Центрифуга непрерывного действия с пористым слоем

010536 Настоящее изобретение относится к центрифуге непрерывного действия с пористым слоем. Более конкретно, настоящее изобретение относится к центрифуге непрерывного действия с пористым слоем для непрерывного разделения несмешивающихся жидкостей, например воды и минерального масла/нефти, получаемой модификацией традиционных дисковых центрифуг для повышения их эффективности. Диски заменили наполнителем из твердых частиц, который служит как фильтрующий и коалесцирующий слой. Успешно проведены испытания по удалению нефти и масел из попутной воды при добыче нефти. Дисковые центрифуги являются аппаратами, используемыми для непрерывного или полунепрерывного разделения жидкостей, возможно содержащих твердые частицы, на основе действия центробежной силы на текучие среды, вводимые в ротор. С целью модификации по настоящему изобретению рассматривали центрифуги, которые позволяют выпускать тяжелую жидкую фазу (водную). Однако чтобы автоматизировать способ и сделать его непрерывным, необходимо предусмотреть непрерывный выпуск легкой фазы (масляной) и выпуск твердых веществ. Внутренняя часть роторов традиционных центрифуг обычно содержит диски в форме усеченного конуса с зазорами и отверстиями для перемещения жидкостей. Тяжелая фаза (жидкость или твердое вещество) концентрируется на внешней части, тогда как легкая фаза имеет тенденцию подниматься по направлению к оси вращения. Сливы двух жидких фаз покидают ротор и собираются в специальных каналах, расположенных на внешнем контейнере. Слив тяжелой жидкой фазы регулируют путем разновидности водослива (обычно диск с внутренним калиброванным отверстием), зависящей от текучей среды и рабочих условий. Твердые вещества, которые накапливаются в роторе, можно выпускать через предварительно установленные промежутки времени. Полную разгрузку ротора регулируют устройством для промывки, активируемым гидравлической цепью, которая использует осевое давление, образуемое центробежной силой. При добыче нефти большие объемы и стоимость являются главными факторами, которые ограничивают использование центрифуг, даже если они имеют характеристики, относящиеся к производительности, затруднениям и гибкости в плане подачи сырья, которые могут привести к их благоприятному использованию в некоторых случаях, например на платформах. Заявитель неожиданно обнаружил, что можно обеспечить различные улучшения способа очистки слоя воды (тяжелой фазы), при котором существенно снижают концентрацию масла в сточных водах. Фактически обнаружено, что возможно модифицирование традиционной дисковой центрифуги путем удаления дисков и приспосабливания такой системы для обеспечения загрузки и выгрузки фильтрующего наполнителя во время вращения центрифуги. Внедряемая модификация направлена на образование фильтрующего и коалесцирующего слоя, подвергаемого центробежной силе, чтобы благоприятствовать адгезии частиц масла к пористой поверхности слоя и отделять их от водной фазы. Следовательно, предметом настоящего изобретения является центрифуга непрерывного действия с пористым слоем для непрерывного разделения текучей среды, состоящей из двух несмешивающихся жидкостей в форме дисперсии, включающая: а) первую внешнюю сплошную юбку, по существу, конической формы; б) вторую внутреннюю сплошную юбку, по существу, конической формы, составляющую одно целое с внешней юбкой и размещенную с образованием промежуточного пространства с указанной внешней юбкой; в) перфорированный разделительный элемент тороидальной формы, расположенный в основании двух юбок и подходящий для отделения промежуточного пространства от внутренней части центрифуги; г) закрывающееся днище, составляющее одно целое с внешней юбкой посредством уплотнительной прокладки; д) секцию, снабженную водосливом, действующим как регулятор расхода, закрепленную в верхней части внешней юбки и снабженную отверстиями для выпуска разделенных жидкостей; е) первую коаксиальную трубу, составляющую одно целое с внешней юбкой и с секцией (д); ж) вторую коаксиальную трубу для подачи дисперсии, которая не составляет одно целое с внешней юбкой и расположена внутри первой трубы; з) наполнитель в форме частиц, способный заполнить от 40 до 70% внутреннего объема центрифуги. Согласно настоящему изобретению наполнитель в виде частиц находится внутри вращающейся системы и удерживается отдельно от промежуточного пространства между двумя юбками с помощью разделительного элемента тороидальной формы, который имеет ширину, по существу, равную толщине промежуточного пространства. Разделительный элемент может быть сеткой, решеткой с маленькими отверстиями или мембраной с калиброванными отверстиями или порами соответственно размеру частиц удерживаемого наполнителя. Разделительный элемент располагают в области, отдаленной, насколько возможно, от оси вращения, так чтобы улавливать более тяжелую жидкость (например, освобожденную от масла воду). Во время вращения центрифуги, подаваемая текучая среда выталкивается наружу центробежной силой и проходит через слой частиц, фильтруясь. В результате, тяжелая фаза протекает через разделительный элемент(сетку), проходит в полость между внешней юбкой и внутренней юбкой и выпускается наружу. Несмотря-1 010536 на то, что фильтрующие частицы подвергаются воздействию центробежной силы, они удерживаются разделительным элементом. Фильтрующий и коалесцирующий слой (наполнитель) предпочтительно состоит из частиц, например, песка или сфер, различного размера. Поверхности частиц наполнителя можно обрабатывать для обеспечения специфических характеристик поверхностного натяжения. В частности, согласно настоящему изобретению частицы наполнителя являются сферическими,чтобы способствовать их загрузке и выгрузке, но могут иметь любую другую форму, например форму цилиндров, кубов или другие геометрические формы, шаров или микроволокон или типичную для песка форму. Частицы могут быть цельными или с полостями, и поверхности их могут быть гладкими или пористыми, чтобы увеличить эффект коалесценции. Плотность твердых частиц должна быть больше, чем эта величина для легкой жидкой фазы. Предпочтительно, но не обязательно, чтобы они были даже более плотными, чем твердая жидкая фаза. Частицы являются твердыми и их поверхность можно обрабатывать, чтобы изменять смачиваемость и благоприятствовать процессу коалесценции и облегчать разъединение между зернами как в фазе выгрузки, так и в фазе загрузки. Силиконовые покрытия и обработку силанизирующими агентами испытывали на силикатных маленьких сферах. Частицы можно изготовить из стекла, полимерных материалов, металлов, оксидов (например, диоксида кремния, силикатов, оксида алюминия), ионообменных смол, цеолитов, полых стеклянных микросфер, песков, диатомовой земли, но также из кристаллов солей с низкой растворимостью в тяжелой жидкой фазе. Средние размеры частиц наполнителя, определяемые способами, известными специалистам (например, способ Кольтера/Coulter), могут изменяться от 1 мкм до 3 мм. В качестве размера для сравнения предпочитают сферы диаметром 500 мкм. Распределение сфер по размерам диаметров может быть хорошо очерченным, распределенным или бимодальным. Большие частицы можно загружать перед более мелкими частицами. Фазу загрузки частиц можно осуществлять в сухих условиях или в форме суспензии в технологической жидкости или другой жидкости. Загрузочную жидкость, если необходимо, можно загустить, чтобы способствовать суспенидрованию твердых веществ. Фазы загрузки и выгрузки наполнителя можно автоматизировать. При выгрузке отфильтрованные блокирующие твердые вещества, возможно содержащиеся в дисперсии, предназначенной для разделения, также выталкиваются с частицами наполнителя. Выгрузка полного содержания ротора снижает необходимость частых текущих ремонтов из-за засорения дисков. Центрифуга непрерывного действия, предмет настоящего изобретения, далее описана со ссылкой на прилагаемый чертеж, который представляет иллюстративное и не ограничивающее исполнение, предполагая дисперсию вода/масло в качестве рабочей текучей среды. Со ссылкой на чертеж (1) представляет внешнюю вращающуюся юбку, (2) - внутреннюю юбку, (3) перфорированный разделительный элемент, (4) - закрывающееся днище, (5) - прокладку, расположенную между закрывающимся днищем и внешней юбкой, (6) - трубу для подачи дисперсии, невращающуюся и коаксиальную с трубчатой вставкой (7), которая является частью ротора. Верхняя часть ротора (8) составляет одно целое с внешней юбкой и снабжена водосливом для регулирования расхода двух разделяемых текучих сред, которые выталкиваются из отверстий (9) и (10). Наполнитель (11) в форме частиц показан заштрихованной областью. Функционирование центрифуги непрерывного действия, предмета настоящего изобретения, становится очевидным на основании приложенного чертежа и предшествующего описания. В частности, центрифугу активируют путем вращения конических юбок и закрытия прокладки подачей воды (17). Центрифугу загружают фильтрующими частицами (11) и текучую среду или дисперсию (12) впоследствии подают в устройство через трубу (6) и трубчатую вставку (7). В результате центробежного действия наполнитель и текучая среда прижимаются к стенкам внутренней юбки, создавая, таким образом, фильтрующее действие, так как масляную составляющую дисперсии удерживают частицы наполнителя. Отфильтрованная вода проходит через перфорированный разделительный элемент(3), протекает в промежуточное пространство (13) и, проходя с водослива внутрь (8), выпускается через отверстие (9). Масло, или масляная фаза (14), накапливается в центральной части (15) и за счет центробежной силы выпускается через второе отверстие (10). Стрелки показывают траекторию движения текучей среды; темные стрелки представляют дисперсию/концентрированную масляную фазу, светлые стрелки - отфильтрованную воду. Когда фильтрующий слой забивается и его нужно заменять, подачу дисперсии прекращают и, возможно, замедляют центрифугу. Затем удаляют уплотнительную прокладку (5), и отработанный фильтрующий слой можно выгружать через отверстие (16), которое образовано между конической юбкой и закрывающимся днищем. Во время работы центрифуги уплотнительную прокладку, расположенную на специальной подложке, не показанной на чертеже, прижимают к краю внешней юбки посредством известных способов. В показанном случае прокладку и соответствующую подложку прижимают к внешней юбке с помощью-2 010536 усилия давления, образуемого центробежной силой, и поддерживают с помощью циркуляции (17) воды. В фазе разгрузки подачу (17) воды прекращают, и освобождение прокладки приводит к образованию отверстия (16). После закрытия прокладки возобновленной подачей (17) воды центрифугу можно снова загружать и повторно запускать. Все продукты, выдавленные центрифугированием, собирают в каналах,расположенных вокруг ротора и соединенных с внешним корпусом центрифуги (18). С целью иллюстрации и не с целью ограничения проводят экспериментальное испытание на разделение дисперсии вода/минеральное масло посредством центрифуги, предмета настоящего изобретения,показанной на чертеже. Центрифугой, модифицированной для испытаний, является центрифуга среднемалого размера, которая может обрабатывать до 500 л жидкости в час. Оборудование подходит для непрерывных разделений тяжелой фазы (водной), легкой фазы (масляной) и твердых веществ и позволяет регулировать соотношение расходов между фазами. Испытания на разделение воды, загрязненной маслом/нефтью, осуществляли как в лаборатории,используя искусственно приготовленные дисперсии, так и используя дисперсии, поступающие из нефтяной области. Испытания проводили, используя силикатные сферы в качестве частиц наполнителя, имеющие средний диаметр 0,5 мм, в других обстоятельствах используемые для гравийных фильтров в скважинах. Испытания осуществляли путем сравнения характеристик центрифуги, предмета изобретения, и традиционной дисковой центрифуги LAP X 202 от ALFA LAVAL. Используемые текучие среды были дисперсиями масла в воде с концентрацией 1000 ч./млн (ppm). Результаты испытаний сравнивали после стабилизации, проводимой в течение 2 ч при постоянном режиме. Сравниваемыми условиями были следующие: 4600 и 6600 об./мин, 170 л/ч подачи, комнатная температура, без модифицирования поверхности частиц или с гидрофобизирующим (hydrophizing) силиконовым покрытием. Несмотря на изменения, все испытания показали одинаковые результаты: дисковая центрифуга отделяет масло на уровне 25-30 ppm, в то время как центрифуга с наполнителем вырабатывает воду, содержащую только 8-12 ppm масла. Длительные восьмичасовые испытания осуществляли при 6600 об./мин и 170 л/ч подачи, вода поступала из трехфазного сепаратора, температура, измеренная у выходного отверстия центрифуги, была 45C, содержание масла в дисперсии колебалось от 300 до 700 ppm. Все образцы пробы воды, отобранные в различное время, содержали 18-20 ppm масла в случае дисковой центрифуги и 6-7 ppm масла в случае модифицированной центрифуги. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Центрифуга непрерывного действия с пористым слоем для непрерывного разделения текучей среды, состоящей из двух несмешивающихся жидкостей в форме дисперсии, включающая: а) первую внешнюю сплошную вращающуюся юбку, по существу, конической формы; б) вторую внутреннюю сплошную юбку, по существу, конической формы, составляющую одно целое с внешней юбкой и размещенную с образованием промежуточного пространства с указанной внешней юбкой; в) перфорированный разделительный элемент тороидальной формы, расположенный в основании двух юбок и подходящий для отделения промежуточного пространства от внутренней части центрифуги; г) закрывающееся днище, составляющее одно целое с внешней юбкой посредством уплотнительной прокладки; д) секцию, снабженную водосливом, действующим как регулятор расхода, закрепленную в верхней части внешней юбки и снабженную отверстиями для выпуска разделенных жидкостей; е) первую коаксиальную трубу, составляющую одно целое с внешней юбкой и с секцией (д); ж) вторую коаксиальную трубу для подачи дисперсии, которая не составляет одно целое с внешней юбкой и расположена внутри первой трубы; з) наполнитель в форме частиц, способный заполнить от 40 до 70% внутреннего объема центрифуги. 2. Центрифуга по п.1, в которой наполнитель предпочтительно состоит из частиц или сфер различного размера, возможно, обработанных для обеспечения специфических характеристик поверхностного натяжения. 3. Центрифуга по п.1 или 2, в которой частицы наполнителя являются сферическими. 4. Центрифуга по п.1 или 2, в которой частицы наполнителя имеют форму цилиндров, кубов, шаров или микроволокон. 5. Центрифуга по п.1 или 2, в которой частицы наполнителя состоят из песка. 6. Центрифуга по п.1 или 2, в которой частицы наполнителя являются цельными или имеют полости, и их поверхности являются либо гладкими, либо пористыми. 7. Центрифуга по п.1 или 2, в которой частицы наполнителя имеют плотность больше, чем эта величина для легкой жидкой фазы. 8. Центрифуга по п.1 или 2, в которой частицы наполнителя представляют собой стекло, полимер-3 010536 ные материалы, металл, оксиды, ионообменные смолы, цеолиты, полые стеклянные микросферы, пески,инфузорную землю, кристаллы солей с низкой растворимостью в тяжелой жидкой фазе. 9. Центрифуга по п.1 или 2, в которой частицы наполнителя имеют средние размеры в интервале от 1 мкм до 3 мм.