NO821323L - Fremgangsmaate for separering av en blanding. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen yedrører en f.ler f aseseparas jonspro-sess som er særlig anvendbar i forbindelse med rensing av kutt som kommer fra vanlig oljeboringsteknikk.

En tofasefaststoff/væskeseparasjon oppnås vanligvis ved bruk av sentrifugaldekanteringsinnretninger med tett skål eller en siktlignende skål. I sammenligning med dekanteringsinnretningen med tett skål vil, hvis andre ting er like, dekanteringsinnretningen med siktskål føre ut faste stoffer som inneholder mindre væske (da en ytterligere separasjon vil finne sted på sikten!. Det muliggjør også vasking av de faste stoffer på sikten med væske som kan samles separat og ikke tapes til hovedvæskemengden.

Kjente metoder for separering av to væsker og en fast fase ved hjelp av sentrifugalkraft innbefatter bruken av en trefasedekanteringsinnretning med tett skål. Denne sentrifuge drives som en vanlig tofase tettskåldekanteringsinnret-ning, dvs. den ruller kontinuerlig de faste stoffer til enden med mindre diameter av skålen, mens den klarnede væske strøm-mer til den større ende, men den innbefatter en oppdelings-plate nær væskeutløpsenden, slik at tunge og.'lette fasevæsker også separeres og strømmer inn i separatorkamre. Utløpet av to separerte væskefaser finner så sted enten ved spyling av væskene over oppdemninger, skumming av væskene på deres indre flater eller en kombinasjon av disse metoder.

Noen viktige separasjonsanvendelser krever imidlertid separasjon av: 1) en bærevæske, som representerer massen av væsken som er

tilstede i innstrømningen, dvs. 50 - 99 %, generelt 95 %,

21 en forurensningsvæske, vanligvis 5 %, og

3). faste stoffer.

I det sistnevnte tilfelle er hensikten med separasjonen en av de følgende alternativer: a} fjerning av all forurensning fra både de faste stoffer og bærevæsken for å tillate fjerning av de faste stoffer fri for forurensning og derved unngå et avløpsproblem og for å tillate gjentatt bruk eller ytterligere behandling av bærevæsken, bi fjerning av all forurensning fra såvel de faste stoffer som bærevæsken for å tillate fjerning av bærevæsken fri for forurensning og derved unngå et avløpsproblem og for å tillate gjentatt bruk eller videre behandling av de separerte faste stoffer.

Et eksempel på en anvendelse av type a, som er beskrevet ovenfor, ligger i separasjonen av borekutt som er boret med oljebaserte fluider i oljeutvinningsindustrien.

F. eks. oljeboring under sjøbunnen benytter vanligvis teknik-ker som forbruker store mengder av én blanding av sjøvann, borekutt fra området på sjøbunnen som bores, tilsetninger, såsom rensemidler, og olje. En slik oljeforurenset blanding kan ikke tømmes direkte ut i sjøen av miljøbeskyttelsesgrun-ner, og opptil i dag er den blitt overført til lektere for å bæres i land eller, i tilfelle at dårlig vær skiller slik overføring må væsken lagres på selve oljeriggen.

I sistnevnte tilfelle vil hensikten med separasjonen være å: a) fjerne de faste borede kutt for å uttømme dem i sjøen uten biologisk forurensning av sjøbunnen og overflaten med

olje som benyttes for boring,

b) .'„ separere sjøvannet, som benyttes med tilsetninger som bærefluidum under boring og for vasking av kuttene, slik

at sjøvannet kan kontinuerlig benyttes på nytt, og

c) separere oljen som benyttes for boreoperasjonen for å for-hindre forurensning av såvel borede kutt og resirkulert

sjøvann.

Foreliggende oppfinnelse er basert på den eksperi-mentelle iakttagelse at når en blanding av olje og faste stoffer (borekutt). vaskes med sjøvann over en fin sikt, slik at de finere partikler i.faste stoffer (f. eks. de under 15 mikron) passerer gjennom sikten med sjøvann, vil i det vesentlige all den frie olje og den olje som vaskes av de større faste stoffer feste seg til de finere faste stoffer som passerer gjennom sikten. Hvis så disse finere faste stoffer deretter fjernes, vil de ta med seg praktisk talt all den frie olje og resultere i rent bæresjøyann som kan resirkuleres for ytterligere bruk.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse i bredeste forstand er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for separering av en blanding av en bærevæske, en forurensningsvæske og faste stoffer omfattende at blandingen føres over en fin sikt, mens blandingen samtidig vaskes med ytterligere bærevæske, hvorved en finere del av faststoffpartiklene vaskes gjennom sikten og tar med seg forurensningsvæsken som er blitt vasket av de faste stoffer av bærevæsken og som fester seg til de finere faste partikler, hvorved de gjenblivende større faste partikler i det vesentlige forblir fri for "tilgjengelig" forurensning.

"Tilgjengelig" forurensning er definert som forurensninger som fester seg ..til faste partikler bare ved overflatespenningskrefter og kan derfor bli frigjort fra slike partikler bare ved neddykking eller vasking i bærevæsken.

Ren bærevæske kan så bli oppnådd ved separering av de finere partikler som bærer forurensningene fra væsken.

Fortrinnsvis gjennomføres vaskingen med blandingen utsatt for sentrifugalkraft. Til dette formål kan sikten han-siktsmessig omfatte den sylindriske siktdel til en vanlig siktskåldekanteringssentrifuge.

Derpå følgende separasjon av de finere partikler som bærer oljen kan så gjennomføres ved bruk av en vanlig tett skåldekanteringssentrifuge med tofasevæskeseparasjon eller en sentrifuge av den type som roterer om en vertikal akse og har omkretsdeler som kan åpnes periodisk for å mulig-gjøre at oppsamlede faste stoffer kan føres ut.

Oppfinnelsen er beskrevet ytterligere i det følg-ende ved hjelp av utførelseseksempler som er fremstilt på tegningen, som viser: fig. 1 et skjematisk riss av en utførelse av et apparat for bruk ved gjennomføring a<y>separeringsmetoden ifølge foreliggende oppfinnelse, og

fig. 2 et skjematisk riss av en andre utførelse av et apparat for bruk ved gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Ved den ene utførelse som er vist på fig. 1 finner en pri-mærseparering sted i en i det vesentlige vanlig siktskåldekanteringssentrifuge 10. Denne innbefatter en roterende sylindrisk tett skåldel 12 som er forbundet til en perforert sylindrisk siktdel 14 over en kjeglestumpformet tett del 16 som danner en rampe eller et skråplan opp hvilket de faste stoffer rulles av en skruetransportør 18 som dreies med en noe annen hastighet enn hovedskåldelene 12, 14 og 16. De roterende deler er understøttet i sokkellagre 20, og de for-skjellige hastigheter ved rullingen oppnås ved hjelp av en girboks 22.

Den primære innmating kommer fra en matetrakt 24 via et materør 26 og tømmes ut i det indre av skåldelen 12 mot den kjeglestumpformede ende. Det er sørget for innføring av en vaskevæske i det indre av siktdelen 14 ved hjelp av et materør 28, idet væske og finere stoffer passerer ut av siktdelen 14 og føres ut over en renne 30. En videre renne 32 fører bort de faste stoffer som kommer ut fra utløpet ved den høyre ende av siktdelen 14. Den tunge fase av væske som er separert i skålen passerer over en demning 34 og tømmes ut gjennom en kanal 36. Den lettere fase av separert væske i skålen blir skummet bort ved hjelp av et skummerør 38.

De forurensede borekutt fra borehullet blir til-ført til sentrifugen 10 via matetrakten 24 og en primær separasjon finner sted i sentrifugen med overskuddsolje (dvs. olje som ikke er festet til de'faste partikler av overflatespenning og molekylærkrefterI og blir separert i væskesonen til maskinen og fremkommer på overflaten til sjøvannet hvor de kan skummes bort med skummerøret 38. De delvis tørkede faste stoffer rulles over siktdelen 14 og vaskes med resirkulert sjøvann som mates inn via materøret 28, og til hvilke tilsetninger, såsom vaskemiddel etc, kan tilføyes via en pumpe 40. Dette vasker de finere partikler bort fra de rullede faste stoffer gjennom sikten.

Som beskrevet ovenfor er det funnet at når en blanding av olje og faste stoffer (kutt) vaskes med sjøvann gjennom sikten 14, vil den frie olje som allerede er i. blandingen og også fri olje som vaskes av de større faste partikler feste seg til de finere partikler av faste stoffer som passerer gjennom sikten og tar således -med seg i det vesentlige all den frie olje som er tilstede i blandingen. Til dette formål er åpningsbredden for siktåpningene, strømnings-hastigheten for vaskevæsken mot sikten, og hvis nødvendig finstoffinnholdet i innmatingen, innstilt slik at i det vesentlige all forurensningsolje som er tilstede på overflaten til de større faste partikler som passerer over sikten blir vasket av for overføring til den store tilgjengelige flate på de finere faste stoffer hvor de bindes av overflatespenning og molekiylærkrefter, slik at de passerer gjennom siktåpningen med vaskevæsken.

Faststoffinnholdet i den her beskrevne anvendelse inneholder leire og lignende mineraler med platelignende struktur som absorberer olje som er bundet i grenseflaten mellom flatene og på plateflåtene av molkylærkrefter. Denne olje defineres som "ikke lett tilgjengelig" for forurensning av sjøen eller det marine liv, og derfor vil faste stoffer som inneholder olje bare i denne form sikkert kunne, dumpes direkte i sjøen, dvs. rett fra utløpet 32.

Den gjenblivende olje som holdes på de fine partikler bare av overflatespenningskrefter defineres som "lett tilgjengelige" og må fjernes for å unngå forurensning.

Således er den prinsipielle virkning av prosessen på dekanteringssikten fjerningen av de "lettitilgj^engéligé'<11>oljeandeler fra de faste stoffer, slik at de faste stoffer sikkert kan føres tilbake til sjøen uten fare for forurensning. Her gir bruken av sentrifugen den fordel at oljen vaskes av de faste stoffer mens de er i rotasjonstyngdefeltet for sentrifugen og under trykk med samme størrelse som det som kan forventes ved bunnen av det borede hull fra hvilket kuttene blir trukket ut.

Ved fjerning av de finere partikler (f. eks. mindre enn to mikron I og ved ikke å tømme disse~ut i sjøen fremkommer en annen fordel, da partikler med denne størrelse og mindre, hvis de dumpes i sjøen, kan forbrukes av de minste marine dyr på bunnen av den biologiske matkjede og således opptar "ikke lett tilgjengelig" olje.

Ved å ha tilveiebragt faste stoffer med vesentlige mengder "lett tilgjengelig" olje for utfelling i sjøen uten ytterligere behandling, kan siktstrømmen pluss en andel av væskemengden eller sentratet fra utløpsrennen 3 6 (som kan variere fra 0 - 100 % l bli blandet på nytt og passerer til det sekundære trinn i prosessen via et rør 42. Her passerer strømmen via en tank 43 (som holder på oljebundede fine stoffer og vasket væske som har passert gjennom sikten 14 pluss tungfaseseparert sentrat) til en andre sentrifuge 44 av den illustrerte "åpen skål"-type som roterer om en vertikal akse og kan selektivt åpnes ved sin omkrets for periodisk uttømm-ing av oppsamlede faste stoffer. Den sekundære innstrømning fra røret 42 akselereres i skålen 46 til sentrifugen 44, og de fine faste stoffer (hvis overflate er fuktet med olje som holdes av overflatespenning og molekylærkrefter) migrerer til utsiden av den roterende skål 46, mens bærevæsken migrerer innover for å renne over den indre leppe 48 (eller skummes av) for resirkulasjon. Det er funnet i praksis at sentratet i den sekundære skål inneholder en viss mengde olje. Denne olje må fjernes før sentratet (hovedsakelig sjøvann), kan benyttes på nytt. Til dette formål føres sentratet fra skålen 44 via rør 50 til en statisk avsetningstank 51 hvor oljen kan samles fra overflaten. Klart sjøvann kan fjernes fra avsetningstanken 51 via rør 53 og pumpen 55 til en renset sjø-vannslagringstank 54. Tilsetningsstoffer kan tilføres til tanken 54 via en pumpe 52. Periodisk vil så snart et godtag-bart volum av forurensede stoffer er oppsamlet skålen 46 bli åpnet ved 56 for å tømme ut fine faste stoffer og olje for en tredje behandling (eller lagring) via en renne 58.

Renset<y>ann fra lagringstanken 54 kan tilføres til matetrakten. 24 ved hjelp av en pumpe 60, rørledninger 62 og en ventil 64, og også til røret 28 via en ventil 66.

Tilsetningen av polyelektrolytt til sekundærtrin-net utføres fra en tank 68 via en pumpe 70, hvis nødvendig for å forbedre separasjonen.

Prosessen er like godt anvendbar for separasjon av anvendelsestypen som er angitt under punkt b foran.

I en alternativ anordning kan avskummingen av lett fase i primærseparasjonen utelates, og hele sentratet føres fra utløpet 36 til tanken 43.

En andre foretrukket utførelse er illustrert på fig. 2, som benytter en tett skålsentrifuge ved den andre separering for å unngå bruken av en statisk holdetank 51.

Deler på fig. 2 som gjenfinnes på fig. 1 er gitt

de samme henvisningstall som ble benyttet på fig. 1.

En primærseparering finner igjen sted i en i det vesentlige vanlig siktskåldekanteringssentrifuge 10. Dette innbefatter en roterende sylindrisk tett skåldel 12 som er forbundet med en perforert sylindrisk siktdel 14 ved hjelp av en kjeglestumpformet tett del 16 som danner en rampe eller overgang opp hvilken de faste stoffer rulles av en skruetran-sportør 18 som dreies med en noe annen hastighet i forhold til hovedskåldelene 12, 14 og 16. De roterende deler under-støttes i stativlagre 20, og differensialhastigheten for rullingen oppnås ved hjelp av en girboks 22.

Den primære innmating kommer fra en matetrakt 24 via et materør 26 og tømmes ut i det indre av skåldelen 12

mot den kjeglestumpformede ende av denne. Det er sørget for innretninger for innføring av en<y>askevæske i det indre av siktdelen 14 ved hjelp av et materør 28, idet væske og finere faste stoffer som passerer ut av siktdelen 14 blir ført ut ved hjelp av en renne 30. En ytterligere renne 32 fører bort de faste stoffer som kommer ut av utløpsenden (til høyre\ av siktdelen 14. Den tunge fase av væske som separeres i skålen passerer over en oppdemming 34 og renner ut gjennom en renne 36. Den lettere fase av den separerte væske i skålen kan, hvis ønsket, skummes bort ved hjelp av et skummerør 38. Dette er imidlertid ikke nødvendig ved denne utførelse, og sentratet som forlater skålen 12 kan inneholde fri olje.

De forurensede borekutt fra borehullet blir til-ført til sentrifugen 10 -via -matetrakten 24, og den primære separering finner sted i sentrifugen, med eventuell overskudds olje , (f. eks. ikke festet til de f as. te partikler ved overflatespenning og molekylærkrefteri passerer ut av skålen med sjøvannbæreren og går inn i tanken 43 sammen med utgangen fra rennen 30. De partielt tørkede faste stoffer blir rullet over siktdelen 14 og vasket med resirkulert sjøvann som inn-mates via materøret 28, og til hvilke tilsetninger, såsom vaskemidler etc, kan tilsettes via en pumpe 40. Dette vasker de finere partikler av de rullede faste stoffer gjennom sikten.

Som i tilfelle av den første utførelse, som er beskrevet foran, vil når blandingen av olje og faste stoffer (borekutt! vaskes med sjøvann gjennom sikten 14 den frie olje som allerede er i blandingen og også den frie olje som vaskes av de større faste partikler, feste seg til de finere partikler av faste stoffer som passerer gjennom sikten og tar således med seg i det vesentlige all den frie olje som er tilstede i blandingen. Til dette formål er åpningsbredden for siktåpningene, strømningshastigheten for vaskevæsken til sikten og, hvis nødvendig, finstoffinnholdet i innmatingen innstilt slik at i det vesentlige alle forurensningsoljer somler tilstede på overflaten til de større faste partikler som passerer over sikten blir vasket bort for overføring til det større tilgjengelige overflateområde på de finere faste stoffer, hvor det bindes av overflatespenning og molekylærkrefter og passerer gjennom siktåpningene med vaskevæsken.

Som tidligere inneholder faststoffinnholdet i den her beskrevne anvendelse leire og lignende mineraler med platelignende struktur som absorberer olje som bindes i gren-seflatene mellom platene og på plateflatene av molekylærkrefter, slik at de kan betraktes som "ikke lett tilgjengelige" og forurenser ikke sjøen eller det marine liv, slik at de faste stoffer som inneholder olje bare i denne form sikkert kan dumpes direkte i sjøen.

I og med at det er tilveiebragt faste stoffer med uvesentlig mengde "lett tilgjengelig" olje som utfelles i sjøen uten ytterligere behandling, kan siktstrømmen sammen med sentratet fra utløpsrennen 36 igjen blandes og føres til

det andre trinn i prosessen, via et rør 42.

Den prinsipielle forskjell mellom den første og den andre utførelse er at i sistnevnte er skålåpningstypen av sentrifugen i det andre trinn erstattet av en høyhastighets-tett skåldekanteringssentrifuge 80 som har anordninger for separering av to væskefaser og én fast fase, nemlig et olje-avløp, et sjøvannsavløp og de fine faste stoffer.

Blandingen av olje og sjøvann som tømmes ut fra den primære siktskål 10 ved rennen 36 og ytterligere blandes med avløp fra sikten 14 føres inn i lagringstanken 43. Det er viktig å oppnå en meget omhyggelig sammenblanding av alle faste stoffer og væsker som inneholdes i tanken 43 for å sikre en egnet dispersjon av disse faste stoffer og tilfredsstill-ende drift av polyelektrolytt og følgelig av den andre sepa-reringsprosess. Blanding i tanken 4 3 oppnås med en rører 82.

Blandingen i tanken 43 føres via en pumpe 84 og rørledning 86 til det indre av den tette skåldekanteringsinn-retning 80..Som tidligere tilveiebringes tilsetningen av polyelektrolytt til den andre sentrifuge fra en tank 68 via en pumpe 70 hvis nødvendig for å forbedre separeringen. Slammet som inneholder faste stoffer tømmes ut fra skålen

ved 92 og opptas i en tank 94. Dette slam inneholder en mengde olje og andre boreslamtilsetninger (såsom baritt).

Det er mulig at disse kan benyttes på nytt som tilsetninger til boreslam, dvs. de kan bli resirkulert. Alternativt kan materialet brennes i en fakkelanordning eller fjernes på annen måte.

Den tunge fase av sentratet som føres ut fra skålen 88 er klart sjøvann som passerer over en oppdemning 96

og føres bort av røranordningen 98 til sjøvannslagringstanken 54. Et lett faseoljelag samles på den indre flate 100 av sentratet i skålen, og dette skummes av med et skummerør 120 og samles i en tank 104. Sistnevnte olje kan også brennes i fakkelanordningen eller alternativt benyttes som en tilset-ning for ferskt boreslam, dvs. det kan resirkuleres.

Renset sjøvann fra lagringstanken 54 kan igjen til-føres til matetrakten 24 ved pumpen 60, røranordningen 62 og

ventilen .64, og også til .røret 28 yi.a ventilen 66.

En fordel ved den andre utførelse er at det unngås behov for avskumming av lett fase i den primære separering. Hovedfordelen er imidlertid tilveiebringelsen av en mer effek-tiv innretning for fjerning av fri olje som er tilstede i ut-gangsmaterialet fra det primære separeringstrinn.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for separering av en blanding av en bærevæske, en forurensende væske og faste stoffer,karakterisert vedat blandingen føres over en fin sikt mens blandingen samtidig vaskes med ytterligere bærevæske, hvorved en finere del av de faste partikler vaskes gjennom sikten og tar med seg forurensende væske som er blitt vasket av de faste stoffer av bærevæsken og som fester seg til de nevnte finere faste partikler, hvorved de gjenblivende større faste partikler blir i det vesentlige fri for "tilgjengelig" forurensing, som definert ovenfor.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat de finere partikler som bærer forurensninger med seg separeres ut, hvorved det oppnås ren bærevæske.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat trinnet med å føre blandingen over en fin sikt gjennomføres mens blandingen utsettes for sentrifugalkraft.

4. Fremgangsmåte for separering av en blanding av en bærevæske, en forurensende væske og faste stoffer, hvor bærevæsken er sjøvann, den forurensende væske er olje og de faste stoffer er borekutt,karakterisert vedat blandingen føres over én fin sikt mens blandingen samtidig vaskes med ytterligere bærevæske, hvorved en finere del av de faste partikler vaskes gjennom sikten og tar med seg forurensende væske som er blitt vasket av de faste stoffer av bærevæsken og som fester seg til de finere faste partikler, hvorved de gjenblivende større faste partikler blir i det vesentlige fri for forurensninger av den "tilgjengelige" type som fester seg til de faste partikler bare med overflatespenningskrefter og derfor kan frigjøres fra partiklene bare ved neddykking eller vasking i bærevæsken.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,karakterisert vedat trinnet med å føre blandingen over en fin sikt gjennomføres mens blandingen utsettes for sentrifugalkraft.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat den fine sikt tilveiebringes av den sylindriske sikt til en siktskålsentrifuge, idet det i skålen til sentrifugen innføres blandingen av sjøvannsbærer, olje og faste stoffer, idet de større faste partikler som er fri for "tilgjengelig" forurensning oppnås ved faststoffutløpet til sentrifugen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert vedat væske og finere faste stoffer som passerer gjennom sikten blir blandet med sentratet fra siktskålsentri-fugen og ført til en andre sentrifuge for trefaseseparering av sjøvann, olje og finere faste partikler.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat det som andre sentrifuge benyttes en tett skåldekanteringssentrifuge, at de finere faste stoffer føres ut ved faststoff utløpet fra den andre sentrifuge, at den L..: tunge fase (sjøvann)_ av sentratet passerer over en oppdemning for fjerning eller gjentatt bruk av den lette fase (olje) som skummes av sentratdammen i skålen for separat fjerning eller gjentatt bruk.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat de faste stoffer som føres ut fra den andre sentrifuge føres tilbake til boreslammet og benyttes i boreprosessen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9,karakterisert vedat den lette fase (olje) som skummes av i den andre sentrifuge returneres til boreslammet som benyttes i boreprosessen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 8, 9 eller 10,karakterisert vedat det .tunge fase (sjøvann) -sentrat fra den andre sentrifuge føres til en sjøyannslagringstank for gjentatt bruk som bærevæske.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 7, k a r a k t e r i-s e r ty e .d at den andre sentrifuge er en av skiyeskål-typen, hvorfra sentratet føres til en statisk, avsetningstank for å tillate fjerning av olje som avsetter seg på flaten til sjøvannsbæreren i avsetningstanken.

13. Apparat for bruk yed gjennomføring ay separasjons-metoden ifølge krav 4, hvor åpningsbredden til siktåpningen, strømningshastigheten for vaskevæsken til sikten og, hvis nødvendig, finstoffinnholdet i innmatingen innstilles slik at i det vesentlige all forurensningsolje som er tilstede på overflaten til de-større faste partikler som passerer over sikten vaskes av for overføring til den store tilgjengelige flate på de finere faste stoffer, hvor den kan bindes av overflatespenning og molkylærkrefter og passer gjennom siktåpningene med vaskevæsken.