[发明专利]高效液/液旋液分离器

说明书

本发明涉及液/液混合物的分离，特别涉及但不限于从含油水中分离油或从油中分离水，这些液体都是在油井生产或加工厂中被加工处理的，其中油和水以一种混合物的形式被处理。

典型的油井生产过程中，随着油田的逐步开采，所产生的水量也增加了。通常，即使不是大多数的情况下，所产生的流体大部分是水。结果，在该情形下，就存在大量需要排出或以某种方式进行处理的水。着手处理所产生的水通常是一个很昂贵的过程。虽然并不存在直接的经济动机，但近来世界各地政府加强了对排放的废水中的油含量的管理，从而导致人们对改进和优化油水分离器产生了更大的兴趣。这个问题对海上钻井平台更为突出。分离器尺寸和重量的限制使得对设备可挑选余地减小。进而，对于浮动的海上平台来说，平台的移动也会影响某些传统型分离设备的操作。很重要的一点是从水中分离油应达到这样的程度，即水可以被排放到海水中或水已符合环境标准。

为了解决上述与环境相关的问题，现已采用旋液分离器来进行油水分离。但是，旋液分离器通常是用于分离如液/固和气/固混合物的，还没有涉及与液/液分离相关的问题。特别是油水分离进一步使该课题复杂化，在这种分离中涉及高剪切力场，从而对液/液分离带来了附加的疑难问题。油水混合物的液体分散相为一种复合分散相，因此将两种不混溶的液体用旋液分离器来分离曾经被认为是不可能的。对于本领域的技术人员来讲，在连续的液体相内的液体分散相将带来诸如液体相之间的低密度差和液体相对剪切力的敏感性等分离问题。通常，密度差（比重）在小于0.2的数量级，从而在连续相中分离分散相时就存在问题。目前使用的大多数旋液分离器是用于从连续相中分离除去密度较大的分散相，即在旋液分离器的壳体内产生一个涡流以使密度较大的分散相沿着径向向外向着壁移动，在旋液分离器的轴心附近留下已去除分散相的连续相。与此相反，几乎所有的油的密度均较之水要小，因而当油污染的水通过一个旋液分离器时，涡流的径向加速度将使油滴（分散相）向着涡流中心处的轴心移动，使不含油的水留在旋液分离器的壁附近。因而，这对旋液分离器的设计提出不同的要求。这样，当有密度较大的分散相时，连续相主体通过旋液分离器上端壁的涡流检测器以溢流的形式排出。其带少量来自壁边界层的连续相的分散相以底流的方式离开旋液器。当分散相密度较小时，底流成为总流通量（90～95%）的较大部分，而溢流（从旋液分离器轴心部分去除分散相）则被减少了。同样，到达旋液器壁的密度较大的分散相将以相对稳定的壁边界层滞留在该处，而沿分离器轴心形成一中心的密度较小的分散相则没有这样的限制，它完全取决于对其稳定性和从旋液分离器除去而无进一步扰动来说有利的内部流动结构。由于油分散于水中两者密度差相当小，旋液分离器的设计必须使其产生促进分离的非常快速的旋转区域，同时也应避免高剪切区域内的油滴破碎。由于这些限制，虽然从表面上看也许类似于密度较大的分散相的旋液分离器的设计，但实际上油水分离的高效旋液分离器的设计与其要求是不同的，并导致相对不同的几何形状。

液/液旋液分离器发展过程中的一些早期工作是由南安普顿大学的Martin  Thew和Derek  Coleman在70年代末和80年代初作出的。这一阶段的测试工作表明，旋液分离器的最小公称尺寸约为28mm。据认为，进一步减小旋液分离器的公称尺寸将产生内部高剪切应力，这将使敏感的油在水中的分散相进一步破碎，因而对所希望的相分离导致相反的结果。旋液分离器的公称尺寸被称为旋液器的参考直径，即在该点速度的切向分量是最大的。因此，鉴于石油工业中需要解决的这些早期研究工作和课题，液液旋液分离器被工业应用于分离两种不互溶液体，主要是在石油工业中从水中脱除百分比相对较小的油。考虑到Thew和Coleman的早期工作，处理油/水分散液的旋液分离器的公称直径目前有如下几种型号：35mm、38mm、58mm和60mm。