DE2123118A1

DE2123118A1 - Flotationsverfahren und geschlossene Flotationsvorrichtung

Info

Publication number: DE2123118A1
Application number: DE19712123118
Authority: DE
Inventors: Robert S. San Mateo Calif. Bailey (V.St.A.). P
Original assignee: Envirotech Corp
Current assignee: Envirotech Corp
Priority date: 1970-05-11
Filing date: 1971-05-10
Publication date: 1971-12-30
Also published as: FR2088472A1; FR2088472B1; US3647069A; TR17399A; NL7106369A; GB1327296A; CA927530A; ES390947A1

Description

Flotationsverfahren und geschlossene Flotationsvorrichtung (Priorität: 11. Mai 1970, USA, Nr. 36 025)

Die Erfindung betrifft ein Flotationsverfahren und eine Flotationsvorrichtung, insbesondere zur Abscheidung von unlöslichen Bestandteilen und Sauerstoff aus einer Flüssigkeit.

Bei der Ölgewinnung aus unterirdischen Ölvorkommen werden üblicherweise verhältnismäßig große Mengen an Öl-Wasser-Gemischen gefördert. Bevor das Öl raffiniert werden kann, muß das Wasser daraus abgeschieden oder extrahiert werden. Dabei bereitet die Beseitigung oder Aufbereitung des abgeschiedenen Wassers beträchtliche Schwierigkeiten, insbesondere weil das Wasser im allgemeinen mit Erdöl und/oder anderen unlös__lichen Verschmutzungen wie Kiesel- oder Sandteilchen verschmutzt ist. Soll das Wasser in den Schacht zurückgeleitet werden, so muß im allgemeinen der darin suspendierte Feststoffgehalt auf zehn Anteile pro eine Million Anteile oder darunter verringert werden. Auch ist es in vielen Fällen wünschenswert oder gar notwendig, den Sauerstoffgehalt in dem in den Schacht zurückzuleitenden Wasser, auf ein

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absolutes Minimum zu verringern, um eine Oxydation und nachfolgende Zersetzung der Ölsehachtverkleidung zu verhindern.

Hierzu sind verschiedne Arten von Abscheideanlagen und -vorrichtungen entwickelt worden, um das Erdöl und/oder andere feste Partikel vom Wasser abzuschwemmen. Eine einfache, kommerziell hergestellte Anlage verwendet einen offenen Behälter, in den die verschmutzte Flüssigkeit eingeleitet wird. In der Flüssigkeit wird Druckluft in Form von kleinen Bläschen dispergiert, die das Erdöl und/oder feste Partikel zur Oberfläche tragen, von wo sie entfernt werden. Um Wasser annehmbarer Reinheit zu erhalten, ist im allgemeinen eine Mindest-Verweilzeit im Bereich von 20 bis 30 Min. erforderlich. Ein Nachteil derartiger Anlagen ist, daß sie ohne einen iiirksamke its verlust nicht schnell auf einen plötzlichen Anstieg der Verschmutzung reagieren können. Ferner ist es mit derartigen Anlagen nicht möglich, den normalerweise in der- Flüssigkeit enthaltenen Sauerstoff zu entfernen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen wirkungsvoll und bei verringerten Behandlungszeiten unlösliche Bestandteile und gleichzeitig im wesentlichen der gesamte enthaltene Sauerstoff aus einer Flüssigkeit entfernt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur gleichzeitigen Trennung von unlöslichen Materialien und Sauerstoff aus einer verschmutzten,

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Sauerstoff enthaltenden Flüssigkeit zeichnet sich dadurch aus, daß in .einem geschlossenen Behälter eins in stetigem Austausch befindliche' Masse aus verschmutzter, Sauerstoff enthaltender Flüssigkeit ausgebildet und gehalten wird, wobei sich über der Flüssigkeit ein gegenüber der Atmosphäre geschlossener Raum befindet, daß ein im wesentlichen sauerstofffreies Gas in den freien Raum über der Flüssigkeit eingeleitet wird, daß das Gas aus dem freien Saum Ln der Flüssigkeit in Form von Bläschen dispergiert wird, so daß die Verschmutzungen an die Oberfläche der Flüssigkeit geschwemmt werden, während gleichzeitig der Sauerstoff aus der Flüssigkeit entfernt wird, daß die aufgeschwemmten Verschmutzungen und wenigstens ein Teil des entfernten Sauerstoffs aus dem Behälter entfernt, und daß die restliche Flüssigkeit, aus der die Verschmutzungen und der Sauerstoff abgetrennt sind, getrennt aus dem Behälter entfernt wird.

Die erfindungsgemäße Flotations- oder Schwimmaufbereitungsvorrichtung enthält einen geschlossenen Behälter mit einem Zulaufeinlaß und eine Einrichtung, mit der ein bestimmter Flüssigkeitspegel und ein darüber liegender freier, gegenüber der Atmosphäre abgedichteter Saum aufrechterhalten werden kann, eine Einrichtung zur Gaszufuhr zu dem freien Raum, eine im Behälter vorgesehene Einrichtung, mit der das Gas aus dem freien Raum nach unten in die Flüssigkeit gebracht und in der Flüssigkeit dispergiert werden kann, um die unlöslichen Bestandteile aufzuschwemmen und den enthaltenen Sauerstoff zu entfernen und eine Einrichtung zur Viieder-

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gewinnung bzw. Entfernung der unlöslichen, zur Oberfläche der Flüssigkeit geschwemmten Bestandteile.

Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, unlösliche Bestandteile und Sauerstoff gleichzeitig, schnell und wirtschaftlich aus einer Flüssigkeit zu entfernen.

Erfindungsgemäß wird also ein Flotaionssystem geschaffen,, bei dem ein sauerstofffreies Gas in die zu behandelnde Flüssigkeit eingeleitet und in ihr dispergiert wird, um sowohl die unlöslichen Verschmutzungen als auch den gelösten Sauerstoff abzuscheiden, so daß die restliche Flüssigkeit in einen Schacht eingeleitet werden kann, ohne daß durch sie die Rohre und andere Metallteile korrodiert werden könnten.

Anhand des in der beigefügten Zeichnung dargestellten -isiüiirungsbeispiels der Vorrichtung wird die Erfindung im folgenden, näher erlläutert. Es zeigen:
^r'ig. 1 einen Querschnitt in der Ebene der Linie 1-1 in Fig. 2 einer erfindungsgemäßen Flotationsvorrichtung, wobei aus Gründen der Klarheit einige Teile weggebrochen und

andere in las icht dargestellt sind; .■":1g. 2 eine Seitenansicht einer erf indungs gemäßen zweizeiligen

Flotaionsvorrichtung; und
■ ;■„§. 3 eine Draufsicht auf die in den Fig. 1 und 2 gezeigte

Yorrlohtimgj, wobei au 3 Gründen 'Se? Elc^i^it die Abdeckung e wsggobrooiieii is"i.

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BAD ORIGINAL

Die dargestellte Vorrichtung enthält mehrere Flotationszellen, _die allgemein durch die Bezugszeichen 1 und 2 (Fig. 3) bezeichnet sind. Die Flotationszellen liegen innerhalb eines geschlossenen rechteckigen Behälters 4, der durch Endwände 10, Seitenwände 14, eine Abdeckung oder Oberwand 6 und eine Bodenwand 8 begrenzt wird. An jeder Seite ist mittels einer kurzen, nach innen in einem Abstand von der Seitenwand 14 angeordneten und unterhalb der Oberwand 6 endenden Seitenwand 12 ein innerer Austragswäscher 16 vorgesehen. Der Wäscher enthält einen geneigten Boden 18 (Fig. 2), der an seiner tiefsten Stelle mit einem Auslaß 20 versehen ist.

Wie insbesondere in Fig. 1 gezeigt ist, enthält jede Zelle einen Rotor 22 und einen Stator 24. Der Rotor ist an einer im wesentlichen vertikalen Welle 26 befestigt und oberhalb des Behälterbodens um eine vertikale Achse A drehbar aufgehängt. Der Rotor wird mittels einer Antriebseinrichtung angetrieben, die einen Motor 34, Riemen 28, Riemenscheiben 30 und 32, Lager 36 und einen Stützträger 38 enthält. Der Stützträger ist auf Trägern 40 gelagert, die den Behälter überspannen. Zwischen der Oberwand 6 und dem Flüssigkeitspegel L wird ein freier Raum F aufrechterhalten. Die obere, als Überlauf ausgebildete Kante 42 der Innenwand 12 des Trogs dient als Überlaufwehr, das die Flüssigkeit auf einem vorherbestimmten Pegel L hält. Gewünschtenfalls kann das Kehr zur Veränderung des Flüssigkeitspegels einstellbar sein. Eine Trennwand 43 trennt· die beiden Flotationsseilen, erlaubt

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jedoch, daß die Flüssigkeit dazwischen strömen kann.

Durch einen in den freien Saum P mündenden Gaseinlaß 44 kann diesem Gas zugeführt werden. Ein stetig einstellbares Gas-Zufuhr- und -abfuhrsystem 45 herkömmlicher Bauart steht in Verbindung mit dem freien .Raum F und dient zur Einstellung des darin herrschenden Gasdruckes.

Stator24 ent hai+■ einen unteren Abschnitt 46, der konzentrisch um den Rotor 22 befestigt ist und nach unten ragt. Sr en'det auf einer Höhe zwischen dem oberen und unteren Ende des Rotors. Der obere Teil des Stators ist als zylindrischer Teil mit offenem Ende ausgebildet, der auf den Trägern 40 gelagert ist und mit dem freien Raum F in Verbindung steht. Bei diesem Aufbau wird das Gas aus dem freien Raum P in den unteren Teil des Sta'tors 46 angrenzend an den Rotor 22 geleitet und von dort in Form von kleinen Bläs-chen in die Flüssigkeit dispergiert. Der Stator kann eine sich nach unten und außen erweiternde gelochte Stabilisierhaube 49 enthalte^. Ein mit einem Ventil versehener Einlaß 50 (Fig.-1) dient gegebenenfalls dazu, die Flotation unterstützende Mittel zuzuführen.

Im Betrieb wird die Speiseflüssigkeit in einen Speisebehälter 52 (Pig. 2 und 3) eingeleitet, von wo sie durch eine uffmmg 54 in den unteren Teil der ersten Zelle und von dort durch QL¹Sr unter der Trennwand 43 hindurch in die zweite Zelle strömt =

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In jeder Zelle wird durch die Drehung des Rotors die Flüssigkeit in den unteren Statorabschnitt 4'6 gezogen oder gesaugt, wo sie mit dem aus dem freien Raum F nach unten gesaugten Gas gemischt wird. Die aus dem freien Raum F abgesaugte und in die Flüssigkeit dispergierte Gasmenge ist direkt abhängig von der Drehzahl des Rotors. Z.B. wird normalerweise eine Menge von etwa 14,2 oder 1CT,~4 m^ Gas pro nT Flüssigkeit (60 cft Gas/Barrel Flüssigkeit) in der Flüssigkeit dispergiert. Diese Menge stellt jedocu niciiü die von einer äußeren Quelle zugeführte Menge dar, da ein beträchtlicher Teil des dispergieren Gases dauernd wieder verwendet wird. D. h., das Gas wird aus der Flüssigkeit abgetrennt und in dem freien Raum F gesammelt, von wo es wieder in der Flüssigkeit dispergiert wird. Die durch den Einlaß 44 zugeführte Ausgleichs-Gasmenge reicht zusammen mit dem zurückgewonnenen Gas aus, UQ über der Flüssigkeit eine Gasschutzhülle mit einem vorherbestimmten Druck von etwa 2,2 bis 4,4 g/cm ( 1/2 bis 1 oz) aufrechtzuerhalten.

Die beträchtliche, durch die Rotordrehung erzeugte Zentrifugalkraft treibt das Flüssigkeit-Gasgemisch nach außen und durch die Öffnungen 56 in der Statorwand. Wenn die Mischung durch die Öffnungen hindurchströmt, werden größere Gasblasen in sehr klein..-= Bläschen dispergiert, die an den Verschmutzungen anhaften und diese in bekannter Weise zur Oberfläche tragen. Die die Partikel tragenden Bläschen (Schaum) strömen über die Kante 42 Iv. \%i 7" ge oder Austragswäscher 16, so d?,ß sie gegebenenfalls 1n~a^ -V

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Auslässe 20 ausgetragen werden können. Bei dem obigen Aufbau wird ein großes Volumen fein verteilter Gasbläschen wiederholt in die Flüssigkeit eingeleitet, so daß sich ein System ergibt, bei dem eine größere Wahrscheinlichkeit einer Berührung zwischen den Bläschen und den unlöslichen Bestandteilen besteht, so daß der Flotationswirkungsgrad erhöht wird. Bei diesem Aufbau kann bei Verweilzeiten von 2 bis 5 Min. gearbeitet werden. Die Anlage kann kontinuierlich oder chargenweise betrieben werden..

Das geklärte Wasser wird über einen unter einem einstellbaren Wehr 64 befindlichen Auslaß 60 und einen Endauslaß 66 aus dem Behälter entfernt.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung hauptsächlich zur Entfernung von Feststoffen und Sauerstoff aus einer Flüssigkeit ausgelegt ist, kann sie auch zur Belüftung einer Flüssigkeit verwendet werden, in der Sauerstoffmangel herrscht.. Dabei wird das normalerweise verwendete sauerstofffreie Gas durch Luft ersetzt. Im übrigen arbeitet die Anlage wie oben beschrieben. Der Belüftungswirkungsgrad kann erhöht werden, wenn bei einem Druck gearbeitet wird, der etwas über Atmosphärendruck liegt.

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Flotationsverfahren zur gleichzeitigen Abscheidung von unlöslichen Materialien und Sauerstoff aus einer verschmutzten, Sauerstoff enthaltenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß in einem' geschlossenen Behälter eine in dauerndem Wechsel befindliche Masse aus.verschmutzter, Sauerstoff enthaltender Flüssigkeit aufrechterhalten wird, über der sich ein gegenüber der Atmosphäre geschlossener freier Raum befindet, daß in den freien Raum ein im wesentlichen sauerstofffreies Gas eingeleitet wird, daß das Gas aus dem freien 3aum in der Flüssigkeit in Form von Bläschen dispergiert wird, um so die Verschmutzungen an die Flüssigkeitsoberfläche zu schwemmen und gleichzeitig den Sauerstoff aus der Flüssigkeit zu entfernen, daß die aufgeschwemmten Verschmutzungen und wenigstens ein Teil des entfernten Sauerstoffs aus dem Behälter entfernt wird, und daß die restliche Flüssigkeit, aus der die Verschmutzungen und der Sauerstoff abgeschieden wurden, getrennt ausgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß in dem freien Raum ein über Atmosphärendruck liegender Druck aufrechterhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net , daß das Gas ständig aus dem freien Raum zur Atmosphäre abgeleitet wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, "daß die Verschmutzungen eine Mischung einer in Wasser unlöslichen Flüssigkeit und teilchenförmiger Bestandteile enthalten, und daß das sauerstofffreie Gas ein Erdgas ist.

5. Flotationsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach P einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Behälter (4) mit einem Einlaß (56) zum. Einlassen einer Speiseflüssigkeit, durch eine Einrichtung (42) zum Aufrechterhalten eines vorherbestimmten Flüssigkeitspegels (L) im Behälter und eines darüber befindlichen freien Raums (F), durch eine Einrichtung (44) zur Gaszufuhr in den freien Saum (F), durch in dem Benälter (4) vorgesehene Einrichtungen (22, 24, 26), durch die das Gas aus dem freien Raum (F) abgesaugt und in der Flüssigkeit in Form von Gasbläschen dispergiert werden kann, um die in der Flüssigkeit enthaltenen unlöslichen Verschmutzungen aufzuschwemmen, durch Einrichtungen (16, 20, 42) zur Gewinnung bzw. Abtrennung der unlöslichen, zur Flüssigkeitsoberfläche geschwemmten Verschmutzungen und durch Einrichtungen (60, 64, 66) zur Gewinnung bzw. Abtrennung der restlichen Flüssigkeit aus der die unlöslichen Verschmutzungen aufgeschwemmt wurden.

6. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 5. gekennzeichnet durch eine auf den Druck ansprechende Steuereinrichtung (45) zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Gasdruckes in dem freien Raum (F). '<

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7. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Einrichtungen (44, 45) zur Aufrec.hterhaltung eines überatmosphärischen Druckes im freien Baum (F).

8. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Absaugen des Gases und zum Dispergieren desselben in der Flüssigkeit einen Rotor (22) enthält, der in dem Bahälter (4) um eine allgemein vertikale Achse (A) drehbar ist und dessen Unterseite angrenzend an die Bodenwand (8) des Behälters (4) und in einem Abstand von dieser angeordnet ist, wobei der Rotor einen mittleren axialen Teil, mehrere sich allgemein axial erstreckende Flügel, die auf dem axialen Teil angebracht sind und sich allgemein radial dazu erstrecken, und allgemein axial verlaufende Teile enthält, die sich allgemein quer zu den Flügeln erstrecken, und zwar an einer Stelle an den Flügeln, die von der Achse des Rotors in einem Abstand liegt, und daß die Einrichtung zum Absaugen des Gases und zum Dispergieren desselben in der Flüssigkeit einen Stator (24) enthält, der mit seinem unteren Ende im wesentlichen oberhalb der Unterseite der Rotorflügel befestigt ist, wobei der Stator allgemein vertikal und konzentrisch um die Rotorflügelin einem Abstand angeordnet ist, und wobei der Stator (24) mehrere langgestreckte Teile enthält, die voneinander in einem Abstand angeordnet sind, "so daß die Flüssigkeit zwischen diesen aus dem Innern des Stntors in den denselben umgebenden Teil des geschlossenen Behälters (4) strömen kann.

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