混合声学离心油水分离制造技术

描述了在不需要在其中对流体进行加热的大型分离罐的情况下，使用简单、节能的分离过程，将生产的油中的油与水分离的装置和方法。离心力本身对完全分离双组分流体并不有效，尤其是当流体的密度相似时，如重油。通过组合初级和次级声学力，并利用来自流体流的离心力，使得声辐射力启动油滴浓缩过程，并有助于油滴聚结，从而增强离心分离。从而增强离心分离。从而增强离心分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合声学离心油水分离
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年7月17日提交的美国临时专利申请号为63/053,442的“Hybrid Acoustic,Centripetal Oil/Water Separation”的权益，该专利申请所教导和公开的全部内容在此具体通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]尽管世界上几乎每个地方都生产石油和天然气，从每天100桶的私人油井到每天4000桶的大口径油井，从20米深的储层到3000米深的油井，以及在2000米以上水深的油井，但生产过程中的许多部分原理上是相似的。在石油储层中发现的天然碳氢化合物是在广泛的压力和温度范围内表现出多相行为的有机化合物的混合物，从各种井口生产的石油、天然气和水的混合物在分离设施中被分离成单独的组分。在分离油和水之前，气体可以在储存容器内减压从混合物中分离，而油和水的分离需要在不同压力和温度下的压力容器中进行多级热力学分离过程，然后将油和水重力分离成分离的油和水流。为了分离水和油，特别是在油包含重油的情况下，加热原始流体以改变油和水的密度，使得这些流体可以分离。
[0004]一种具有经济吸引力的气液分离替选方案是气液圆柱形旋流器(GLCC)，它是一种简单、紧凑、低成本的分离器，具有竖直管段，向下倾斜的切向入口大致位于中间。GLCC中的分离是通过离心和重力效应实现的。关于液
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液旋流分离的许多研究都集中在锥形液体水力旋流器(LLHC)上。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的目的，如本文所体现和广泛描述的，用于在油滴和水的混合物中分离油滴和水的方法的一个实施方式包括：使所述混合物流过具有第一出口孔的第一段管；在所述第一段管内产生第一声驻波，所述第一声驻波有效地产生具有第一压力波节的声辐射力，使得所述油滴在所述第一压力波节处浓缩并聚结，并且其中，所述声驻波具有第一频率；使通过所述第一出口孔的具有浓缩并聚结的油滴的混合物流过具有第二出口孔的第二段管，所述第二段管形成为具有曲率半径和轴线的平面构造，使得聚结的油滴由于离心力而移动到距所述轴线更大的距离；以及使通过所述第二出口孔的聚结的油滴和水分离。
[0006]在本专利技术的另一方面，根据其目的，用于在油滴和水的混合物中分离油滴和水的方法的一个实施方式包括：使所述混合物流过具有第一出口孔的第一段管；在所述第一段管内产生第一声驻波，所述第一声驻波有效地产生具有第一压力波节的声辐射力，使得所述油滴在第一压力波节处浓缩并聚结，并且其中，所述声驻波具有第一频率；使具有浓缩并聚结的油滴的混合物流过具有第二出口孔的第二段管，所述第二段管形成为具有曲率半径和轴线的平面构造，使得聚结的油滴由于离心力而移动到距所述轴线更大的距离；以及使通过所述第二出口孔的具有浓缩并聚结的油滴的混合物流过第三段管，所述第三段管竖直设置且具有上出口孔和下出口孔，由此聚结的油滴由于所述聚结的油滴的浮力而与水分离并通过所述第三段管的上出口孔，而水通过所述第三段管的下出口孔。
[0007]在本专利技术的另一个方面，根据其目的，用于在油滴和水的混合物中分离油滴和水的装置的一个实施方式包括：使所述混合物流过的第一段管，所述第一段管具有外表面、内部体积和第一出口孔；至少一个第一声换能器，所述至少一个第一声换能器与所述第一段管的外表面声接触，用于在所述第一段管的内部体积中产生第一声驻波，所述第一声驻波有效地产生具有第一压力波节的声辐射力，使得所述油滴在所述第一压力波节处浓缩并聚结，并且其中，所述声驻波具有第一频率；第一波形发生器，所述第一波形发生器用于为所述至少一个第一声换能器供电；以及第二段管，所述第二段管用于接收流过所述第一段管的第一出口孔的浓缩并聚结的油滴并且具有第二出口孔，所述第二段管形成为具有曲率半径和轴线的平面构造，使得聚结的油滴由于离心力而移动到距所述轴线更大的距离。
[0008]在本专利技术的另一个方面，根据其目的，用于在油滴和水的混合物中分离油滴和水的装置的一个实施方式包括：使所述混合物流过的第一段管，所述第一段管具有外表面、内部体积和第一出口孔；至少一个第一声换能器，所述至少一个第一声换能器与所述第一段管的外表面声接触，用于在所述第一段管的内部体积中产生第一声驻波，所述第一声驻波有效地产生具有第一压力波节的声辐射力，使得所述油滴在所述第一压力波节处浓缩并聚结，并且其中，所述声驻波具有第一频率；第一波形发生器，所述第一波形发生器用于为所述至少一个第一声换能器供电；第二段管，所述第二段管用于接收流过所述第一段管的第一出口孔的浓缩并聚结的油滴并且具有第二出口孔，所述第二段管形成为具有曲率半径和轴线的平面构造，使得聚结的油滴由于离心力而移动到距所述轴线更大的距离；以及第三段管，所述第三段管用于接收流过所述第二出口孔的浓缩并聚结的油滴，并且所述第三段管竖直设置且具有上出口孔和下出口孔，由此浓缩并聚结的油滴由于所述聚结的油滴的浮力而与水分离并通过所述第三段管的上出口孔，而水通过所述第三段管的下出口孔。
[0009]本专利技术的益处和优点包括但不限于：提供用于在油和水的乳浊液中分离油和水的装置和方法，而不需要当前使用的大型加热分离罐，从而减少维护并提高能源效率。
附图说明
[0010]并入说明书并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施方式，并与描述一起用于解释本专利技术的原理。在附图中：
[0011]图1A是用于油与水的批量分离的装置的一个实施方式的侧面透视图的示意图，其示出了通过设置在竖直圆柱体底部的声换能器在该竖直圆柱体中产生的水平驻波波节面，使得油/水乳浊液中的油滴在这些平面上浓缩并聚结，而图1B示出了由于聚结的油滴的浮力增加而在水面上最终形成的油层。
[0012]图2A
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图2C示出了图1A和图1B的装置中的油滴上的力的方向，图2A示出了水平取向的平行圆形表面的驻波波节面，且声辐射力(ARF)从两侧指向这些波节面，所示的与重力有关的浮力仅在竖直向上方向上工作，而图2B和图2C示出了随着油滴由于团聚而尺寸增大，在后期浮力增大的分离过程的进展。
[0013]图3是连续流分离系统的侧视图的示意图，该系统的操作方式与图1A和图1B中的批量分离系统相似，但可以很容易地扩展到大尺寸。
[0014]图4是分离室的横截面的示意图，该分离室具有用作共振腔的圆形横截面，其中，油滴汇集在同心圆平面上，图4B是共振腔的横截面的示意图，其中通过使管几何形状略为
椭圆形而使得波节面塌陷成平行于共振腔表面的线来破坏共振腔的对称性，图4C是图4B中所示的椭圆形管的侧透视图的示意图。
[0015]图5是本专利技术混合声学/离心分离系统实施方式的俯视透视图的示意图。
[0016]图6是图5所示的管的横截面的示意图，示出了作用在圆形管区段内的水中的油滴上的主要力，以及由此产生的一般油汇集区域，而图6B示出了油和水的完全分离。
[0017]图7是作为形成螺旋形或螺旋状构造的连续管工作的多个堆叠的分离单元的侧透视图的示意图，其以紧凑的构造提供额外的油本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在油滴和水的混合物中分离所述油滴和水的方法，包括：使所述混合物流过具有第一出口孔的第一段管；在所述第一段管内产生第一声驻波，所述第一声驻波有效地产生具有第一压力波节的声辐射力，使得所述油滴在所述第一压力波节处浓缩并聚结，并且其中，所述声驻波具有第一频率；使通过所述第一出口孔的具有浓缩并聚结的油滴的所述混合物流过具有第二出口孔的第二段管，所述第二段管形成为具有曲率半径和轴线的平面构造，使得聚结的油滴由于离心力而移动到距所述轴线更大的距离；以及使通过所述第二出口孔的聚结的油滴和水分离。2.如权利要求1所述的方法，其中，使所述聚结的油滴和水分离的步骤包括：使通过所述第二段管的出口孔的具有浓缩并聚结的油滴的所述混合物流过第三段管，所述第三段管竖直设置且具有上出口孔和下出口孔，由此所述浓缩并聚结的油滴由于所述聚结的油滴的浮力而与水分离并通过所述上出口孔，而水通过所述下出口孔。3.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在所述第一段管内产生具有第一频率的第一声驻波的步骤之后，并且在使具有所述浓缩并聚结的油滴的所述混合物流过所述第二段管的步骤之前，使通过所述第一出口孔的具有所述浓缩并聚结的油滴的所述混合物流过具有第四出口孔的第四段管；以及在所述第四段管内产生第二声驻波，所述第二声驻波有效地产生具有第二压力波节的声辐射力，使得所述油滴在所述第二压力波节处浓缩并聚结，并且其中所述第二声驻波具有第二频率。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一频率和所述第二频率在500kHz和3MHz之间。5.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一频率大于所述第二频率。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二段管形成为具有曲率半径和轴线的螺旋状构造，其中，所述轴线是竖直的。7.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一段管和所述第四段管的横截面为扁圆形。8.一种用于在油滴和水的混合物中分离所述油滴和水的方法，包括：使所述混合物流过具有第一出口的第一段管；在所述第一段管内产生第一声驻波，所述第一声驻波有效地产生具有第一压力波节的声辐射力，使得所述油滴在第一压力波节处浓缩并聚结，并且其中，所述声驻波具有第一频率；使通过所述第一出口的具有浓缩并聚结的油滴的所述混合物流过具有第二直径和第二出口的第二段管，所述第二段管形成为具有曲率半径和轴线的平面圆形构造，使得聚结的油滴由于离心力而移动到距所述轴线更大的距离；以及使通过所述第二出口的具有浓缩并聚结的油滴的所述混合物流过第三段管，所述第三段管竖直设置且具有上出口孔和下出口孔，由此所述浓缩并聚结的油滴由于所述聚结的油滴的浮力而与水分离并通过所述第三段管的上出口孔，而水通过所述第三段管的下出口孔。9.如权利要求8所述的方法，还包括以下步骤：
在所述第一段管内产生具有第一频率的第一声驻波的步骤之后，并且在使具有所述浓缩并聚结的油滴的所述混合物流过所述第二段管的步骤之前，使具有所述浓缩并聚结的油滴的所述混合物流过第四段管；以及在所述第四段管内产生第二声驻波，所述第二声驻波有效地产生具有第二压力波节的声辐射力，使得所述油滴在所述第二压力波节处浓缩并聚结，并且其中，所述第二声驻波具有第二频率。10.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一频率和所述第二频率在500kHz和3MHz之间。11.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一频率大于所述第二频率。12.如权利要求8所述的方法，其中，所述第二段管形成为具有曲率半径和轴线的螺旋状构造，其中，所述轴线是竖直的。13.如权利要求9所述的方法，其中，所述第一段管和所述第四段管的横截面为扁圆形。14.一种用于在油滴和水的混合物中分离所述油滴和水的装置，包括：使所述混合物流过的第一段管，所述第一段管具有外表面、内部体积和第一出口孔；至少一个第一声换能器，所述至少一个第一声换能器与所述第一段管的外表面声接触，用于在所述第一段管的内部体积中产生第一声驻波，所述第一声驻波有效地产生具有第一压力波...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：美商亚威科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：