УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2000 года по МПК B01D17/22 

Изобретение относится к устройствам для обезвоживания нефти и нефтепродуктов, газового конденсата, жидких углеводородов и может быть использовано в химической, газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, при подготовке нефти и газа к транспортировке, а также в других областях техники для улучшения качества нефтепродуктов по содержанию дисперсной воды.

Известно устройство для разделения эмульсий, содержащее три слоя фильтрующих материалов: на первой и последней стадиях обезвоживания реализуют пропускание углеводородной среды через волокнистый полимерный материал, гидрофобные свойства которого приводят к задержке и отделению дисперсной водной фазы, а на промежуточной - реализуют укрупнение мелкоэмульгированных водных капель на коалесцирующем материале [FR 2551671 A1, В 01 D 17/04, 1985] . Недостатком такого устройства является то, что полимерные материалы, используемые для отделения дисперсной водной фазы - волокна полипропилена и полиакрилонитрила, в силу своей углеводородной природы деформируются в результате взаимодействия с углеводородной средой, что приводит к ухудшению отделяющей способности фильтрующих слоев и падению их производительности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для разделения эмульсий, выполненное в виде коалесцирующего пакета, состоящего из секций, набранных из гидрофобных пластин пористо-ячеистых материалов с плотностью пор и ячей, увеличивающейся от секции к секции, и установленных под углом не ниже угла оттекания жидкости по направлению потока, причем первые по ходу потока секции выполнены из пористо-ячеистого металла или сплава, а последняя - из пористо-ячеистого полимерного материала (пенополиуретана) [RU 2056070, В 01 D 17/04, 1996].

Недостатком такого устройства является то, что гидрофобные свойства используемых материалов (металлы или сплавы, полимерный материал) не обеспечивают эффективную коалесценцию мелкоэмульгированных капель водной фазы на поверхности пористых материалов из-за отсутствия адгезионных сил между каплями водной фазы и гидрофобной поверхности; а коалесценция за счет турбулизации потока при движении вглубь через пористо-ячеистую структуру происходит лишь частично. Вследствие этого мелкоэмульгированные капли водной фазы проталкиваются потоком через фильтрующие слои, понижая тем самым эффективность обезвоживания углеводородной среды. Кроме того, при использовании в качестве полимерного пористого материала эластичного пенополиуретана скопление капель воды в нижней части перегородки приводит к ее деформации. При этом ухудшаются гидравлические характеристики фильтрующих слоев и возрастает гидродинамическая нагрузка потока на коалесцирующий пакет.

Предлагаемое изобретение предназначено для решения задачи повышения эффективности обезвоживания углеводородных фаз различной природы в непрерывном режиме с использованием устройства несложной конструкции, устойчивого к воздействию среды и не требующего регенерации.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемое устройство для обезвоживания нефти и нефтепродуктов вводятся два дополнительных слоя, замыкающие фильтрующий элемент, причем предпоследний выполнен из гидрофильного материала, в качестве которого используется пористо-ячеистый металл с модифицированными свойствами поверхности, пемза, объемные сетки из целлулоида, кассеты, заполненные стеклянными шариками или стекловолокном, а последний - из пористо-ячеистого металла или сплава с гидрофобными свойствами поверхности.

Схема устройства для обезвоживания нефти и нефтепродуктов представлена на фиг. 1. Фильтрующий элемент (1) монтируется внутри устройства, содержащего корпус (2), патрубки ввода подлежащего обезвоживанию сырья (3), вывода обезвоженной углеводородной фазы (4) и вывода отделенной водной фазы (5), под углом (30-60^o), обеспечивающим эффективное стекание водных капель, в зависимости от вязкости углеводородного сырья. Фильтрующий элемент опирается на перфорированное основание (6), обеспечивающее свободное отекание деэмульгированной водной фазы из каждого слоя фильтрующих материалов, которое заканчивается глухой перегородкой (7), расположенной таким образом, чтобы перекрыть свободное сечение аппарата. Уровень границы раздела фаз регулируется с помощью автоматизированного устройства (8) отвода деэмульгированной водной фазы (9).

Фильтрующий элемент (фиг. 2 и 3) содержит несколько параллельных, наклонно установленных слоев, первые по потоку из которых выполнены из пористо-ячеистого металла или сплава (9) и полимерного материала (10) с гидрофобными (олеофильными) свойствами поверхности, предпоследний слой - из гидрофильного материала, в качестве которого используется пористо-ячеистый металл с модифицированными свойствами поверхности, пемза, объемные сетки из целлулоида, кассеты, заполненные стеклянными шариками или стекловолокном (11), и последний - из пористо-ячеистого металла или сплава с гидрофобными свойствами (12). Каждый фильтрующий слой состоит из нескольких плотно установленных слоев пористо-ячеистых пластин. Промежуточное расположение слоя эластичного пенополиуретана (10) уменьшает скопление воды в его нижней части за счет плотного обжатия по всей длине двумя слоями пластин пористо-ячеистого металла или сплава (9, 11). Толщина фильтрующих слоев в фильтрующем элементе определяется природой углеводородного сырья, концентрацией дисперсной водной фазы и размером капель.

Введение двух дополнительных слоев, замыкающих фильтрующий элемент (11, 12), позволяет в большинстве случаев без ухудшения качества обезвоживания углеводородного сырья отказаться от промежуточного фильтрующего слоя, состоящего из эластичного пенополиуретана (фиг. З). Полное исключение фильтрующих материалов углеводородной (полимерной) природы повышает устойчивость фильтрующего элемента к воздействию углеводородной среды, увеличивая время эксплуатации предлагаемого устройства для обезвоживания нефти и нефтепродуктов. Фильтрующий элемент, состоящий из полного набора слоев, включая пористый полимерный материал, используется для обезвоживания разбавленных углеводородных эмульсий с мелкоэмульгированными каплями (микрокаплями) воды, размеры которых гораздо меньше, чем размеры самых мелких пор пористо-ячеистых металлов или сплавов, на второй стадии обезвоживания при наличии специальных требований к качеству обезвоженного сырья, например, в технологических линиях органического синтеза.

Обезвоживание реализуется следующим образом. Эмульгированный углеводородный поток через патрубок ввода (3) поступает в корпус (2). Углеводородная фаза смачивает гидрофобную поверхность первого фильтрующего слоя из пористо-ячеистого металла или сплава (10) и легко проникает сквозь него, в то время как крупноэмульгированные капли воды за счет плохой смачиваемости водой гидрофобной поверхности задерживаются первым фильтрующим слоем и стекают вниз по его поверхности и далее по глухой перегородке в отстойную зону (9) под действием силы тяжести и гидродинамического давления потока. Мелкоэмульгированные капли воды с размером частиц меньше размеров пор первого фильтрующего слоя проникают в его пористую структуру, где благодаря высокой турбулентности потока за счет вихревого движения потока на хаотически расположенных перегородках фильтрующего материала происходит частичная коагуляция и последующая коалесценция капель дисперсной фазы. Мелькоэмульгированные капли, проникшие через первый фильтрующий слой (9), накапливаются в порах слоя полимерного материала (11), укрупняются там и периодически потоком углеводородной жидкости выталкиваются наружу в виде укрупненных капель, которые адсорбируются на гидрофильной поверхности промежуточного фильтрующего слоя (12) за счет адгезионных сил. Силы взаимодействия воды с гидрофильной поверхностью будут удерживать каплю до тех пор, пока она, укрупнившись за счет коалесценции с другими каплями, скатится в отстойную зону под действием силы тяжести или унесется потоком углеводородного сырья. Укрупненные капли воды, прошедшие через слой гидрофильного материала (12), достигают последнего гидрофобного фильтрующего слоя (13), задерживаются гидрофобной поверхностью и скатываются вниз в отстойную зону под действием силы тяжести и гидродинамического давления потока.

Таким образом, высокая степень обезвоживания углеводородного сырья в предлагаемом устройстве достигается за счет использования дополнительного фильтрующего слоя из гидрофильного коалесцирующего материала и предлагаемой последовательности монтажа фильтрующих слоев пористых материалов с гидрофильными или гидрофобными свойствами поверхности: первые несколько слоев выполнены из пористо-ячеистого металла или сплава, и/или пористо-ячеистого полимерного материала с гидрофобными свойствами, предпоследний - из материалов с гидрофильными свойствами, а последний - из пористо-ячеистого металла или сплава с гидрофобными свойствами. При отсутствии первых нескольких гидрофобных слоев крупнодисперсные капли воды могут попадать в гидрофильный коалесцирующий слой, адсорбироваться на гидрофильной поверхности в большом количестве, и за счет небольшой скорости стекания водных капель приводить к уменьшению площади поверхности работающего сечения и увеличению гидравлического сопротивления фильтрующего элемента. В отсутствие промежуточного гидрофильного слоя мелкоэмульгированные капли водной фазы не подвергаются укрупнению и могут проникать через пористую структуру последнего гидрофобного слоя. В отсутствие последнего фильтрующего слоя из материала с гидрофобными свойствами поверхности укрупненные в результате коалесценции капли воды могут не только стекать вниз в отстойную зону фильтрующего устройства, но и уноситься потоком углеводородного сырья.

Использование в качестве материала для фильтрующих слоев пористо-ячеистых металлов или сплавов обусловлено химической устойчивостью к воздействию углеводородной среды, возможностью придания его поверхности гидрофобных или гидрофильных свойств в технологическом процессе его производства, а также развитой пористой структурой, способствующей коалесценции дисперсной фазы за счет турбулизации потока углеводородов в пористой среде, обеспечивающей небольшое гидравлическое сопротивление, что позволяет проводить процесс обезвоживания при высоких объемных скоростях потока углеводородного сырья. Отказ от фильтрующих материалов полимерной природы улучшает работу предлагаемого устройства в агрессивных средах, обеспечивает более высокую надежность и долговечность работы.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Поток газового конденсата, состоящего из бутан-бутиленовой фракции (ББФ), пропускается через фильтрующее устройство под давлением 2,4-3,5 кг/см² с нагрузкой на фильтрующий элемент, равной 6-10 м³/м²•ч. При пропускании потока через фильтрующее устройство достигается снижение содержания воды в потоке ББФ с 0,4 мас.% до 0,0135 мас.%, что соответствует степени обезвоживания 96,6%.

Пример 2.

Поток газового конденсата, состоящего из пропан-пропиленовой фракции (ППФ), пропускается через фильтрующее устройство под давлением 15-18 кг/см² с нагрузкой на фильтрующий элемент, равной 7-14,5 м³/м²•ч. При пропускании потока через фильтрующее устройство достигается снижение содержания воды в потоке ББФ с 0,3 мас.% до 0,0192 мас.%, что соответствует степени обезвоживания 93,1%.

Промышленная применимость
Предлагаемое устройство обезвоживания нефти и нефтепродуктов, газового конденсата, жидких углеводородов может найти широкое применение в химической, газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, при подготовке нефти и газа к транспортировке, а также в других областях техники для улучшения качества нефтепродуктов по содержанию дисперсной воды.

Предлагаемый способ позволяет достичь высокой степени обезвоживания углеводородной среды в непрерывном режиме без использования стадии отстоя отделенной водной фазы.

Изобретение относится к устройствам для обезвоживания нефти и нефтепродуктов, газового конденсата, жидких углеводородов и может быть использовано в химической, газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, при подготовке нефти и газа к транспортировке. Устройство содержит коалесцирующий пакет, набранный из пластин пористо-ячеистых материалов с плотностью пор и ячей, увеличивающейся от секции к секции, установленных под углом не ниже угла оттекания жидкости. Пакет содержит дополнительные последовательно расположенные коалесцирующий слой из гидрофильного материала и фильтрующий слой из пластин пористо-ячеистого металла или сплава с гидрофобными свойствами. Дополнительный коалесцирующий слой может быть выполнен из модифицированного пористо-ячеистого металла или сплава, пемзы, стеклянных шариков, целлулоидной сетки или нити. Технический результат состоит в улучшении качества нефтепродуктов по содержанию дисперсной воды. 3 ил.

Устройство для обезвоживания нефти и нефтепродуктов, выполненное в виде коалесцирующего пакета, состоящего из секций, набранных из пластин пористо-ячеистых материалов с плотностью пор и ячей, увеличивающейся от секции к секции, и установленных под углом не ниже угла оттекания жидкости по направлению потока, отличающееся тем, что фильтрующий элемент дополнительно содержит последовательно расположенные по ходу течения жидкости коалесцирующий слой из гидрофильного материала, в качестве которого используют пористо-ячеистый металл или сплав с модифицированными свойствами поверхности, пемзу, целлулоидную сетку или нить, стеклянные шарики, и фильтрующий слой из пластин пористо-ячеистого металла или сплава с гидрофобными (олеофильными) свойствами.