Устройство для разделения жидкостных эмульсий

Полезная модель 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. Предложено устройство для разделения жидкостных эмульсий, включающее герметичный корпус, выполненный в виде полой цилиндрической обечайки с крышками, снабженный патрубком подачи потока исходной эмульсии, хотя бы двумя патрубками раздельного вывода потоков компонентов эмульсии, и хотя бы один расположенный внутри корпуса проницаемый для потоков фильтрующий блок, содержащий хотя бы один слой фильтрующего коалесцентного материала, в котором фильтрующий блок выполнен в виде опорной рамы прямоугольной формы, внешние края которой герметично прикреплены к внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса и к внутренним поверхностям крышек, и расположенной параллельно оси симметрии корпуса и перпендикулярно крышкам корпуса. Корпус устройства может содержать внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса устройства при эксплуатации таким образом, чтобы угол отклонения плоскости слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости. Патрубок подачи исходного газового потока может дополнительно содержать распределительный элемент для гашения кинетической энергии потока, в частности - эллиптический отражатель. Фильтрующий блок может содержать пластины из пористо-ячеистого металла или сплава, либо их комбинации с другими фильтрующими материалами. Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в существенном упрощении и удешевлении конструкции устройства, а также упрощении его обслуживания в ходе эксплуатации.

Полезная модель 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 оптимальной конструкции устройства для разделения жидкостных эмульсий и оптимального способа расположения в них слоев фильтрующего материала, обеспечивающих максимальную эффективность разделения жидкостных эмульсий при минимальных габаритах устройства в сочетании с простотой его эксплуатации.

Известно устройство для разделения жидкостных эмульсий, состоящее из множества горизонтальных последовательных ступеней фильтрации, скомпонованных в виде нисходящей лестницы, по которой движется разделяемая эмульсия (патент США US 2758720, МПК B01D 17/10; C10G 33/06, приоритет от 29.06.1953). За счет избирательной фильтрации жидкостей происходит их разделение. Недостатком известного устройства является низкая производительность, а также громоздкость конструкции, которая ограничивает его применение.

Известно устройство для разделения жидкостных эмульсий, состоящее из вертикально соединенных полных и усеченных фильтрующих конусов (патент США 5750024, МПК B01D 17/04 H; B01D 39/16 B4; B01D 39/20 B4; B01D 39/20 D4; B01D 46/00 C10; B01D 46/00 D2; B01D 46/00 F20D; B01D 46/24 F2, приоритет от 31.03.1995). Такая конструкция отличается компактностью. Недостатками известного устройства является его низкая технологичность, осложняющая возможность обслуживания и замены слоев фильтрующего материала, а также технические сложности, возникающие при создании фильтров большой производительности.

Известно устройство для разделения жидкостных эмульсий, содержащее 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 (Патент РФ 2105584, МПК B01D 17/04, приоритет от 25.04.1997, опубликовано 27.02.1998). Такая конструкция отличается простотой и позволяет создавать устройства для разделения эмульсий большой единичной мощности.

Недостатком этого устройства является высокая сложность изготовления, укладки и замены слоев фильтрующего материала, связанная со специфической (овальной) формой этих слоев.

Перед авторами ставилась задача разработать простое по конструкции устройство для разделения жидкостных эмульсий, обеспечивающее компактную упаковку фильтрующих слоев с возможностью их технологически простой установки и замены, при сохранении высокой эффективности разделения эмульсий.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для разделения жидкостных эмульсий, включающем герметичный корпус, выполненный в виде полой цилиндрической обечайки с крышками, снабженный патрубком подачи потока исходной эмульсии, хотя бы двумя патрубками раздельного вывода потоков компонентов эмульсии, и хотя бы один расположенный внутри корпуса проницаемый для потоков фильтрующий блок, содержащий хотя бы один слой фильтрующего коалесцентного материала, фильтрующий блок выполнен в виде опорной рамы прямоугольной формы, внешние края которой герметично прикреплены к внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса и к внутренним поверхностям крышек, и расположенной параллельно оси симметрии корпуса и перпендикулярно крышкам корпуса. При этом корпус устройства может быть выполнен содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса устройства при эксплуатации таким образом, чтобы угол отклонения плоскости слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости. Патрубок подачи исходного газового потока может дополнительно содержать распределительный элемент для гашения кинетической энергии потока, в частности - эллиптический отражатель. Фильтрующий блок может содержать пластины из пористо-ячеистого металла или сплава, либо их комбинации с другими фильтрующими материалами.

Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в существенном упрощении и удешевлении конструкции устройства, а также упрощении его обслуживания за счет того, что фильтрующие блоки в этом случае имеют прямоугольный вид, что существенно упрощает их изготовление, загрузку и замену в них слоев фильтрующего материала в ходе эксплуатации. При этом наклон слоев фильтрующего материала, необходимый для эффективного оттока жидкости, может задаваться наклонным расположением самого корпуса устройства за счет использования различных внешних опорных конструкций. Использование входного патрубка с дополнительным распределительным элементом позволяет существенно понизить кинетическую энергию потока и тем самым уменьшить его разрушающее действие на фильтрующий материал и увеличить срок его службы.

Система поясняется чертежами, на фиг.1 изображен общий вид устройства для разделения жидкостных эмульсий, где 1 - цилиндрическая обечайка, 2 - фильтрующие блоки, 3 - патрубок для подачи исходной эмульсии, 4 - патрубок для вывода менее плотного отделенного компонента эмульсии, 5 - патрубки для вывода более плотного отделенного компонента эмульсии, 6 - крышка корпуса устройства, 7 - распределительный элемент; на фиг.2 и фиг.3 изображены возможные комбинации корпуса устройства с внешней опорной конструкцией, где 8 - внешняя опора корпуса устройства, 9 - воображаемая вертикальная линия, 10 - ось симметрии корпуса устройства, 11 - поток исходной эмульсии, 12 - поток менее плотного отделенного компонента эмульсии, 13 - поток более плотного отделенного компонента эмульсии, 14 и 15 - отделенные слои более плотного и менее плотного компонентов эмульсии.

Устройство состоит из цилиндрической обечайки 1 с верхней и нижней крышками. Внутри корпуса устройства параллельно осевой линии корпуса и перпендикулярно крышкам располагаются прямоугольные фильтрующие блоки 2, представляющие собой опорные рамы, в которых установлены слои фильтрующего материала. В устройстве предусмотрены патрубок 3 для подачи исходной потока исходной жидкостной эмульсии и патрубки 4 и 5 для раздельного вывода потоков отделенных друг от друга компонентов эмульсии 14 и 15. Загрузка и замена слоев фильтрующего материала в опорных рамах осуществляется при открытии верхней крышки устройства 6. Во входном патрубке 3 может быть установлен распределительный элемент 7 для гашения кинетической энергии входного потока. Слои фильтрующего материала могут изготавливаться из пластин из пористо-ячеистых металлов или сплавов отдельно либо в идее их комбинаций с другими фильтрующими материалами (см., например, патент РФ 2146164, МПК B01D 17/022, приоритет от 14.10.1998).

На чертежах фиг.2 и 3 показаны возможные комбинации корпуса устройства с внешней опорной конструкцией, позволяющие наклонять корпус устройства таким образом, чтобы угол отклонения плоскостей слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости. В первом случае (фиг.2) корпус устройства устанавливается на внешней опоре 8 таким образом, чтобы ось симметрии корпуса устройства 10 отклонялась от вертикали 9 на угол не ниже угла оттока отделяемой жидкости 14 в среде более легкой жидкости 15. Во втором случае (фиг.3) устройство устанавливается на опоре на боковую сторону таким образом, что ось симметрии устройства располагается горизонтально, а отклонение плоскостей 10 слоев фильтрующего материала от вертикали 9 задается поворотом корпуса устройства на необходимый угол.

Применение описанного устройства обеспечивает высокую эффективность разделения жидкостных эмульсий, низкое гидравлическое сопротивление устройства потоку разделяемой эмульсии при обеспечении технологической простоты процедуры изготовления, загрузки и замены слоев фильтрующего материала. 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.

1. Устройство для разделения жидкостных эмульсий, включающее герметичный корпус, выполненный в виде полой цилиндрической обечайки с крышками, снабженный патрубком подачи потока исходной эмульсии, по меньшей мере двумя патрубками раздельного вывода потоков компонентов эмульсии, и по меньшей мере один расположенный внутри корпуса проницаемый для потоков фильтрующий блок, содержащий по меньшей мере один слой фильтрующего коалесцентного материала, отличающийся тем, что фильтрующий блок выполнен в виде опорной рамы прямоугольной формы, внешние края которой герметично прикреплены к внутренней поверхности цилиндрической обечайки корпуса и к внутренним поверхностям крышек, и расположенной параллельно оси симметрии корпуса и перпендикулярно крышкам корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен содержащим внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса устройства при эксплуатации таким образом, чтобы угол отклонения плоскости слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости.

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что патрубок подачи исходной эмульсии дополнительно содержит распределительный элемент для гашения кинетической энергии потока.

4. Устройство по 3, отличающееся тем, что распределительный элемент патрубка подачи исходной эмульсии выполнен в виде эллиптического отражателя.

5. Устройство по любому из пп.1, 2 и 3, отличающееся тем, что фильтрующий блок выполнен в виде опорной рамы прямоугольной формы, содержащей пластины из пористо-ячеистого металла или сплава либо их комбинации с другими фильтрующими материалами.