СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ И ОБЕССОЛИВАНИЯ НЕФТИ Российский патент 2000 года по МПК C10G33/00 

Изобретение относится к нефтепереработке и может быть использовано в процессе глубокого обезвоживания и обессоливания нефти на пунктах подготовки и нефтеперерабатывающих заводах.

Известен способ обезвоживания и обессоливания нефти (см. патент СССР N 1833406 по кл. МПК C 10 G 33/00, опуб. 07.08.93), заключающийся в химической обработке нефти деэмульгатором, нагревании, отстое и раздельном отборе выделившейся при этом нефти, воды и промежуточного слоя.

Недостатком способа являются большие энергические затраты и длительное время отстоя, требующего специальных резервуаров. Степень отстоя воды в описанном способе достигает менее 1% в течение 4 часов при температуре 60^oC. Кроме этого, способ технологически сложен, предусматривает использование дорогостоящих деэмульгаторов.

Известен также способ обезвоживания и обессоливания нефти (см. патент РФ N 2022999 по кл. МПК C 10 G 33/00, опуб. 15.11.94), заключающийся в перемешивании водонефтяной эмульсии нефтяным газом, который подают тангенциально. При этом, нефтяной газ создает турбулентный режим, обеспечивающий гидродинамические условия и является естественным растворителем эмульгаторов, разрушает оболочки глобул.

Недостатком способа является длительное время отстоя, требующего специальных резервуаров. Степень отстоя достигает 0,3-1,0% в течение двух часов. Кроме этого, для реализации способа требуется сложное и дорогостоящее технологическое оборудование.

Наиболее близким к заявленному является способ обезвоживания и обессоливания нефти (см. патент СССР N 597710 по кл. МПК C 10 G 33/00, опуб. 15.03.78), заключающийся во введении в водонефтяную эмульсию с содержанием воды менее 10% деэмульгатора, обработке эмульсии СВЧ-энергией с разогревом ее в течение 30 секунд до температуры 60^oC, последующем отстое и расслоении при комнатной температуре. Способ предусматривает дополнительную обработку нефти электрическим полем для ускорения процесса деэмульсации.

Недостатком способа являются большие энергетические затраты за счет необходимости прогрева всего объема обрабатываемой нефти до температуры 60^oC. Кроме этого, способ предусматривает использование дорогостоящих химических реактивов и оборудования для их ввода в обрабатываемую нефть, что не обеспечивает разрушение эмульсии при транзитном транспортировании. Данная технология предусматривает использование резервуаров-отстойников.

Изобретение направлено на решение задачи снижения энергетических и аппаратных затрат при обезвоживании и обессоливании нефти и создания условий ускоренного разделения фаз нефть-вода в непрерывном потоке без использования деэмульгаторов.

Для решения поставленной задачи в способе обезвоживания и обессоливания нефти, заключающемся в обработке нефти СВЧ-сигналом, согласно изобретению, СВЧ-сигнал формируют с набором спектральных компонент, обеспечивающих разрушение бронирующих оболочек капель воды с диаметром 1-15 мкм, а одновременно с обработкой СВЧ-сигналом создают турбулизацию потока нефти, обеспечивающую укрупнение капель воды до диаметра 30-70 мкм, и осуществляют обработку магнитным полем, направление силовых линий которого составляет 90^o по отношению к вектору скорости поступательного движения нефти, причем СВЧ-сигнал формируют как результирующий сигнал системы не менее трех источников СВЧ суммированием их выходных сигналов и управлением взаимной связью между ними.

СВЧ-сигнал может быть сформирован системой источников СВЧ в режиме как непрерывных, так и импульсных колебаний. При этом, формирование сигнала осуществляется или в режиме взаимного захвата частоты источников СВЧ-колебаний, или в режиме частичного увлечения частоты каждого из источников СВЧ колебаний, а также в стохастическом режиме работы каждого из указанных источников.

Для более глубокого обезвоживания и обессоливания нефти дополнительно после обработки СВЧ-сигналом осуществляют диспергирование пресной промывочной воды в отделенную нефть в количестве 2-10% к объему нефти, а затем осуществляют повторную обработку нефти аналогично первичной обработке.

Для нефтей с содержанием воды менее 1%, имеющих большое количество солей, дополнительно до обработки СВЧ-сигналом осуществляют диспергирование пресной промывочной воды в обрабатываемую нефть в количестве 2-10% к объему нефти.

В известных авторам источниках патентной и научно-технической информации не описано способа обезвоживания и обессоливания нефти, позволяющего с минимальными энергетическими и аппаратными затратами без использования деэмульгаторов осуществить ускоренное разделение непрерывного потока водонефтяной эмульсии на две фазы - обезвоженную и обессоленную нефть и воду путем обработки этого потока СВЧ-сигналом, имеющим заданный спектральный состав при одновременной турбулизации потока в процессе обработки и воздействии магнитным полем.

Поскольку сама нефть практически не поглощает СВЧ-энергию на частотах, близких к используемой - 2,5 Ггц и обладает слабой теплопроводностью, а вода, содержащаяся в каплях, поглощает интенсивно, то при воздействии СВЧ-сигнала на водонефтяную эмульсию происходит интенсивное, ударное нарастание температуры капель воды и ее бронирующих оболочек, что и приводит к разрушению последних при незначительном росте температуры основной массы нефти. Помимо этого, при воздействии СВЧ-сигнала возникают колебательные процессы, следствием которых является значительная периодическая деформация капель воды и разрушение их оболочек. Внешнее магнитное поле, в котором движется поток водонефтяной эмульсии, ослабляет поверхностное натяжение пограничного слоя бронирующих оболочек и тем самым способствует интенсификации термоэнергетического и колебательного механизмов их разрушения. Проводимая одновременно с воздействием СВЧ-сигнала и магнитного поля турбулизация потока создает условия взаимного столкновения капель воды.

Такое комплексное воздействие на водонефтяную эмульсию обеспечивает интенсивное разрушение бронирующих оболочек, столкновение и коалесценцию капель с последующим их осаждением в течение короткого интервала времени.

Реакция капель воды на воздействие СВЧ-сигнала определяется рядом параметров: диаметром капли, содержанием и составом солей в ней, структурой и составом бронирующей оболочки, наличием механических примесей и т.д.

Основное количество воды большинства водонефтяных эмульсий содержится в каплях с диаметрами 1-15 мкм, но процентное содержание капель различных диаметров и указанные параметры существенно меняются для различных месторождений нефти. Поэтому обеспечить оптимальный энергосберегающий режим обработки нефтяных эмульсий различных месторождений, используя при этом СВЧ-сигнал с одним и тем же набором спектральных составляющих, не представляется возможным.

Предлагаемый способ обезвоживания и обессоливания нефти позволяет подбирать спектральный состав СВЧ-сигнала, обеспечивающий наиболее эффективный режим обработки конкретных водонефтяных эмульсий.

Такой сигнал формируется при суммировании выходных сигналов не менее трех источников СВЧ, объединенных в систему, причем переход от синхронного режима к многочастотному и стохастическому осуществляется путем управления взаимосвязью между источниками СВЧ, а реализация режима непрерывных или импульсных колебаний осуществляется простым подключением соответствующих источников питания. Существенно, что перечисленное многообразие компоновки спектральных составляющих сигнала реализуется на одной и той же системе из серийных источников непрерывных колебаний СВЧ.

Сказанное позволяет сделать вывод о наличии в заявляемом изобретении критерия "изобретательский уровень".

Способ осуществляется следующим образом.

Транспортируемая по трубопроводу нефть с содержанием воды не более 10% поступает через входной каплеобразователь в модуль СВЧ-обработки, представляющий собой волноводный сумматор выходных сигналов трех источников СВЧ, объединенных в систему за счет связей по волноводному тракту. Формирование синхронного, многочастотного или стохастического режима работы системы осуществляется путем изменения электрической длины волноводных трактов, по которым осуществляется взаимная связь между источниками СВЧ. Структура СВЧ-поля сформирована в волноводном сумматоре таким образом, что линии электрического поля совпадают по направлению с вектором скорости поступательного движения потока нефти. Трубопровод выполнен из радиопрозрачного материала с геометрией, обеспечивающей турбулентный режим движения потока. В качестве источников СВЧ-колебаний предпочтительно использовать серийные магнетроны непрерывного действия с рабочей частотой 2,5 Ггц.

Одновременно на движущийся в модуле СВЧ поток нефти воздействует магнитное поле, силовые линии которого составляют угол 90^o с вектором поступательного движения потока. Для водонефтяных эмульсий с диаметрами капель в пределах 1-15 мкм на входе в модуль СВЧ-обработки после прохождения модуля размеры капель увеличиваются до 30-70 мкм и их бронирующие оболочки полностью разрушаются. Время пребывания водонефтяной эмульсии в модуле СВЧ составляет 15-30 секунд и определяется конкретными свойствами обрабатываемой нефти.

Для особо стойких эмульсий с высокой степенью засоленности в результате одного цикла обработки СВЧ-сигналом остаточное содержание воды в отделенной нефти может составить 1-1,5%, а соли 200-300 мг/л. В этом случае необходимо провести предварительное диспергирование пресной промывочной воды в отделенную нефть в количестве 2-10% к объему нефти и затем осуществить повторный цикл обработки по заявляемому способу.

При обработке нефтей с содержанием воды менее 1,5% и высокой засоленностью целесообразно сразу проводить диспергирование пресной промывочной воды, а затем выполнять обработку по описанному способу.

Экспериментально было подобрано значение интегральной мощности СВЧ-сигнала, необходимой для разрушения бронирующих оболочек. Значение интегральной мощности выбиралось из условия нагрева капель воды от исходной температуры 20^oC до 105^oC за время 30 секунд с учетом засоленности воды в каплях. Для нагрева капель воды за 30 сек при обводненности нефти 1% интегральная мощность должна лежать в пределах 76-150 Вт на 1 л эмульсии.

Заявляемый способ обезвоживания и обессоливания нефти был испытан в лабораторных условиях на высокостойкой эмульсии, полученной в результате смешения нефтей с нескольких месторождений Саратовской области. Исходное содержание воды в нефти составляло 9%, а солей - 2560 мг/л. Основное количество капель воды эмульсии до обработки СВЧ-сигналом имело диаметры в пределах 10-16 мкм с хорошо видимыми бронирующими оболочками. После обработки нефти СВЧ-сигналом в режиме взаимного захвата частоты с одновременной турбулизацией потока и воздействием магнитным полем диаметры капель составили 30-68 мкм, причем бронирующие оболочки на каплях отсутствовали. Увеличение температуры основного объема нефти относительно первоначальной составило 5^oC. При дальнейшем движении нефти по трубопроводу происходило укрупнение капель воды до диаметра 800-900 мкм с последующим разделением потока на нефть и воду. Содержание остаточной воды в отделенной нефти составляло 1,2%, солей - 210 мг/л.

Для обработки тех же высокостойких эмульсий, но имеющих диаметры водяных капель, лежащие в пределах 5-17 мкм, был испытан способ обработки СВЧ-сигналом в режиме частичного увеличения частоты каждого из трех объединенных в систему источников СВЧ-колебаний с одновременной турбулизацией потока и при воздействии магнитного поля. Режим частичного увеличения частоты реализуется в автогенераторе, когда частота внешнего воздействующего сигнала находится за пределами полосы захвата и состоит в том, что частота автогенератора смещается в сторону частоты воздействующего сигнала, (см., например, Малахов А. Н. Флуктуация автоколебательных систем.М.: Наука, 1968, с. 395; Теодорчик К.Ф. Автоколебательные системы, изд. Технико-теоретическая литература, М.-Л. , 1952, с. 243). В системе трех источников СВЧ-колебаний с частотами автоколебаний f₁ < f₂ < f₃ за счет связи между ними осуществляется их воздействие друг на друга, т.е. сигналы ближайших по частотам источников (1-2, 2-3) являются внешними друг для друга и при условии что частотные разносы Δf_1,2= f₂-f₁ и Δf_2,3= f₃-f₂ шире, чем необходимо для осуществления режима захвата, реализуется режим частичного увлечения частоты каждого из источников системы. При этом, за счет неустойчивого состояния системы трех генераторов частота каждого из них непрерывно изменяется в определенной полосе, что и позволяет осуществить обработку более широкого диапазона диаметров капель воды в нефтяной эмульсии.

Исследования возможности применения заявленного способа для обработки малообводненной нефти с высоким содержанием солей проводилось на нефти одного из месторождений Оренбургской области. Исходная обводненность нефти составляла 1,5%, а содержание солей - 6450 мг/л. Нефть обрабатывалась в лабораторных условиях диспергированием пресной промывочной воды в количестве 7% к объему нефти. Образованная водонефтяная эмульсия до СВЧ-обработки характеризовалась размерами глобул в пределах 10-15 мкм. После обработки нефти СВЧ-сигналом в режиме взаимного захвата частоты с одновременной турбулизацией потока и воздействием магнитным полем диаметры капель составили 50-70 мкм. Увеличение температуры основного объема нефти относительно первоначальной составило 4^oC. Остаточное содержание воды в нефти после обработки - 1%, солей - 220 мг/л.

Таким образом, способ позволяет, существенно снизив энергозатраты (в 10 раз), производить эффективное (с содержанием остаточной воды в отделенной нефти менее 1% и солей менее 100 мг/л) и ускоренное (в течение 5-6 минут) разделение фаз нефть-вода. Способ универсален для различных типов нефтей, в том числе для малообводненных.

Изобретение относится к нефтепереработке и может быть использовано в процессе глубокого обезвоживания и обессоливания нефти на пунктах подготовки и нефтеперерабатывающих заводах. Способ заключается в обработке нефти СВЧ-сигналом, который формируют с набором спектральных компонент как результирующий сигнал выходных сигналов системы не менее трех источников СВЧ. Одновременно с обработкой СВЧ-сигналом создают турбулизацию потока нефти и осуществляют воздействие магнитным полем, направление силовых линий которого составляет 90^o по отношению к вектору скорости поступательного движения нефти. Достигается снижение энергетических и аппаратных затрат при обезвоживании и обессоливании нефти и создание условий ускоренного разделения фаз нефть-вода в непрерывном потоке без использования деэмульгаторов. 10 з.п. ф-лы.

1. Способ обезвоживания и обессоливания нефти, включающий обработку ее СВЧ-сигналом, отличающийся тем, что СВЧ-сигнал формируют с набором спектральных компонент, обеспечивающих разрушение бронирующих оболочек капель воды с диаметром 1 - 15 мкм, а одновременно с обработкой СВЧ-сигналом создают турбулизацию потока нефти, обеспечивающую укрепление капель воды до диаметра 30 - 70 мкм, и осуществляют воздействие магнитным полем, направление силовых линий которого составляет 90^o по отношению к вектору скорости поступательного движения нефти, причем СВЧ-сигнал формируют как результирующий сигнал системы не менее трех источников СВЧ суммированием их выходных сигналов и управлением взаимосвязью между ними. 2. Способ обезвоживания и обессоливания нефти по п.1, отличающийся тем, что СВЧ-сигнал формируют как результирующий сигнал системы источников непрерывных колебаний. 3. Способ обезвоживания и обессоливания нефти по п.2, отличающийся тем, что СВЧ-сигнал формируют в режиме взаимного захвата частоты. 4. Способ обезвоживания и обессоливания нефти по п.2, отличающийся тем, что СВЧ-сигнал формируют в режиме частичного увлечения частоты. 5. Способ обезвоживания и обессоливания нефти по п.2, отличающийся тем, что СВЧ-сигнал формируют в стохастическом режиме. 6. Способ обезвоживания и обессоливания нефти по п.1, отличающийся тем, что СВЧ-сигнал формируют как результирующий сигнал системы источников импульсных колебаний. 7. Способ обезвоживания и обессоливания нефти по п.6, отличающийся тем, что СВЧ-сигнал формируют в режиме взаимного захвата частоты. 8. Способ обезвоживания и обессоливания нефти по п.6, отличающийся тем, что СВЧ-сигнал формируют в режиме частичного увлечения частоты. 9. Способ обезвоживания и обессоливания нефти по п.6, отличающийся тем, что СВЧ-сигнал формируют в стохастическом режиме. 10. Способ обезвоживания и обессоливания нефти по п.1, отличающийся тем, что дополнительно после обработки СВЧ-сигналом с одновременной турбулизацией потока нефти и воздействием магнитного поля осуществляют диспергирование пресной промывочной воды в отделенную нефть в количестве 2 - 10% к объему нефти, а затем осуществляют повторную обработку нефти. 11. Способ обезвоживания и обессоливания нефти по п.1, отличающийся тем, что дополнительно до обработки СВЧ-сигналом осуществляют диспергирование пресной промывочной воды в обрабатываемую нефть в количестве 2 - 10% к объему нефти.