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DE60107714T2 - Behälter zur kombinierten entgasung und flotation - Google Patents

Behälter zur kombinierten entgasung und flotation Download PDF

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DE60107714T2
DE60107714T2 DE60107714T DE60107714T DE60107714T2 DE 60107714 T2 DE60107714 T2 DE 60107714T2 DE 60107714 T DE60107714 T DE 60107714T DE 60107714 T DE60107714 T DE 60107714T DE 60107714 T2 DE60107714 T2 DE 60107714T2
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DE
Germany
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tank
water
outlet
oil
flotation
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DE60107714T
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Egil Stein OSER D
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MI Epcon AS
Original Assignee
EPCON Norge AS
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Publication date
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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Trennung einer Mischung, die Wasser enthält, ein mit Wasser unmischbares Fluid, das eine niedrigere Dichte als Wasser aufweist, und ein Gas, auf diese Bestandteile.
  • Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen kombinierten Entgasungs- und Flotationstank, der besonders gut bei Trennvorgängen einsetzbar ist, bei denen eine Wasserphase, die Öl und Gas enthält, auf diese Bestandteile aufgeteilt wird.
  • Die Erfindung ist in einem breiten Bereich von Industrien einsetzbar, der die Petroleumindustrie, einschließlich Ölexploration und Ölförderung umfasst, Raffinieren, Transport, Aufbewahrung, Reinigung von Tanks und/oder Geräten, usw..
  • Hintergrund der Erfindung
  • In der Ölindustrie umfasst das Fördern von Erdöl das Pumpen einer Mischung aus Öl, Gas und Wasser aus unterirdischen Vorräten. Am Bohrkopf findet normalerweise eine ursprüngliche Trennung statt, und das Erdöl, das immer noch einiges Gas und Wasser enthält, wird in einem oder mehreren Separatoren behandelt, um mehr Wasser und Gas zu entfernen, bevor das Erdöl fertig zum Raffinieren ist.
  • Bei der Offshore-Ölförderung wird die Wasserphase, die von der Trennung am Bohrloch oder aus nachfolgenden Separatoren stammt, normalerweise ins Meer abgegeben, nach einer Reinigung, welche das teilweise Entfernen von Gas, Öl, Chemikalien und anderen Verunreinigungen umfasst. Heutzutage wird diese Reinigung unter Verwendung von Großgeräten durchgeführt, beispielsweise Öl/Gasseparatoren, Flotationstanks, Hydrozyklonen, und Entgasungstanks, die einen beträchtlichen Raum auf den Förderplattformen einnehmen.
  • Mit wachsendem Alter von Ölfeldern stellt sich häufig heraus, dass das Volumen des bei dem Öl vorhandenen Wassers erheblich größer wird, so dass demzufolge die Wasserbehandlungskapazität häufig vergrößert werden muss, um mit den angestiegenen Wassermengen fertig zu werden.
  • Weiterhin besteht eine allgemeine Befürchtung in bezug auf Verschmutzung, die durch Ölförderung auf See hervorgerufen wird, insbesondere wenn die Ölförderung in Bereichen stattfindet, die in bezug auf die Umwelt empfindlich sind, beispielsweise arktische Bereiche oder Fischfangbereiche. In der Ölindustrie besteht die Befürchtung, dass die Forderung nach einem signifikant niedrigeren Niveau für den Ausstoß von Öl dazu führen würde, dass die Ölförderung aus einer Anzahl der bekannten Vorräte unökonomisch wird, wenn man sich auf die momentan eingesetzten Geräte verlassen müsste. Daher wurden von der Industrie und den Behörden erhebliche Anstrengungen dazu unternommen, Wege aufzufinden, um die Abgabe von Öl während der Ölförderung bei akzeptablen Preisen zu verringern.
  • Auf Ölförderplattformen, die für den Betrieb auf See gedacht sind, ist normalerweise nur sehr begrenzter Raum verfügbar. Daher gibt es sehr strenge Einschränkungen in Bezug auf den Raum, der zum Installieren neuer Einrichtungen verfügbar ist, die dazu benötigt werden könnten, steigende Wassermengen zu behandeln, insbesondere wenn man die steigenden Bedenken in Bezug auf die Umwelt und die Verringerung der Verschmutzung anerkennt. Noch strengere Raumeinschränkungen können auftreten, wenn man das Vorsehen einer Ölförderung auf dem Meeresgrund überlegt.
  • Im Stand der Technik ist eine Anzahl von Öl-Gas-Wasserseparatoren bekannt. In der US 4,424,068 werden ein Separator und ein Verfahren zum Trennen einer Mischung aus Öl, Gas und Wasser beschrieben, wie sie aus einer Ölquelle empfangen werden kann. Der Separator weist die Form eines Behälters auf, der in Trennkammern unterteilt ist, und mit einer Anzahl an Bafflen und einem dynamischen Separator versehen ist, bei welchem die ankommende Mischung mehrfach ihre Richtung ändert. Trotz der Tatsache, dass der Separator seit einigen Jahren bekannt ist, scheint er nicht in weitem Ausmaß eingesetzt worden zu sein. Da der Separator verschiedene Kammern und zahlreiche Teile aufweist, ist darüber hinaus die Wartung zeitaufwändig, was zu einer teueren Unterbrechung der Ölförderung führen kann.
  • Die US 4,363,833 beschreibt einen Separator, der einen Sektor aufweist, der zahlreiche Platten enthält, die horizontal und parallel angeordnet sind, um das Zusammenwachsen von kleinen Öltropfen zu größeren Öltropfen zu fördern, sowie einen zweiten Sektor, der zahlreiche Platten aufweist, die vertikal und parallel angeordnet sind, damit die erzeugten, größeren Öltropfen nach oben ansteigen können, wo sie eine Ölschicht bilden, die gesammelt wird. Da der Separator eine Anzahl enger Kanäle zwischen den parallelen Platten aufweist, sind diese Kanäle empfindlich für Verstopfung durch Feststoffe, die in dem ankommenden Fluss enthalten sind, was zu einer Unterbrechung zum Reinigen führen kann.
  • Die US 3,797,203 beschreibt einen Separator, der eine Anzahl kegelförmig ausgebildeter Siebe aufweist, auf deren Oberfläche kleine Öltröpfchen zu größeren Öltropfen zusammenwachsen, die zur Oberseite des Separators ansteigen, wo sie als eine Ölphase gesammelt werden können.
  • Die WO99/20873 beschreibt eine Sandfalle, die auf einer Ölquelle angeordnet werden kann, um schwerere Teilchen wie beispielsweise Sand zu entfernen, vor der weiteren Verarbeitung des Erdöls. Die Vorrichtung weist eine Mündung zu einem relativ engen Teil eines Tanks hinauf, mit einer räumlichen Verbindung zu einem relativ erweiterten Teil eines Tanks, wo sich Sand und schwere Teilchen niederschlagen.
  • Die EP 350 906 A2 beschreibt einen Ringkammerseparator, der mehrere koaxiale Ringkammern aufweist, wobei der Separator zur Behandlung von Flüssigkeitsmischungen geeignet ist, welche zwei Phasen mit unterschiedlicher Dichte aufweisen. Die EP 445 576 A2 beschreibt ebenfalls einen Ringkammerseparator, der zur Behandlung von Flüssigkeiten mit zwei Phasen geeignet ist, welche Feststoffe enthalten.
  • Trotz der Anzahl bekannter Öl-Gas-Wasserseparatoren besteht immer noch ein Bedürfnis nach einem verbesserten Öl-Gas-Wasserseparator mit einer besseren Trennung der Phasen, der keine großen Räume benötigt, der durchgehend betrieben werden kann, bei geringen Wartungsanforderungen, und der zu vertretbaren Preisen hergestellt und betrieben werden kann.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass diese Anforderungen unter Verwendung eines kombinierten Entgasungs- und Flotationstanks erfüllt werden können, der einen im wesentlichen zylindrischen, vertikalen Tank (1) aufweist, einen tangential angeordneten Einlass (2), zumindest einen Auslass (3) für Gas und Öl, der im oberen Teil des Tanks angeordnet ist, einen Auslass (4) für Wasser, der in dem unteren Teil des Tanks angeordnet ist, und eine innere, konzentrische, zylindrische Wand, die eine Flotations- und Entgasungszone zwischen der inneren konzentrischen Wand und der Wand des Tanks in dem oberen Teil des Tanks bildet, wobei die innere, konzentrische, zylindrische Wand als ein innerer Zylinder ausgebildet ist, der in dem oberen Teil des Tanks angeordnet ist, wobei ein offener Raum zwischen dem Zylinder und der Oberseite des Tanks verbleibt, und weiterhin ein Einlassleitflügel (11) vorgesehen ist, der zwischen dem Tank (1) und dem inneren Zylinder (10) angeordnet ist, wobei ein offener Raum zwischen dem inneren Zylinder (10) und dem Einlassleitflügel (11) verbleibt, sowie eine Vorrichtung zum Erzielen eines ruhigen Strömens um den Auslass (4) für Wasser herum.
  • Es hat sich herausgestellt, dass der kombinierte Entgasungs- und Flotationstank gemäß der vorliegenden Erfindung die gewünschte Trennung einer Öl/Gasphase von einer Wasserphase mit einem überraschend hohen Wirkungsgrad durchführen kann. Beim Einsatz zur Wasserbehandlung bei der Ölförderung können restliches Öl und Gas von der abgehenden Wasserphase entfernt werden, wodurch eine abströmende Flüssigkeit mit einem sehr niedrigen Kohlenwasserstoffgehalt gleichzeitig mit dem Entfernen von Sand und anderen teilchenförmigen Material zur Verfügung gestellt wird. Weiterhin ist, da der Durchsatz des Tanks sehr hoch ist, die Anforderung in bezug auf den benötigten Raum sehr bescheiden, im Vergleich zur Menge an behandeltem Wasser.
  • Bei einem anderen Aspekt weist der kombinierte Entgasungs- und Flotationstank gemäß der Erfindung einen im wesentlichen zylindrischen, vertikalen Tank (1) auf, einen tangential angeordneten Einlass (2), einen Auslass (3) für Gas und Öl, der in dem oberen Teil des Tanks angeordnet ist, einen Auslass (4) für Wasser, der im wesentlichen im Zentrum des Bodens vorgesehen ist, und ein im wesentlichen konzentrisch angeordnetes, vertikales erstes Baffle (5), das von der Oberseite des Tanks so ausgeht, dass ein Kanal für Wasser in dem unteren Teil des Tanks verbleibt, sowie ein Kanal für Gas in dem oberen Teil des Tanks, und ein im wesentlichen konzentrisches, zylindrisches, vertikales inneres Baffle (6), mit kleinerem Durchmesser als jenem des ersten Baffles (5), das sich so vom Boden des Tanks erstreckt, dass ein Kanal in dem oberen Abschnitt des Tanks verbleibt, wobei weiterhin ein Einlassleitflügel (11) vorgesehen ist, der in Verbindung mit dem Einlass (2) so angeordnet ist, dass ein offener Raum zwischen dem Einlassleitflügel (11) und dem ersten Baffle (5) verbleibt.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist eine Filtereinheit, beispielsweise eine Einheit des Absorptionsfiltertyps, an den Auslass des kombinierten Entgasungs- und Flotationstanks angeschlossen, wobei diese Ausführungsform zu einem äußerst wirksamen und umfangreichen Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus dem Wasser führt.
  • Der kombinierte Entgasungs- und Flotationstank gemäß der Erfindung ist besonders gut dazu geeignet, die Wasserphase zu behandeln, die von dem Bohrloch oder von nachfolgenden Separatoren stammt, bevor die Wasserphase ins Meer bei Offshore-Ölförderanlagen abgegeben wird.
  • Daher bildet der Einsatz des kombinierten Entgasungs- und Flotationstanks bei der Ölförderung einen weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein schematischer Schnitt durch einen kombinierten Entgasungs- und Flotationstank gemäß der Erfindung.
  • 2 ist ein schematischer Schnitt durch einen kombinierten Entgasungs- Flotationstank gemäß der Erfindung, der mit einem im Zentrum angeordneten Sieb (7) und einem Auslass für Schlamm (8) versehen ist, wobei der Fluss in dem Tank gezeigt ist.
  • 3 ist ein schematischer Schnitt durch einen kombinierten Entgasungs- und Flotationstank gemäß der Erfindung, bei welchem ein innerer Zylinder (10) im wesentlichen im oberen Teil des Tanks angeordnet ist, wobei ein offener Raum zwischen dem Zylinder und der Oberseite des Tanks verbleibt, und sich um annähernd zwei Drittel nach unten in den Tank erstreckt. Der Tank ist darüber hinaus mit einem Einlassleitflügel (11) und einer horizontalen Zirkulatorplatte (12) versehen, die im unteren Teil des Tanks angeordnet ist, wobei ein offener Raum zwischen der Platte und der Wand des Tanks übrig bleibt.
  • 4 ist ein Diagramm, das zu dem bei dem Beispiel beschriebenen Experiment gehört, und den Wirkungsgrad des kombinierten Entgasungs- und Flotationstanks gemäß der Erfindung zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Flotation von Öltropfen signifikant durch des gleichzeitige Ansteigens von Gasblasen erleichtert wird. Da das ankommende Fluid in dem Tank gemäß der vorliegenden Erfindung zu einer spiralförmigen Bewegung nach oben veranlasst wird, wird darüber hinaus angenommen, dass infolge der Rotation die leichteren Bestandteile, beispielsweise Öltropfen und Gasblasen, zum Zentrum des Tanks gezwungen werden, bis die innere, konzentrische, zylindrische Wand erreicht wird, wo Ölblasen und Gasblasen zusammenwachsen, und infolge der niedrigeren Dichte im Vergleich zum umgebenden Wasser ansteigen.
  • Gleichzeitig werden Sand und andere schwere Teilchen, die von der Einlassmischung mitgeführt werden können, zur Wand des Tanks (1) gezwungen, und fallen auf den Boden.
  • Daher wird gemäß der Erfindung eine Flotations- und Entgasungszone ausgebildet, in dem Raum zwischen dem Tank und der inneren, konzentrischen, zylindrischen Wand im Bereich vom Einlass und nach oben.
  • Der Einlass für Wasser ist im wesentlichen tangential angeordnet, um für eine Drehbewegung des Wassers in dem Tank zu sorgen.
  • Ein Einlassleitflügel (11) ist in Verbindung mit dem Einlass (2) für verschmutztes Wasser vorgesehen. Dieser Einlassleitflügel ist ein Flügel, der auf der Wand des Tanks angeordnet ist, um das ankommende Wasser zu einer spiralförmigen Flussbewegung nach oben zu führen. Der Einlassleitflügel kann kurz oder lang sein, und sich über 30–330° des Umfangs des Tanks erstrecken, bevorzugt 90–300°, bevorzugter 180–300°, und am bevorzugtesten etwa 270°. Der Einlassleitflügel ist so angeordnet, dass ein offener Raum zwischen dem Flügel (11) und der inneren, konzentrischen, zylindrischen Wand entsteht.
  • Das ankommende Wasser wird entlang dem Flügel geführt, bis zum Ende des Flügels, von wo aus das Wasser sich weiter in einem fächerförmigen Muster bewegt, wobei ein Teil des Wassers „erneut umgewälzt" in einer weiteren Runde entlang dem Flügel wird, wogegen der Rest des Wassers dem Kreislauf entgeht. Der erneut umgewälzte Anteil wird in großem Ausmaß durch die Schrägstellung des Flügels bestimmt. Bei Versuchen hat sich herausgestellt, dass eine geeignete Schrägstellung für den Flügel im Bereich von 5–15° liegt, bevorzugter von 5–10°, und am bevorzugtesten annähernd 7°. Bei dieser Schrägstellung wird ein geeigneter, erneut umgewälzter Anteil erzielt, gleichzeitig mit der Tatsache, dass der Fluss nicht in hohem Ausmaß gestört wird.
  • Der Begriff „in Verbindung mit dem Einlass" ist so zu verstehen, dass der Einlassleitflügel so angeordnet ist, dass der Flügel das ankommende Wasser trifft, und das ankommende Wasser in einem spiralförmigen Fluss nach oben führt.
  • Der Auslass für Wasser ist in dem unteren Teil des Tanks angeordnet. Es wird vorgezogen, den Auslass an einem Ort vorzusehen, an dem das Wasser ruhig strömt, um sicherzustellen, dass keine Öl- oder Gaströpfchen infolge einer hohen Strömungsgeschwindigkeit mitgerissen werden können. Vorrichtungen zum Erzielen eines ruhigen Strömens um den Auslass herum können vorgesehen sein, um das Mitreißen von Öltropfen durch den schnellen Wasserstrom zu verhindern. Diese Vorrichtungen können als horizontale, kreisförmige Platte ausgelegt sein, die einen offenen Raum zwischen der Platte und dem Tank übrig lässt, wenn der Auslass im wesentlichen im Zentrum des Bodens angeordnet ist, oder können als nach unten offener Ring ausgebildet sein, der Schutz für den Auslass zur Verfügung stellt, wenn der Auslass als ein oder mehrere Auslässe in dem unteren Teil des Tanks angeordnet ist.
  • Abhängig von dem Ort des Auslasses kann das Feststoffmaterial, das in den Boden des Tanks fällt, einen Schlamm bilden. Die Ablagerung von Schlamm und Feststoffen in den unteren Teil des Tanks ist nachteilig, da die Trennkapazität des Tanks verringert werden kann.
  • Wenn der Auslass für Wasser (4) an dem untersten Punkt des Tanks angeordnet wird, wird das herunterfallende Feststoffmaterial hauptsächlich von dem Wasser mitgerissen, das herausströmt, und so entfernt, vorausgesetzt, dass der Tank nicht mit irgendwelchen Baffeln versehen ist, die vom Boden ausgehen. Wenn der Auslass für Wasser an einem solchen Ort angeordnet wird, der die Ablagerung von Schlamm zulässt, wird vorgezogen, den Tank mit einem Auslass (8) für Schlamm zu versehen. Der Auslass für Schlamm kann für einen ständigen oder einen intermittierenden Austrag von Schlamm ausgelegt sein.
  • Es können ein Auslass oder mehrere Auslässe für Öl und Gas vorgesehen sein. Wenn mehr als ein Auslass für Öl und Gas vorhanden ist, kann einer dieser Auslässe als Auslass für Gas dienen, wogegen ein anderer als Auslass für Öl dienen kann.
  • Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „im wesentlichen zylindrisch", dass der Tank im wesentlichen kreisförmig ist, und dass die Oberseite und die Unterseite des Tanks eben oder gekrümmt ist. Im Gebrauch wird der Tank so angeordnet, dass die Achse des Zylinders im wesentlichen vertikal verläuft.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung, wie in 3 gezeigt, ist der kombinierte Flotations- und Entgasungstank mit einem inneren Zylinder (10) versehen, der in dem oberen Teil des Tanks angeordnet ist, wobei ein offener Raum zwischen dem Zylinder und der Oberseite des Tanks verbleibt, und darüber hinaus ist ein Einlassleitflügel (11) vorgesehen, der so zwischen dem Tank (1) und dem inneren Zylinder (10) angeordnet ist, dass ein offener Raum zwischen dem Einlassleitflügel und dem inneren Zylinder verbleibt, und weiterhin ist eine horizontale, kreisförmige Platte (12) so vorgesehen, dass ein Kanal für Wasser zwischen der Platte und dem Tank vorhanden ist.
  • Der innere Zylinder (10) ist so angeordnet, dass der Durchgang von Öl, Gas und Wasser über die Oberseite des Zylinders möglich ist. Der Zylinder kann sich um annähernd die Hälfte bi drei Viertel in den Tank herunter erstrecken, vorzugsweise etwa um drei Drittel den Tank herunter.
  • Das Verhältnis des Durchmessers des inneren Zylinders zu jenem des Tanks kann innerhalb breiter Grenzen ausgewählt werden, so dass der Durchgang von Wasser nicht eingeschränkt wird. Vorzugsweise ist das Verhältnis zwischen 0,3 bis 0,75 ausgesucht, bevorzugter zwischen 0,4 und 0,6, und am bevorzugtesten beträgt es 0,5.
  • Bei einer anderen Ausführungsform ist, wie in 1 und 2 gezeigt, ein Tank (1) mit einem Einlass (2) versehen, der in dem unteren Teil des Tanks angeordnet ist. Der Einlass (2) ist tangential angeordnet, wodurch das ankommende Wasser dazu veranlasst wird, in dem Tank zu rotieren, wie dies in 2 dargestellt ist. Diese Rotation erzeugt eine Zentrifugalkraft, welche die leichteren Öltropfen zu einem Baffle (5) hin zwingt, wo sie zusammenwachsen, so dass größere Tropfen entstehen, die schließlich ansteigen, und sich an der Oberseite der Flüssigkeit zwischen der Tankwand und dem ersten Baffle (5) sammeln. Dort wird das Öl über einen Auslass für Öl Gas (3) entfernt.
  • Das Wasser wird nach unten unter das erste Baffle (5) gezwungen, und nach oben zwischen das erste Baffle und den Auslass (4) und/oder das innere Baffle (6). Das Wasser steigt bis zu einem bestimmten Niveau an, und verlässt den Tank über den Auslass (4).
  • Die Baffles sind im wesentlichen als Zylinder ausgebildet, die an einem Ende offen sind, und deren anderes Ende durch die Oberseite oder den Boden des Tanks verschlossen wird.
  • Das erste Baffle (5) erstreckt sich von der Oberseite des Tanks aus, und kann so angeordnet sein, dass ein Spalt zwischen dem ersten Baffle (5) und der Oberseite des Tanks vorhanden ist. Das erste Baffle (5) kann so ausgebildet sein, dass es einen gleichmäßigen Durchmesser entlang der Gesamthöhe des Baffles aufweist, oder es kann so ausgebildet werden, dass es einen größeren Durchmesser am unteren Ende aufweist, um eine maximale Rotationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Einlasszone zu erreichen.
  • Das innere Baffle (6) erstreckt sich vom Boden des Tanks aus, und wird bei einer Ausführungsform durch eine Verlängerung des Wasserauslasses (4) gebildet. Bei dem kombinierten Entgasungs- und Flotationstank gemäß der Erfindung hat das innere Baffle (6) die Funktion, als Überlauf für den Tank zu dienen, welcher das Wasserniveau des Tanks festlegt. Das innere Baffle (6) kann durch das Auslassrohr (4) gebildet werden, das bis zum gewünschten Wasserniveau verlängert ist.
  • Es wird bevorzugt, dass das Wasserniveau vorher auf das selbe Niveau wie der Auslass für Öl und Gas (3) festgelegt wird, um ein durchgehendes Entfernen von Öl und Gas von dem Tank zu erreichen, und Ansammlungen zu vermeiden, die zu einer verringerten Kapazität für die Trennung führen könnten.
  • Zwischen dem ersten Baffle (5) und dem inneren Baffle (6) können weitere Baffles eingeführt sein, die vorzugsweise so angeordnet sind, dass sie sich abwechselnd von der Oberseite und dem Boden des Tanks erstrecken. Derartige Baffles zwingen das Wasser zu zusätzlichen Bewegungen nach oben und unten in dem Tank, so dass mehr Gas aus der Wasserphase entweichen kann.
  • Jedes Baffle ist im wesentlichen konzentrisch zum Tank angeordnet, und sollte so ausgelegt sein, dass ein Durchgang von Gas in dem oberen Ende möglich ist.
  • Der Tank wird unter niedrigem Druck betrieben, damit das Gas aus der Wasserphase entweichen kann. Mit niedrigem Druck ist ein Druck unterhalb von 10 Bar gemeint, beispielsweise weniger als 5 Bar, und sogar Atmosphärendruck. Bei einem derartigen niedrigen Druck bildet der Hauptanteil des Gases Blasen in der Zone um den Einlass (Einlasszone) herum aus, und wird wie die Öltropfen zwangsweise zum ersten Baffle (5) geführt, wo sie zur Oberseite des Tanks ansteigen, an welcher das Gas über den Auslass für Öl und Gas austritt.
  • Die Ausbildung und der Anstieg von Gasblasen in der Einlasszone ahmt die Effekte nach, die in herkömmlichen Flotationstanks hervorgerufen werden, bei welchen der Anstieg von Blasen hinzugefügter Luft zu einer Verstärkung der Abtrennung von Öl von der Mischung führt. Ohne an diese Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Ausbildung von Blasen und der nachfolgende Anstieg der erzeugten Blasen in der Einlasszone des kombinierten Entgasungs- und Flotationstanks gemäß der Erfindung zu dem überraschend hohen Trennwirkungsgrad beiträgt, der festgestellt wurde.
  • Infolge der vorteilhaften Auswirkung der ansteigenden Gasblasen kann es sogar nützlich sein, zusätzliches Gas in das verunreinigte Wasser einzuspritzen, bevor es in den kombinierten Entgasungs- und Flotationstank hineingelangt, wenn die Menge an Gas in dem Wasser niedrig ist. Es liegt innerhalb des Fachkönnens von Fachleuten auf diesem Gebiet, die optimale Menge an Gas bei einer bestimmten Quelle verunreinigten Wassers zu bestimmen, und zu bestimmen, ob das Einspritzen von Gas vorteilhaft sein könnte, um eine gewünschte Reinigung zu erzielen.
  • Der kombinierte Entgasungs- und Flotationstank kann mit einer Siebzone versehen sein, um feine Teilchen wie beispielsweise Asphaltene von der abströmenden Flüssigkeit zu entfernen. Das Sieb kann einstückig in dem Tank als ein zentrales, zylindrisches Sieb (7) angeordnet sein, das ein Rohr um den Auslass (4) herum bildet, es kann direkt an dem Auslass montiert angeordnet sein, oder kann als eine getrennte Einheit außerhalb des Tanks vorgesehen sein, die mit dem Auslass verbunden ist.
  • Bei einer Ausführungsform wird das innere Baffle (6) durch das Sieb (7) gebildet, wobei in diesem Fall das Wasserniveau durch die Flussrate durch das Sieb (7) bestimmt wird.
  • Das Sieb wird als herkömmliche Siebe unter Verwendung bekannter Materialien und Konstruktionen für Siebe hergestellt, wie dies Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist.
  • Im Falle eines kombinierten Entgasungs- und Flotationstanks, der mit einem inneren Baffle (6) und einem zentralen, zylindrischen Sieb (7) versehen ist, wird der Tank vorzugsweise mit einem Auslass zum Entfernen von Material versehen, das durch das Sieb zurückgehalten wird (nicht in den Figuren dargestellt), der in dem Boden in der Nähe des Auslasses (4) für abströmende Flüssigkeit angeordnet ist.
  • Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass der kombinierte Entgasungs- und Flotationstank gemäß der Erfindung für Trennungen von zwei, drei oder vier Phasen verwendet werden kann, wobei die Phasen aus folgenden ausgewählt werden können: Wasser, Öl, Gas, und Feststoffe, wobei zumindest eine der Phasen unter den Trennbedingungen eine Flüssigkeit ist.
  • Die Abmessungen des kombinierten Entgasungs- und Flotationstanks können in Abhängigkeit von den Wassermengen ausgewählt werden, die behandelt werden sollen. Im Betrieb hat sich herausgestellt, dass die Aufenthaltszeit in dem Tank für eine zu behandelnde Flüssigkeit ausgewählt werden kann zwischen 5 und 300 Sekunden, bevorzugt zwischen 5 und 150 Sekunden, bevorzugter zwischen 10 und 60 Sekunden, und noch bevorzugter zwischen 10 und 40 Sekunden. Eine besonders bevorzugte Aufenthaltszeit beträgt etwa 20 Sekunden.
  • Bei dem kombinierten Entgasungs- und Flotationstank gemäß der Erfindung kann ein wirksames Flotationsvolumen berechnet werden als das Volumen des durch den Tank (1) begrenzten Raums und die Höhe der Flüssigkeit in dem Tank. Auf Grundlage der Aufenthaltszeit kann die Kapazität des Tanks berechnet werden, so dass beispielsweise ein Tank mit einem wirksamen Flotationsvolumen von 1 m3 und eine Aufenthaltszeit für die Flüssigkeit von 20 Sekunden eine Kapazität von 180 m3 pro Stunde hat.
  • Das Verhältnis der Höhe zum Durchmesser des Tanks kann innerhalb weiter Grenzen ausgewählt werden, vorzugsweise im Bereich von 1:1 zu 4:1, bevorzugter von 1:1 zu 2:1.
  • Es liegt innerhalb des Fachkönnens von Fachleuten auf diesem Gebiet, für die Konstruktion des Tanks verwendete Materialien auf Grundlage der tatsächlichen Bedingungen beim gewünschten Einsatz auszuwählen, beispielsweise Mengen an Flüssigkeit, die behandelt werden sollen, die Zusammensetzung der Flüssigkeit, der ausgewählte Druck, die Temperatur der Flüssigkeit, und das Vorhandensein möglicherweise korrosiver Materialien in irgendeiner der Phasen der Mischung.
  • Bei der Art und Weise, auf welche der kombinierte Entgasungs- und Flotationstank ausgebildet ist, sind alle Oberflächen vertikal, oder verlaufen zumindest sehr steil, oder sind einem schnellen Fluss ausgesetzt, was die Ablagerung von Feststoffen verhindert, mit Ausnahme der Oberflächen in den Sektoren, die zum Ansammeln von teilchenförmigen Material und Schlamm dienen sollen, wobei diese Sektoren weiterhin vorzugsweise Auslässe zum Entfernen dieser Materialien aufweisen. Darüber hinaus sind keine Kanäle in dem Tank vorhanden. Daher gibt es keinen Ort in dem kombinierten Entgasungs- und Flotationstank gemäß der Erfindung, der empfindlich für Verstopfung durch Feststoffmaterialien ist. Daher kann der kombinierte Entgasungs- und Flotationstank durchgehend betrieben werden, ohne oder nur minimale Anforderungen an eine Wartung. Die erforderliche Wartung, beispielsweise das Ersetzen eines zylindrischen Siebes, falls dies vorgesehen ist, kann einfach von der Oberseite des Tanks aus durchgeführt werden, die vorzugsweise so konstruiert ist, dass sie abnehmbar ist. Daher ist der kombinierte Entgasungs- und Flotationstank gemäß der Erfindung bemerkenswert robust, kann also über lange Zeiträume ohne Unterbrechungen betrieben werden und die wenigen Unterbrechungen, die für Wartung erforderlich sein können, können kurz sein.
  • Die hohe Kapazität, vereinigt mit dem kleinen eingenommenen Raum und der Robustheit des kombinierten Entgasungs- und Flotationstanks gemäß der Erfindung macht ihn besonders gut geeignet zum Einsatz bei Offshore-Ölanlagen, beispielsweise Ölförderplattformen. Weiterhin ist er auch gut geeignet zur Verwendung bei der Ölförderung in Anlagen, die sich auf dem Meeresgrund befinden, da an einem derartigen Ort die räumlichen Einschränkungen noch strikter sein können als bei herkömmlichen Ölförderplattformen, und geringere Wartungskapazität vorhanden ist.
  • Zusatzstoffe wie beispielsweise Flockungsmittel können ebenfalls dem Wasser hinzugefügt werden, bevor es in den kombinierten Entgasungs- und Flotationstank gemäß der Erfindung gelangt, um den Reinigungswirkungsgrad zu verbessern.
  • Im Gebrauch verringert der vereinigte Entgasungs- und Flotationstank gemäß der Erfindung routinemäßig den Ölgehalt einer Öl/Wassermischung auf 20 mg/l oder weniger, beginnend bei einigen Hundert mg/l, beispielsweise 200–800 mg/l.
  • Versuche über den gesamten Bereich (mehr als 150 m3/h) haben gezeigt, dass der Ölgehalt von einigen Tausend ppm bis herunter zu etwa 10 ppm abgesenkt werden kann, und das Wasser im wesentlichen frei von Gas ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der kombinierte Entgasungs- und Flotationstank in Kombination mit einer Filtereinheit eingesetzt, vorzugsweise vom Absorptions/Absorptionstyp, wobei diese Filtereinheit den Ölgehalt des abströmenden Wassers weiter verringern kann. Eine besonders geeignete Filtereinheit für eine derartige Kombination stellt die Filtereinheit dar, die in der europäischen Patentanmeldung EP-A-1 180 498 beschrieben ist. Ausgehen von einer Öl/Gas/Wassermischung, die 400–800 mg Kohlenwasserstoffe pro Liter enthält, kann eine Verringerung des Kohlenwasserstoffgehaltes auf weniger als 20 mg/l hinter dem kombinierten Entgasungs- und Flotationstank sowie eine weitere Verringerung auf 5 mg/l oder weniger hinter der Filtereinheit routinemäßig erreicht werden, während der hohe Durchsatz beibehalten bleibt.
  • Obwohl der kombinierte Entgasungs- und Flotationstank hauptsächlich in bezug auf Einsätze bei der Ölförderung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf derartige Einsätze beschränkt, sondern lässt sich innerhalb eines großen Bereiches von Industrien einsetzen, bei welchen Trennungen einer Flüssigkeitsmischung aus Wasser, einer in Wasser unlöslichen Flüssigkeit und eines Gas stattfinden.
  • Als nächstes wird die Erfindung anhand eines Beispiels beschrieben, welches nicht als die Erfindung einschränkend verstanden werden sollte.
  • BEISPIELE
  • Beispiel 1
  • Ein kombinierter Entgasungs- und Flotationstank entsprechend 2, mit einem Durchmesser von 500 mm, einer Höhe von 1200 mm, und einem wirksamen Flotationsvolumen von 125 Liter, wurde mit einer Wasserphase untersucht, die aus einem Ölseparator einer zweiten Stufe einer kommerziellen Ölförderplattform floss. Das Probenwasser enthielt sich ändernde Mengen von Öl und Gas im Bereich entsprechend annähernd 50–200 mg Kohlenwasserstoff pro Liter. Der Zufluss variierte zwischen 1,8 und 9,5 m3/h.
  • Das abgegebene Wasser enthielt annähernd 20 mg Kohlenwasserstoff pro Liter oder weniger, während der meisten Versuche weniger als 20 mg/l. Der Reinigungswirkungsgrad, berechnet als Prozentsatz entfernter Kohlenwasserstoffe, lag während der meisten Versuche zwischen 80 und 90%.
  • Die tatsächlichen Daten sind in 4 gezeigt, die ein Diagramm ist, welches die Konzentrationen an Kohlenwasserstoffen im Einlass und im abströmenden Strom des kombinierten Entgasungs- und Flotationstanks zeigt, gemessen in regelmäßigen Abständen während des Versuches.
  • Beispiel 2
  • Ein kombinierter Entgasungs- und Flotationstank war im wesentlichen wie in 3 dargestellt konstruiert, mit folgenden Abmessungen:
    Höhe 2530 mm
    Durchmesser des Tanks 1130 mm
    Durchmesser des inneren Zylinders ca. 500 mm
  • Weiterhin erstreckte der innere Zylinder sich um annähernd zwei Drittel herunter in den Tank.
  • Dieser kombinierte Entgasungs- und Flotationstank wurde über den gesamten Bereich mit einem Zufluss von 150 m3/h betrieben.
  • Die Anlage wurde durchgehend ohne Unterbrechungen mehr als 6 Monate lang betrieben, bei einem Zufluss von Wasser, das durch etwa 200–600 ppm kohlenwasserstoffhaltiges Öl und Gas verunreinigt war, bei einem Auslass, der 5–10 ppm enthielt.
  • Diese Untersuchung bestätigt die hohe Durchsatzrate mit hohem Reinigungswirkungsgrad, im wesentlichen ohne das Erfordernis intermittierender Unterbrechungen zur Wartung.

Claims (16)

  1. Kombinierter Entgasungs- und Flotationstank, der einen im Wesentlichen zylindrischen, vertikalen Tank (1) aufweist, einen tangential angeordneten Einlass (2), zumindest einen Auslass (3) für Gas und Öl in dem oberen Teil des Tanks, einen Auslass (4) für Wasser, der in dem unteren Teil des Tanks angeordnet ist, und eine innere, konzentrische, zylindrische Wand, die eine Flotations- und Entgasungszone zwischen der inneren, konzentrischen Wand und der Wand des Tanks in dem oberen Teil des Tanks bildet, wobei die konzentrische, zylindrische Wand als ein innerer Zylinder (10) ausgebildet ist, der in dem oberen Teil des Tanks so angeordnet ist, dass ein offener Raum zwischen dem Zylinder und der Oberseite des Tanks verbleibt, und weiterhin ein Einlassleitflügel (11) vorgesehen ist, der so zwischen dem Tank (1) und dem inneren Zylinder (10) angeordnet ist, dass ein offener Raum zwischen dem inneren Zylinder (10) und dem Einlassleitflügel (11) übrig bleibt, so wie eine Vorrichtung zum Erzielen eines ruhigen Strömens um den Auslass (4) für Wasser herum.
  2. Kombinierter Entgasungs- und Flotationstank nach Anspruch 1, bei welchem der innere Zylinder sich über annähernd zwei Drittel herunter in den Tank erstreckt.
  3. Kombinierter Entgasungs- und Flotationstank nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Einlassleitflügel eine Schräge nach oben von annähernd 7° aufweist.
  4. Kombinierter Entgasungs- und Flotationstank nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Vorrichtung zum Erzielen eines ruhigen Strömens um den Auslass (4) für Wasser herum als horizontale, kreisförmige Platte (12) geformt ist, oder als nach unten offener Ring um den Auslass (4) für Wasser herum.
  5. Kombinierte Entgasungs- und Flotationstank, der einen im Wesentlichen zylindrischen, vertikalen Tank (1) aufweist, einen tangential angeordneten Einlass (2), einen Auslass (3) für Gas und Öl, der in dem oberen Teil des Tanks angeordnet ist, einen Auslass (4) für Wasser, der im Wesentlichen im Zentrum der Bodens angeordnet ist, und ein im Wesentlichen konzentrisch angeordnetes, vertikales erstes Baffle (5), das so von der Oberseite des Tanks ausgeht, dass ein Kanal für Wasser in dem unteren Teil des Tanks und ein Kanal für Gas in dem oberen Teil des Tanks übrig bleiben, und ein im Wesentlichen konzentrisches, zylindrisches, vertikales Baffle (6) mit kleinerem Durchmesser als das zumindest eine Baffle (5), und mit einem Verlauf vom Boden des Tanks aus, wobei ein Kanal in dem oberen Abschnitt des Tanks übrigbleibt, wobei weiterhin ein Einlassleitflügel (11) vorgesehen ist, der in Verbindung mit dem Einlass (2) so angeordnet ist, dass ein offener Raum zwischen dem Einlassleitflügel (11) und dem ersten Baffle (5) übrigbleibt.
  6. Kombinierter Entgasungs- und Flotationstank nach Anspruch 5, bei welchem das innere Baffle (6) eine Verlängerung des Auslasses (4) für Wasser bildet.
  7. Kombinierter Entgasungs- und Flotationstank nach Anspruch 5 oder 6, welcher weiterhin ein Sieb zum Zurückhalten teilchenförmigen Materials aufweist.
  8. Kombinierter Entgasungs- und Flotationstank nach Anspruch 7, bei welchem das innere Baffle (6) als vertikales, zylindrisches Sieb (7) ausgebildet ist.
  9. Kombinierter Entgasungs- und Flotationstank nach Anspruch 7 oder 8, welcher weiterhin einen Auslass für festes Material aufweist, das von dem Sieb (7) zurückgehalten wird.
  10. Kombinierter Entgasungs- und Flotationstank nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welcher weiterhin einen Auslass (8) für Schlamm aufweist, der in dem untersten Teil des Tanks vorhanden ist.
  11. Verwendung eines kombinierten Entgasungs- und Flotationstanks nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Abtrennen von kohlenwasserstoffhaltigem Öl und Gas von Wasser.
  12. Verwendung nach Anspruch 11, bei welcher zusätzlich Gas in das ankommende Wasser eingespritzt wird, welches kohlenwasserstoffhaltiges Öl und Gas enthält, vor dem Zugang in den Tank.
  13. Verwendung nach Anspruch 11 oder 12, bei welcher ein Flockungsmittel in den ankommenden Wasserstrom eingespritzt wird, vor dem Zugang in den Tank.
  14. Verwendung nach Anspruch 11 bis 13, bei der Ölproduktion auf dem Niveau des Meeres oder dem Niveau des Meeresgrundes.
  15. Verwendung nach Ansprüchen 11 bis 14, in Kombination mit einer Filtriereinheit, die an den Auslass (6) für Wasser des Tanks angeschlossen ist.
  16. Verwendung nach Anspruch 14 oder 15, zur Behandlung von Wasser, von welchem der Hauptanteil an Öl und Gas vorher durch herkömmliche Mittel entfernt wurde.
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