СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СРЕД Российский патент 1998 года по МПК B01D17/04 

Изобретение относится к технологии разделения углеводородных эмульсий типа "вода-нефть", а именно, обезвоживания углеводородных газожидкостных и жидких сред в нефте- и газоперерабатывающей, нефте- и газодобывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности, где требуется обеспечение высокой степени обезвоживания.

Известен способ разделения водонефтяной эмульсии в результате деформации капель воды и разрушения их бронирующих оболочек при ударе струи эмульсии об экран в процессе подачи ее в аппарат, коалесценции капель воды частично на поверхности разделительного экрана и затем в объеме обработанной исходной эмульсии с последующим гравитационным разделением при отстаивании [1]
Однако глубина обезвоживания нефтепродукта при данном способе обработки, характеризующимся незначительной площадью коалесцирующей поверхности, зависит от нескольких факторов:
условий подачи эмульсионной струи на экран с целью деформации капель и разрушения их бронирующих оболочек, характеризующихся значительными скоростями потока для создания оптимальной ударной силы;
использования деэмульгаторов, повышающих эффект коалесценции капель как на поверхности экрана, так и в объеме обработанной эмульсии;
времени гравитационного отстоя, снижение которого связано с увеличением объемов аппаратов и в целом парка гидростатических отстойников на установках.

Известен способ очистки органической жидкости (например, углеводородного топлива) от эмульгированной воды путем коалесцирующей фильтрации через слой стекловолокна [2]
Недостатком данного способа является то, что несмотря на значительное увеличение площади контактной поверхности в слое названного материала, эффект коалесценции не обеспечивает достаточной глубины обезвоживания, требуется дополнительный гидростатический отстой, что при больших производительностях по потокам приводит к увеличению габаритов аппаратов и установок.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки органической жидкости от эмульгированной воды путем коалесцирующей фильтрации через слой фильтрующего материала, представленного композицией сыпучи зернистых материалов с определенной пористостью при оптимальном их соотношении [3] Фильтрующе-коалесцирующий слой зернистых материалов с довольно развитой поверхностью образует пористо-ячеистую структуру определенной характеристики, фиксированную в процессе загрузки сыпучих материалов.

Эффективность коалесценции капель воды высока и обеспечивается свойствами поверхности используемых материалов, а также значительной площадью контактной поверхности в свободном объеме (в пределах 40-60 об.), сформированной пористо-ячеистой структуры фильтрующе-коалесцирующего слоя материалов.

Однако названный способ имеет ряд недостатков. Предлагаемая в прототипе глубина обезвоживания до 0,017-0.015 мас. достигается лишь при условии подачи на фильтрующе-коалесцирующий слой тонкоэмульгированного продукта после предварительного отделения грубодисперсной водной фазы и дополнительного отстоя после фильтрации, то есть с содержанием воды в эмульгированных продуктах в пределах до 1,5 об. Следовательно, при коалесцирующей фильтрации значительно обводненных потоков требуются отстойники как перед фильтром, так и после него. Накопление водной фазы в фильтрующе-коалесцирующем слое, обусловленное задержкой эвакуации коалесцированной мелкодисперсной влаги через мелкоячеистую структуру, приводит к увеличению гидравлического сопротивления фильтрующего слоя. Увеличение давления в процессе фильтрации приводит к вымыванию мелких фракций материала, проскоку мелкодисперсной водной эмульсии, а следовательно, к снижению качества очистки и значительному увеличению времени дополнительного отстоя.

Данный способ не рассчитан на большую производительность и значительную обводненность эмульгированных потоков, содержащих мехпримеси (требует возможность организации предварительной фильтрации), что приводит к необходимости часто регенерировать фильтрующий слой с частым обновлением и пополнением или полной заменой материалов.

Целью изобретения является повышение эффективности разделения эмульсий и глубины обезвоживания углеводородных сред в широком интервале обводненности и производительности по эмульгированным потокам.

Поставленная цель достигается путем коалесцирующей фильтрации через слой, представленный композицией фильтрующе-коалесцирующих материалов, в качестве которых используют композицию из пористо-ячеистых металлов и (или) сплавов и пористо-ячеистых полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой.

Способ коалесцирующей фильтрации с целью глубокого обезвоживания углеводородных сред осуществляют следующим способом.

Композицию фильтрующе-коалесцирующих пористо-ячеистых металлических и полимерных материалов, оптимально составленную при разнообразном их сочетании с учетом величины обводненности среды, характера и устойчивости эмульсии обводненного продукта, объемной скорости обрабатываемого потока, и выполненную с виде фильтрующе-коалесцирующего слоя (пакета), размещают в различных устройствах на потоках обводненных эмульгированных сред. Обводненная эмульсия нефтепродукта поступает в приемную часть устройства, рабочее сечение которого перекрыто фильтрующе-коалесцирующей композицией. Благодаря леофильным свойствам поверхности используемых металлических и полимерных материалов пористо-ячеистая структура фильтрующе-колесцирующей композиции, характеризующаяся свободным объемом до 92-95 об. заполняется в первую очередь леофильной фазой эмульгированной среды нефтепродуктом. При этом заполненная нефтепродуктом пористо-ячеистая структура материалов обеспечивает возможность коалесценции основной массы более крупных, чем ячеи материала капель воды, в основном на поверхности зеркала пакета. Скатываясь по зеркалу фильтрующе-коалесцирующего слоя, основная масса крупных частиц воды с мехпримесями собирается перед пакетом и выводится из устройства в автоматическом режиме по достижении контрольного уровня раздела фаз. Мелкие частицы водной фазы эмульсии увлекаются потоком вглубь структуры материалов фильтрующе-коалесцирующего слоя. Внутри ячеистой структуры материалов на очень разветвленной контактной поверхности происходит коалесценция мелких капель водной фазы, и при выводе их из пористо-ячеистой структуры фильтрующе-коалесцирующей композиции углеводородная и водная фазы эмульсии имеют уже четкую границу раздела. Водная фаза без примеси нефтепродукта выводится из устройства в автоматическом режиме снизу, а углеводородная глубоко обезвоженная сверху. Пористо-ячеистая структура композиции используемых материалов при оптимальной толщине слоя, подобранного с учетом особенностей эмульгированного потока, гасит турбуленцию, и в условиях отсутствия перемешивания водной и углеводородной фаз происходит четкое разделение. Оптимально выбранный набор фильтрующе-коалесцирующих материалов и оптимальный порядок их чередования в композиции с учетом обеспечения максимальной эффективности глубокого обезвоживания обусловливает минимальное гидравлическое сопротивление фильтрующе-коалесцирующего слоя при большой обводненности эмульгированных потоков и высокой производительности устройств.

Эффект коалесцирующей фильтрации через композицию пористо-ячеистых металлических и полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой с целью глубокого обезвоживания углеводородных сред подтверждается на примерах.

Пример 1. Обводненную эмульсию нефтепродуктов (бензина, керосина, дизтоплива) пропускают через промышленное устройство, оснащенное фильтрующе-коалесцирующим пакетом, составленным из композиции пористо-ячеистых металлического и полимерного материалов, например, пористо-ячеистого оксидированного никеля и пенополиуретана. Устройство рассчитано на широкий интервал по производительности насоса на подаче обводненного продукта от 30 до 400 м³/ч при температуре выхода эмульсии с промышленной установки через промежуточную (накопительную) емкость в пределах 25-35^oС. Результаты обезвоживания нефтепродуктов в процессе коалесцирующей фильтрации приведены в табл. 1.

По предлагаемому способу, в сравнении с прототипом, глубина обезвоживания на порядок выше в условиях обводненности, превышающей пределы по прототипу до 50-70 раз, и значительного увеличения производительности устройства в связи с увеличением свободного объема фильтрующе-коалесцирующего слоя примерно в 2 раза.

Пример 2. Обводненную нефть из скважины пропускают через опытно-промышленное устройство, оснащенное фильтрующе-коалесцирующим пакетом, составленным из композиции пористо-ячеистых металлического и полимерного материалов, например, пористо-ячеистых оксидированного и восстановленного никеля и пенополиуретана. Устройство рассчитано на широкий интервал по производительности насоса на подаче обводненной нефти от 10 до 100 м³/ч при температуре на выходе из скважины 18-25^oС через промежуточную емкость для выравнивания рабочего давления. Результаты обезвоживания нефти в процессе коалесцирующей фильтрации приведены в табл.2.

В условиях прототипа такой эффект в аналогичных условиях невозможен в связи с тем, что по прототипу требуется предварительное отделение грубодисперсной влаги до пределов 1-2 об. а также предварительная реагентная и термическая обработка.

Пример 3. Поток углеводородного газа после абсорбционной очистки от сероводорода раствором моноэтаноламина (МЭА) пропускают через промышленное устройство, оснащенное фильтрующе-коалесцирующим пакетом из композиции пористо-ячеистых восстановленного и оксидированного никеля с объемной скоростью 60000 м³/ч. Эффективность использования фильтрующе-коалесцирующего пакета из названных пористо-ячеистых металлических материалов выражается в том, что полностью исключается каплеунос МЭА с очищенным газом.

В условиях прототипа такой эффект исключается, так как не отмечено аналогии в действующей промышленной технологии.

Пример 4. Сжиженный углеводородный газ с газофракционирующей установки нефтеперерабатывающего завода после щелочной промывки, содержащий значительное количество примеси щелочного раствора, пропускают через опытно-промышленное устройство, оснащенное фильтрующе-коалесцирующим пакетом из композиции пористо-ячеистого полимерного материала, например, элластичного пенополиуретана с дискретно уменьшающейся ячеистостью в секциях по ходу обводненного продукта. Производительность устройства по сжиженному газу составляет 45-50 м³/ч.

Эффективность использования представленной фильтрующе-коалесцирующей композиции в процессе обезвоживания и очистки сжиженного углеводородного газа выражается в отсутствии влаги в газе согласно ГОСТ на действующем предприятии.

В связи с отсутствием аналогии по прототипу в действующей промышленной технологии исключается сравнение результатов в условиях прототипа.

Таким образом, предлагаемый способ коалесцирующей фильтрации через композицию из пористо-ячеистых металлических и полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой обеспечивает стабильную эффективность глубокого обезвоживания светлых нефтепродуктов до третьего знака после запятой объемного (по Фишеру) и нефти до 0,1-0,15 об. в условиях возрастания скоростей от 0,2 до 0,3 и более м/с в широком интервале значений по обводненности потоков при содержании воды в исходных эмульсиях от 0,5 до 70,0 об. и даже более.

Использование предлагаемого изобретения в действующих производствах нефте- и газодобычи и нефте- и газопереработки позволяет достигать высокой степени обезвоживания нефтепродуктов и углеводородных сред, требуемой, согласно ГОСТ и техническим условиям промышленных предприятий:
при исключении парка емкостей, используемых в качестве статических отстойников в технологических схемах промышленных установок;
при практически полном исключении потерь нефти и нефтепродуктов с "подрезками";
при резком снижении затрат на вторичную переработку;
при снижении степени коррозии емкостного парка товарно-сырьевых участков производств, в связи с сокращением содержания влаги и водно-щелочных растворов до минимума;
высокой экономической эффективности в результате исключения реагентных хозяйств, снижения экологического ущерба и других мероприятий, обеспечивающих значительную экономию сырья, средств и материалов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство N 1214135, кл. В 01 D 17/04.

2. Патент США N 2800232, кл. 210-484, 1958.

3. Авторское свидетельство N 886351, кл. В 01 D 17/10, С 01 G 33/06.

Использование: изобретение относится к технологии разделения углеводородных эмульсий типа "вода-нефть, а именно обезвоживания углеводородных газожидкостных и жидких сред в нефте- и газоперерабатывающей, нефте- и газодобывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности, где требуется обеспечение высокой степени обезвоживания. Сущность изобретения: повышение эффективности разделения эмульсий и глубины обезвоживания несмешивающихся эмульгированных углеводородных сред достигается путем коалесцирующей фильтрации через композицию из пористо-ячеистых металлов и (или) сплавов и пористо-ячеистых полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой. 2 табл.

Способ обезвоживания углеводородных сред путем коалесцирующей фильтрации через композицию фильтрующих материалов, отличающийся тем, что в качестве фильтрующе-коалесцирующей композиции используют композицию из пористо-ячеистых металлов и(или) сплавов и пористо-ячеистых полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой.