СПОСОБ ДЕЭМУЛЬСАЦИИ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ Российский патент 1994 года по МПК C10G33/00 

Изобретение относится к нефтеподготовке и может быть использовано в процессах обезвоживания и обессоливания нефти.

Известен способ обезвоживания водонефтяной эмульсии путем химической обработки, нагрева и отстаивания. Недостатком этого способа является сложность технологического процесса и использование дорогостоящих деэмульгаторов. Степень отстоя воды в описанном способе достигает до 1%.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ деэмульсации водонефтяных эмульсий. Согласно этому способу перемешивание водонефтяных эмульсий производят в аппарате с мешалкой в присутствии стационарной насадки, состоящей из твердого зернистого вещества с величиной зерен 2-10 мм с гидрофильной поверхностью силикатного происхождения. Перемешанную водонефтяную эмульсию из аппарата со стационарной насадкой подают затем в емкость для отстоя. Содержание воды в товарной нефти по этому способу составляет 0,3-1,0%.

Однако известный способ деэмульсации водонефтяных эмульсий по степени очистки от воды недостаточно эффективен, трудоемок, а насадка требует регенерации, так как нефть сорбируется на ее поверхности. Для регенерации насадки требуется большое количество воды или пара. Расход воды для регенерации насадки из твердого зернистого вещества составляет 3600, л/мин на 1 м² сечения насадки. Поскольку практически невозможно полностью отделить сорбированные нефтепродукты, остаточное загрязнение со временем становится настолько значительным, что регенерация насадки не дает эффекта и ее приходится удалять. В известном способе также для достижения максимальной степени очистки требуется подача деэмульгатора, хотя и меньшая по объему, чем в применяемых до этого процессах, а также нагрев до 30^оС. Для подачи дорогостоящих синтетических деэмульгаторов требуются насосы-дозаторы с высоким потреблением электроэнергии. Нагрев водонефтяной эмульсии производится в блоках нагрева с подачей сгорающего газа в трубное пространство. В процессе эксплуатации блоков нагрева приходится постоянно заменять прогоревшие трубы или весь блок. Кроме того, водонефтяная эмульсия перемешивается мешалкой. Установка мешалки на аппарате усложняет его конструкцию и требует дополнительных затрат на электроэнергию, ведет к дополнительным работам и отражается на стоимости обработки нефти.

Все перечисленные недостатки известного способа определяют необходимость пересмотра технологии подготовки нефти, поэтому целью изобретения является повышение эффективности способа деэмульсации водонефтяных эмульсий.

Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу, деэмульсацию водонефтяных эмульсий осуществляют путем перемешивания эмульсии нефтяным газом в вертикальном аппарате в кипящем слое насадки из пустотелых керамических шариков и ее отстои в емкости, при подаче нефтяного газа в нижнюю часть аппарата тангенциально поперечному сечению последнего. Предпочтительно процесс вести при соотношении объема газа и объема перемешиваемой водонефтяной эмульсии, равном 2:1.

В известном способе процесс деэмульсации водонефтяных эмульсий проводят следующим образом. В эмульсию, обезвоженную выше критической для обращения фаз, перекачиваемую по трубопроводу и подлежащую разрушению, дозировочным насосом вводят деэмульгатор в количестве 20-80 г/т. Затем эмульсия поступает в аппарат со статической насадкой из селикагеля. В аппарате поддерживается турбулентный режим, который обеспечивает гидродинамические условия, необходимые для обращения фаз эмульсии. Режим создается с помощью мешалки. Обращенная эмульсия поступает по трубопроводу в отстойник, в котором разделяется на нефть и воду. Процесс осуществляется при температуре до 30^оС. В результате достигается обезвоживание нефти от 0,3 до 1,0%.

В предлагаемом способе деэмульсацию водонефтяной эмульсии производят следующим способом. Водонефтяная эмульсия по трубопроводу направляется в емкость предварительного сброса воды, в которой содержание воды в эмульсии доводится до 5-1% , затем частично обезвоженная эмульсия по трубопроводу подается в нижнюю часть вертикального цилиндрического аппарата с подвижной насадкой из пустотелых шариков. Перемешивание эмульсии и турбулентный режим в аппарате, обеспечивающий гидродинамические условия, создается нефтяным газом, подаваемым в нижнюю часть вертикального цилиндрического аппарата, тангенциально поперечному сечению последнего. Для осуществления способа необходимо применение подвижной насадки, с помощью которой может быть осуществлен оптимальный гидродинамический эффект псевдоожиженного слоя. Такой режим, создаваемый нефтяным газом и подвижной насадкой позволяет обеспечить высокую глубину обезвоживания водонефтяных эмульсий без введения в процесс деэмульгатора. Далее из вертикального аппарата с подвижной насадкой эмульсия поступает по трубопроводу в отстойник, где разделяется на воду и нефть. В результате получается товарная нефть с глубиной обезвоживания до 0,02%.

В ранее известном способе для деэмульсации водонефтяной эмульсии производится введение синтетических дорогостоящих деэмульгаторов в количестве 20-80 г/т нефти с последующим нагревом смеси в блоках нагрева 30-40^оС, затем перемешивание в аппарате с мешалкой. В предлагаемом способе деэмульгатор не подается, а перемешивание водонефтяной эмульсии производится нефтяным газом. Нефтяной газ традиционно сепарировался из состава продукции нефтяных скважин до процесса обезвоживания и ранее никогда не подавался в процесс деэмульсации с целью перемешивания водонефтяных эмульсий, а также как деэмульгатор.

Новизна предлагаемого способа деэмульсации водонефтяных эмульсий заключается в том, что впервые в практике для перемешивания водонефтяной эмульсии применяется нефтяной газ. Нефтяной газ, являясь растворителем естественных эмульгаторов, разрушает "бронь", способствуя интенсификации процесса, и выполняет роль деэмульгатора, но более эффективного.

В результате интенсивного перемещения водонефтяной эмульсии нефтяным газом в аппарате на подвижной насадке происходит растворение естественных эмульгаторов, разрушение "броней", а также значительно увеличивается поверхность инверсирующего экрана за счет насадки, работающей в псевдоожиженном слое.

Водонефтяная эмульсия подается в вертикальный аппарат с подвижной насадкой со скоростью 10-20 м/ч, а г аз подается в штуцер, расположенный тангенциально поперечному сечению аппарата, в котором установлено сопло со скоростью 30-40 м/ч, что обеспечивает устойчивый режим псевдоожижения.

Тангенциальный ввод позволяет использовать наряду с оксиальной составляющей радиальную, которая обеспечивает значительную интенсификацию массообменных процессов, происходящих на границе трехфазной системы, т.е. за счет центробежной силы поток газа закручивает насадку, что приводит к еще более эффективному перемешиванию водонефтяной эмульсии и создает лучшие условия для контакта глобул воды и их слияния.

Кроме того, в отстойнике происходит интенсивное выделение пузырьков нефтяного газа из водонефтяной эмульсии, в связи с чем при барботаже каждый пузырек увлекает за собой вверх на поверхность нефтяную пленку, тем самым интенсифицируя процесс разделения водонефтяной эмульсии.

Предлагаемый способ обеспечивает глубокое обезвоживание водонефтяной эмульсии с содержанием воды в товарной нефти до 0,02%, исключая недостатки ранее известных способов.

Высокая степень обезвоживания водонефтяной эмульсии достигается путем перемешивания ее нефтяным газом в присутствии подвижной насадки из пустотелых шариков в вертикальном аппарате, с последующим отстоем. Нефтяной газ подается в нижнюю часть аппарата тангенциально поперечному сечению в объемном соотношении к перемешиваемой водонефтяной эмульсии, равном 2:1.

Проведенные нами эксперименты доказали, что в предлагаемом способе происходит лучшее разделение водонефтяной эмульсии, чем в известном.

Для осуществления заявленного способа в водонефтяную эмульсию с содержанием воды 70-80% по трубопроводу направляют в емкость для предварительного отделения воды по традиционной схеме. В емкости за счет гравитационного разделения эмульсий содержание в ней воды доводится до 5-1%, затем частично обезвоженная водонефтяная эмульсия насосом по трубопроводу подается в нижнюю часть прямоточного вертикального цилиндрического аппарата с подвижной насадкой из пустотелых шариков, в штуцер, находящийся внизу и расположенный по оси аппарата. Турбулентный режим в аппарате, обеспечивающий гидродинамические условия, создается нефтяным газом, подаваемым по трубопроводу снизу аппарата в штуцер, расположенный тангенциально поперечному сечению аппарата, при давлении, необходимом для перемешивания водонефтяной эмульсии и для прохождения прямотоком газа и эмульсии через вертикальный аппарат снизу вверх через подвижную насадку. Вверху аппарата смонтировано сепарирующее устройство, позволяющее отделить газ от водонефтяной эмульсии. Отработанный газ через сепарирующее устройство из аппарата по трубопроводу отводится в магистральный газопровод. В результате интенсивного перемешивания водонефтяной эмульсии нефтяным газом в вертикальном аппарате с подвижной насадкой происходит растворение естественных эмульгаторов и разрушение "броней", также значительно увеличивается поверхность инверсирующего экрана за счет насадки, работающей в режиме псевдоожиженного слоя, что создает лучшие условия для контакта глобул воды и их слияния и разделения водонефтяной эмульсии.

Предварительно подготовленная в вертикальном аппарате газожидкостная эмульсия по трубопроводу подается в отстойник для окончательного разделения. Здесь происходит интенсивное выделение пузырьков газа из эмульсии, в связи с этим при барботаже каждый пузырек увлекает за собой вверх на поверхность нефтяную пленку, тем самым интенсифицируя процесс разделения водонефтяной эмульсии, и позволяет проводить глубокое обезвоживание.

Выделяющийся из емкости нефтяной газ по трубопроводу отводится в магистральный газопровод, отстоявшаяся вода из емкости по трубопроводу отводится на очистные сооружения, товарная нефть по трубопроводу подается в резервуары товарной нефти.

Эксперименты, проведенные авторами, доказали, что в предлагаемом способе происходит лучшее разделение водонефтяной эмульсии, чем в известном.

Заявленный способ разделения водонефтяных эмульсий был испытал в лабораторных и полупромышленных условиях. Для осуществления данного способа в лабораторных условиях берут 200 мл водонефтяной эмульсии средней нефти Русаковского месторождения Тульского горизонта с плотностью 0,866 г/см³ с содержанием воды в ней 5-1% и помещают в вертикальный цилиндрический аппарат диаметром 25 мм и высотой 600 мм с подвижной насадкой. Нефтяной газ подается тангенциально в нижнюю точку аппарата при расходе 2 л/мин для перемешивания водонефтяной эмульсии под давлением 0,005 МПа в течении 1-2 мин. С верхней части аппарата газ отводится для утилизации. После прекращения продувки перемешанная газом на подвижной насадке водонефтяная эмульсия подается в отстойник, где после 2 ч отстоя получается товарная нефть с содержанием воды до 0,05 и содержанием солей 35 мг/л.

Аналогичные опыты проводили перемешиванием водонефтяной эмульсии мешалкой с подачей в аппарате со стационарной насадкой из селикагеля с добавлением деэмульгаторов и нагревом смеси.

Содержание остаточной воды в товарной нефти определяется по ГОСТам.

Полученные результаты, приведенные в табл.1, свидетельствуют о глубоком обезвоживании нефти при перемешивании водонефтяной эмульсии нефтяным газом в аппарате с подвижной насадкой из пустотелых шариков, без применения деэмульгаторов.

Сравнительные данные по работе вертикального аппарата с подвижной насадкой из пустотелых шариков и стационарной насадки из селикагеля приведены в табл.2. Из табл.2 видно, что эффективность подвижной насадки из пустотелых шариков почти в 86 раз выше, чем стационарной насадки из силикагеля, в оценке по условному проценту использования газа 1 л насадки в 1 мин.

Для осуществления способа необходимо газ и водонефтяную эмульсию подавать в аппарат снизу вверх прямотоком, что обеспечивает для плавающей насадки стабильность гидродинамического режима, удобство и простоту обслуживания, более низкий удельный расход газа.

Для создания турбулентного режима в аппарате, с целью усиления гидродинамических условий, газ подается в штуцер, установленный по касательной к аппарату, при этом за счет центробежной силы газ закручивает поток водонефтяной эмульсии. Для увеличения этого эффекта в штуцере расположено сопло, увеличивающее скорость газа.

При использовании подвижной насадки из пустотелых шариков, работающей в посевдоожиженном слое, исключается проскок газа, увеличивается массопередача. В соответствии с табл.2 коэффициент массопередачи у подвижной насадки выше в 5 раз, чем у стационарной. Кроме того, преимущества подвижной насадки заключается в том, что на полых шариках не сорбируются нефтепродукты по той причине, что у подвижной насадки, работающей в псевдоожиженном слое, шарики вращаются в турбулентном потоке, перемещаясь по аппарату в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом происходит механическое трение друг о друга, за счет чего они самоочищаются, а поток выносит продукты сорбции вверх из аппарата.

Для осуществления предлагаемого способа на полупромышленной установке водонефтяная эмульсия средней нефти Русаковского месторождения Тульского горизонта с плотностью 0,866 г/см³ с содержанием воды до 80% по трубопроводу подается в емкость для предварительного сброса воды. После предварительного отстоя и отделения воды водонефтяная эмульсия с содержанием воды 5-1% центробежным насосом с избыточным давлением 0,05 МПа с замером ее количества по трубопроводу подается в вертикальный цилиндрический прямоточный аппарат диаметром 150 мм, высотой 4 м, в штуцер, расположенный снизу аппарата по его оси. Аппарат работает с подвижной насадкой из полых керамических шариков, работающих в режиме псевдоожиженного слоя.

Газ с конечных сепараторов по трубопроводу с замером его количества под давлением 0,06 МПа подается снизу аппарата в штуцер, расположенный тангенциально поперечному сечению аппарата. Вверху аппарата смонтировано сепарирующее устройство, позволяющее отделить газ от водонефтяной эмульсии. Газ после сепарации отводится из аппарата в магистральный газопровод, а водонефтяная эмульсия по трубопроводу подается в отстойник, где происходит разделение на газ, воду и нефть. После 2 ч отстоя с замером остаточной воды нефть откачивается в емкость для товарной нефти. Полупромышленная установка работает в динамических условиях при непрерывной подаче газа и водонефтяной эмульсии.

Полученные результаты, приведенные в табл.3, позволяют сделать вывод о том, что до подачи водонефтяной эмульсии в аппарат из нее нужно предварительно отделить воду в резервуарах предварительного сброса воды до содержания ее не более 2%, а также заключить, что впервые в практике без использования деэмульгаторов путем продувки и перемешивания водонефтяной эмульсии нефтяным газом, а затем после 2 ч отстоя получается нефть высшей категории качества с содержанием воды 0,02% и содержанием соли 25 мг/л.

При использовании подвижной насадки из полых шариков и подачи газа и водонефтяной эмульсии снизу вверх необходимо поддерживать режим, при котором будет соблюдаться соотношение объема газа и объема перемешиваемой водонефтяной эмульсии 2: 1. Увеличение объема подаваемого в аппарат газа приводит к уменьшению коэффициента использования газа, т.е. газ не успевает прореагировать и получается чрезмерный расход его. Уменьшение объема газа приводит к увеличению остаточной воды в товарной нефти, что видно из табл. 4. Поэтому оптимальным является соотношение объема газа и объема водонефтяной эмульсии 2:1.

Высокая степень обезвоживания достигается в вертикальном цилиндрическом аппарате на подвижной насадке из полых шариков, работающей в псевдоожиженном слое. Перемешивание водонефтяной эмульсии производится нефтяным газом с последующим отстоем водонефтяной эмульсии в отстойнике. Нефтяной газ подается в аппарат снизу тангенциально поперечному сечению аппарата, при соотношении объема газа и объема водонефтяной эмульсии 2:1. При других условиях степень деэмульсации равна, как и в известном способе.

Заявленный способ имеет следующие технические преимущества перед известным:
деэмульгатор в процесс обезвоживания не подается;
регенерации насадки не требуется;
содержание воды в товарной нефти уменьшается до 0,02%.

Указанные преимущества позволяют получить предварительный экономический эффект. Структура экономического эффекта определяется экономией средств на приобретение деэмульгатора и расход электроэнергии.

Сущность изобретения: водонефтяную эмульсию перемешивают в вертикальном аппарате с помощью нефтяного газа, подаваемого тангенциально, в кипящем слое насадки из керамических пустотелых шариков. Объемное соотношение газ: перемешиваемая эмульсия равно предпочтительно, 2 :1. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. СПОСОБ ДЕЭМУЛЬСАЦИИ ВОДОНЕФТЯНОЙ ЭМУЛЬСИИ путем перемешивания в присутствии плавающей насадки из пустотелых керамических шариков в вертикальном аппарате с последующим отстоем, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют с помощью нефтяного газа, подаваемого тангенциально в нижнюю часть аппарата, в псевдоожиженном слое насадки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ подают в объемном соотношении с перемешиваемой эмульсией 2 : 1.