способ разделения жидкостных эмульсий и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ разделения жидкостных эмульсий, включающий пропускание потока эмульсии через устройство, содержащее корпус, снабженный патрубком подачи исходной эмульсии, хотя бы двумя патрубками раздельного вывода компонентов эмульсии, и хотя бы один расположенный внутри корпуса фильтрующий блок, содержащий слои фильтрующего коалесцентного материала, отличающийся тем, что фильтрующий блок выполняют разделяющим объем корпуса на верхнюю и нижнюю части, при этом патрубки подачи исходной эмульсии и вывода одного из компонентов эмульсии располагают в верхней части корпуса над фильтрующим блоком, патрубок вывода второго компонента эмульсии располагают в нижней части корпуса под фильтрующим блоком, а корпус выполняют содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную либо с возможностью расположения корпуса при эксплуатации таким образом, чтобы фильтрующий блок располагался горизонтально, либо с возможностью расположения корпуса при эксплуатации таким образом, чтобы фильтрующий блок располагался с подъемом в направлении пропускания эмульсии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют фильтрующий блок, включающий слои пористо-ячеистого металла либо пористо-ячеистого сплава, либо их комбинации с другими фильтрующими материалами.

3. Устройство для разделения жидкостных эмульсий, включающее корпус, снабженный патрубком подачи исходной эмульсии, хотя бы двумя патрубками раздельного вывода компонентов эмульсии, и хотя бы один расположенный внутри корпуса фильтрующий блок, содержащий слои фильтрующего коалесцентного материала, отличающееся тем, что фильтрующий блок разделяет объем корпуса на верхнюю и нижнюю части, при этом патрубки подачи исходной эмульсии и вывода одного из компонентов эмульсии расположены в верхней части корпуса над фильтрующим блоком, патрубок вывода второго компонента эмульсии расположен в нижней части корпуса под фильтрующим блоком, а корпус содержит внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса при эксплуатации таким образом, чтобы фильтрующий блок при этом располагался внутри корпуса либо горизонтально, либо с подъемом в направлении пропускания эмульсии.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что фильтрующий блок включает слои пористо-ячеистого металла либо пористо-ячеистого сплава, либо их комбинации с другими фильтрующими материалами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химии, нефтехимии, нефте- и газопереработки, а именно к устройствам и системам разделения гетерогенных жидких смесей, и может применяться, в частности, для разделения водно-углеводородных смесей.

Разделение жидкостных эмульсий, в которых мелкодисперсные капли одной жидкости находятся в объеме другой жидкости, является важной технической задачей. В частности, к таким задачам относится обезвоживание исходного углеводородного сырья, полупродуктов и продуктов предприятий химического и нефтехимического профиля либо выделение углеводородных примесей из сточных вод.

Разделение эмульсий может производиться путем их отстаивания и расслаивания, однако скорость таких процессов может быть весьма низкой, что приводит к снижению эффективности разделения и низкой производительности таких технологий. Также отделение углеводородов может осуществляться за счет ректификации исходных смесей, однако это сопряжено со значительными капитальными и энергетическими затратами.

Эффективным способом разделения жидкостных эмульсий является коалесцентная фильтрация, основанная на пропускании исходной эмульсии через фильтрующие материалы, которые имеют различную способность к смачиванию различными компонентами смеси и, соответственно, различную пропускную способность по отношению к ним. Кроме того, коалесцентные фильтры стимулируют коалесценцию (слияние) мелких капель диспергированной жидкости в более крупные, что облегчает и ускоряет их последующее гравитационное отслоение. Коалесцентная фильтрация отличается высокой эффективностью и весьма малым уровнем энергетических и прочих эксплуатационных расходов.

Существует задача поиска оптимального способа организации разделения жидкостных эмульсий и оптимальной конструкции устройства для его осуществления, обеспечивающих максимальную эффективность разделения жидкостных эмульсий при минимальных габаритах устройства в сочетании с простотой его эксплуатации.

Известны способ организации разделения жидкостных эмульсий и устройство для его осуществления (патент США № US 2758720, МПК B01D 17/10; C10G 33/06, приоритет от 29.06.1953). Известные технические решения основаны на пропускании разделяемой эмульсии через множество горизонтальных последовательных ступеней фильтрации, скомпонованных в виде нисходящей лестницы. За счет избирательной фильтрации жидкостей происходит их разделение. Недостатком известных способа и устройства является низкая производительность, а также громоздкость устройства, которая ограничивает его применение.

Известен способ организации разделения жидкостных эмульсий, включающий пропускание разделяемой эмульсии через множество вертикально соединенных полных и усеченных фильтрующих конусов (патент США № 5750024, МПК B01D 17/04H; B01D 39/16B4; B01D 39/20B4; B01D 39/20D4; B01D 46/00C10; B01D 46/00D2; B01D 46/00F20D; B01D 46/24F2, приоритет от 31.03.1995). Такая конструкция отличается компактностью. Недостатками известного способа является его низкая технологичность, сложность обслуживания и замены слоев фильтрующего материала, а также технические сложности, возникающие при создании фильтров большой производительности.

Известен способ организации разделения жидкостных эмульсий и устройство для его осуществления (патент РФ № 2105584, МПК B01D 17/04, приоритет от 25.04.1997, опубликовано 27.02.1998). Известные технические решения включают пропускание разделяемой эмульсии через горизонтально расположенный корпус круглого сечения с патрубками для ввода исходной эмульсии и раздельного вывода ее компонентов после разделения, внутри которого под углом не ниже угла оттекания жидкости по направлению к движущемуся потоку последовательно расположены несколько слоев фильтрующего материала Такая конструкция отличается простотой и позволяет создавать устройства для разделения эмульсий большой единичной мощности.

Недостатком известных способа и устройства является недостаточно высокая эффективность разделения жидкостных эмульсий, связанная с тем, что один из компонентов эмульсии может накапливаться внутри пор фильтрующего материала и затем, после заполнения пор, выдавливаться сквозным потоком эмульсии, протекающей через фильтрующий материал, обратно в этот поток. При этом размер выдавливаемых капель этого компонента может быть даже меньше их размера в исходной эмульсии, соответственно, разделение такой вторичной эмульсии является даже более сложной задачей, чем разделение исходной эмульсии.

Перед авторами ставилась задача разработать способ организации разделения жидкостных эмульсий и простое по конструкции устройство, обеспечивающие высокую эффективность разделения эмульсий.

Поставленная задача решается тем, что в способе разделения жидкостных эмульсий, включающем пропускание потока эмульсии через устройство, содержащее корпус, снабженный патрубком подачи исходной эмульсии, хотя бы двумя патрубками раздельного вывода компонентов эмульсии, и хотя бы один расположенный внутри корпуса фильтрующий блок, содержащий слои фильтрующего коалесцентного материала, фильтрующий блок выполняют разделяющим объем корпуса на верхнюю и нижнюю части, при этом патрубки подачи исходной эмульсии и вывода одного из компонентов эмульсии располагают в верхней части корпуса над фильтрующим блоком, патрубок вывода второго компонента эмульсии располагают в нижней части корпуса под фильтрующим блоком, а корпус выполняют содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную либо с возможностью расположения корпуса при эксплуатации таким образом, чтобы фильтрующий блок располагался горизонтально, либо с возможностью расположения корпуса при эксплуатации таким образом, чтобы фильтрующий блок располагался с подъемом в направлении пропускания эмульсии. При этом используют фильтрующий блок, включающий слои пористо-ячеистого металла либо пористо-ячеистого сплава, либо их комбинации с другими фильтрующими материалами. В устройстве для разделения жидкостных эмульсий, включающем корпус, снабженный патрубком подачи исходной эмульсии, хотя бы двумя патрубками раздельного вывода компонентов эмульсии, и хотя бы один расположенный внутри корпуса фильтрующий блок, содержащий слои фильтрующего коалесцентного материала, фильтрующий блок разделяет объем корпуса на верхнюю и нижнюю части, при этом патрубки подачи исходной эмульсии и вывода одного из компонентов эмульсии расположены в верхней части корпуса над фильтрующим блоком, патрубок вывода второго компонента эмульсии расположен в нижней части корпуса под фильтрующим блоком, а корпус содержит внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса при эксплуатации таким образом, чтобы фильтрующий блок при этом располагался внутри корпуса либо горизонтально, либо с подъемом в направлении пропускания эмульсии. При этом фильтрующий блок включает слои пористо-ячеистого металла либо пористо-ячеистого сплава, либо их комбинации с другими фильтрующими материалами.

Технический эффект заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности разделения эмульсий за счет исключения принудительного сквозного потока разделяемой эмульсии через фильтрующий коалесцентный материал. При этом исключается поршневое выдавливание накапливающегося в фильтрующем коалесцентном материале компонента эмульсии, что предотвращает образование вторичной сложно-разделяемой мелкодисперсной эмульсии. Вместо этого происходит постепенное коалесцентное укрупнение капель этого компонента в порах фильтрующего коалесцентного материала и их последующий сток в виде крупных капель, легко отделяемых впоследствии путем отстаивания.

Изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 изображен общий вид устройства для разделения жидкостных эмульсий, где 1 - корпус, 2 - фильтрующий блок, 3 - патрубок подачи исходной эмульсии, 4, 5 - патрубки раздельного вывода компонентов эмульсии, 6 - поток исходной эмульсии, 7, 8 - потоки разделенных компонентов эмульсии.

Устройство состоит из корпуса 1, внутри которого располагается фильтрующий блок 2, содержащий слои фильтрующего коалесцентного материала. Слои фильтрующего коалесцентного материала могут изготавливаться из пористо-ячеистых металлов или сплавов отдельно либо в виде их комбинаций с другими фильтрующими материалами (см., например, патент РФ № 2146164, МПК B01D 17/022, приоритет от 14.10.1998). Фильтрующий блок делит внутренний объем корпуса на верхнюю и нижнюю части. Патрубок подачи исходной эмульсии 3 и патрубок вывода одного из компонентов эмульсии 4 расположены в верхней части корпуса над фильтрующим блоком, а патрубок вывода второго компонента эмульсии 5 расположен в нижней части корпуса под фильтрующим блоком.

Поток исходной эмульсии 6 входит в корпус 1 через патрубок 3, проходит вдоль верхней поверхности фильтрующего блока 2. При этом микрокапли одного из компонентов эмульсии накапливаются в слоях фильтрующего коалесцентного материала, в которых происходит их коалесцентное укрупнение, после чего укрупненные капли стекают на дно нижней части корпуса, откуда поток этого компонента эмульсии 8 после отстаивания сливается через нижний патрубок 5. Поток другого компонента эмульсии 7 выходит через патрубок 4, расположенный в верхней части корпуса. Основной поток эмульсии идет вдоль поверхности фильтрующего блока 2, при этом принудительное движение есть только для потока исходной эмульсии из патрубка 3 в патрубок 4 вдоль поверхности фильтрующего блока 2, а отделяемый в нижней части устройства компонент проходит вниз сквозь фильтрующий блок только самотеком за счет гравитации, с очень небольшой скоростью, что позволяет избежать поршневое выдавливание накапливающегося в порах фильтрующего коалесцентного материала компонента эмульсии, предотвращая образование вторичной сложно-разделяемой мелкодисперсной эмульсии и ,тем самым, повышая эффективность разделения исходной эмульсии.

Корпус может быть выполнен содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью изменения наклона корпуса. Схема ориентации корпуса в пространстве приведена на фиг.2, где 9 - исходная эмульсия или один из компонентов эмульсии и 10 - второй компонент эмульсии. Корпус может располагаться при эксплуатации либо горизонтально (фиг.2а), либо с подъемом в направлении пропускания эмульсии (фиг.2б). Расположение с наклоном позволяет упростить отслоение и сбор отделенного второго компонента эмульсии 10 в зоне расположения патрубка 5.

Применение описанного способа и устройства обеспечивает высокую эффективность разделения жидкостных эмульсий, низкое гидравлическое сопротивление устройства потоку разделяемой эмульсии при обеспечении технологической простоты устройства. Кроме того, применение данной конструкции устройства позволяет проводить разделение жидкостных эмульсий в компактных и простых по конструкции устройствах с весьма малыми габаритами и металлоемкостью и высокой надежностью при эксплуатации, что существенно расширяет возможности их практического применения.