專利名稱：重力分離器和用于分離含有水、油以及氣體的混合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重力分離器，主要是如下類型的重力分離器，在 這種重力分離器中，流自油井的含有水、油以及氣體的混合物在分離 器容器中被分離成離散的沿豎直方向隔開的水、油以及氣體層，以便 隨后分別通過水出口、油出口以及氣體出口自容器中抽取。
背景技術(shù)：
重力分離器已為人所知數(shù)十年且已按各種實施例用在油工業(yè)中， 在這些實施例中， 一些實施例相當(dāng)復(fù)雜，包括多個靜態(tài)混合器和旋風(fēng)分離器。已知類型的重力分離器的實例可例如在GB1327991和 W099/25454中獲悉。美國專利No,5080802披露了 一種空氣浮選分離 器，其具有將氣體抽到引入的流體中的噴射器。噴射器使在容器最頂 部收集的氣體再循環(huán)到引入的流體。分離器設(shè)有與容器的軸基本軸向 對準(zhǔn)的聚結(jié)劑提升管，為了最佳地聚結(jié)大量氣體，使用的氣體與水所 成的比例如約為30%。美國專利No.5516434公開了另一種氣體浮選 分離器，該分離器也設(shè)有帶過濾介質(zhì)的聚結(jié)劑提升管。EP0793987公 開了另一種從水乳化液中的油移除散布的油的分離器，其中，氣體溶 解在流入的水中以形成充氣的溶液。該溶液在由親油材料制成的間隔 緊密的網(wǎng)格板的組件中被導(dǎo)入分離器容器。使用具有過濾器的聚結(jié)劑 提升管或使用網(wǎng)格板使得分離器復(fù)雜，并存在堵塞的風(fēng)險而造成容量 損失。這些現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計還需要高度維護(hù)工作。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種重力分離器，其運作有效、結(jié)構(gòu)相對 簡單、具有適當(dāng)?shù)牡蜌怏w消耗。因此，本發(fā)明涉及一種重力分離器，其包括一個容器，含有水、 油以及氣體的混合物可在該容器內(nèi)在重力作用下分離以形成沿豎直方4向離散的油層和水層以及氣相，該容器具有與用于含有水、油以及氣體的混合物的容器入口相通的引入管；水出口；油出口；氣體出口， 其中重力分離器的引入管包括噴射器件，該噴射器件按照每lm"昆合 物0.01-1.9SmS氣態(tài)介質(zhì)體積將氣態(tài)介質(zhì)噴入含有水、油以及氣體的混 合物中。出乎意料地發(fā)現(xiàn)對于通過在容器內(nèi)于重力作用下分離而獲得理 想的凈化水相，在引入管中將如此小體積的氣態(tài)介質(zhì)噴射到含有水、 油、氣體的混合物中能獲得相當(dāng)令人滿意的效果。此外，通過采用如 此小體積的氣態(tài)介質(zhì)，分離器中既不用設(shè)置具有過濾器的聚結(jié)劑提升 管也不用設(shè)置網(wǎng)格板。由此實現(xiàn)了分離器高度可靠的簡單設(shè)計、持續(xù) 高的容量以及低的維護(hù)成本。離開分離器的水相的雜質(zhì)含量可小到 40ppm。在一優(yōu)選實施例中，將氣態(tài)介質(zhì)供給到噴射器件的導(dǎo)管使氣體自 重力分離器向噴射器件再循環(huán)。氣體的再循環(huán)減少了來自外源的氣態(tài) 介質(zhì)的任何消耗。再循環(huán)導(dǎo)管可從位于分離器氣態(tài)介質(zhì)出口下游的氣體處理裝置收 集氣體。不過，在一優(yōu)選實施例中，因其簡單性，將氣態(tài)介質(zhì)供給到 噴射器件的導(dǎo)管在重力分離器上部與重力分離器的內(nèi)部連接。在另一實施例中，將再循環(huán)的氣體供給到噴射器件的導(dǎo)管是將噴 射氣體供給到噴射器件的唯一供給源。這就帶來了幾個優(yōu)點。通過噴 射器件噴射的氣態(tài)介質(zhì)自動地從在容器中與混合物分離的氣體體積抽 取，于是分離器就與氣態(tài)介質(zhì)的外部供給源無關(guān)。在用于離岸油/氣生 產(chǎn)設(shè)備中的分離器方面，省掉氣體的外部供給源是非常有利的。除了 免除維護(hù)成本和免除設(shè)置外部氣源外，還節(jié)省了空間，因為一并省掉 了供外部氣源用的存儲罐、管路等。根據(jù)重力分離器的一適當(dāng)實施例，引入管中的噴射器件與容器入 口隔開0.05-2.00m的間距。噴射器件和入口的這種分隔得以讓氣態(tài)介 質(zhì)與含有水、油以及氣體的混合物;f艮好地混合。為了進(jìn)一步改善混合，重力分離器可在噴射器件與容器入口之間在引入管中設(shè)置混合器，優(yōu)選是靜態(tài)混合器。在重力分離器的一實施例中，適宜的是，當(dāng)僅有較小空間可用時， 引入管自上向下穿過容器延伸到混合物流出至容器中的容器入口 。此 外，混合器可位于引入管在容器內(nèi)延伸的一部分中，于是設(shè)計就非常 緊湊。本發(fā)明還涉及一種分離含有水、油以及氣體的混合物的方法，該方法包括以下步驟經(jīng)由引入管和容器入口將要分離的混合物導(dǎo)入容 器中，使容器中的混合物在重力作用下分成水相、油相以及氣相；經(jīng) 由水出口取出水相、經(jīng)由油出口取出油相以及經(jīng)由氣體出口取出氣相； 其中，按照每lm"昆合物0.01-1.9Sn^氣態(tài)介質(zhì)體積將氣態(tài)介質(zhì)噴入通 過引入管流到容器入口的混合物中。事實證明，所噴氣態(tài)介質(zhì)的有限體積使容器中在重力作用下的分 離過程得以維持并降低了氣體供給成本，不會減少分離器的容量。自 容器中取出的水可在返回到容器之前視需要進(jìn)一步凈化。油和氣體可 在運送之前視需要作進(jìn)一步處理。就本發(fā)明而言，量綱SmS用作所噴氣態(tài)介質(zhì)相對于混合物體積的 體積單位。Sn^是氣態(tài)介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)立方米。SmS在離岸領(lǐng)域內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化 (15.6。C和101.325kPa壓力下的干氣體積)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可將每lm3混合物0.04-1.6Sm3的氣態(tài)介質(zhì)噴 入引入管內(nèi)的混合物中，但更優(yōu)選的是，將噴入引入管內(nèi)的混合物中 的氣態(tài)介質(zhì)體積限定在每lm"昆合物0.05-0.40Sm3的氣態(tài)介質(zhì)體積。 該體積可自分離器中抽取并再循環(huán)以噴入引入管內(nèi)的混合物中，不用 任何氣態(tài)介質(zhì)的外部供給。在噴射器件上游側(cè)流至分離器的混合物具 有足夠的氣體含量，以給分離器提供必要的氣態(tài)介質(zhì)體積。由于混合 物中存在噴射的氣態(tài)介質(zhì)體積和自然量的氣相，噴射器件與容器入口 之間的混合物流自然具有增大量的氣相。在一優(yōu)選方法中，在引入管 中將每lm"昆合物0.05-0.15Sm3的氣態(tài)介質(zhì)體積噴入混合物中，而在 最優(yōu)選的方法中，在引入管中將每11113混合物0.08-1.2Sm3的氣態(tài)介質(zhì) 噴入混合物中。盡管操作當(dāng)中的容器壓力可在約O.latm以上的寬范圍內(nèi)改變，但 通常優(yōu)選容器壓力為0.5-200atm,有利的是1.0-100atm。將壓力調(diào)節(jié) 到最佳值可改善氣相的形成以及氣體與水和油的分離。為了進(jìn)一步改善分離過程，在一實施例中，為含有水、油以及氣 體的混合物噴射一種或多種分離助劑。此類分離助劑通常采取液體的 形式并包括凝聚劑、乳化劑等。在本發(fā)明方法的一優(yōu)選實施例中，氣態(tài)介質(zhì)視需要在自氣相中再 提取之后再循環(huán)。如果來自油井的天然氣用作氣態(tài)介質(zhì)，通常無需對 之再提取，因為一部分收集的天然氣可被取出并用作氣態(tài)介質(zhì)噴入含 有水、油以及氣體的混合物中。該實施例提供了節(jié)省成本的方法，資 源浪費極小。


以下參照高度示意的附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明實施例的實例， 其中圖l示出了本發(fā)明重力分離器的笫一實施例； 圖2示出了適用于圖l重力分離器的噴嘴系統(tǒng)； 圖3示出了本發(fā)明分離器的一個替代實施例。
具體實施方式
參見圖1，圖中示出了重力分離器1，重力分離器l具有帶引入管 3的容器2，引入管3具有位于容器2內(nèi)的容器入口 4。通過入口 4的 流體混合物的流入物自身自由地散布到容器中，在該容器中，重力作 用于混合物內(nèi)成分上。容器2還配備有水出口 5、油出口 6以及氣體 出口7。在容器2內(nèi)設(shè)有堰板8，其用于將水相9與油相IO分離。在 水相9和油相IO上方空間中的位置收集氣相11。在容器2的引入管3中，安裝有形式為噴嘴裝置的用于噴射氣體 的噴射器件12。經(jīng)由管路13向噴嘴裝置進(jìn)給氣態(tài)介質(zhì)。按此方式， 在含有水、油以及氣體的混合物經(jīng)由容器入口 4進(jìn)入容器2之前，在引入管3中將氣態(tài)介質(zhì)噴入混合物中。容器2優(yōu)選是水平的、大體圓柱狀的容器，兩端封閉，優(yōu)選具有彎曲或凸起的封閉口 。容器2和附接的設(shè)備可由適當(dāng)?shù)慕饘俸辖鹬瞥桑?優(yōu)選不銹鋼合金。容器2優(yōu)選通過焊接組裝而成。含有水、油以及氣體的混合物具有液體外觀，其可能根據(jù)水油之 間的比例或多或少地具有粘性。氣體通常作為微小氣泡分散在混合物 中。含有水、油以及氣體的混合物還可能包含其它成分，例如來自油 井的雜質(zhì)?；旌衔镞€可能包含固體?；旌衔镏锌赡艽嬖诘墓腆w通常會 隨水相離開分離器。在一實施例中，噴射器件是一個或多個噴嘴。噴嘴可以是適于將 氣態(tài)介質(zhì)噴入包括水、油以及氣體的混合物中的任何噴嘴。有利的是， 噴嘴能在5-250atm的壓力下操作。盡管重力分離器可具有任何理想的尺寸，但容器優(yōu)選具有 l-200m3的內(nèi)體積，比如3-100m3，以便優(yōu)化輸入/輸出比。在一實施例中，重力分離器包括將水相與油相分離的器件。該器 件主要是像堰板等那樣的物理器件，其可位于容器底部，防止水相進(jìn) 入容器的特定區(qū)域，但允許油流入該區(qū)域，視需要可將油出口置于該 區(qū)域中。容器2的內(nèi)部還可配備有一個或多個擋板和/或?qū)蛉~片，以在容 器中獲得理想的流動或流態(tài)，這可提高重力分離器的分離容量。重力分離器還可包括用于噴射分離助劑的器件。分離助劑主要采 取液體的形式，例如是凝聚劑、乳化劑等。此類分離助劑的噴射還可 改善重力作用下的分離。分離助劑可噴射在引入管或容器中，或噴射 在兩者之中。氣態(tài)介質(zhì)可以是任何適用于促進(jìn)混合物中的水、油以及氣體的分 離的氣體。不過，在本發(fā)明的一實例中，氣態(tài)介質(zhì)選自氮氣、氫氣、 天然氣、二氧化碳及其混合物。天然氣通常是可自油井提取的氣體。 當(dāng)將天然氣選作最優(yōu)選的氣態(tài)介質(zhì)部分時，自油井提取的天然氣可作 為氣態(tài)介質(zhì)再循環(huán)。按此方式，氣態(tài)介質(zhì)就可用簡單而費用低廉的方 式獲得。在氣態(tài)介質(zhì)已經(jīng)噴入混合物中之后，隨后可對之再提取(主要自氣相中)和/或再循環(huán)到分離系統(tǒng)中。根據(jù)本發(fā)明，氣體噴射器件可安裝在現(xiàn)有重力分離罐的引入管中， 由此改進(jìn)和提高現(xiàn)有分離罐的容量。因此，本發(fā)明的優(yōu)點可應(yīng)用在已 然安裝并使用的重力分離器上，例如應(yīng)用在岸上或離岸的油開采設(shè)備 上。噴射器件可以是一個或多個合適的噴嘴，它們可有利地設(shè)置在環(huán) 形的裝置中。圖2a和2b示出了適用于本發(fā)明的噴嘴裝置20。噴嘴裝置基本上 由一個環(huán)形法蘭21構(gòu)成。法蘭21的內(nèi)周面22配備有多個孔23 (該 實施例示出為八個孔23)?？?3與法蘭21內(nèi)的通道24相通(通道24 在圖2b中以虛線示出)。通道24還與氣態(tài)介質(zhì)的供給管路25相通， 供給管路25緊固在法蘭21的外周面26上。噴嘴裝置20能使混合物 和氣態(tài)介質(zhì)在引入管3中良好地混合(圖1)。圖3示出了本發(fā)明重力分離器的一替代實施例。正如在圖l所示 的重力分離器的實施例中那樣，替代重力分離器31包括容器32。分 離器31還配備有經(jīng)由容器入口 34與容器32內(nèi)部相通的引入管33、 水出口35、油出口 36以及氣體出口 37。噴嘴裝置38位于引入管33 中并經(jīng)由管路39自容器32的內(nèi)部進(jìn)給氣體。在引入管33中，在噴嘴 裝置38之后和在容器入口 34的附近，布置有靜態(tài)混合器，以確保經(jīng) 由容器入口 34進(jìn)入容器32中的混合物良好地混合。在該實施例中， 氣態(tài)介質(zhì)直接自在容器32中分離的氣體中提取，可免除氣態(tài)介質(zhì)的外 部供給源。如上所述，附圖只是示意性的，為了筒潔起見，類似泵、閥、壓 力傳感器、油氣收集容器等的器件都沒有示出。本發(fā)明的重力分離器 和方法可在所附專利權(quán)利要求的范圍內(nèi)改進(jìn)。各個實施例的細(xì)部可在 專利權(quán)利要求的范圍內(nèi)組合成新的實施例。例如可提供這樣獨立的分 離器，即，其具有兩個或多個油出口和/或兩個或多個水出口和/或兩個或多個氣態(tài)介質(zhì)出口和/或兩個或多個引入管或入口開口。 一個或多 個出口可設(shè)有閥。入口內(nèi)的噴射器件可與導(dǎo)管內(nèi)的泵組合以便自容器9的上部抽氣。不過，這樣的實施例不太有利，因為它過于復(fù)雜且不是 與外部供給源無關(guān)且不具有移動部件的自動化的自調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種重力分離器，所述重力分離器包括容器，含有水、油以及氣體的混合物能在該容器內(nèi)在重力作用下分離以形成沿豎直方向離散的油層和水層以及氣相，該容器具有與用于含有水、油以及氣體的混合物的容器入口相通的引入管；水出口；油出口；氣體出口，其中重力分離器的引入管包括噴射器件，該噴射器件按照每1m3混合物0.01-1.9Sm3氣態(tài)介質(zhì)體積將氣態(tài)介質(zhì)噴入含有水、油以及氣體的混合物中。
2. 如權(quán)利要求1所述的重力分離器，其中，將氣態(tài)介質(zhì)供給到噴 射器件的導(dǎo)管使氣體自重力分離器向噴射器件再循環(huán)。
3. 如權(quán)利要求2所述的重力分離器，其中，將氣態(tài)介質(zhì)供給到噴 射器件的導(dǎo)管在重力分離器上部與重力分離器的內(nèi)部連接。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的重力分離器，其中，將再循環(huán)的氣體 供給到噴射器件的導(dǎo)管是將噴射氣體供給到噴射器件的唯一供給源。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項所述的重力分離器，其中，引入管中 的噴射器件與容器入口隔開0.05-2.00m的間距。
6. 如權(quán)利要求1-5中任一項所述的重力分離器，其中，在噴射器 件與容器入口之間在引入管中設(shè)置混合器，優(yōu)選是靜態(tài)混合器。
7. 如權(quán)利要求1-6中任一項所述的重力分離器，其中，引入管自 上而下通過容器延伸到容器入口 。
8. 如權(quán)利要求6和7所述的重力分離器，其中，混合器位于引入 管的在容器內(nèi)延伸的一部分中。
9. 一種用于分離含有水、油以及氣體的混合物的方法，該方法包 括以下步驟經(jīng)由引入管和容器入口將混合物導(dǎo)入容器中， 使容器中的混合物在重力作用下分成水相、油相以及氣相； 經(jīng)由水出口取出7jc相、經(jīng)由油出口取出油相以及經(jīng)由氣體出口取出氣相；其中，按照每lm"昆合物0.01-1.9Sm3氣態(tài)介質(zhì)體積將氣態(tài)介質(zhì)噴 入通過引入管流到容器入口的混合物中。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，將每lm3混合物0.04-1.6Sm3 的氣態(tài)介質(zhì)噴入引入管內(nèi)的混合物中。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的方法，其中，將每lm"昆合物 0.05-0.40Sm3的氣態(tài)介質(zhì)噴入引入管內(nèi)的混合物中。
12. 如權(quán)利要求9或10所述的方法，其中，將每lm3混合物 0.05-0.15Sm3的氣態(tài)介質(zhì)噴入引入管內(nèi)的混合物中。
13. 如權(quán)利要求9或10所述的方法，其中，將每lm3混合物 0.08-0.12Sm3的氣態(tài)介質(zhì)噴入引入管內(nèi)的混合物中。
14. 如權(quán)利要求9-13中任一項所述的方法，其中，為含有水、油 以及氣體的混合物噴射一種或多種分離助劑。
15. 如權(quán)利要求9-14中任一項所述的方法，其中，氣態(tài)介質(zhì)是自 容器中收集且在引入管內(nèi)噴射的氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重力分離器，其包括一容器，含有水、油以及氣體的混合物能在該容器內(nèi)在重力作用下分離以形成沿豎直方向離散的油層和水層以及氣相。引入管與含有水、油以及氣體的混合物的容器入口相通。重力分離器的引入管包括噴射器件，噴射器件按照每1m³混合物0.01-1.9Sm³氣態(tài)介質(zhì)體積將氣態(tài)介質(zhì)噴入含有水、油以及氣體的混合物中。
文檔編號B01D17/035GK101330954SQ200680047483
公開日2008年12月24日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者J·?？送?申請人:M-I愛普康股份公司