Einrichtung zum Erzeugen einer diskreten Flüssigphase in einer kontinuierlichen Flüssigphase

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erzeugen einer diskreten

Flüssigphase in einer kontinuierlichen Flüssigphase gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 , eine Anlage mit solchen Einrichtungen sowie eine Verwendung dieser Anlage.

Aus der WO 2005/100512 (PCT/EP2005/004654) ist ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Reinigen von Rohöl bekannt. Bei diesem Reinigungsverfahren wird in einer ersten Stufe eine entgaste Emulsion gewonnen, die in einer zweiten Stufe in Wasser und OeI geschieden wird. Die zweite Stufe wird in einem Behälter einer Reinigungseinrichtung durchgeführt, die ein Verteilsystem für Waschwasser enthält. Eine Phasengrenzfläche zwischen Wasser und OeI wird mit dem Waschwasser in Kontakt gebracht, so dass eine reinigende Behandlung stattfindet. Aufgrund von Koaleszenz der beiden Phasen können diese von einander getrennt werden. Das Verfahren kann verbessert werden, wenn die Emulsion tröpfchenfömig in eine kontinuierliche Phase eingebracht wird, die aus Waschwasser besteht. Dies ist eine erste Reinigungsstufe. Das so gewaschene OeI bildet nach einer Koaleszenz eine zweite kontinuierliche Phase, in die zusätzlich frisches Waschwasser tröpfchenfömig oder mit erhöhtem Impuls zur Unterstützung der Reinigung der Phasengrenze eingebracht werden kann. Zwischen den beiden kontinuierlichen Phasen ergibt sich eine übergangszone, in der die Koaleszenz (sowohl des OeIs als auch des Wassers) stattfindet. Die Zufuhr der Emulsion und des Waschwassers in die Reinigungseinrichtung wird so eingestellt, dass die übergangszone in einer vorgegebenen Lage ein wesentlich kleineres Volumen einnimmt als die beiden kontinuierlichen Phasen. Für die beiden diskreten Phasen gibt es jeweils eine optimale Tröpfchengrösse für den Wascheffekt sowie eine optimale Scherung der

dispersen Phasen zum Erreichen der Phasentrennung, die sich empirisch bestimmen lässt. Voraussetzung für ein optimales Reinigungsverfahren ist es, dass es gelingt, die optimale Grosse der Tröpfchen oder Tropfen herzustellen und die diskreten Phasen jeweils in den kontinuierlichen Phasen gleichmässig zu verteilen. Dazu ist eine geeignet ausgebildete Einrichtung notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Erzeugen einer diskreten Flüssigphase in einer kontinuierlichen Flüssigphase zu schaffen, bei der eine für den Separationsprozess förderliche Scherung der diskreten Phase aufgebracht wird sowie eine Herstellung der vorgegebenen Tropfeng rossen der diskreten Phase und deren gleichmässige Verteilung in der kontinuierlichen Phase realisierbar ist. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierte Einrichtung gelöst.

Die Einrichtung dient zum Erzeugen einer diskreten Flüssigphase in einer kontinuierlichen Flüssigphase mit einer ersten bzw. einer zweiten Flüssigkeit. Die beiden Flüssigkeiten koexistieren als getrennte Phasen, haben unterschiedliche Dichten und lassen einen erwünschten Stoffaustausch zu. Es ist vorgesehen, die Einrichtung in einem Behälter anzuordnen, der die zweite, die kontinuierliche Phase bildende Flüssigkeit enthält. Die Einrichtung umfasst in einer horizontalen Längserstreckung ein Verteilorgan, insbesondere ein zylindrisches Rohr, und einen Auffangkanal für die erste Flüssigkeit. Der Auffangkanal weist eine Ausgangsseite, eine Auffangseite und mindestens eine die Ausgangsseite und die Auffangseite verbindende Seitenwand auf. Die Seitenwand stellt zwischen der Ausgangsseite und einer horizontalen Abtropfkante eine Verbindungsfläche her. Die Seitenwand weist eine Neigung bzw. Form auf, die die Bildung eines Flüssigkeitsfilmes ermöglicht wozu die Seitenwand auf der Ausgangsseite und/oder der Auffangseite Mittel zum Erzeugen der diskreten Phase in Form von Tropfen aufweist.

Um die Stabilität des Flüssigkeitsfilmes zu erhöhen, kann die Seitenwand eine für die erste Flüssigkeit gute Benetzbarkeit aufweisen. Die Abtropfkante oder die Seitenwand weist vorteilhafterweise eine Profilierung auf, insbesondere eine Zahnung zur Erzeugung der diskreten Phase in Form von

Tropfen, die vorzugsweise aufgrund einer gleichmässigen Zahnung gleich gross sind.

Die abhängigen Ansprüche 2 bis 11 betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung. Eine Anlage, in der diese Einrichtung zum Einsatz kommt, ist Gegenstand der Ansprüche 12 bis 14.

Verwendungsmöglichkeiten der Anlage sind Gegenstand der Ansprüche 15 und 16.

Das Mittel umfasst eine Mehrzahl von Durchbrüchen, die ein gleichmässiges Abfliessen der ersten Flüssigkeit aus dem Innenbereich entlang der Ausgangsseite und/oder der Auffangseite der Seitenwand ermöglichen. Die Durchbrüche (61 ) sind lochartig, zackenartig, einschnittartig oder als Zahnung ausgebildet. Vorzugsweise weisen sie eine periodisch wiederkehrende Profilierung auf, sodass die Flüssigkeit gleichmässig auf die Ausgangsseite und/oder die Auffangseite der Seitenwand geleitet wird.

Die Seitenwand kann eine Abtropfkante aufweisen, entlang derer sich

Tropfen möglichst einheitlicher Grosse ablösen und in die Flüssigkeit, welche die kontinuierliche Phase bildet, aufgenommen werden. Die Seitenwand ist entweder zumindest teilweise vertikal ausgerichtet oder weist eine Neigung gegenüber der Horizontalen auf, die zwischen 10° und 85°, vorzugsweise zwischen 20° und 60°, besonders bevorzugt 30° bis 40° beträgt. Zudem kann die Seitenwand zumindest einen Knick aufweisen. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Seitenwand an zumindest einer ihrer seitlichen Kanten ein Führungselement auf, sodass die Flüssigkeit ausgehend von der Ausgangsseite in Richtung Auffangseite über die Seitenwand bzw. die Durchbrüche geleitet wird. In der Auffangseite können zusätzlich Löcher für die erste Flüssigkeit und eine diese Löcher abschirmende Wand mit einer Abtropf kante vorgesehen sein.

Der Auffangkanal umfasst zusätzlich mindestens ein umlenkendes Hindernis, insbesondere ein Umlenkelement, das vor Austrittsöffnungen des Verteilorgans angeordnet ist und durch welches die erste Flüssigkeit in einen Innenbereich des Auffangkanals zur Auffangseite hin umlenkbar ist, wobei insbesondere die Austrittsöffnungen des Verteilorgans auf einem linearen

Streifen angeordnet sind und das Umlenkelement diesem linearen Streifen gegenüber liegt und eine zusammenhängende, ebene oder konkave Umlenkfläche bildet.

Die Anlage umfasst einen Behälter, der einen Boden und Seitenwände umfasst, sowie eine Mehrzahl von im Behälter angeordneten Einrichtungen gemäss obiger Ausführung. Derartige Einrichtungen, nachfolgend untere Einrichtungen genannt, sind benachbart zum Boden angeordnet und deren Ausgangsseiten sind gegen unten offen, und/oder solche bzw. weitere Einrichtungen, nachfolgend obere Einrichtungen genannt, sind in einem oberen Bereich des Behälters angeordnet und deren Ausgangsseiten sind gegen oben offen, wobei im Fall der unteren Einrichtungen der Boden ein umlenkendes Hindernis für aus dem Verteilorgan austretende Flüssigkeit sein kann. Insbesondere sind horizontale Querschnittsflächen des Behälters durch die Einrichtungen gleichmässig belegt, wobei die Einrichtungen vorzugsweise parallel ausgerichtet sind. Sowohl untere als auch obere Einrichtungen sind vorgesehen, sodass zum Einspeisen in den Behälter die unteren Einrichtungen für eine leichte Flüssigkeit und die oberen Einrichtungen für eine schwere Flüssigkeit vorgesehen sind, dass ferner am Boden eine Ablaufleitung für die schwere Flüssigkeit bzw. für die leichte Flüssigkeit sowie mindestens ein Abflussorgan, das insbesondere eine Ablaufleitung und/oder ein überlaufwehr umfasst, über den oberen Einrichtungen angeordnet sind. Eine derartige Anlage findet Verwendung insbesondere zur Reinigung von Rohöl, wobei die schwere Flüssigkeit Wasser und die leichte Flüssigkeit ein zu reinigendes Rohöl ist und im oberen Bereich des Behälters das Wasser als diskrete Phase Verunreinigungen aus dem Rohöl, d.h. der kontinuierlichen Phase, aufnimmt und im unteren Bereich des Behälters das Wasser als zweite kontinuierliche Phase Verunreinigungen aus aufsteigenden öltröpfchen aufnimmt, wobei zwischen den beiden kontinuierlichen Phasen eine Zone liegt, in der die diskreten Phasen durch Koaleszenz zu den entsprechenden kontinuierlichen Phasen verschmelzen. Insbesondere kann die Anlage Verwendung auf einer schwimmfähigen Plattform oder einem Transportmittel, insbesondere einem Schiff, finden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - 3 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen

Einrichtung, ferner eine zweite bzw. dritte Ausführungsform und

Fig. 4 eine Anlage mit erfindungsgemässen, in einem Behälter angeordneten Einrichtungen.

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen

Einrichtung mit weiteren Ausgestaltungsmöglichkeiten für die Wand kante und die Abtropf kante

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen

Einrichtung mit einer gekrümmten Seitenwand.

Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung 1 , die in Fig. 1 als Ausschnitt dargestellt ist, erlaubt das Erzeugen einer diskreten Phase mit einer ersten Flüssigkeit in einer kontinuierlichen Phase, die aus einer zweiten Flüssigkeit besteht. Die beiden Flüssigkeiten bilden koexistierende Phasen, die einen erwünschten Stoffaustausch zulassen. Sie weisen unterschiedliche Dichten auf. Es ist vorgesehen, die erfindungsgemässe Einrichtung 1 in einem Behälter anzuordnen (vgl. Fig. 4: Behälter 9), der die zweite, die kontinuierliche Phase bildende Flüssigkeit enthält. Diese Einrichtung 1 umfasst in einer horizontalen Längserstreckung ein Verteilorgan 2, insbesondere ein zylindrisches Rohr, und einen Auffangkanal 3 für die erste Flüssigkeit, wobei der Auffangkanal 3 eine

Ausgangsseite 4, eine Auffangseite 5 und mindestens eine die Ausgangsseite 4 und die Auffangseite 5 verbindende Seitenwand 6 aufweist. An der Ausgangsseite 4 stehen die beiden Phasen in Kontakt und erlauben einen Impuls- und Stoffaustausch. Im dargestellten Beispiel ist die erste Flüssigkeit leichter als die zweite. Daher ist die Ausgangsseite 4 gegen unten offen.

Erfindungsgemäss umfasst der Auffangkanal 3 zusätzlich ein Umlenkelement 8 (oder umlenkendes Hindernis), das vor Austrittsöffnungen 20 des Verteilorgans 2 angeordnet ist. Es kann auch eine Mehrzahl von Verteilorganen 2 und entsprechenden Umlenkelementen 8 vorgesehen sein.

Die Austrittsöffnungen 20 des Verteilrohrs 2 sind auf einem linearen Streifen angeordnet und das Umlenkelement 8 bildet gegenüber diesem Streifen

vorzugsweise eine zusammenhängende, konkave Umlenkfläche. Die erfindungsgemässe Einrichtung 1 kann auch unmittelbar über einem Behälterboden angeordnet sein. In diesem Fall kann auf ein separates Umlenkelement 8 verzichtet werden; der Boden des Behälters übernimmt dessen Funktion. Der sich im Bereich der Ausgangsseite 4 erstreckende Boden ist ein umlenkendes Hindernis, das auch zum Auffangkanal 3 gezählt wird.

Die Austrittsöffnungen 20 können auch seitlich am Verteilrohr 2 und gegen oben gerichtet angeordnet sein. In diesem Fall benötigt man auch kein separates Umlenkelement 8; die Seitenwand 6 wirkt als umlenkendes Hindernis.

Die erste Flüssigkeit tritt strahlförmig aus dem Verteilorgan 2 nach unten aus, prallt auf das umlenkende Hindernis oder Umlenkelement 8 und wird von diesem in den Innenbereich 30 des Auffangkanals 3 zur Auffangseite hin nach oben umgelenkt. Durch das Aufprallen wird die Strömung beruhigt. Bei einer sehr grossen Längserstreckung der Einrichtung 1 (beispielsweise über 30 m) und einem zylindrischen Verteilorgan 2 kann es vorteilhaft sein, ein erstes Verteilrohr koaxial im Verteilorgan 2 für eine erste Stufe der Flüssigkeitsverteilung vorzusehen.

Die erste Flüssigkeit, d. h. die leichtere Flüssigkeit, wird via eine Mehrzahl von Durchbrüchen 61 , die in der Seitenwand 6 bei der Ausgangsseite 4 angeordnet sind und die ein gleichmässiges Abfliessen aus dem Innenbereich 30 ermöglichen, auf die Aussenseite der Seitenwand 6 geleitet. Die Durchbrüche 61 sind einschnittartig, zu einer Wandkante 62 hin offen ausgebildet; sie können aber auch lochförmig sein. Die Seitenwand 6 stellt zwischen der Ausgangsseite 4 und einer horizontalen Abtropfkante 7 eine Verbindungsfläche 6 her, die eine Neigung bzw. Form aufweist, welche die Bildung eines Flüssigkeitsfilmes der diskreten Flüssigkeitsphase ermöglicht. Die geneigte Seitenwand 6 stellt eine für die Filmausbildung notwendige Fläche zur Verfügung. Mit Hilfe einer Formgebung, z.B. Abrundung des Bereiches des Flüssigkeitsaustrittes am unteren Ende der Seitenwand 6, kann mittels Verringerung der Relativgeschwindigkeit zwischen den Flüssigkeitsphasen eine Filmausbildung auf der Seitenwand 6 unterstützt

werden. Um die Stabilität des Filmes zu erhöhen, kann die Seitenwand 6 eventuell eine für die erste Flüssigkeit gute Benetzbarkeit aufweisen. Die gute Benetzbarkeit lässt sich beispielsweise vor einer Inbetriebnahme durch eine Präparierung der Oberfläche 60 erreichen, indem diese mit einem Film der ersten Flüssigkeit überzogen wird. Weiterhin kann eine aufgeraute Oberfläche 60 die Benetzbarkeit verbessern.

Die Abtropfkante 7 weist eine Zahnung 70 auf, mittels der das Erzeugen der diskreten Phase in Form von Tropfen ermöglicht wird. Die Zahnung 70 ist vorzugsweise gleichmässig ausgebildet, so dass Tropfen entstehen, die alle gleich gross oder weitgehend gleich gross sind.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 5 dargestellt ist, hat die untere Wandkante 62 der Seitenfläche selbst eine Profilierung. Diese Profilierung wird aus im wesentlichen periodisch angeordneten Spitzen und Tälern gebildet, bzw ist insbesondere als Zahnung oder Wellenprofil ausgestaltet. Diese Profilierung kann mit Durchbrüchen 61 ergänzt sein, statt dessen oder in Ergänzung dazu auch Hohlräume aufweisen.

Die Aussenseite der Seitenwand 6 liegt in Fig. 1 zusammen mit der Abtropfkante 7 in einer Ebene, die vertikal oder in einem Winkel zur Vertikalrichtung geneigt ausgerichtet ist. Der Neigungswinkel zwischen der Schnittgeraden der Ebene und einer Horizontalebene mit einer vertikal angeordneten Schnittebene beträgt zwischen 10° und 85°, vorzugsweise zwischen 20° und 60°, besonders bevorzugt 30° bis 40°. In Fig. 1 sind zwei Seitenwände 6 in einer spiegelsymmetrischen Anordnung dargestellt. Zumindest eine dieser beiden Seitenwände kann die erwähnte Neigung aufweisen. Die Einrichtung 1 kann auch nur eine Seitenwand 6 aufweisen, wie es die zweite Ausführungsform der Fig. 2 illustriert. Das Umlenkelement 8 lässt die erste Flüssigkeit nur einseitig abströmen. Bei diesem Beispiel ist ausserdem die Seitenwand 6 geneigt. Bei einer solchen geneigten Lage ist es vorteilhaft, wenn die Zahnung 70 der Abtropfkante 7 in einer Ebene liegt, die von der vertikalen Ebene und vom Verteilorgan 2 weg geneigt ist. Ein unterer Teil der Seitenwand 6 kann auch eine andere Neigung als die durch die Zahnung 70 aufgespannte Ebene haben.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform, bei der die Auffangseite 5 zusätzlich Löcher 50 für die erste Flüssigkeit enthält. Es ist eine diese Löcher 50 abschirmende Wand 6' vorgesehen, die eine Abtropfkante T mit Zahnung 70' hat. Zwischen den Löchern 50 und der Abtropfkante T erstreckt sich eine weitere Verbindungsfläche (auf der nicht sichtbaren Fläche der Wand 6', die die gleichen Eigenschaften wie die Abtropfkante 6 aufweist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung 1 mit einer Seitenwand 6, die eine als Profilierung ausgeführte Wandkante 62 umfasst, ist in Fig. 5 gezeigt. Die Wandkante der geneigten Seitenwand 62 ist hierin mit einer Zahnung versehen, während die als vertikale Seitenwand 6 dargestellte hintere Seitenwand eine Rillierung aufweist. Die Form und Tiefe der Profilierung ist von der Natur der strömenden Flüssigkeit, sowie deren Menge abhängig. Insbesondere ist eine genügend lange Rillierung vorteilhaft, um ein gleichmässiges Ausströmen aus der Seitenfläche 62 auch bei nicht vollständiger horizontaler Ausrichtung zu gewährleisten. Die Abtropfkante 7 weist ebenfalls eine Profilierung auf. In diesem Beispiel sind wellenartige Profilierungen dargestellt, jede andere Kombination von Profilierungen ist aber möglich. Zusätzlich können in der Seitenwand Bohrungen vorgesehen sein und/oder eine Kombination mit Durchbrüchen 61 , was zeichnerisch nicht dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in welcher die Seitenwand 6 eine in Richtung des Auffangkanals 3 gerichtete Krümmung aufweist. Im Bereich des Flüssigkeitsaustritts kann dadurch die Strömung optimiert werden, sodass die Filmausbildung und Filmstabilität auf der Seitenwand unterstützt wird. Selbstverständlich kann die Wandkante 62 und/oder die Abtropfkante 7 jede der früher beschriebenen Profilierungen und Formen aufweisen. Der Einfachheit halber ist in Fig. 6 nur ein Teil der Einrichtung gezeigt, welche entweder symmetrisch, wie in Fig. 1 gezeigt oder einen einseitigen Flüssigeitsausthtt zulassend, wie in Fig. 2 gezeigt, ausgestaltet ist.

Zeichnerisch nicht dargestellt ist eine Einrichtung mit einer Seitenwand, die zumindest einen Knick aufweist. Des weiteren kann die Seitenwand 6 an zumindest einer ihrer seitlichen Kanten ein Führungselement aufweisen. Dieses Führungselement kann als Lasche ausgebildet sein. Dieses

Führungselement leitet die über die Ausgangsseite 4 entlang der Durchbrüche 61 sowie der Seitenwand 6 in Richtung der Abtropfkante 7 strömende Flüssigkeit entlang dieses beschriebenen Weges. Insbesondere wird durch das Führungselement vermieden, dass Flüssigkeit über die seitlichen Kanten der Seitenwand 6 strömt.

Die erfindungsgemässe Einrichtung 1 ist für eine Anlage vorgesehen, in welcher sie als eine unter einer Mehrzahl von gleich ausgebildeten Einrichtungen 1 angeordnet ist. Die Verteilorgane 2 sind in der Regel in Form einer Parallelschaltung an eine gemeinsame Zuführleitung (nicht dargestellt) angeschlossen. Bei der in Fig. 4 schematisch dargestellten Anlage 10 mit erfindungsgemässen Einrichtungen lassen sich obere Einrichtungen V und untere Einrichtungen 1" unterscheiden. Diese Einrichtungen V, 1 " sind im Behälter 9 angeordnet. Die unteren Einrichtungen 1" sind benachbart zum Boden 90 angeordnet und deren Ausgangsseiten 3" sind gegen unten offen. Die oberen Einrichtungen V sind in einem oberen Bereich des Behälters 9 angeordnet; deren Ausgangsseiten 3' sind gegen oben offen. Horizontale Querschnittsflächen des Behälters 9 sind durch die Einrichtungen V, 1 " jeweils gleichmässig belegt; dabei sind die Einrichtungen V, 1 " vorzugsweise parallel ausgerichtet.

In der Anlage 10 sind die oberen Einrichtungen 1' für eine schwere oder schwerere Flüssigkeit 11 und die unteren Einrichtungen 1 " für eine leichte oder leichtere Flüssigkeit 12 vorgesehen. Am Boden 90 ist eine Ablaufleitung 11 ' für die schwere Flüssigkeit 11 am Behälter 9 angeschlossen. Für die leichte Flüssigkeit 12 ist über den oberen Einrichtungen 1' mindestens ein Abflussorgan, das insbesondere eine Ablaufleitung (12') und/oder ein überlaufwehr (nicht dargestellt) umfasst.

Als eine bevorzugte Verwendung der Anlage 10 ist die Behandlung einer Oel/Wasser-Emulsion mit einem Waschwasser vorgesehen. In diesem Fall ist die schwere Flüssigkeit Wasser und die leichte Flüssigkeit ein zu reinigendes Rohöl, das bereits entgast ist. Im oberen Bereich des Behälters 9 nimmt das Wasser als diskrete Phase Verunreinigungen aus dem öl auf, das eine kontinuierlichen Phase 120 bildet. Im unteren Bereich des Behälters 9 nimmt das Wasser als eine zweite kontinuierliche Phase 110 Verunreinigungen aus

aufsteigenden öltröpfchen auf. Zwischen den beiden kontinuierlichen Phasen 110 und 120 liegt eine Zone 130, in der die diskreten Phasen durch Koaleszenz zu den entsprechenden kontinuierlichen Phasen verschmelzen. In einer oberen Lage 121 der Zone 130 haben sich die öltröpfchen weitgehend zur kontinuierlichen Phase 120 vereinigt. Die von oben absinkenden Wassertröpfchen nehmen Resten an Wasser auf, die in der Lage 121 noch verblieben sind. Für eine untere Lage 112, in der das Wasser überwiegt, gilt das entsprechend Umgekehrte.

Selbstverständlich sind auch Verwendungen der erfindungsgemässen Einrichtung 1 denkbar, in denen nur eine schwere oder leichte Flüssigkeit in einer leichten bzw. schweren Flüssigkeit in Tropfenform einzubringen ist.

Die oben beschriebene Anlage ist auch auf einem Schiff verwendbar, auf dem aufgrund einer in der Regel auftretenden Schaukelbewegung die horizontale Ausrichtung nur im zeitlichen Mittel realisierbar ist. Die horizontale Längserstreckung der Verteilrohre bzw. Auffangkanäle 3 bezieht sich daher auf eine mittlere Lage, die in einem unbewegt schwimmenden Schiff oder einer schwimmfähigen Plattform vorliegen würde.