способ растворения веществ, образующих при этом высоковязкие желеобразные липкие растворы, и аппарат для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ растворения веществ, склонных к образованию высоковязких желеобразных липких растворов, заключающийся в смешивании вещества с растворителем, отличающийся тем, что растворение осуществляют в две ступени, при этом на первой ступени под постоянным воздействием псевдоожиженной подвижной насадки производят полное перемешивание частиц растворяемого вещества с растворителем с эффектом частичного растворения вещества, а затем смесь подают во вторую ступень, где осуществляют воздействие на смесь подвижной насадкой, элементы которой выполнены из материала с плотностью, незначительно превышающей плотность растворителя, и стабилизацию раствора в спокойном состоянии, при этом время воздействия подвижной насадкой во второй ступени в 1,5 - 2 раза больше, чем в первой, а время стабилизации раствора не менее чем в 67 раз больше времени воздействия подвижной насадкой во второй ступени.

2. Аппарат для растворения веществ, склонных к образованию высоковязких желеобразных липких растворов, содержащий корпус, патрубки приема смеси и вывода раствора, отличающийся тем, что он снабжен второй аналогичной ступенью, при этом каждая ступень снабжена перфорированной емкостью, частично заполненной подвижной насадкой, полностью погруженной в объем смеси, патрубок приема смеси соединен с перфорированной емкостью, перфорированная емкость второй ступени снабжена циркуляционным стаканом и имеет объем в 1,5 - 2 раза больше объема емкости первой ступени, объем корпуса второй ступени больше объема его перфорированной емкости не менее чем в 67 раз и корпуса обеих ступеней снабжены переливными трубами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области осуществления процессов растворения веществ с образованием высоковязких желеобразных липких растворов. Оно может быть использовано, в частности, в нефтедобывающей промышленности для приготовления водного раствора полиакриламида (ПАА) перед закачкой его в пласт.

Известен способ приготовления тонкодисперсных растворов, по которому суспензия подается каким-либо насосом через тангенциальные сопла внутрь камеры, в которой находятся мелющие тела в виде металлических шариков, которые под действием давления жидкости катятся по днищу и внутренней поверхности камеры воздействуя на твердые компоненты растворяемого вещества. При этом мелкие частицы суспензии измельчаются и растираются, что ускоряет процесс их растворения (см.авт. свид. СССР N 1264965, B 01 F 1/00, 1986 г.)

Целевое назначение изобретения в известном способе состоит в измельчении твердых частиц суспензии и ускорении тем самым процесса их растворения.

Однако в известном способе растворение веществ с образованием высоковязких желеобразных липких растворов малоэффективно, т.к. медленно перекатывающиеся металлические шарики обрастают липким желеобразным раствором и прилипают друг к другу с последующим уменьшением эффективности измельчения растворяемого материала.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является способ растворения веществ, склонных к образованию высоковязких желеобразных липких растворов (авт.свид. SU 1720694 A1, кл. B 01 F 1/00, 23.03.92, 5 стр.), который заключается в смешивании вещества с растворителем. Способ осуществляется в аппарате, содержащем корпус с патрубками подачи смеси и вывода готового раствора. Слипание гранул вещества предотвращается в результате подачи их через центральное отверстие патрубка на внутреннюю поверхность струи, образованной благодаря кольцевой щели, в которую непрерывно подается растворитель.

Известный способ не может применяться для растворения гранул твердых материалов, образующих высоковязкие желеобразные липкие растворы, т.к. они не успевают растворяться за незначительное время пребывания в разрозненном состоянии на внутренней поверхности струи растворителя. При дальнейшем движении гранул вещества, находящихся в стадии начала растворения в потоке растворителя, они будут слипаться в ком значительных размеров с резким уменьшением скорости растворения.

Также растворение аналогичных веществ возможно циркуляцией смеси их с растворителем общеизвестными центробежными насосами. Однако при применении насосов с высоким числом оборотов рабочего колеса происходит разрушение (деструкция) молекулярных связей растворяемого вещества, например ПАА, и качество раствора (в частности вязкость раствора ПАА) резко снижается. При применении насосов с меньшей скоростью вращения рабочего колеса последние обрастают растворяющимся высоковязким желеобразным липким веществом, и насос прекращает выполнять свои транспортирующие, перемешивающие и растворяющие функции.

Известно устройство для приготовления тонкодисперсных растворов, содержащее вертикальную камеру, тангенциальные сопла для подвода раствора, отводящий патрубок, расположенный в днище камеры и мелющие тела. (см. авт.свид. СССР N 1264965, B 01 F 1/00, 1986 г.)

Известное устройство реализует способ мокрого измельчения растворяемого вещества подвижными элементами типа металлических мелющих тел. Но, т.к. мелющие тела движутся перекатыванием по днищу устройства, то они при растворении веществ, склонных к образованию высоковязких желеобразных липких растворов, будут залипаться растворяющимся веществом с последующим снижением эффективности процессов измельчения и растворения.

Известен также аппарат для растворения, содержащий корпус, выполненный в виде установленной в горизонтальной плоскости цилиндрической камеры кольцевого сечения с шаровой насадкой, вибровозбудитель, упругую подвеску, патрубки загрузки твердого материала, подачи растворителя, сдувки парогазовой фазы и слива раствора, причем патрубки загрузки твердого материала и слива раствора расположены диаметрально противоположно патрубку подачи растворителя, а патрубок слива раствора размещен выше нижнего среза патрубка загрузки растворяемого вещества, (см.авт.свид. СССР N 915921, B 01 F 1/00, 1982 г.)

Использование данного аппарата для растворения веществ с образованием высоковязких желеобразных липких растворов малоэффективно, т.к. стенка аппарата в районе движения вещества от устья патрубка подачи ее на растворение до виброкипящей насадки будет залипаться этим веществом.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности растворения веществ, склонных при растворении к образованию высоковязких желеобразных липких растворов, а именно достижение полного растворения без снижения регламентированного качества раствора, в частности, без деструкции молекулярных связей ПАА в его водном растворе.

Для осуществления поставленной задачи предложен способ, заключающийся в смешивании растворяемого вещества с растворителем воздействием на смесь псевдоожиженной подвижной насадкой, причем процесс растворения осуществляется в 2 ступени, при этом на первой ступени под постоянным воздействием псевдоожиженной подвижной насадки, элементы которой выполнены из материала с плотностью, незначительно превышающей плотность растворителя, растворяемое вещество, активно перемешиваясь с растворителем, частично растворяется, а затем созданную смесь подают во вторую ступень, где с целью завершения процесса полного растворения растворяемого вещества и получения качественного раствора, осуществляют воздействие на смесь элементами псевдоожиженной подвижной насадки, причем по времени в 1,5-2 раза дольше, чем в первой ступени с последующей стабилизацией в спокойном состоянии в течение времени, превышающем не менее 67 раз время растворения вещества воздействием подвижной насадкой во второй ступени аппарата.

Существенными отличительными признаками предложенного способа являются: процесс осуществляется в 2 ступени; растворитель и растворяемое вещество подаются на первую ступень в виде смеси под давлением, способном псевдоожижать подвижную насадку ее; на первой ступени производят равномерное распределение растворяемого вещества в объеме растворителя и частичное его растворение путем активного перемешивания смеси псевдоожиженной подвижной насадкой; с целью предотвращения разрушения целостности молекулярных связей растворенного вещества в растворе, элементы подвижной насадки выполнены из материала по плотности незначительно превышающего плотность растворителя; с целью окончательного растворения материала смесь полученную в первой ступени подают во вторую ступень с таким расчетом, что она могла псевдоожижать подвижную насадку последней; во второй ступени осуществляется процесс полного растворения вещества воздействием на смесь такой же, что и в первой ступени псевдоожиженной подвижной насадкой; воздействие псевдоожиженной подвижной насадки на смесь во второй ступени производят в 1,5-2 раза дольше, чем в первой; с целью получения регламентированного качества раствора его стабилизируют в спокойном состоянии в течение времени, превышающем не менее 67 раз время растворения вещества воздействием подвижной на садкой второй ступени аппарата.

Для осуществления разработанного способа и достижения поставленной цели предложен двухступенчатый аппарат, каждая ступень которой снабжена перфорированными, связанными с патрубками приема смеси, частично заполненными подвижной насадкой и полностью погруженными в объем растворителя, находящемся в корпусах соответствующих ступеней аппарата, емкостями. При этом объем перфорированной емкости второй ступени, снабженной циркуляционным стаканом, в 1,5 - 2 раза больше объема перфорированной емкости первой, а рабочий объем корпуса второй ступени больше объема его перфорированной емкости не менее чем в 67 раз и подача смеси в обе ступени аппарата осуществляется под давлением, способном псевдоожижать подвижную насадку их.

Существенными отличительными признаками предложенного аппарата являются: аппарат имеет 2-е ступени; в каждой ступени имеется перфорированная емкость, частично заполненная подвижной насадкой; перфорированная емкость второй ступени снабжена циркуляционным стаканом; перфорированные емкости полностью погружены в смесь; перфорированные емкости связаны с патрубками приема смеси в соответствующие ступени аппарата; объем перфорированной емкости второй ступени в 1,5-2 раза больше объема перфорированной емкости первой; объем корпуса второй ступени больше объема его перфорирован ной емкости не менее 67 раз.

Предложенное решение поясняется фиг. 1, на котором дана принципиальная схема аппарата.

Аппарат для растворения содержит первую ступень, в корпусе 1 которой имеется перфорированная расширенная кверху емкость 2, которая связана с патрубком 3 приема смеси, частично заполнена подвижной насадкой 4, элементы которой выполнены из материала, по плотности незначительно превышающего плотность растворителя, например из дерева, пропитанного растворителем (водой), или соответствующих пластических материалов, и полностью погружена в объем смеси 5, находящейся в корпусе 1. Корпус 1 первой ступени аппарата снабжен кроме того патрубком 6 и переливной трубой 7, по которым смесь выводится из первой ступени аппарата.

Вторая ступень аппарата имеет корпус 8 с расположенной в нем перфорированной расширенной кверху емкостью 9, которая так же, как и емкость 2 первой ступени аппарата, связана с патрубком 10 приема смеси во вторую ступень, частично заполнена подвижной насадкой 11, схожей с подвижной насадкой 4, снабжена циркуляционным стаканом 12 и полностью погружена в объем смеси 13, находящейся в корпусе 8. Корпус 8 снабжен патрубком 14 вывода готового раствора потребителю и переливной трубой 15.

Предложенный способ осуществляют с помощью описанного аппарата, который работает следующим образом.

Растворяемое вещество с растворителем в виде смеси подается по патрубку 3 в перфорированную емкость 2 под давлением, способным псевдоожижать подвижную насадку 4. Под воздействием поступающего потока элементы подвижной насадки 4 псевдоожижаются и в процессе хаотического движения взаимодействуют с растворяемым веществом и с растворителем. При этом растворяемое вещество равномерно распределяется в объеме растворителя, находящемся в перфорированной емкости 2, смачивается им и на ее поверхности образуется пленка высококонцентированного желеобразного липкого раствора. Элементы подвижной насадки 4, имея плотность. незначительно превышающую плотность растворителя, под воздействием потока смеси совершают активные хаотические движения, т.е. находятся в псевдоожиженном состоянии, смывая желеобразную пленку с поверхности растворяемого вещества, дробя ее на мелкие части и равномерно распределяя их в объеме основной массы растворителя без разрушения целостности молекулярных связей растворенного вещества.

За счет того, что емкость 2 полностью погружена в объем смеси, находящейся в корпусе 1, подача смеси в перфорированную емкость 2 под давлением, способным псевдоожижать подвижную насадку 4, вовлекает, за счет появления эжектирующих сил, в процесс циркуляционного перемешивания весь объем смеси, находящейся и в емкости 2 и в объеме корпуса 1, что и обеспечивает наилучший эффект взаимодействия растворяемого вещества с растворителем. При этом размер растворяемого вещества уменьшается, а количество растворенного увеличивается.

Из первой ступени смесь с некоторым содержанием недорастворенного вещества по патрубку 10 подается в перфорированную емкость 9, которая частично заполнена такой же, как и в корпусе 2, подвижной насадкой 11, находящейся в процессе работы аппарата в псевдоожиженном состоянии под воздействием поступающего потока смеси во вторую ступень и полностью погружена в объем раствора 13, находящийся в корпусе 8.

Процесс растворения оставшейся части вещества во второй ступени аналогичен процессу в первой ступени и заключатся во взаимодействии частиц растворяемого вещества с растворителем под действием элементов подвижной насадки, плотностью незначительно превышающей плотность растворителя, находящихся с целью равномерного распределения растворяемого вещества в объеме растворителя, смыва желеобразной пленки с поверхности ее и дробления этой пленки на мелкие части с последующим равномерным распределением в объеме основной массы получаемого раствора без разрушения целостности молекулярных связей растворенного вещества, в постоянном псевдоожиженном состоянии.

Вследствие того, что в смеси содержание растворенного вещества увеличивается, а ее размер уменьшается, скорость растворения вещества снижается. Это снижение скорости растворения компенсируется большим временем взаимодействия их с элементами подвижной насадки 11 во второй ступени в 1,5-2 раза в сравнении с первой ступенью.

Приготовленный раствор с целью стабилизации регламентированных свойств должен пройти стадию выдержки (стабилизации) в спокойном состоянии. Поэтому объем корпуса 8 принимается не менее, чем в 67 раз больше объема его перфорированной емкости. При такой конструкции аппарата недорастворенное вещество в емкости 9, после выхода в объем смеси 13, может потоком отнести на значительное расстояние от узкой части перфорированной емкости 9. В результате оно не попадет в область действия эжектирующих сил, создаваемых поступающим потоком смеси из патрубка 10 в емкость 9. Для устранения этого недостатка перфорированная емкость 9 снабжена стаканом 12, который направляет недорастворенное вещество в область влияния эжектирующих сил (приема смеси в емкость 9), т.е. на повторное растворение в слое псевдоожиженной насадки 11.

Готовый раствор из корпуса 8 выводится потребителю по патрубку 14 и переливной трубе 15.

Предложенное изобретение успешно испытано на Лиственском месторождении нефти Боткинского нефтегазодобывающего управления ОАО "Удмуртнефть" нефтяной компании "Сиданко" при растворении ПАА.

Принципиальная технологическая схема растворения ПАА представлена на фиг.2.

Согласно фиг. 2 порошок ПАА 1 ссыпается из бункера 2 в эжектор 3, смонтированный в линии приема растворителя (воды) в первую ступень аппарата. Затем смесь ПАА с водой поступает по схеме, показанной на рис. 1, сначала в первую ступень аппарата, корпус 4 который представляет цилиндрическую колонну диаметром 1400 мм и высотой 3 м, где осуществляется процесс подготовки ПАА к полному растворению в перфорированной емкости с подвижной насадкой. Затем подготовленный к полному растворению ПАА в виде его смеси с водой отбирается из первой ступени аппарата по патрубку 5 и переливной линии 6 и насосом 7 подается во вторую ступень аппарата, представляющую собой резервуар 8 марки РВС-400, в котором размещена также перфорированная емкость с подвижной насадкой.

Готовый раствор из корпуса 8 отбирается через патрубок 9 и переливную трубу 10 и тихоходным плунжерным насосом 11, не вызывающем деструкцию молекулярных связей растворенного ПАА, подается в скважину для закачки его в пласт.

Эффект использования разработанного способа заключается в том, что под воздействием элементов подвижной насадки достигается в первой ступени частичное растворение и тщательное перемешивание гранул растворяемого ПАА с растворителем, а во второй ступени - полное растворение ПАА без разрушения целостности его молекулярных связей в приготовленном растворе.