用于分散水溶性聚合物的改进设备的制作方法

背景技术：

聚丙烯酰胺越来越多地被用在强化采油(enhancedoilrecovery，eor)上。

直到最近，用于溶解聚丙烯酰胺的大型设施每小时处理数十公斤。使用简单方法(喷射器、润湿铲、管内喷嘴等)解决了初始润湿粉末(这趋向于大量凝结)的问题。这些方法在低浓度(0.5％)和长溶解时间(对于颗粒尺寸小于1mm的标准粉末来说为1小时)下促成低流速。

文献wo2011/107683描述了一种设备(psu或聚合物切割单元)，该设备研磨粉末并将粉末分散在溶解水(溶液水)中。该装置由具有锋利刀片的转子和具有细狭槽的定子组成。根据这些狭槽的厚度，粉末或多或少被精细地研磨。利用200μ的狭槽，溶解几乎是瞬间的，但是流速低。大约700微米的狭槽将溶解时间缩短到30分钟且获得非常高的浓度(大约20克/升)。这些浓度极大地减小溶解槽和计量泵的尺寸，这具有显著减少相应财政投资的优势。

该装置的定子具有通过压力非常高的水(200mpa(2000巴))的精细喷射或通过使用激光器来切割的狭槽。

该类型的定子的缺点是该定子在装置内部产生振动，这导致过早的轴承磨损。该磨损对装置的功能及其溶解大量聚合物的能力有影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种装置，其中减少了振动。另一目的是在更短的时间段内使更大量的水溶性聚合物分散。

为了减少这些有害振动，申请人发现，需要使定子的狭槽和/或转子的刀片相对于定子的水平面以20°和80°之间的角度倾斜。

定子的水平面也对应于转子的水平面。

换言之，本发明的主题为一种用于使颗粒尺寸小于1.5mm的水溶性聚合物分散的设备，包括：

-润湿锥体，其中，所述聚合物被计量，所述锥体连接到一级水入口线路，

-在所述锥体的底端处：

○用于研磨且排出分散的所述聚合物的腔，所述腔包括：

■由电机驱动且设有刀片的转子，

■包括狭槽的固定定子，所述狭槽具有50微米到1200微米的有利宽度，

○在所述腔的外围的全部或部分上，由二级水线路供应的环，所述环以确保将加压水喷射到所述定子上的方式与所述腔连通。

所述设备的特征在于，所述定子的狭槽和/或所述转子的刀片相对于所述定子的水平面以20°和80°之间的角度倾斜。

在优选实施方式中，转子的刀片和/或定子的狭槽相对于所述水平面之间的角度为至少30°。该角度小于70°，优选地小于60°。该角度优选地在30°和70°之间，更优选地在40°和60°之间。

根据使用非常高的压力的水喷射或激光器的切割技术，通过斜对地切割定子中的狭槽来制作倾斜的狭槽。通过借助具体机械加工使转子的刀片倾斜来使刀片倾斜。

狭槽优选地为直线形的且彼此平行。

在本发明的特定实施方式中，狭槽组合可能被直线部分分离的一连串曲线。在该情况下，在连接狭槽的两端的直线相对于定子的水平面之间计算角度。

在优选实施方式中，当狭槽和刀片倾斜时，这两个倾斜是相反的，有利地以对称方式。更确切地，如果狭槽相对于定子的水平面在一侧倾斜，则刀片在另一侧倾斜。有利地，由刀片和狭槽相对于水平面形成的角度是相同的。

在优选实施方式中，定子的狭槽是倾斜的其转子刀片垂直于定子的水平面。

定子具有圆柱体的形式，其中，在该圆柱体的壁之内将狭槽切割为所述壁的部分高度，狭槽具有在50微米和1200微米之间的宽度。优选地，定子的壁的厚度在5mm和30mm之间，更优选地在10mm和20mm之间。定子的高度优选地在10mm和150mm之间，更优选地在20mm和100mm之间。定子的直径优选地在100mm和500mm之间。

定子中的狭槽的数量优选地在20和1500之间，有利地从50到1500，更优选地在50和1000之间。

在优选实施方式中，定子中的狭槽以1mm和50mm之间的距离规则地间隔开。这些狭槽优选地彼此之间平行。

狭槽通常具有在10mm和100mm之间的长度，但是可以具有更长的狭槽。在狭槽的长度大于25mm的情况下，可以将这些狭槽切割为优选地长度相等的2个、3个或4个部分。

在具体实施方式中，以每个狭槽上形成尖锐边缘的方式使狭槽的内壁倾斜。

使转子刀片的自由端与定子狭槽分离的距离在50微米和300微米之间，优选地在100微米和200微米之间，在实践中大约100微米。当刀片倾斜且刀片的面对定子壁的侧面是平的时，刀片的自由端与定子狭槽分离的距离改变。这是因为如下事实：平坦表面(刀片的平坦表面)和圆形曲面(定子的圆形曲面)彼此接触。事实上，刀片的自由端和定子之间的距离在刀片的高端和低端处较小，而在中心处较大。在各种情况下，该距离在50微米和300微米之间。在具体实施方式中，刀片对着定子的壁的那侧沿着与定子的曲线相同的方向弯曲。这样做，刀片和狭槽之间的距离差被限制或甚至被消除。

类似地，将转子的中心连接到外周的每个刀片的倾斜面大体上为圆形。这类配置使得能够更容易排出聚合物。

在优选实施方式中，转子刀片(至少部分)和定子由不锈钢制成，该不锈钢选自通过真空氮化或通过在真空下的碳扩散所处理过的奥氏体-铁素体钢或奥氏体钢。

通过在200mpa和500mpa之间(2000巴和5000巴之间)、优选地在200mpa和300mpa之间(2000巴和3000巴之间)的压力下使用非常高压的水(包含研磨料)喷射的切割法来切割定子。

转子构成：

-其表面处刀片通过研磨来塑形的支承件。在该情况下，转子整体均由上述材料之一制成；

-或在其表面处具有刀片的支承件，这些刀片由板组成，在该板上实施由碳化钨制成的刀片。

转子配备有2个到20个刀片，优选地在4个和12个之间。然而，根据转子的直径，刀片的数量可以改变。例如，对于直径为200mm的转子，刀片的数量为9个。

此外，根据另一特性，刀片可能或多或少地相对于转子的半径偏移。有利地，该偏移在1°和15°之间，优选地在2°和10°之间。

根据本发明的具体实施方式，润湿锥体以竖向方式布置，且研磨腔以竖向方式布置，每一者均通过处于90°的角度的弯头的形式的导管连接在一起。该配置在设备相对较大时是特别合适的。

附图说明

本发明和有益效果将从由附图支持的如下示例中变得清楚。

图1为本发明的设备的示意性侧视图。

图2为沿着线aa’截取的截面图。

图3为本发明的设备的定子的示意性侧视图，其中，狭槽相对于定子的水平面倾斜。

图4为本发明的设备的定子的示意性三维视图，其中，狭槽相对于定子的水平面倾斜。

图5为本发明的设备的转子的俯视图，其中刀片相对于定子的水平面倾斜。

图6为本发明的设备的转子的三维视图，其中，刀片相对于定子的水平面倾斜。

具体实施方式

根据图1，本发明的设备包括：

-润湿锥体1，该锥体1在其顶部连接至柱形物2，该柱形物2最通常通过计量螺杆计量标准颗粒尺寸的聚合物，该锥体1的底部连接到供给过流4的一级水入口线路3，

-在该锥体的底部，组件5包括：

○用于研磨且排出分散的聚合物的腔6(图2)，该腔6包括：

■设有刀片9的由电机8驱动的转子7，

■定子10，

○在该腔的外围的全部或部分上，由二级水线路12供应的环11，该环11通过狭槽13与腔6连通以将加压水喷射到定子10上。

根据图3和图4，定子10的狭槽14相对于设备的水平面倾斜。在下表中报告定子的维度特性。

根据图5和图6，转子7的刀片15相对于设备的水平面倾斜。如这些图所示，刀片的紧靠定子的侧面以使分离这两个组件的距离基本上恒定的方式来弯曲。类似地，将转子的中心连接到外周的每个刀片的倾斜面大体为圆形。

将根据本发明的设备(其中，狭槽以与定子的水平面成45°倾斜，且其中，刀片垂直于定子的水平面)与根据文献wo2011/107683中的示例的设备(其中，狭槽和刀片垂直于定子的水平面)相比较。

使用pce-vt1000振动计来测量装置在操作中的振动。振动以mm/s表示。值越低，振动越小。在振动方面，低于1的值通常为良好结果。然而，低于1.8的值是可接受的。

在下表中报告结果。

根据本发明的设备内的狭槽的45°倾斜允许振动从2.8mm/s显著减小到0.45mm/s、84％的振动减小。轴承的预期寿命因此大幅增加。

还显然的是，这使得能够在连续模式下(即，当装置在几天或几周的长时段内连续工作时)将聚丙烯酰胺粉末溶解的速率从300kg/h增大到450kg/h。

当需要时，该流速可以在短时段内偶尔增大到所谓的“最大”流速。

根据本发明的装置将聚合物溶液的流速提高到40m³/h，且可以达到550kg/h的最大粉末量而不堵塞该装置。

已经测试了其它设备，其中，狭槽相对于定子的水平面以10°、30°、60°和80°倾斜，刀片保持不倾斜。测量的振动值分别为2.5mm/s、0.8mm/s、0.9mm/s和1.6mm/s。

当狭槽相对于定子的水平面的倾斜角度大于20°时，观察到振动的显著减小。对于30°和70°之间的角度，获得更好的结果。

从机械加工的视角来看，仅使定子的狭槽倾斜的这个方案是最简单的。然而，也测试了具有带角度的刀片的转子，产生了类似的振动和流速结果。