Библиотека
Коалесцирующий фильтр для нефте-водных эмульсий
Clarence R. Bresson, Bartlesville Orla.
Автор перевода: Широкородова Ю. А.
Источник: Патенты [элетронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.google.com/patents/US3960719
РЕФЕРАТ
Фильтрующее устройство, состоящей из ткани – волокнистого полимера с олеофильными свойствами, имеет высокое отношение площади поверхности к единице веса, и используется для коалесценции масла, диспергированного в воде, тем самым способствуя разделению капель нефти, диспергированных в воде. В прототипе предлагается нетканый материал полипропилен, который обеспечивает эффективную коалесценцию.
КОАЛИСЦИРУЮЩИЙ ФИЛЬТР ДЛЯ НЕФТЕ-ВОДНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Clarence R. Bresson, Bartlesville Orla Патенты США
Изобретение относится к способам фильтрации. В одном из своих аспектов настоящее изобретение служит для укрупнения капель нефти, диспергированных в водной фазе. С другой стороны, данное изобретение относится к способу разделения дисперсии масла в воде. В еще одном из своих аспектов настоящее изобретение относится к олеофильным способам фильтрации.
В одном из своих понятий изобретение служит для укрупнения капель нефти, диспергированных в водной фазе при прохождении эмульсии через фильтрующую среду, которая будет укрупнять капельки нефти в частицы достаточного размера, чтобы облегчить отделение нефти от воды.
Балластные воды в танкерах, загрязненные мазутом могут образовывать стабильную эмульсию. В прошлом такие сточные воды сбрасывались прямо в океан или морские воды. Осознание важности предотвращения загрязнения окружающей среды вызвало поиски способов существенного снижения или исключения сброса маслянистых остатков с судов.
Один из методов, которые защищают окружающую среду, является фильтрация маслянистого остатка с водой перед сбросом в океан. Такие фильтрующие установки были установлены на некоторых судах. Система фильтрации практически ничем не отличалась от фильтрующих устройств, используемых ранее, поэтому была проделана значительная работа, чтобы установить эффективно работающие устройства для удаления диспергированной нефти из воды. Экспериментальные данные показали, что олеофильный нетканый материал обладает отличными свойствами для укрупнения диспергированной нефти из смеси с водой.
Поэтому объектом настоящего изобретения является фильтрующий материал для удаления нефти, диспергированной в водной фазе. Еще одной целью данного изобретения является создание способа для агломерации или слияния капель нефти, диспергированных в водной смеси. Еще одним объектом настоящего изобретения является метод разделения нефти и воды от нефтяной дисперсии в водной фазе.
Другие аспекты, объекты и преимущества данного изобретения будут очевидны специалистам в данной области при изучении спецификаций, графиков и формул изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с изобретением, олеофильные ткани представляют собой волокнообразующий полимер, имеющий высокое отношение площади поверхности к его весу, устройство используется в качестве фильтрующей среды, через которую пропускается смесь капель нефти, диспергированных в водной фазе. Таким образом, достигается укрупнение масла в достаточно большие капли, что обеспечивает отделение от водной фазы, чтобы сформировать отдельную фазу масла.
В одном из вариантов изобретения, способ обеспечивает удаление масла из смеси, которое диспергировано в воде, посредством коалесценции капли масла при прохождении через соответствующий фильтр, позволяющий объединились капли масла, чтобы собрать как отдельные фазы и выделить воды и нефть в виде отдельных потоков.
В качестве примера ниже приведена таблица, чтобы проиллюстрировать эффективность полипропиленовой ткани, используемой в качестве загрузки фильтра для укрупнения капель масла, диспергированного в водной фазе. По полученным данным было установлено, что наиболее желаемых результатов укрупнения дает структурированный материал с большой площадью поверхности на единицу массы из олеофильного материала. Кажется очевидным, что поглощение нефти из воды на олеофильной поверхности ткани способствует образованию капель нефти. Ткань изготовлена из смачиваемых водой волокон, и даже если она впитывает масло при фильтровании через нее, эффективность будет невысокой, когда небольшое количество масла должно быть отделено от большого количества воды. Это означает, что другие гидрофобные материалы должны быть столь же эффективными при условии, что ткань будет обладать большой площадью поверхности на единицу массы. Как правило, такими материалами являются полиолефины. Подходят также полиэтилен, сополимеры этилена и пропилена, этилена и гексена и тому подобное. Волокна из полифторуглеводорода, таких как политетрафторэтилена, также могут быть использованы, чтобы сделать подходящие ткани. Смеси из олеофильных волокон также пригодны для использования в настоящем изобретении.
Данные также показывают, что нетканый материал также содержит игловидные включения, что является основой для получения экспериментальных данных, и способа производства когерентного материала, пригодного до тех пор, пока он имеет высокое отношение площади поверхности к единице веса. При построении фильтра ткань будет уложена в отдельные слои в 30–100 мм толщиной каждый; примерно с трех до 25 таких слоистых формирований конечной толщины, что будет менее 0,5 дюйма. В предпочтительном варианте нетканый материал содержит игловидные волокна полипропилена, которые соприкасаются только с одной стороны и переплетены с дополнительным слоем полипропиленовых волокон, был протестирован как коалесцирующий материал, подходящий для данного изобретения. Аналогичный материал, известный как "Petromat",представляет собой нетканый материал из полипропиленовых волокон, получен корпорацией Филлипс Фиберс, Greenville, SC Petromat ткань имеет вес около 4–6 унций на квадратный ярд, прочность на разрыв в продольном направлении составляет 80–90 фунтов, а прочность на разрыв в поперечном направлении 90–100 фунтов. Ткань была протестирована весом 3-7 грамм на квадратный ярд и несжатого толщиной 30–100 мил за слоем.
Для теста из такой толщины были использованы 3–21 слоя. Как правило, от 3 до 25 слоев ткани будут полезны в построении фильтров в процессе этого изобретения. Окончательная толщина слоя материала, пригодного для фильтрующего устройства, может варьироваться от 0,5 до 3 1 дюйма.
Процесс изобретения можно лучше всего понять в сочетании с рисунком 1, который иллюстрирует коалесцирующий фильтрующий аппарат, который был построен для использования в тестировании эффективности этого изобретения. Обратимся теперь к рисунку 1: нефтесодержащие воды с концентрацией нефти 5000 г/м3 в 3% морской воды (имитация морской воды) подаются в резервуар 1 с помощью пневматической мешалки для смешивания. Небольшой центробежный насос 2 был использован для перекачки нефтесодержащих вод через систему. Количество смеси контролировалось с помощью регулятора потока 3. Этот насос приводит к дальнейшему диспергированию нефти в воде делает разделение сложнее. 2-дюймовый диаметр металлической сетки напорного фильтра 4, который был использован для проведения коалесценции агентов от 5 до тестирования. Нефтесодержащей вода, пройдя через фильтр, затем пропускается через регулятор разделения 6, где нефть может отделиться, если коалесценция произошла в достаточной степени. Перегородка 7 имеет тенденцию замедлять поток в достаточной мере, чтобы скоалесцировавшие частицы нефти отделялись и проходили через перфорированные пластины 8, где в дальнейшем коалесценция также имеет место, и в устройстве 9 образует два отдельных слоя масла 10 и воды 11, которая может быть удалена отдельными линий 12 и 13.
Рисунок 1 – Коалесцирующий фильтрующий аппарат
Промышленный сепаратор для нефтесодержащей воды обрабатывает 10 л / мин через 3,5-дюймовый внутренний диаметр 12 дюймов в длину фильтра. Это сокращает поверхность фильтра, или примерно 940 мл / мин в течение 2-х дюймов в диаметре, а расстояние между дисками в коалесцирующем устройстве уменьшается. Расход в процессе испытания контролируется на уровне 900–1000 мл/мин при каждом запуске. Тесты проводились с использованием как водопроводной воды, так и 3% воды Северного моря, содержащей нефть.
Следующие материалы были протестированы:
- Свободный нетканого материал из полиэтилентерефталата для промышленных сепарационных установок для разделения систем «Нефть–вода». 2-дюймовый сегмент был вырезан из фильтра, который имел 10 слоев материала и толщиной 1,5 дюйма, несжатый (в свободном состоянии).
- Свободнораспределенные волокна полипропилена.
- Переплетеный нетканый материал из полипропилена (Petromat). В тесте направление фильтрования во всех случаях было сверху вниз.
Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Сравнительная характеристика коалесцирующих фильтров
| Промышленный фильтр | Волокно Petromat | Полипропиленовое волокно | ||
| Средний диаметр волокон | 0,0051 см | 0,00255 см | 0,0051 см | |
| Диаметр пор | 2 мм | 1 мм | 2 мм | |
| Полимер | PET | Полипропилен | Полипропилен | |
| Площадь поверхности, см2/г | 577 | 1803 | 901 | |
| Промышленный фильтр | 10 слоев | Масса, г | Площадь, см2 | Коалесценция |
| Полипропиленовые волокна | свободное распределение | 1,80 | 1700 | слабая |
| Волокно Petromat | 3 слоя | 0,95 | 1700 | слабая |
| Полипропиленовые волокна | свободное распределение | 2,95 | 2 660 | незначительная |
| Волокно Petromat | 8 слоев | 2,95 | 5300 | хорошая |
| Волокно Petromat | 21 слой | 7,9 | 14300 | отличная |
Полученные данные свидетельствуют о том, что для данной поверхности, материал из полипропилена показывает хорошую производительность и о том, что по количеству используемого материала полипропиленовая ткань предпочтительнее. Эти данные также указывают на эффективность полипропиленовой ткани, по сравнению с материалом, выпускаемым промышленностью, как средство для коалесценции капель нефти в водной фазе.
Материалы, пригодные для тканевых фильтров данного изобретения, должны иметь отношение площади поверхности к единице веса не менее 1200 см2/ г. Желательно, чтобы ткань имела отношение площади поверхности к единице веса в диапазоне от 1500 до 2100 см2/ г. Верхняя ограничение этого диапазона предлагается в качестве предела, в то время как нижняя граница считается близким к рабочему пределу.
Возможны изменения и модификации в конструкции в рамках вышеизложенного, формула изобретения состоит в том, что предлагаемая ткань коалесцирующего фильтра пригодна для выделения капель нефти из водной фазы в коалесцирующем фильтре, который может быть использован в процессе разделения водонефтяной эмульсии, и выделения нефти, диспергированной в воде.