепляются к частицам и всплывают на поверхность жидкости, в результате чего частицы могут быть сняты, слиты и иным образом удалены с поверхности жидкости. Флотация может, в некоторых ситуациях, также быть выполнена путем снижения давления жидкости, с высвобождением, таким образом, растворенного в жидкости газа. Настоящее изобретение основано на принципе флотации; вместе с тем "камера" выполнена, как показано на фиг. 1, в форме продольной трубы 1, где диаметр входного патрубка 5 трубы в основном соответствует диаметру трубы 2 подачи текучей среды. Газ или комбинация газа и жидкости подается во-1 015894 флотационную трубу 1 из источника (не показано) по трубам 3 подачи газа через сопла 4, размещенные на расстоянии друг от друга на дне флотационной трубы 1. Дополнительно, жидкость удаляется из флотационной трубы 1 через нижний выходной патрубок 7, и частицы, и газ удаляются из флотационной трубы предпочтительно через верхние выходные патрубки 6, 9. Простой принцип работы настоящего изобретения заключается в следующем. Текучая среда, содержащая частицы, подается во флотационную трубу 1 через трубу 2 подачи текучей среды. В это же время газ или жидкость, насыщенная газом, подается в сопла из источника (не показано), в результате чего пузырьки газа из перекрестного потока газа должны прикрепляться к частицам в потоке текучей среды в трубе и быстро всплывать на поверхность текучей среды. Частицы приносятся с потоком текучей среды к концу трубы, где они вместе с газом удаляются из трубы через выходной патрубок 6 трубы, в то время как текучая среда удаляется через выходной патрубок 7. Флотационное устройство, описанное выше, создает эффективное и компактное решение для концентрации веществ в суспензиях и отделения частиц от жидкостей. Решение является эффективным, так как время удержания жидкости является коротким, 1,25-5 мин для нефти в воде, в сравнении с 20-40 мин для флотационного бака обычного типа. Размеры также очень небольшие, так, диаметр флотационной трубы может быть предпочтительно в 1-4 раза больше диаметра транспортной трубы, транспортирующей текучую среду в устройство, тогда как диаметр флотационного бака обычного типа может превышать более чем в 10 раз диаметр подающей или транспортной трубы. Решение имеет много способов практического применения и может, помимо использования для удаления диспергированной нефти в добываемой воде, также использоваться, например, в биологических системах очистки воды и любом процессе удаления любых диспергированных в жидкости частиц. На фиг. 2 показан другой вариант осуществления изобретения, где флотационное устройство согласно изобретению используется для очищения подтоварной воды в связи с добычей нефти и газа. При добыче нефти и газа подтоварная вода должна содержать растворенный газ под высоким давлением. Как можно видеть на фигуре, клапан 8 снижения давления, сокращающий давление текучей среды (воды,содержащей диспергированную нефть), оборудован на конце входного патрубка флотационной трубы, до поступления в трубу. Сокращение давления, выполняемое клапаном 8, в результате, создает пузырьки в подтоварной воде и каплях нефти, проходящих через трубу. Отдельная труба 10 соединяет сопла 4 с подающей трубой 2 перед клапаном 8, таким образом обеспечивая частичное прохождение потока подтоварной воды в сопла. После входа во флотационную трубу через сопла газ в форме пузырьков должен высвобождаться из воды, и выпущенные таким образом пузырьки газа в дополнение к пузырькам, высвобожденным после прохождения через клапан, должны прикрепляться к диспергированной нефти и вместе всплывать на поверхность, как описано выше. При использовании флотационной камеры в форме трубы, описанной выше, становятся очевидным многие ее преимущества: Путь флотации для частицы в текучей среде очень короткий (малое расстояние от верха до низа в трубе), и поэтому процесс флотации является очень быстрым. Скорость потока текучей среды во флотационной трубе 1 относительно высокая по сравнению с флотационной камерой обычного типа, и перекрестный поток, создаваемый газом или газом/жидкостью,подаваемым из сопл в днище, образует больше столкновений между пузырьками газа и частицами в потоке текучей среды по флотационной трубе, результатом чего является улучшенная коалесценция. Скорость потока газовой фазы во флотационной трубе выше, чем жидкой фазы, в результате чего сокращается образование пены или образовавшаяся пена оседает намного быстрее. Труба занимает меньше пространства и легче, чем обычный флотационный бак, и потому лучше применима для ситуаций, например, на морских платформах, где пространство и вес очень значимы. Труба выдерживает более высокое давление как изнутри, так и снаружи и может использоваться в ситуациях, когда требуется высокое давление, такое как в подводных системах переработки. Дополнительно, поскольку труба выдерживает более высокое давление изнутри, процесс флотации может происходить при более высоком давлении, например, с использованием природного газа в качестве флотационного газа. На фиг. 3 показан пример процесса сепарации добытого текучей среды (нефть/газ/вода) и очищения подтоварной воды, связанный с добычей нефти и газа, где используется флотационное устройство согласно изобретению. Добытая текучая среда приходит из скважины (скважин) (не показано) и первоначально сепарируется в гравитационном сепараторе 11 высокого давления (обычного типа или трубного). Газ удалятся из сепаратора через газовый выходной патрубок в подходящее газовое хранилище (не показано), отделенная нефть удаляется через нефтяной выходной патрубок в другое хранилище (также не показано), в то время как подтоварная вода направляется во флотационное устройство 12 согласно изобретению. Газ и диспергированная нефть, отделенные от добываемой воды флотационным устройством,могут транспортироваться на площадку для дополнительной переработки (не показано), тогда как вода направляется на соответствующий этап 13 тонкой очистки для удаления растворенной нефти (углеводородов).-2 015894 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Флотационное устройство для сепарации диспергированных частиц в текучей среде, предпочтительно удаления из воды диспергированной в ней нефти, включающее в себя флотационную камеру (1),образованную горизонтально ориентированной продольной трубой, одно или более сопел (4), размещенных, по существу, вдоль донной части камеры (1) и выполненных с возможностью подачи в камеру (1) газа или насыщенной газом текучей среды, подающую трубу (2) для подачи подлежащей сепарации текучей среды во флотационную камеру (1), входной патрубок (5), соединяющий подающую трубу флотационной камерой (1), и два или более выходных патрубков (6, 7) для разделенных продуктов, при этом подающая труба (2) и входной патрубок (5) установлены на одном конце продольной трубы, образующей флотационную камеру (1), а выходные патрубки (6, 7) - на другом конце этой продольной трубы. 2. Устройство по п.1, в котором диаметр продольной трубы, образующей флотационную камеру (1),составляет 1-4 диаметров подающей трубы (2). 3. Устройство по п.1 или 2, в котором продольная труба, образующая флотационную камеру (1),имеет круглое поперечное сечение. 4. Устройство по п.1 или 3, которое содержит клапан (8) снижения давления, снижающий давление текучей среды, подлежащей сепарации, и расположенный по потоку до входного патрубка (5) флотационной камеры (1). 5. Устройство по любому из пп.1-4, которое содержит дополнительную трубу (10) для подачи текучей среды из подающей трубы (2) в сопла (4), соединенную с подающей трубой перед указанным клапаном (8) снижения давления.