КОМПОЗИТНАЯ СРЕДА ДЛЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ВОДЫ И СПОСОБЫ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК B32B9/04 B01D17/02 B01D39/18 C10G33/04 C02F1/28 

Перекрестная ссылка на родственную заявку

В соответствии с параграфом 119(e) раздела 35 Свода законов США, настоящая заявка испрашивает приоритет в отношении предварительной патентной заявки США № 61/448,821, озаглавленной «Использование объемной композитной среды, состоящей из древесины и пластмассы, для отделения нефти от воды» и поданной 03 марта 2011 г., все описание которой во всей своей полноте включается в данный документ посредством настоящей ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Аспекты настоящего изобретения относятся, в общем, к обработке жидкостей и, более конкретно, к способам коалесцирования углеводородных жидкостей и отделения углеводородных жидкостей от жидкостей на водной основе.

Сущность изобретения

В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, предложен способ обработки исходного потока, включающего углеводородную жидкость и жидкость на водной основе. Данный способ включает введение исходного потока во впуск резервуара, содержащего композитную среду, причем композитная среда включает смесь материала на основе целлюлозы и полимера, и контакт исходного потока с композитной средой для получения обработанного потока, обработанный поток содержит заданную целевую концентрацию углеводородной жидкости. В других аспектах способ дополнительно включает измерение, по меньшей мере, одного свойства обработанного потока. По меньшей мере, в одном аспекте измеренное свойство представляет собой, по меньшей мере, одно свойство из концентрации углеводородной жидкости в обработанном потоке и скорости потока обработанного потока. По меньшей мере, в одном аспекте способ дополнительно включает обратное промывание композитной среды на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства обработанного потока для получения выходящей углеводородной жидкости. В еще одном аспекте способ дополнительно включает возвращение выходящей углеводородной жидкости в исходный поток.

В одном или нескольких вариантах осуществления контакт исходного потока с композитной средой включает фильтрование исходного потока, причем заданная целевая концентрация углеводородной жидкости в обработанном потоке составляет менее чем концентрация углеводородной жидкости в исходном потоке. В еще одном варианте осуществления заданная целевая концентрация углеводородной жидкости в обработанном потоке составляет менее чем приблизительно 30 частей на миллион. В определенных аспектах контакт исходного потока с композитной средой включает коалесцирование исходного потока, причем заданная целевая концентрация углеводородной жидкости в обработанном потоке представляет собой уменьшенную концентрацию эмульгированной углеводородной жидкости по сравнению с исходным потоком. В еще одном варианте осуществления концентрация эмульгированной углеводородной жидкости в обработанном потоке уменьшается по сравнению с исходным потоком на более чем приблизительно 50%. В определенных аспектах обработанный поток включает капли углеводородной жидкости, у которых диаметр составляет, по меньшей мере, приблизительно 20 мкм.

В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, предложен способ обработки исходного потока, включающего углеводородную жидкость и жидкость на водной основе, включающий пропускание исходного потока при первой скорости потока через коалесцирующее устройство, содержащее композитную среду, причем композитная среда включает смесь материала на основе целлюлозы и полимера для получения коалесцированного потока, и пропускание коалесцированного потока при второй скорости потока через фильтровальное устройство, находящееся в соединении с коалесцирующим устройством и содержащее композитную среду для получения выходящего потока. В определенных вариантах осуществления первый скорость потока находится в интервале от приблизительно 100 до приблизительно 200 галлонов в минуту на квадратный фут (от 6,79 до 13,58 м/с). По меньшей мере, в одном варианте осуществления вторая скорость потока составляет менее чем приблизительно 40 галлонов в минуту на квадратный фут (2,72 м/с). В еще одном варианте осуществления способ дополнительно включает сохранение концентрации углеводородной жидкости в выходящем потоке на уровне заданного целевого процентного сокращения. По меньшей мере, в одном аспекте способ дополнительно включает обратное промывание, по меньшей мере, одного устройства из коалесцирующего устройства и фильтровального устройства. В определенных вариантах осуществления способ дополнительно включает обратное промывание, по меньшей мере, одного устройства из коалесцирующего устройства и фильтровального устройства на основании заданного временного интервала.

В одном или нескольких вариантах осуществления способ дополнительно включает измерение, по меньшей мере, одного свойства коалесцированного потока. Еще один вариант осуществления включает обратное промывание коалесцирующего устройства на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства коалесцированного потока для получения выходящей углеводородной жидкости. В определенных аспектах способ, по меньшей мере, одно измеренное свойство представляет собой скорость потока коалесцированного потока.

В определенных аспектах способ включает измерение, по меньшей мере, одного свойства выходящего потока. По меньшей мере, в одном аспекте способ дополнительно включает обратное промывание фильтровального устройства на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства выходящего потока для получения выходящей углеводородной жидкости. В еще одном аспекте, по меньшей мере, одно измеренное свойство представляет собой, по меньшей мере, одно свойство из скорости потока выходящего потока и концентрации углеводородной жидкости в выходящем потоке.

В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, предложен способ обработки исходного потока, включающего углеводородную жидкость и жидкость на водной основе, включающий пропускание исходного потока через коалесцирующее устройство, содержащее композитную среду, включающую смесь материала на основе целлюлозы и полимера для получения коалесцированного потока, причем коалесцированный поток включает уменьшенную концентрацию эмульгированной углеводородной жидкости по сравнению с исходным потоком, и разделение коалесцированного потока путем пропускания коалесцированного потока через разделительное устройство для получения, по меньшей мере, одного потока из углеводородного жидкого потока и водного потока. В одном аспекте коалесцированный поток включает капли углеводородной жидкости, у которых диаметр составляет, по меньшей мере, приблизительно 20 мкм. В следующем аспекте разделительное устройство представляет собой, по меньшей мере, одно из следующих устройств: гидроциклон, гравитационное осадительное устройство, фильтровальное устройство и флотационное устройство.

В определенных аспектах способ дополнительно включает измерение, по меньшей мере, одного свойства коалесцированного потока. По меньшей мере, в одном аспекте способ дополнительно включает обратное промывание коалесцирующего устройства на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства коалесцированного потока для получения выходящей углеводородной жидкости. В еще одном варианте осуществления, по меньшей мере, одно измеренное свойство представляет собой скорость потока коалесцированного потока.

В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, предложена система для обработки исходного потока, включающего углеводородную жидкость и жидкость на водной основе, включающая, по меньшей мере, одно коалесцирующее устройство в соединении с исходным потоком и содержащий композитную среду, включающую смесь материала на основе целлюлозы и полимера, и, по меньшей мере, один разделительное устройство в соединении с коалесцирующим устройством. По меньшей мере, в одном варианте осуществления разделительное устройство представляет собой, по меньшей мере, одно из следующих устройств: фильтровальное устройство, гравитационное осадительное устройство, гидроциклон, и флотационное устройство. В определенных вариантах осуществления разделительное устройство представляет собой фильтровальное устройство, содержащее композитную среду. В одном или нескольких вариантах осуществления композитная среда включает материал на основе целлюлозы в концентрации, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 50 масс.%. В одном варианте осуществления материал на основе целлюлозы включает кленовую древесину. В определенных аспектах полимер включает полиэтилен высокой плотности. В других аспектах композитная среда включает множество частиц однородной формы.

В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, предложен способ, позволяющий обрабатывающей системе разделять исходный поток на углеводородную жидкость и жидкость на водной основе, причем обрабатывающая система включает, по меньшей мере, один резервуар в соединении с исходным потоком, и способ включает изготовление композитной среды, включающей смесь материала на основе целлюлозы и полимера и помещенной в резервуар, предназначенный для контакта с исходным потоком.

Краткое описание чертежей

Сопровождающие чертежи не предназначены для соблюдения действительного масштаба. На данных чертежах каждый идентичный или почти идентичный компонент, который проиллюстрирован на разнообразных изображениях, представлен аналогичным условным номером. Для целей ясности, не каждый компонент может быть маркирован на каждом изображении. В числе данных чертежей:

фиг. 1 представляет схематическое изображение последовательности технологических операций в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 2 представляет схематическое изображение последовательности технологических операций в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 3 представляет график, иллюстрирующий результаты исследования среды в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 4 представляет график, иллюстрирующий результаты исследования среды в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 5 представляет график, иллюстрирующий результаты исследования среды в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 6 представляет график, иллюстрирующий результаты исследования среды в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 7 представляет график, иллюстрирующий результаты исследования среды в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 8 представляет схематическое изображение последовательности технологических операций в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 9 представляет схематическое изображение последовательности технологических операций в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 10 представляет график, иллюстрирующий результаты исследования среды в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 11 представляет график, иллюстрирующий результаты исследования среды в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 12 представляет график, иллюстрирующий результаты исследования среды в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 13 представляет график, иллюстрирующий результаты исследования среды в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения;

фиг. 14 представляет график, иллюстрирующий результаты исследования среды в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения; и

фиг. 15 представляет график, иллюстрирующий результаты исследования среды в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения.

Подробное описание

Определение «приблизительно» при использовании в связи с количеством включает определенное значение и имеет смысл, продиктованный контекстом (например, оно включает, по меньшей мере, степень ошибки, связанной с измерением определенной величины). При использовании в контексте интервала определение «приблизительно» следует также рассматривать как описание интервала, определенного абсолютными значениями двух конечных точек. Например, интервал «от приблизительно 2 до приблизительно 4» также описывает интервал «от 2 до 4».

В определенных приложениях индивидуальные компоненты жидкостей можно физически обрабатывать перед их использованием в последующих процессах. Физические технологии обработки основаны, главным образом, на физических свойствах индивидуальных компонентов жидкости и могут включать, по меньшей мере, один из следующих процессов: коалесцирование, разделение и фильтрование технологии. Например, водные жидкости могут включать суспендированные твердые вещества или жидкости, которые можно обрабатывать, используя один или несколько процессов, включая фильтрование, коалесцирование и разделение. Один или несколько из этих процессов могут включать контакт жидкости со средой. В определенных случаях контакт жидкости со средой можно осуществлять путем пропускания жидкость через слой, наполненный средой.

Среда может оказаться полезной для разнообразных технологий переработки и применений, включающих фильтрование, коалесцирование, разделение, увеличение продолжительности пребывания жидкости в резервуаре, содержащем среду, и функционирование в качестве адсорбента или абсорбент. Например, среду можно использовать для отделения жидкостей от газов, жидкостей от других жидкостей, а также для отделения суспендированных твердых веществ, коллоидных и тонкодисперсных материалов от движущегося потока. Кроме того, среду можно использовать, чтобы коалесцировать мелкие капли одного или нескольких компонентов жидкости в более крупные капли. Например, содержащие среду фильтры можно использовать для удаления суспендированных твердых веществ и свободной нефти из одного или нескольких растворов. Например, содержащие среду фильтры могут использовать нефтеперерабатывающие заводы и нефтяные скважины, нефтехимические заводы, химические заводы, заводы по переработке природного газа и другие промышленные процессы для целей разделения нефти и воды. Разделительные технологии в данных промышленных процессах можно разделить на категории первичной, вторичной и третичной стадий. Первичные разделительные технологии могут использовать, например, сепараторы для сбора нефти из открытых стоков по стандарту Американского нефтяного института (API) и гравитационные отстойники для отделения больших количеств нефти и суспендированных твердых веществ от стоков отработавшей воды. В определенных примерах первичные разделительные технологии способны снижать концентрации нефти до уровней, составляющих от приблизительно 500 до приблизительно 200 частей на миллион. Вторичные разделительные технологии могут использовать, например, коалесцирующие и флотационные устройства для отделения дополнительных количеств нефти от отработавшей воды. В определенных примерах вторичные разделительные технологии способны снижать концентрации нефти до уровней, составляющих от приблизительно 100 до приблизительно 20 частей на миллион. Третичные разделительные технологии могут использовать, например, содержащие слой среды фильтры и способны снижать концентрации нефти до уровней ограничения на сброс. Например, технологии третичной обработки могут быть способными удаление свободной нефти при исходных уровнях, составляющих от приблизительно 20 частей на миллион до приблизительно 100 частей на миллион, до уровней, которые составляют менее чем приблизительно 10 частей на миллион. Неограничительные примеры третичных разделительных технологий включают флотационные устройства по стандарту API, устройства для флотации растворенным воздухом (DAF), устройства для флотации растворенным газом (DGF), компактные флотационные устройства, гидроциклоны, и содержащие слой среды фильтры, в том числе содержащие слой скорлупы грецких орехов фильтры. В настоящее время существует спрос на третичный содержащие среду фильтры, которые используют нефтяные платформы (также называются «морские»), в целях соблюдения установленных требований по сбросу отработавшей воды. Воздействие на окружающую среду и масса оборудования представляют собой решающие факторы при определении возможности использования оборудования на морских нефтяных платформах. Следовательно, среда, которая является более эффективной в отделении нефти от воды, чем среда, которая является доступной в настоящее время, может обеспечивать значительное снижение размера и массы оборудования. Содержащий среду фильтр может быть расположен ниже по потоку относительно первичной и вторичной обработки. В настоящее время известно, что среда на основе скорлупы черных грецких орехов обладает одновременным сродством к нефти и воде, и ее можно использовать в качестве среды для процессов третичного разделения. Например, на нефтеперерабатывающих заводов содержащие скорлупу грецких орехов фильтры используют ниже по потоку относительно первичных разделительных устройств и вторичных разделительных устройств, чтобы снижать оставшийся уровень свободной нефти, составляющий от приблизительно 20 до приблизительно 100 частей на миллион, до уровней, составляющих менее чем приблизительно 10 частей на миллион.

В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения может оказаться желательным изготовление экономичной и требующей незначительного обслуживания объемной среды, которая может быть пригодной для обратного промывания. Обратное промывание может восстанавливать среду и ее пригодность для повторного использования. В некоторых вариантах осуществления может оказаться желательным изготовление пригодной для обратного промывания среды, которая может обладать способностью увеличения скорости потока и более эффективного отделения нефти по сравнению со средой, содержащей скорлупу черных грецких орехов, относящихся, например, к виду восточного черного грецкого ореха (Juglans nigra). Содержащие среду из скорлупы грецких орехов фильтры могут иметь ограниченную скорость потока, что может ограничивать размер их конструкции и, следовательно, ограничивать их пригодность для использования на морских платформах. Кроме того, источники содержащей скорлупу черных грецких орехов среды подвержены неустойчивости, поскольку их доступность непосредственно зависит от изменения урожайности от одного сезона к другому. В некоторых вариантах осуществления может оказаться желательным уменьшать частоту обратного промывания для повышения производительности одной или нескольких обрабатывающих систем. Это уменьшение может также уменьшать объем производимой воды, используемой для обратного промывания, что может придавать системе дополнительное преимущество.

В определенных приложениях может оказаться затруднительным физического отделения суспендированных в жидкости индивидуальных компонентов вследствие их количества. Например, в операциях по бурению нефтяных скважин обычно получают воду, содержащую сырую нефть. Установленные законом требования или технологические условия могут определять, что вода должна содержат нефть в концентрации ниже определенного порогового значения, чтобы ее можно было выпускать в окружающую среду или повторно использовать для других целей. Сложность разделения смеси нефти и воды может зависеть от физической формы нефти. В течение операций по переработке и транспортировке давление падает, и при движении могут образовываться нефтяные капли, которые являются достаточно мелкими, настолько, что их нелегко отделять от воды. Например, нефть может дипспергироваться в объеме воды в форме мелких капель, диаметры которых могут составлять менее чем 20 мкм. Для сортов нефти, у которых плотность близка к плотности воды, может оказаться затруднительным даже отделение капель, диаметры которых составляют более чем 20 мкм, с использованием традиционных процессов гравитационного разделения. В смесях каждого их этих типов нефть считают эмульгированной в воде. В определенных аспектах эмульгированная нефть может представлять собой нефть, которая не отделяется от воды после осуществления гравитационного разделения в течение приблизительно 30 минут в условиях равновесия. Обработка воды, которая содержит эмульгированную нефть, может представлять собой определенные затруднения при использовании технологий физического разделения. Такие устройства, как гидроциклоны, сепараторы по стандарту API, флотационные устройства, гравитационные осадительные устройства и содержащие скорлупу грецких орехов фильтры, могут оказаться неэффективными для отделения механически эмульгированной нефти от воды. Напротив, эти технологии можно использовать, чтобы отделять «свободную» нефть, которая представляет собой неэмульгированную нефть.

В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, системы и способы, описанные в настоящем документе, относятся к способу обработки исходного потока. Исходный поток может включать один или несколько компонентов. Исходный поток может включать один или несколько компонентов, которые находятся в одной фазе, например, одну или несколько жидкостей. Исходный поток может включать один или несколько компонентов, которые находятся в различных фазах, например, одно или несколько сочетаний газов и жидкостей и одно или несколько сочетаний твердых веществ и жидкостей. В определенных приложениях исходный поток может включать одно или несколько суспендированных твердых веществ, коллоидов и тонкодисперсных твердых материалов. Исходный поток может включать жидкость на водной основе. В определенных аспектах исходный поток может включать углеводородную жидкость и жидкость на водной основе. В определенных аспектах система может принимать один или несколько исходных потоков из промышленных источников. Например, исходный поток могут производить нефтеперерабатывающие заводы, нефтяные скважины, нефтехимические заводы, химические заводы, заводы по переработке природного газа и другие промышленные объекты. В определенных вариантах осуществления система может принимать один или несколько исходных потоков, включающий углеводородную жидкость и жидкость на водной основе. При использовании в настоящем документе термин «углеводород» означает органический материал с молекулярной структурой, содержащей углерод, связанный с водородом. Углеводороды могут также включать и другие элементы, в том числе, но не ограничиваясь этим, по меньшей мере, один из следующих элементов: галогены, металлы, азот, кислород и сера. При использовании в настоящем документе термин «углеводородная жидкость» означает жидкофазную углеводородную текучую среду или смесь жидкофазных углеводородных текучих сред. Углеводородная жидкость может включать дополнительные вещества, например, твердые частицы. Неограничительные примеры углеводородных жидкостей могут включать, например, сырую нефть, природный газ, сланцевую нефть, пиролитическую нефть и любое их сочетание. При использовании в настоящем документе термины «жидкость на водной основе» и «водный поток» означают жидкости, включающие воду. Жидкость может включать дополнительные вещества, которые могут представлять собой твердые вещества, в том числе суспендированные твердые вещества, жидкости, газы или любое их сочетание. Способы и системы, описанные в настоящем документе, могут относиться к исходному потоку, включающему углеводородную жидкость и жидкость на водной основе, но они не должны ограничиваться ими. Например, может оказаться возможной обработка жидкостей одного или нескольких других типов с использованием способов и систем, описанных в настоящем документе.

В определенных вариантах осуществления исходный поток можно вводить во впуск резервуара. Впуск может быть расположен в верхней части резервуара, в нижней части резервуара или в любом другом промежуточном месте, которое является подходящим для использования способов и систем, описанных в настоящем документе. При использовании в настоящем документе термин «резервуар» в широком смысле означает любую конструкцию, подходящую для содержания одного или нескольких технологических компонентов, включая газообразные, жидкие и твердые компоненты, а также и их смеси. Резервуар может быть открыт для окружающей среды, или его можно закрывать для работы под давлением. В определенных приложениях резервуар можно сконструировать, чтобы создавать анаэробные или аэробные условия для компонентов. Резервуар может иметь размеры и формы согласно желательному применению и объему исходного материала, подлежащего обработке, чтобы обеспечивать, по меньшей мере, одно из условий желательной пропускной способности и желательной продолжительности работы перед началом обратного промывания. Резервуар может содержать контейнер для помещения слоя среды желательной глубины в зависимости от желательного объема исходного материала, подлежащего обработке, и среды, выбранной для конкретного применения. Соответственно, резервуар может содержать слой среды любой глубины, который является подходящим для целей способов и систем, описанных в настоящем документе. Резервуар можно сооружать, используя любой материал, подходящий для целей способов и систем, описанных в настоящем документе. Неограничительные примеры подходящих материалов включают сталь, нержавеющую сталь, армированную стекловолокном пластмассу и поливинилхлорид (PVC). Один или несколько вариантов осуществления могут включать резервуар, имеющий один или несколько боковых стенок в зависимости от желательной формы резервуара. Например, цилиндрический резервуар может иметь одну боковую стенку, в то время как квадратный или прямоугольный резервуар может иметь четыре боковых стенки. В определенных вариантах осуществления резервуар может иметь цилиндрическую форму, имеющую одну непрерывную боковую стенку, расположенную между первой и второй стенками. В других определенных вариантах осуществления резервуар может быть закрытым, причем одна или несколько боковых стенок проходят между первой стенкой и второй стенкой. В определенных аспектах резервуар может содержать среда. Можно использовать любую среду, подходящую для способов и систем, описанных в настоящем документе. Среда может быть расположена в резервуаре на заданной глубине и может заполнять весь объем резервуара или содержаться в конкретной части резервуара. Например, часть объема резервуара, прилегающая к одной или нескольким стенкам, может не содержать среды. Среда может удерживаться внутри резервуара одной или несколькими разделителями, такие как перегородки или перфорированные плиты, которые могут удерживать среду в желательном положении внутри резервуара, обеспечивая в то же время протекание одной или нескольких жидкостей через среду в резервуаре.

В определенных вариантах осуществления резервуар может содержать композитную среду. При использовании в настоящем документе термин «композитная среда» означает сочетание двух или более различных материалов. По меньшей мере, в одном варианте осуществления композитная среда включает смесь материала на основе целлюлозы и полимера. Композитная среда может включать гетерогенную смесь материала на основе целлюлозы и полимера. Гетерогенная смесь может включать такие ингредиенты или составляющие, что компоненты не являются равномерно распределенными в объеме смеси. При использовании в настоящем документе термин «гетерогенная смесь» означает композит из двух или более несходных ингредиентов или составляющих. Композитная среда может включать гомогенную смесь материала на основе целлюлозы и полимера. В одном варианте осуществления композитная среда может включать материал на основе целлюлозы и полимер таким образом, что эти два материала связаны друг с другом, но не смешаны друг с другом. При использовании в настоящем документе термин «гомогенная смесь» означает композит, который представляет собой однофазный композит, состоящий из двух или более соединений, которые распределены в однородном соотношении или в практически однородном соотношении в объеме смеси, таким образом, что любая часть композита представляет собой одинаковое соотношение двух или более соединений. При использовании в настоящем документе термин «материал на основе целлюлозы» означает любой материал, продукт или состав, который содержит целлюлозу. Неограничительные примеры могут включать древесину сбрасывающих листву и вечнозеленых деревьев, включая древесную муку, древесную массу, древесные частицы, древесные волокна, опилки, древесные стружки, древесные щепки, а также любой другой древесный продукт или продукт на основе целлюлозы, подходящий для способов и систем, описанных в настоящем документе, такой как кокосовый орех, багасса, торф, отходы целлюлозных заводов, кукурузные стебли и любое их сочетание. Среда может включать любой древесный материал, подходящий для целей способов и систем, описанных в настоящем документе. В определенных вариантах осуществления материал на основе целлюлозы может представлять собой сосновую древесину. В определенных вариантах осуществления материал на основе целлюлозы может представлять собой кленовую древесину. Неограничительные примеры полимеров, подходящих для способов и систем, описанных в настоящем документе, могут включать полиолефины, в том числе полиэтилен высокой плотности (HDPE), полиэтилен (PE), полипропилен (PP), PVC, сополимеры этилена и пропилена, фторполимеры, включая тефлон (Teflon®) и любое их сочетание. По меньшей мере, в одном варианте осуществления полимер может представлять собой HDPE. В еще одном варианте осуществления полимер может представлять собой полипропилен.

В одном или нескольких вариантах осуществления композитная среда может включать материал на основе целлюлозы в концентрации, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 50%. В других вариантах осуществления композитная среда может включать материал на основе целлюлозы в концентрации, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 60%. В определенных вариантах осуществления композитная среда может включать материал на основе целлюлозы в концентрации, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 70%. По меньшей мере, в одном варианте осуществления композитная среда может включать кленовая древесина в концентрации, составляющей приблизительно 50 масс.%. В еще одном варианте осуществления композитная среда может включать сосновую древесину в концентрации, составляющей приблизительно 70 масс.%. Концентрация материала на основе целлюлозы может представлять собой любой процентное соотношение, составляющее от приблизительно 0% до приблизительно 100%, или любой интервал процентных соотношений между данными процентными соотношениями. По меньшей мере, в одном аспекте композитная среда включает множество частиц однородной формы. При использовании в настоящем документе термин «частицы однородной формы» означает имеющие точно одинаковые формы и размеры частицы и имеющие практически одинаковые формы и размеры частицы, в то время допускается некоторая степень различия формы, что связано, например, с неточностью изготовления. Подходящие формы для композитной среды могут включать сферы и цилиндры. Например, композитная среда может включать множество имеющих однородную форму цилиндрических или подобных цилиндрам частиц. Композитная среда может представлять собой любую форму, которая способна обеспечивать промежутки в пространствах пор между частицами. В определенных вариантах осуществления композитная среда может включать множество имеющих неправильную форму частица

Композитная среда может включать дополнительный компоненты, включающий химические компоненты. Неограничительные примеры компонентов, которые могут оказаться подходящими для включения в композитную среду, включают коагулянты и флокулянты. Композитная среда может включать любой дополнительный компонент, который может оказаться подходящими для целей способов и систем, описанных в настоящем документе.

В соответствии с определенными вариантами осуществления, предложена среда. Можно использовать любую среду при том условии, что она может оказаться подходящей, по меньшей мере, для одного из следующих процессов: (1) коалесцирование, по меньшей мере, одной углеводородной жидкости и (2) фильтрование, по меньшей мере, одного потока, включающего углеводородную жидкость и водную жидкость. Один пример среды, подходящей для способов и систем, описанных в настоящем документе, может представлять собой композитная среда. При использовании в настоящем документе термины «композитная среда» и «среда композита» используют взаимозаменяемым образом. Композитная среда может включать смесь материала на основе целлюлозы и полимера. Среда может включать, по меньшей мере, одну из гомогенной и гетерогенной смеси материала на основе целлюлозы и полимера. Материал на основе целлюлозы и полимер можно описывать и внедрять, как обсуждается выше. По меньшей мере, в одном варианте осуществления среда может быть пригодной для осуществления обратного промывания. В определенных вариантах осуществления среда может быть пригодной для осуществления ожижения. В некоторых вариантах осуществления, среда может проявлять, по меньшей мере, одно из свойств адсорбции и абсорбции по отношению, по меньшей мере, к одной жидкости из углеводородной жидкости и водной жидкости.

В определенных вариантах осуществления масса нефти, которую можно загружать в композитную среду, прежде чем произойдет прорыв, может представлять собой четырехкратную массу, которую можно загружать в материалы среды других типов. Материалы среды других типов могут включать, например, древесину, полимер (например, HDPE и полипропилен) и скорлупу черных грецких орехов. По меньшей мере, в одном варианте осуществления древесный и полимерный компоненты композитной среды могут не проявлять способность поглощения нефти на уровне или вблизи уровня способность поглощения нефти композитной среды. Без ограничения теорией, одно возможное объяснение полезных эффектов сочетания древесины и полимера может заключаться в том, что каждый из этих двух компонентов придает различные адсорбционные или абсорбционные свойства, и что может возникать синергия в результате сочетания двух материалов. Второе возможное объяснение заключаться в том, что форма композитных частиц способствует разделительному процессу.

В определенных вариантах осуществления резервуар может также включать впуск исходного материала, расположенный выше среды и выпуска фильтрата, расположенного ниже среды. Резервуар может также включать первый впуск, который сооружен и предназначен, чтобы направлять первую текучую среду к первому концу отводящей трубы и обеспечивать в течение обратного промывания движение среды внутри отводящей трубы от первого конца отводящей трубы до второго конца отводящей трубы при одновременном обеспечении движения фильтровальной среды вдоль внешней боковой стенки отводящей трубы от второго конца отводящей трубы до первого конца отводящей трубы. Далее отводящие трубы обсуждаются более подробно.

В определенных вариантах осуществления композитная среда вступает в контакт с исходным потоком для получения обработанного потока. По меньшей мере, в одном варианте осуществления контакт исходного потока с композитной средой включает фильтрование исходного потока. При использовании в настоящем документе термины «фильтрование» и «разделение» в широком смысле означают любой процесс, используемый для отделения составляющего ингредиента вещества от других составляющих ингредиентов вещества. Например, фильтрование может означать процесс отделения одной или нескольких фаз друг от друга. В определенных аспектах фильтрованием можно разделять две жидкие фазы. В других аспектах фильтрованием можно отделять твердую фазу от жидкой фазы. По меньшей мере, в одном варианте осуществления фильтрование означает процесс отделения углеводородной жидкости от жидкости на водной основе. В определенных аспектах фильтрование включает пропускание исходного потока через фильтровальное устройство при скорости потока, которая может составлять менее чем приблизительно 40 галлонов в минуту на квадратный фут (2,72 м/с). В других аспектах фильтрование включает пропускание исходного потока через фильтровальное устройство при скорости потока, которая может составлять менее чем приблизительно 30 галлонов в минуту на квадратный фут (2,04 м/с). По меньшей мере, в одном аспекте фильтрование включает пропускание исходного потока через фильтровальное устройство при скорости потока, которая может составлять менее чем приблизительно 20 галлонов в минуту на квадратный фут (1,36 м/с). В еще одном аспекте скорость потока может составлять менее чем приблизительно 13,5 галлонов в минуту на квадратный фут (0,92 м/с). Скорость потока может представлять собой любую скорость потока, составляющую от приблизительно 1 и приблизительно 1000 галлонов в минуту на квадратный фут (от 0,0679 до 67,9 м/с), или любой интервал скоростей потока между данными значениями скорости поток. Скорость потока может представлять собой любую скорость, которая является подходящей для целей осуществление описанной функции фильтрования с использованием способов и систем, описанных в настоящем документе.

При использовании в настоящем документе термины «фильтровальное устройство» и «разделительное устройство» означают любой устройство, подходящее для осуществления процессов фильтрования. В определенных вариантах осуществления фильтровальное устройство и разделительное устройство может быть сооружено и предназначено таким образом, как обсуждается выше по отношению к резервуару. Фильтровальное устройство и разделительное устройство может быть сооружено из любого материала, подходящего для конкретных целей способов и систем, описанных в настоящем документе. Например, фильтровальное устройство и разделительное устройство может быть сооружено из любого конструкционного материала, такого как, например, сталь, нержавеющая сталь, армированная стекловолокном пластмасса и поливинилхлоридный материал, подходящего для изготовления конструкции типа трубы или колонны. По меньшей мере, в одном аспекте фильтровальное устройство и разделительное устройство может включать композитную среду. По меньшей мере, один аспект включает фильтровальное устройство, содержащее защитный материал, находящийся, по меньшей мере, на одном конце фильтровального устройства, для целей удерживания среды. В определенных аспектах движение текучей среды через фильтровальное устройство и разделительное устройство может происходить в направлении сверху вниз. В других аспектах движение текучей среды через фильтровальное устройство и разделительное устройство может происходить в направлении снизу вверх. В определенных вариантах осуществления одно или несколько фильтровальных устройства и один или несколько разделительных устройств могут быть расположены ниже по потоку относительно одного или несколько коалесцирующих устройств.

В других аспектах контакт исходного потока с композитной средой включает коалесцирование исходного потока. При использовании в настоящем документе термин «коалесцирование» в широком смысле означает соединение и/или объединение одной или несколько мелких капель жидкой или другой фазы с образованием, по меньшей мере, одной более крупной капли, фазы и прослойки. Например, в определенных аспектах коалесцирование способно увеличивать размер капель углеводородной жидкости от диаметра, составляющего менее чем приблизительно 20 мкм, до размера, который составляет более чем приблизительно 20 мкм. В других определенных аспектах коалесцирование способно увеличивать размер капель углеводородной жидкости от диаметра, составляющего менее чем приблизительно 20 мкм, до размера, который составляет более чем приблизительно 50 мкм. В некоторых аспектах коалесцирование способно производить капли углеводородной жидкости, размер которых составляет более чем приблизительно 50 мкм. В некоторых аспектах коалесцирование способно производить капли углеводородной жидкости, размер которых может составлять более чем приблизительно 100 мкм. При использовании в настоящем документе термин «коалесцированный поток» означает жидкость, в которой капли жидкой или другой фазы образуют капли, у которых диаметр составляет, по меньшей мере, приблизительно 20 мкм. По меньшей мере, в одном аспекте коалесцированный поток можно означать жидкость, в которой капли углеводородной жидкости имеют диаметр, составляющий, по меньшей мере, приблизительно 20 мкм. В некоторых аспектах коалесцированный поток может означать жидкость, в которой капли углеводородной жидкости имеют диаметр, составляющий, по меньшей мере, приблизительно 20 мкм, диаметр, составляющий, по меньшей мере, приблизительно 30 мкм, диаметр, составляющий, по меньшей мере, приблизительно 30 мкм, диаметр, составляющий, по меньшей мере, приблизительно 100 мкм, и любое их сочетание. По меньшей мере, в одном аспекте коалесцирование включает пропускание исходного потока через коалесцирующее устройство при скорости потока, которая может находиться в интервале от приблизительно 40 до приблизительно 250 галлонов в минуту на квадратный фут (от 2,72 до 16,98 м/с). В еще одном аспекте коалесцирование включает пропускание исходного потока через коалесцирующее устройство при скорости потока, которая может находиться в интервале от приблизительно 100 до приблизительно 200 галлонов в минуту на квадратный фут (от 6,79 до 1,38 м/с). Скорость потока может представлять собой любую скорость потока, составляющую от приблизительно 1 до приблизительно 2000 галлонов в минуту на квадратный фут (от 0,0679 до 135,8 м/с), или любой интервал скоростей потока между данными величинами скорости потока. Скорость потока может представлять собой любую скорость, которая является подходящей для целей осуществления описанной функции коалесцирования с использованием способов и систем, описанных в настоящем документе.

При использовании в настоящем документе термин «коалесцирующее устройство» означает любое устройство, подходящее для осуществления процессов коалесцирования. В определенных аспектах коалесцирующее устройство может быть сооружено и предназначено таким образом, как обсуждается выше по отношению к резервуару. Коалесцирующее устройство может быть сооружено из любого материала, подходящего для конкретных целей способов и систем, описанных в настоящем документе. В определенных вариантах осуществления коалесцирующее устройство может быть сооружено, например, из любого одного или нескольких материалов, таких как сталь, нержавеющая сталь, армированная стекловолокном пластмасса и поливинилхлоридный материал, пригодных для изготовления конструкции типа трубы или колонны. По меньшей мере, в одном аспекте коалесцирующее устройство может включать композитную среду. Некоторые аспекты включают коалесцирующее устройство, содержащее защитный материал, помещенный, по меньшей мере, у одного конца коалесцирующего устройства, для целей удерживания. По меньшей мере, в одном аспекте движение текучей среды через коалесцирующее устройство может осуществляться в направлении сверху вниз. В еще одном аспекте движение текучей среды через коалесцирующее устройство может осуществляться в направлении снизу вверх. В определенных вариантах осуществления одно или несколько коалесцирующих устройств могут быть расположены выше по потоку относительно одного или нескольких фильтровальных устройств. В других вариантах осуществления один или несколько коалесцирующих устройств могут быть расположены выше по потоку относительно одного или нескольких разделительных устройств.

В определенных аспектах, по меньшей мере, одно устройство из коалесцирующего устройства и фильтровального устройства может содержать композитную среду. Композитная среда может быть частично или полностью покрыта углеводородной жидкостью. Композитная среда может быть, по меньшей мере, частично или полностью покрыта углеводородной жидкостью в течение одного или нескольких процессов обработки, включая процедуры обратного промывания, фильтрования и коалесцирования. В определенных примерах одно или несколько коалесцирующих устройств могут содержать композитную среду, которая может быть частично покрытой углеводородной жидкостью. В некоторых примерах одно или несколько коалесцирующих устройств могут содержать композитную среду, которая может быть насыщена углеводородной жидкостью. При использовании в настоящем документе термин «насыщенный», когда его применяют по отношению к композитной среде, означает любую степень покрытия композитной среды углеводородной жидкостью, при том условии, что коалесцирование может быть осуществлено надлежащим образом. В других примерах одно или несколько фильтровальных устройств могут содержать композитную среду, которая не является насыщенной углеводородной жидкостью. При использовании в настоящем документе термин «ненасыщенный», когда его применяют по отношению к композитной среде, означает любую степень покрытия композитной среды, при том условии, что фильтрование может быть осуществлено надлежащим образом. В определенных аспектах одно или несколько фильтровальных устройств могут содержать композитную среду, которая может практически не содержать покрытия углеводородной жидкостью. По меньшей мере, в одном варианте осуществления композитная среда в коалесцирующем устройстве может быть насыщенной углеводородной жидкостью, и композитная среда в фильтровальном устройстве может быть не насыщенной углеводородной жидкостью.

В соответствии с определенными способами и системами, описанными в настоящем документе, предложена обрабатывающая система, причем один или несколько резервуаров могут иметь способность функционирования в качестве, по меньшей мере, одного устройства из коалесцирующего устройства и фильтровального устройства в течение одного или нескольких процессов обработки. Например, резервуар, содержащий композитную среду, способен функционировать в качестве фильтровального устройства до тех пор, пока композитная среда становится насыщенной углеводородной жидкостью, и тогда он способен функционировать в качестве коалесцирующего устройства. В других примерах может быть предложена обрабатывающая система, включающая первый резервуар, содержащий композитную среду, который может быть расположен выше по потоку относительно второго резервуара, содержащего композитную среду. Первый резервуар способен функционировать в качестве коалесцирующего устройства, и второй резервуар способен функционировать в качестве фильтровального устройства до тех пор, пока композитная среда во втором резервуаре не становится насыщенной нефтью. Первый резервуар можно подвергать обратному промыванию, и поток через обрабатывающую систему можно направлять таким образом, чтобы второй резервуар был расположен выше по потоку относительно первого резервуара. После этого второй резервуар способен функционировать в качестве коалесцирующего устройства, и первый резервуар способен функционировать в качестве фильтровального устройства до тех пор, пока композитная среда в первом устройстве не становится насыщенной нефтью. После этого второй резервуар можно подвергать обратному промыванию, и поток через обрабатывающую систему можно направлять таким образом, что первый резервуар может быть расположен выше по потоку относительно второго резервуара. Обрабатывающая система может включать один или несколько резервуаров, которые можно использовать раздельно или совместно, по меньшей мере, в одной конфигурации, такой как последовательная, параллельная и любая другая конфигурация, для получения одного или нескольких желательных выходящих потоков. В определенных примерах обрабатывающая система может дополнительно включать один или несколько дополнительных сепараторов. Один или несколько дополнительных сепараторов могут быть расположен выше по потоку или ниже по потоку относительно одного или нескольких резервуаров. Обрабатывающая система может быть расположена выше по потоку или ниже по потоку относительно, по меньшей мере, одного процесса из первичного, вторичного или третичного процесса, и она может быть расположена в качестве самостоятельной системы или процесса или может быть расположена в рамках другой системы или процесса.

В соответствии со способами и системами, описанными в настоящем документе, одно или несколько коалесцирующих устройств и фильтровальных устройств можно использовать раздельно или совместно, по меньшей мере, в одной конфигурации, такой как последовательная, параллельная и любая другая конфигурация, для получения одного или нескольких желательных выходящих потоков. В определенных вариантах осуществления одно или несколько фильтровальных устройств можно располагать в последовательной конфигурации с одной или несколькими параллельными цепочками, включающий одно или несколько фильтровальных устройств в последовательной конфигурации. В определенных аспектах один или несколько фильтровальных устройств можно располагать в первой последовательной конфигурации параллельно со второй последовательной конфигурацией. В определенных вариантах осуществления первая последовательная конфигурация может быть параллельной относительно второй последовательной конфигурации, которая, в свою очередь, является параллельной относительно третьей последовательной конфигурации и может также быть параллельной относительно одной или нескольких дополнительных последовательных конфигураций. По меньшей мере, в одном аспекте первая последовательность может быть предназначена, чтобы обрабатывать 100% поступающего исходного материала, в то время как вторая последовательность является пополняемой или самостоятельной. По меньшей мере, в одном варианте осуществления первый комплект из четырех фильтровальных устройств можно располагать в последовательной конфигурации параллельно относительно второго комплекта из четырех фильтровальных устройств, расположенных в последовательной конфигурации. Аналогичным образом, в определенных вариантах осуществления первое сочетание, по меньшей мере, одного коалесцирующего устройства и, по меньшей мере, одного фильтровального устройства можно располагать в последовательной конфигурации параллельно относительно второго сочетания, по меньшей мере, одного коалесцирующего устройства и, по меньшей мере, одного фильтровального устройства в последовательной конфигурации. В еще одном аспекте первая последовательность и вторая последовательность могут быть предназначены для обработки 100% поступающего исходного материала. В еще одном аспекте первая последовательность и вторая последовательность могут быть предназначены для обработки 50% поступающего исходного материала. В некоторых аспектах множество последовательностей можно предназначать для обработки заданного процентного соотношения поступающего исходного материала, составляющего, например, от приблизительно 1% до приблизительно 100% поступающего исходного материала, включая любое процентное соотношение между данными пределами процентного соотношения или любой интервал процентных соотношений между данными пределами процентного соотношения.

В определенных аспектах один или несколько фильтровальных устройств можно располагать выше по потоку или ниже по потоку относительно одного или нескольких коалесцирующих устройств. В других аспектах один или несколько коалесцирующих устройств можно располагать выше по потоку или ниже по потоку относительно одного или нескольких фильтровальных устройств. В соответствии с определенными аспектами, одно или несколько фильтровальных устройств, коалесцирующих устройств и любое их сочетание можно располагать ниже по потоку относительно, по меньшей мере, одного процесса из первичного, вторичного или третичного процессов обработки, как описано в настоящем документе. В следующем аспекте один или несколько фильтровальных устройств, коалесцирующмх устройств или любое их сочетание можно располагать выше по потоку относительно, по меньшей мере, одного процесса из вторичного или третичного процессов обработки, как описано в настоящем документе. Один или несколько фильтровальных устройств, коалесцирующих устройств или любое их сочетание можно располагать в любом месте в других системах или процессах для получения желательного выходящего потока.

В определенных аспектах композитная среда можно использовать в конструкциях, системах и процессах, которые могут не включать самостоятельный резервуар, содержащий композитную среду. Например, композитную среду можно располагать в конструкции, чтобы осуществлять, например, фильтрование или коалесцирование, и данную конструкцию можно располагать, по меньшей мере, частично внутри еще одного резервуара, в котором может или не может содержаться среда, и ее можно использовать для другой цели, отличной от фильтрования и коалесцирования. Конструкция, в которой расположена среда, может представлять собой подразделение резервуара, трубопровода или другого канала, который можно использовать в сочетании с резервуаром и более крупной системой. В определенных вариантах осуществления резервуар можно использовать, по меньшей мере, для одного процесса, такого как фильтрование и коалесцирование, и его можно использовать в сочетании со средой, расположенной в конструкции, для достижения желательного результат.

В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, композитная среда может быть способной функционировать одновременно в качестве коалесцирующего эмульгированную нефть устройства, а также в качестве фильтра свободной нефти. Скорость потока через резервуар, содержащий композитную среду, может определять поведение сочетания среды и резервуара. В определенных вариантах осуществления высокая скорость потока, составляющая, например, более чем приблизительно 100 галлонов в минуту на квадратный фут (6,79 м/с), может способствовать коалесцированию нефти, а низкая скорость потока, составляющая например, менее чем приблизительно 30 галлонов в минуту на квадратный фут (2,04 м/с), может позволять резервуару функционировать в качестве фильтровального устройства. По меньшей мере, в одном аспекте коалесцирование включает пропускание исходного потока через коалесцирующее устройство при скорости потока, которая может находиться в интервале от приблизительно 40 до приблизительно 250 галлонов в минуту на квадратный фут (от 2,72 до 16,98 м/с). В еще одном аспекте коалесцирование включает пропускание исходного потока через коалесцирующее устройство при скорости потока, которая может находиться в интервале от приблизительно 100 до приблизительно 200 галлонов в минуту на квадратный фут (от 6,79 до 13,58 м/с). В определенных аспектах фильтрование включает пропускание исходного потока через фильтровальное устройство при скорости потока, которая может составлять менее чем приблизительно 40 галлонов в минуту на квадратный фут (2,72 м/с). В других аспектах фильтрование включает пропускание исходного потока через фильтровальное устройство при скорости потока, которая может составлять менее чем приблизительно 30 галлонов в минуту на квадратный фут (2,04 м/с). По меньшей мере, в одном аспекте фильтрование включает пропускание исходного потока через фильтровальное устройство при скорости потока, которая может составлять менее чем приблизительно 20 галлонов в минуту на квадратный фут (1,36 м/с). В определенных вариантах осуществления расположение коалесцирующего устройства и фильтровального устройства в последовательной конфигурации может обеспечивать отделение эмульгированной нефти в воде от исходного потока.

В определенных аспектах, по меньшей мере, одно устройство из фильтровального устройства и коалесцирующего устройства может быть оборудовано системой отводящих труб. Данная система отводящих труб может включать одну или несколько отводящих труб, и она может быть сооружена и предназначена, чтобы осуществлять периодическое обратное промывание среды путем обеспечения желательного объема и/или скорости движения используемой для обратного промывания текучей среды в качающийся слой. При использовании в настоящем документе термин «качающийся слой» определен как движение среды в течение обратного промывания, при котором среда у второй стенки резервуара или рядом с ней может частично или полностью проходить через систему отводящих труб по направлению к первой стенке резервуара и обратно ко второй стенке резервуара. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, систему отводящих труб можно использовать в течение, по меньшей мере, одного из процессов, таких как процессы фильтрования и коалесцирования. Обратное промывание можно осуществлять, используя систему отводящих труб на месте, или его можно осуществлять без системы отводящих труб. Система отводящих труб может иметь такие размеры и формы, чтобы обеспечивать, по меньшей мере, желательный объем среды для осуществления обратного промывания и для работы в течение заданного периода времени в целях обратного промывания. Система отводящих труб может включать одну или несколько отводящих труб, расположенных в среде. При использовании в настоящем документе термин «отводящая труба» означает конструкцию, имеющую одну или несколько боковых стенок, открытых на обоих концах, которая при ее расположении в среде обеспечивает проток для движения среды в процессе обратного промывания. В определенных вариантах осуществления резервуар может иметь объем среды, который составляет от приблизительно четырехкратного до приблизительно шестикратного объема отводящей трубы или суммы объемов отводящих труб в системе отводящих труб.

Отводящая труба может быть изготовлена из любого материала, подходящего для конкретных целей способов и систем, описанных в настоящем документе. Например, отводящая труба может быть изготовлена из такого же материала, как резервуар, или для ее изготовления можно использовать материалы меньшей или большей плотности или меньшей или большей стоимости. Например, отводящую трубу можно изготавливать из пластмасс, включая армированные стекловолокном пластмассы. Отводящую трубу можно предварительно изготавливать для установки в резервуар или изготавливать в качестве части резервуара. По существу, отводящую трубу можно проектировать для модернизации действующих устройств для фильтрования и коалесцирования. Систему отводящих труб можно устанавливать на второй стенке резервуара. В качестве альтернативы, систему отводящих труб можно устанавливать на разделитель или удерживающую среду плиту, такую как перегородка или перфорированная плита, предназначенная для удерживания среды внутри области резервуара, обеспечивая в то же время поток жидкости и примесей в среду и из среды.

Индивидуальная отводящая труба может иметь размеры и формы согласно, по меньшей мере, одному желательному применению и объему среды, подвергаемой обратному промыванию, а также работать в течение заданного периода времени для операции обратного промывания. Отводящая труба можно также иметь такие размеры и формы, чтобы обеспечивать подходящее движение или подъем среды в процессе фильтрования или коалесцирования. Отводящая труба можно также иметь такие размеры и формы, чтобы обеспечивать желательный уровень перемешивания внутри отводящей трубы для частичной или полной очистки среды, в результате чего из среды высвобождается, по меньшей мере, часть нефти и суспендированных твердых веществ. Желательный объем системы отводящих труб может быть обеспечен одной отводящей трубой или множеством отводящих труб, у которых суммарный объем практически равняется желательному объему. Индивидуальная отводящая труба может иметь поперечное сечение любой формы, такой как круглая, эллиптическая, квадратная, прямоугольная или любая неправильная форма. Индивидуальная отводящая труба может иметь любую общую форму, такую как коническая, прямоугольная и цилиндрическая. В одном варианте осуществления отводящая труба представляет собой цилиндр. Отводящая труба может быть расположена в среде таким образом, чтобы быть полностью покрытой средой, а также чтобы быть полностью залитой средой. Один или оба конца отводящей трубы могут быть сооружены и предназначены, чтобы способствовать, по меньшей мере, одному из потоков среды в отводящую трубу или из нее. Например, боковая стенка на первом конце отводящей трубы может включать один или несколько вырезов, образующих протоки, которые позволяют некоторой части среды у первого конца отводящей трубы или вблизи него поступать через боковую стенку отводящей трубы. Вырезы, которые образуют протоки, могут иметь любую форму, обеспечивающую поступление достаточного объема среды в отводящую трубу. Например, вырезы могут иметь треугольную, квадратную, полукруглую или неправильную форму. Множество протоков могут быть идентичными друг другу и иметь равномерное расположение вокруг первого конца отводящей трубы, чтобы равномерно распределять поток среды в отводящей трубе. Отводящая труба может быть также открытой в нижней части, и в ней могут или не могут содержаться дополнительные вырезы.

Отводящая труба или отводящие трубы могут быть расположены в любом подходящем месте внутри среды. Например, одна отводящая труба может, но не обязательно должна занимать центральное положение по отношению к боковым стенкам резервуара. Аналогичным образом, множество отводящих труб в одном резервуаре могут иметь статистическое расположение, или их можно располагать равномерным образом по отношению к боковым стенкам резервуара. В одном варианте осуществления одна отводящая труба расположена в среде по отношению к резервуару таким образом, что ось, проходящая от каждого конца отводящей трубы, является коаксиальной по отношению к оси, параллельной боковой стенке резервуара. Множество отводящих труб в одном резервуаре могут, но не обязательно должны быть идентичными по объему или площади поперечного сечения. Например, один резервуар может включать цилиндрические, конические и прямоугольные отводящие трубы, имеющие различную высоту и площадь поперечного сечения. В одном варианте осуществления резервуар может включать первую отводящую трубу, занимающую центральное положение и имеющую первую площадь поперечного сечения, а также множество вторых отводящих труб, расположенных вблизи боковой стенки резервуара, причем каждая из вторых отводящих труб имеет вторую площадь поперечного сечения, которая меньше, чем первая площадь поперечного сечения. В еще одном варианте осуществления резервуар включает множество идентичных отводящих труб.

В еще одном варианте осуществления отводящая труба может включать перегородку для предотвращения или уменьшения обратного потока внутри отводящей трубы. Перегородка может иметь любые размеры и формы, подходящие для конкретной отводящей трубы. Например, перегородка может представлять собой пластину надлежащим образом расположенную на внутренней поверхности отводящей трубы, или цилиндр, расположенный в отводящей трубе. В одном варианте осуществления перегородка может представлять собой сплошной или полый цилиндр, занимающий центральное положение внутри отводящей трубы.

По меньшей мере, в одном аспекте при контакте исходного потока с композитной средой образуется обработанный поток, включающий заданная целевая концентрация углеводородной жидкости. В еще одном аспекте контакт композитной среды включает фильтрование исходного потока, причем заданная целевая концентрация углеводородной жидкости в обработанном потоке может быть меньше, чем концентрация углеводородной жидкости в исходном потоке. В определенных вариантах осуществления заданная целевая концентрация углеводородной жидкости в обработанном потоке может составлять менее чем приблизительно 10 частей на миллион. В других вариантах осуществления заданная целевая концентрация углеводородной жидкости в обработанном потоке может составлять менее чем приблизительно 5 частей на миллион. В некоторых вариантах осуществления, заданная целевая концентрация углеводородной жидкости в обработанном потоке может составлять менее чем приблизительно 30 частей на миллион. Целевая концентрация может представлять собой любую целевую концентрацию, которая соответствует одному или нескольким установленным требованиям, издаваемым в отношении концентрации выбросов. Например, целевая концентрация может представлять собой любую целевую концентрацию, составляющую от приблизительно 0 частей на миллион до приблизительно 200 частей на миллион, или любой интервал целевых концентраций между данными значениями целевой концентрации.

В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, при контакте исходного потока с композитной средой образуется обработанный поток, включающий заданное целевое процентное сокращение углеводородной жидкости в исходном потоке. Например, в определенных аспектах заданный целевой процентное сокращение углеводородной жидкости может составлять более чем приблизительно 40%, более чем приблизительно 50%, более чем приблизительно 60%, более чем приблизительно 70%, более чем приблизительно 80%, более чем приблизительно 90%, более чем приблизительно 95%, более чем приблизительно 98% и более чем приблизительно 99%. Целевое процентное сокращение может представлять собой любое процентное соотношение между данными значениями процентного соотношения или любой интервал процентных соотношений между данными значениями процентного соотношения.

В соответствии с определенными вариантами осуществления, контакт исходного потока с композитной средой могут включать коалесцирование исходного потока, причем заданная целевая концентрация углеводородной жидкости в обработанном потоке может представлять собой уменьшенную концентрацию эмульгированной углеводородной жидкости по сравнению с исходным потоком. При использовании в настоящем документе термин «эмульгированная углеводородная жидкость» означает углеводородную жидкость, которая содержит капли углеводородной жидкости, у которых диаметр составляет менее чем приблизительно 20 мкм. В определенных аспектах обработанный поток может содержать эмульгированную углеводородную жидкость в концентрации, которая составляет менее чем приблизительно 35 частей на миллион. В других аспектах исходный поток может содержать эмульгированную углеводородную жидкость в концентрации, которая составляет более чем приблизительно 40 частей на миллион.

В определенных вариантах осуществления исходный поток может содержать углеводородную жидкость, причем более чем приблизительно 50% массы углеводородной жидкости составляет эмульгированная углеводородная жидкость. По меньшей мере, в одном аспекте концентрация эмульгированной углеводородной жидкости в обработанном или коалесцированном потоке уменьшается по сравнению с исходным потоком на более чем приблизительно 50%. По меньшей мере, в одном варианте осуществления исходный поток может содержать углеводородную жидкость, причем более чем приблизительно 60% углеводородной жидкости составляет эмульгированная углеводородная жидкость. В других вариантах осуществления исходный поток может содержать углеводородную жидкость, причем более чем приблизительно 75% углеводородной жидкости составляет эмульгированная углеводородная жидкость. Исходный поток может содержать углеводородная жидкость, причем от приблизительно 0% до приблизительно 100% углеводородной жидкости составляет эмульгированная углеводородная жидкость. В определенных аспектах коалесцированный поток может содержать углеводородную жидкость, причем менее чем приблизительно 10% углеводородной жидкости составляет эмульгированная углеводородная жидкость. По меньшей мере, в одном аспекте коалесцированный поток может содержать углеводородную жидкость, причем менее чем приблизительно 5% углеводородной жидкости составляет эмульгированная углеводородная жидкость. Коалесцированный поток может содержать углеводородную жидкость, причем от приблизительно 0% до приблизительно 100% углеводородной жидкости составляет эмульгированная углеводородная жидкость.

В определенных аспектах способ обработки исходного потока может дополнительно включать измерение, по меньшей мере, одного свойства обработанного потока. По меньшей мере, в одном аспекте, по меньшей мере, одно измеренное свойство может представлять собой концентрацию углеводородной жидкости в обработанном потоке. В других аспектах, по меньшей мере, одно измеренное свойство может представлять собой скорость движения обработанного потока. В еще одном аспекте, по меньшей мере, одно измеренное свойство может представлять собой интенсивность обработанного потока. В соответствии с определенными вариантами осуществления, способ обработки исходного потока может дополнительно включать обратное промывание композитной среды на основании измерение, по меньшей мере, одного свойства обработанного потока для получения выходящей углеводородной жидкости. При использовании в настоящем документе термин «выходящая углеводородная жидкость» означает жидкость, которая включает углеводородную жидкость. В определенных аспектах обратное промывание композитной среды можно включать, начинать или осуществлять на основании измерения концентрации углеводородной жидкости в обработанном потоке, что может включать или начинать стадию обратного промывания. По меньшей мере, в одном аспекте обратное промывание композитной среды можно осуществлять на основании концентрации углеводородной жидкости в обработанном потоке, составляющей более чем приблизительно 10 частей на миллион. В еще одном аспекте обратное промывание композитной среды можно осуществлять на основании концентрации углеводородной жидкости в обработанном потоке, составляющей более чем приблизительно 30 частей на миллион. Обратное промывание может своим действием восстанавливать функциональность композитной среды. По меньшей мере, в одном аспекте способ обработки исходный поток могут дополнительно включать возвращение выходящей углеводородной жидкости в исходный поток. В некоторых аспектах способ может дополнительно включать перенос выходящей углеводородной жидкости на один или несколько первичных разделительные процессы. По меньшей мере, в одном аспекте один или несколько первичных разделительных процессов могут быть расположены выше по потоку относительно обрабатывающей системы. В других аспектах один или несколько первичных разделительных процессов могут быть расположены ниже по потоку относительно обрабатывающей системы. Выходящую углеводородную жидкость можно переносить на любой один или несколько процессов, которые являются подходящими для осуществления способов и систем, описанных в настоящем документе.

В соответствии с определенными вариантами осуществления, предложен способ обработки исходного потока, содержащего углеводородную жидкость и жидкость на водной основе, включающий пропускание исходного потока при первой скорости потока через коалесцирующее устройство, содержащее композитную среду, для получения коалесцированного потока. По меньшей мере, в одном аспекте способ может дополнительно включать пропускание коалесцированного потока при второй скорости потока через фильтровальное устройство, находящееся в соединении с коалесцирующим устройством и содержащее композитную среду для получения выходящего потока. Исходный поток, коалесцирующее устройство, композитная среда, коалесцированный поток, фильтровальное устройство, скорости потоков и выходящий поток можно обеспечивать и характеризовать, как обсуждается выше. В определенных аспектах способ может дополнительно включать сохранение концентрации углеводородной жидкости в выходящем потоке. В еще одном аспекте концентрацию углеводородной жидкости в выходящем потоке можно сохранять на уровне заданного целевого процентного сокращения. По меньшей мере, в одном аспекте концентрацию углеводородной жидкости в выходящем потоке можно сохранять на уровне, составляющем менее чем приблизительно 10 частей на миллион. В других аспектах способ может дополнительно включать обратное промывание, по меньшей мере, одного устройства из коалесцирующего устройства и фильтровального устройства. В некоторых аспектах способ может дополнительно включать обратное промывание, по меньшей мере, одного устройства из коалесцирующего устройства и фильтровального устройства на основании заданного временного интервала. В одном варианте осуществления заданный временной интервал может составлять приблизительно 4 часа. В определенных вариантах осуществления заданный временной интервал может составлять приблизительно 6 часов, приблизительно 8 часов, приблизительно 12 часов, или приблизительно 24 часов. Заданный временной интервал может представлять собой любой интервал между данными значениями или любой интервал значений между данными интервалами. Заданный временной интервал может представлять собой любой временной интервал, который является подходящим для осуществления способов и систем, описанных в настоящем документе.

По меньшей мере, в одном аспекте способ может дополнительно включать измерение, по меньшей мере, одного свойства коалесцированного потока. По меньшей мере, одно измеренное свойство может представлять собой, по меньшей мере, одно свойство из скорости потока, интенсивности потока и концентрации одного или нескольких компонентов коалесцированного потока. В определенных аспектах способ может дополнительно включать обратное промывание коалесцирующего устройства. В определенных аспектах способ может дополнительно включать обратное промывание коалесцирующего устройства на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства коалесцированного потока. В одном аспекте способ может дополнительно включать обратное промывание коалесцирующего устройства на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства коалесцированного потока для получения выходящей углеводородной жидкости.

В еще одном аспекте способ может дополнительно включать измерение, по меньшей мере, одного свойства выходящего потока. В определенных аспектах, по меньшей мере, одно измеренное свойство может представлять собой, по меньшей мере, одно свойство из интенсивности потока, скорости потока и концентрации одного или нескольких компонентов выходящего потока. В других аспектах, по меньшей мере, одно измеренное свойство может представлять собой концентрацию углеводородной жидкости в выходящем потоке. В определенных аспектах способ может дополнительно включать обратное промывание фильтровального устройства. В одном аспекте способ может дополнительно включать обратное промывание фильтровального устройства на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства выходящего потока. В одном варианте осуществления способ может дополнительно включать обратное промывание фильтровального устройства на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства выходящего потока для получения выходящей углеводородной жидкости.

Обратное промывание композитной среды можно осуществлять на основании дополнительных эксплуатационных характеристик обрабатывающей системы. Например, в определенных аспектах обратное промывание композитной среды можно осуществлять на основании падение давления, по меньшей мере, на одном устройстве из коалесцирующего устройства и фильтровального устройства. Например, датчик может производить сигнал, показывающий, что падение давления на слое среды, по меньшей мере, одного устройства из коалесцирующего устройства и фильтровального устройства достигло заданного значения. Этот сигнал может включать контроллер, который прерывает или иным образом воздействует на один или несколько потоков в обрабатывающей системе, чтобы инициировать процедуру обратное промывание.

В соответствии с определенными вариантами осуществления, предложен способ обработки исходного потока, содержащего углеводородную жидкость и жидкость на водной основе, включающий пропускание исходного потока через коалесцирующее устройство, содержащее композитную среду, включающую смесь материала на основе целлюлозы и полимера для получения коалесцированного потока. Исходный поток, коалесцирующее устройство, композитная среда и коалесцированный поток могут быть получены и охарактеризованы, как обсуждается выше. По меньшей мере, в одном варианте осуществления коалесцированный поток может содержать эмульгированную углеводородную жидкость в уменьшенной концентрации по сравнению с исходным потоком. Например, в определенных аспектах уменьшенный процентное соотношение эмульгированной углеводородной жидкости может составлять более чем приблизительно 10%, более чем приблизительно 20%, более чем приблизительно 30%, более чем приблизительно 40%, более чем приблизительно 50%, более чем приблизительно 60%, более чем приблизительно 70%, более чем приблизительно 80%, более чем приблизительно 90%, более чем приблизительно 95%, более чем приблизительно 98%, и более чем приблизительно 99%. Уменьшенный процентное соотношение может представлять собой любое процентное соотношение между данными процентными соотношениями или любой интервал значений процентного соотношения между данными процентными соотношениями.

В определенных аспектах способ может дополнительно включать пропускание коалесцированного потока через разделительное устройство для получения, по меньшей мере, одного потока из углеводородного жидкого потока и водного потока. Углеводородный жидкий поток, водный поток и разделительное устройство могут быть получены и охарактеризованы, как обсуждается выше. По меньшей мере, в одном аспекте коалесцированный поток может содержать капли углеводородной жидкости, у которых диаметр составляет, по меньшей мере, приблизительно 20 мкм. По меньшей мере, в одном аспекте коалесцированный поток может содержать капли углеводородной жидкости, у которых диаметр составляет, по меньшей мере, приблизительно 50 мкм. По меньшей мере, в одном аспекте разделительное устройство могут включать, по меньшей мере, одно устройство, такое как гидроциклон, фильтровальное устройство, гравитационное осадительное устройство и флотационное устройство. В определенных вариантах осуществления разделение коалесцированного потока на углеводородный жидкий поток и водный поток может включать пропускание коалесцированного потока, по меньшей мере, через одно устройство, такое как гидроциклонное устройство, фильтровальное устройство, гравитационное осадительное устройство и флотационное устройство. Подходящие гидроциклоны могут включать любые модели или типы, которые функционируют согласно способам и системам, описанным в настоящем документе. Гидроциклон может включать наклонный статический смеситель, чтобы усиливать или создавать поток циклонного типа. Подходящие флотационные устройства могут включать любые модели или типы, которые функционируют согласно способам и системам, описанным в настоящем документе. Неограничительные примеры флотационных устройств включают API, DAF, DGF и компактные флотационные устройства. Другие примеры разделительных устройств, которые являются подходящими для целей настоящего изобретения, включают гофрированные пластинчатые отсекатели (CPI). В определенных вариантах осуществления разделение может включать пропускание коалесцированного потока через фильтровальное устройство, как обсуждается в тексте настоящего описания.

В соответствии с определенными аспектами, способ может дополнительно включать измерение, по меньшей мере, одного свойства коалесцированного потока. В еще одном аспекте способ может дополнительно включать обратное промывание коалесцирующего устройства на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства коалесцированного потока для получения выходящей углеводородной жидкости. Измерение, по меньшей мере, одного свойства коалесцированного потока и обратное промывание можно осуществлять и характеризовать, как обсуждается выше.

В определенных неограничительных вариантах осуществления может быть предложена система для обработки исходного потока, содержащего углеводородную жидкость и жидкость на водной основе. Углеводородную жидкость и жидкость на водной основе можно получать и характеризовать, как обсуждается выше. По меньшей мере, в одном варианте осуществления система может дополнительно включать, по меньшей мере, одно коалесцирующее устройство в соединении с исходным потоком. В определенных аспектах, по меньшей мере, одно коалесцирующее устройство может содержать композитную среду, включающую смесь материала на основе целлюлозы и полимера. Коалесцирующее устройство и композитную среду можно получать и характеризовать, как обсуждается выше. В определенных вариантах осуществления система может дополнительно включать, по меньшей мере, один разделительное устройство в соединении с коалесцирующим устройством. Разделительное устройство можно получать и характеризовать, как обсуждается выше.

В соответствии с определенными аспектами, может быть предложен способ содействия. Способ может обеспечивать содействие для обрабатывающей системы. Способ может содействовать одной или нескольким частям ранее существующей обрабатывающей системы. Способ может содействовать самостоятельной обрабатывающей системе. В определенных вариантах осуществления способ может содействовать обрабатывающей системе для разделения. В других определенных вариантах осуществления способ может содействовать обрабатывающей системе для коалесцирования. В определенных аспектах способ может содействовать обрабатывающей системе, по меньшей мере, для одного процесса из коалесцирования и разделения. Способ может содействовать обрабатывающей системе для разделения исходного потока на углеводородную жидкость и жидкость на водной основе. Способ может содействовать обрабатывающей системе для коалесцирования исходного потока. Обрабатывающая система может включать, по меньшей мере, один резервуар. Способ содействия может включать изготовление композитной среды, содержащей смесь материала на основе целлюлозы и полимера и помещенной в резервуар, предназначенный для контакта с исходным потоком.

Фиг. 1 иллюстрирует схематическую последовательность технологических процессов обрабатывающей системы согласно одному или нескольким вариантам осуществления способов и систем, описанных в настоящем документе. Обрабатывающая система 10 включают исходный поток 100. Обрабатывающая система 10 могут включать один или несколько резервуары. В соответствии с определенными вариантами осуществления, один или несколько резервуаров могут представлять собой коалесцирующее устройство 102 и фильтровальное устройство 104. Фильтровальное устройство 104 может находиться в соединении и быть расположено ниже по потоку относительно коалесцирующего устройства 102. Как обсуждается выше, исходный поток 100 может проходить через коалесцирующее устройство 102 для получения коалесцированного потока 106. Как обсуждается выше, коалесцированный поток можно затем пропускать через фильтровальное устройство 104 для получения обработанного потока 108. В соответствии с предшествующим обсуждением, в течение операций обратного промывания, по меньшей мере, одно устройство из коалесцирующего устройства 102 и фильтровального устройства 104 способно производить углеводородный выходящий поток 110 и 112 соответственно. Обрабатывающая система 10 может дополнительно включать один или несколько насосов или клапанов для пропускания через систему, по меньшей мере, одного из потоков 100, 106, 108, 110 и 112.

Фиг. 2 иллюстрирует схематическую последовательность технологических процессов обрабатывающей системы согласно одному или нескольким вариантам осуществления способов и систем, описанных в настоящем документе. Обрабатывающая система 20 включают исходный поток 200, содержащий загрязненную нефтью отработавшую воду. Исходный поток 200 можно сначала пропускать в качестве впускного потока 212 через резервуар 202, где, по меньшей мере, некоторую часть нефти в отработавшей воде можно коалесцировать в более крупные капли. Резервуары 202 и 204 могут находиться в соединении с устройством для флотации растворенным воздухом (DAF) 206. Коалесцированный выходящий поток, выходящий из резервуара 202, можно затем вводить как коалесцированный поток 214 в устройство DAF 206, где отделяются более крупные капли нефти. Выходящий поток 216 из устройства DAF 206 можно затем пропускать как впускной поток 220 через резервуар 204, где можно отфильтровывать оставшуюся нефть для получения обработанного водного потока 218.

Обрабатывающая система 20 может быть сооружена и предназначена, чтобы после насыщения нефтью резервуара 204 резервуар 202 можно было подвергать обратному промыванию, используя источник 210 для обратного промывания. После осуществления обратного промывания резервуара 202 исходный поток 200 можно сначала пропускать как впускной поток 220 через резервуар 204, где можно коалесцировать, по меньшей мере, некоторую часть нефти в отработавшей воде. Коалесцированный выходящий поток, движущийся из резервуара 204, можно затем вводить как коалесцированный поток 214 в устройство DAF 206 для получения выходящего потока 216. Выходящий поток 216 можно затем пропускать как впускной поток 212 через резервуар 202, где можно отфильтровывать оставшуюся нефть для получения обработанного водного потока 218.

Аналогичным образом, когда резервуар 202 становится насыщенным нефтью, резервуар 204 можно подвергать обратному промыванию, используя источник 208 для обратного промывания. После осуществления обратного промывания резервуара 204 исходный поток 200 можно пропускать как впускной поток 212 через резервуар 202, и повторяется описанный выше процесс в циклическом режиме. По меньшей мере, одно из преимуществ использования обрабатывающей система 20 представляет собой гибкое осуществление процесса, что обеспечивает постоянное присутствие резервуара, насыщенного нефтью, который способен функционировать в качестве коалесцирование устройство. Это может приводить к повышению общей производительности системы, а также может снижать затраты, связанные с отделением нефти от отработавшей воды. Еще один преимущество может заключаться в том, что обратное промывание способно обеспечивать отделение твердых веществ, поскольку твердые вещества могут накапливаться в резервуарах, создавая высокие перепады давления и последующее снижение производительности. Присутствие устройства DAF 206 может повышать эффективность, обеспечивая более продолжительное время работы между обратными промываниями резервуаров 202 и 204, что приводит к уменьшению объемов обратного промывания. Потенциально система 20 способна устранять необходимость в первичном разделительном процессе, осуществляемом выше по потоку относительно ввода исходного материала 200. Это может обеспечивать уменьшение воздействия на окружающую среду и снижение эксплуатационных расходов, что является важным для морских систем и процессов.

Примеры

Системы и способы, описанные в настоящем документе, далее проиллюстрированы посредством следующих примеров, которые являются иллюстративными по своей природе и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.

Пример 1. Показатели эффективности среды

Данное исследование осуществляли, чтобы оценить эффективность разделения для среды различных типов. Исследовали среду четырех различных типов в отношении эффективности отделения нефти, включая скорлупу черных грецких орехов, тонкоизмельченные и просеянные частицы кленовой древесины, полиэтилен высокой плотности (HDPE) и композит, содержащий приблизительно 50-60 мас.% кленовой древесины и HDPE, составляющий остальную массу. Композит изготавливали, перемешивая частицы древесины и полиэтилена друг с другом, осуществляя экструзию смеси и затем нарезая полученный в результате материал на гранулы. Таблица 1 кратко представляет сравнение распределения по размеру частиц используемых типов среды.

Таблица 1
Описание и размер частиц каждой среды Материал Размер частиц среды Полиэтилен высокой плотности (HDPE) ~5-10 меш (2-4 мм) Композит ~5-10 меш (2-4 мм) Скорлупа черных грецких орехов ~12-16 меш (1,2-1,7 мм) Частицы кленовой древесины ~10-30 меш (0,6-2,0 мм)

Легкую аравийскую сырую нефть перекачивали в поток водопроводной воды ниже по потоку относительно центробежного насоса. Затем на смесь воздействовали сдвигающим усилием, используя полностью открытый шаровой клапан и статический смеситель, для получения тонкоизмельченных капель свободной нефти в воде при концентрации, составляющей 200 частей на миллион. После этого смесь нефти и воды пропускали через колонну среды сверху вниз. Исследовали колонны двух размеров. Первая колонна, изготовленная из поливинилхлоридной трубы диаметром 4 дюйма (10,16 см), не содержала отводящую трубу. Для данной конструкции требуется, чтобы среду удаляли из колонны, помещали в контейнер, а затем механически перемешивали для осуществления операция обратного промывания. Вторая колонна, изготовленная из поливинилхлоридной трубы диаметром 6 дюймов (15,24 см), была оборудована отводящей трубой диаметром 2 дюйма (5,08 см), расположенной в центре шестидюймовой трубы для целей осуществления операций обратного промывания. Для этой конструкции воздух вводили внутрь отводящей трубы, чтобы вызывать разжижение и перемешивание среды.

Смесь воды и нефти направляли через среду различных типов при скорости потока, составлявшей 13,5 галлонов в минуту на квадратный фут (0,92 м/с), и записывали значения суммарного объема обрабатываемой текучей среды. Образцы выходящего потока из колонны собирали и исследовали, используя технологию гравиметрического анализа и гексан согласно методу A стандарта ASTM 1664, чтобы определять концентрацию остаточной нефти, присутствующей в выходящем потоке на водной основе. Результат, составляющий более чем 10 частей на миллион нефти, рассматривали как уровень прорыва, и в этой точке исследование прекращали, и среду подвергали обратному промыванию для восстановления ее эффективности. Выходящий поток от обратного промывания можно возвращать обратно в систему. Например, выходящий поток от обратного промывания можно возвращать в точку выше по потоку относительно оборудования, такого как фазовый сепаратор или сепаратор по стандарту API. Массу загруженной нефти на кубический дюйм среды наносили на график зависимости от концентрации нефти в выходящем потоке, который представлен на фиг. 3. Результаты показали, что приблизительно четырехкратную массу нефти можно загружать в композитную среду по сравнению с любым из других материалов, прежде чем происходит прорыв. Был исследован каждый из двух индивидуальных компонентов композит, древесина и пластмасса (полимер), и ни один из них не проявил способность загрузки, сколько-нибудь близкую к способности композита. Это был неожиданный результат.

Без ограничения теорией, одно возможное объяснение полезных эффектов сочетания древесины и HDPE заключается в том, что эти два компонента проявляют различные адсорбционные свойства, и что синергия достигается сочетанием двух материалов. Второе возможное объяснение заключается в том, что форма композитных частиц способствует процессу разделение. Эти результаты показывают, что композитный материал по своей способности загрузки нефти в четыре раза превосходит современную имеющуюся в продаже среду, включающую скорлупу черных грецких орехов, и взятые индивидуально древесину или пластмассу (полимер).

Кроме того, было проведено исследование с использованием схемы, подобной схеме первого исследования, чтобы определить, пригодна ли композитная среда для осуществления обратного промывания. Изготавливали колонну из поливинилхлоридной трубы диаметром 6 дюймов (15,24 см), которая была оборудована отводящей трубой диаметром 2 дюйма (5,08 см), расположенной в центре шестидюймовой трубы для целей осуществления операций обратного промывания. Проводили последовательные проточные исследования с использованием содержащего воду и нефть исходного раствора, включающего 200 мг/л нефти, с композитной средой до тех пор, пока не наблюдался прорыв выходящего потока. После этого среду подвергали обратному промыванию, и проточные эксперименты повторяли еще два раза, чтобы определять, происходило ли снижение эффективности после каждого обратного промывания, которое свидетельствовало об ухудшении качества среды.

Массу загруженной нефти на кубический дюйм среды наносили на график зависимости от концентрации нефти в выходящем потоке, который представлен на фиг. 4. Результаты показали, что композитная среда была пригодна для осуществления обратного промывания с использованием такой же процедуры, которая в настоящее время используется в содержащей среду на основе скорлупы грецких орехов системе Monosep™ фирмы Siemens AG, без проявления уменьшения эффективности. В эксперименте 1 в композитную среду загружали 3500 г нефти, прежде чем наблюдался прорыв. В эксперименте 2 и эксперименте 3, которые заканчивались после введения 2200 г и 3100 г нефти, соответственно, концентрация нефти в выходящем потоке никогда не превышала 10 частей на миллион. В каждом из трех экспериментов, кратко представленных на фиг. 4, наблюдалось значительное превосходство эффективности по сравнению с другими исследованными типами среды, включая среду, содержащую скорлупу черных грецких орехов. Среда других типов, как правило, показывает прорыв уже после загрузки в среду от 800 до 1200 г нефти. Кроме того, исследование ухудшения свойств среды не показало значительной степени этого ухудшения после приблизительно пятимесячного перемешивания.

Результаты исследования показали, что композитная среда способна уменьшать концентрацию свободной нефти в исходном растворе от значения, составляющего 200 частей на миллион, до значения, составляющего менее чем 10 частей на миллион, концентрации свободной нефти в выходящем потоке из колонны в течение продолжительного периода времени. Исследование также осуществляли с исходным материалом, содержащим 500 частей на миллион свободной нефти (это типичная максимальная концентрация нефти во вторичных устройствах). Данные результаты показали, что эта композитная среда обладает потенциалом для использования не только в третичных устройствах, но также и во вторичных устройствах, имея возможность исключения необходимости третичной обработки.

Хотя исследование представляет результаты для композитной среды, включающей смесь кленовой древесины и HDPE, и процентное соотношение древесины в композитной смеси составляет приблизительно 50 масс.%, способы и системы, описанные в настоящем документе, не являются ограниченными данным процентным соотношением или этими конкретными типами материалов. Кроме того, способы и системы, описанные в настоящем документе, не являются ограниченными этими конкретными типами материалов на основе целлюлозы или полимеров.

Пример 2. Сравнение эффективности среды, содержащей кленовую древесину, и среды, содержащей скорлупу черных грецких орехов

Данное исследование осуществляли для сравнения эффективности разделения сред, содержащих измельченную кленовую древесину и скорлупу черных грецких орехов. Размер частиц среды из измельченной кленовой древесины составлял приблизительно от 10 до 30 меш (от 0,6 до 2,0 мм). Размер частиц среды из скорлупы черных грецких орехов составлял приблизительно от 12 до 16 меш (от 1,2 до 1,7 мм). Слой среды изготавливали из сечения поливинилхлоридной трубы диаметром 4 дюйма (10,16 см), которая была достаточно длинной, чтобы изготавливать слой среды длиной 60 дюймов (152,4 см), удерживаемый перегородкой, расположенной в нижней части. Для осуществления операции обратного промывания среду извлекали из колонны, помещали в контейнер объемом 5 галлонов (18,9 л) и механически перемешивали с помощью лопатки. В течение исследования одну и ту же среду повторно подвергали обратному промыванию и возвращали обратно в слой среды. Исходный раствор изготавливали из смеси воды и нефти, на которую воздействовали сдвигом, используя два шаровых клапана, чтобы получить мелкие капли нефти. Смесь воды и нефти пропускали через различные типы среды при трех различных скоростях потока, составлявших 13,5, 20,25 и 27 галлонов в минуту на квадратный фут (0,88, 1,37 и 1,83 м/с). Записывали значения суммарного объема текучей смеси, которую подвергали обработке. Образцы выходящего потока из колонны собирали и исследовали, используя технологию гравиметрического анализа и гексан, чтобы определять концентрацию остаточной нефти, присутствующей в выходящем потоке на водной основе. Результат, составляющий более чем 10 частей на миллион нефти, рассматривали как уровень прорыва, и в этой точке исследование прекращали, и среду подвергали обратному промыванию для восстановления ее эффективности.

Массу загруженной нефти на кубический дюйм среды наносили на график зависимости от концентрации нефти в выходящем потоке для каждой из трех скоростей потока, как представлено на фиг. 5-7. Результаты показывают, что было возможным обратное промывание содержащей древесину среды и ее повторное использование без возникновения снижения эффективности. Содержащая древесину среда превосходила содержащую скорлупу грецких орехов среду в отношении способности загрузки при исследовании в условиях, включающих каждую из трех скоростей потока. Кроме того, было определено, при увеличении скорости потока от 13,5 галлонов в минуту на квадратный фут (0,88, м/с) до 27 галлонов в минуту на квадратный фут (1,83 м/с), количество нефти, которое могло быть загружено в содержащую скорлупу грецких орехов среду перед прорывом, уменьшалось от 300 г до 250 г. Напротив, при использовании содержащей кленовую древесину среды наблюдалось весьма незначительное снижение эффективности, когда увеличивалась скорость потока. Способность увеличения скорости потока без возникновения снижения эффективности означает, что воздействие оборудования на окружающую среду можно в значительной степени уменьшать, что представляет собой основное преимущество по сравнению с существующими системами, особенно для целей морской переработки нефти.

Пример 3. Сочетание коалесцирующего устройства и фильтровального устройства

Данное исследование осуществляли, используя исходную воду, содержащую механически эмульгированную нефть, включая капли нефти, диаметр которых составлял менее чем 5-10 мкм. Для механического эмульгирования нефти в исходной воде два центробежных насоса устанавливали последовательно. Легкую аравийскую сырую нефть перекачивали на сторону всасывания первого насоса и затем через второй насос. Нефть, которая проходила через оба насоса, затем пропускали через шаровой клапан. Исходную воду перекачивали через коалесцирующее устройство, содержащее композитную среду с размером частиц от 5 до 10 меш (от 2 до 4 мм), которую составляли приблизительно 50% HDPE и 50% кленовой древесины, при высокой скорости потока для получения коалесцированного потока, включающего более крупные капли нефти. Коалесцирующее устройство изготавливали, используя содержащую композитную среду поливинилхлоридную трубу диаметром 4 дюйма (10,16 см) и длиной 8 футов (243,8 см). Исходную воду пропускали через коалесцирующее устройство при скорости потока, составляющей приблизительно 150 галлонов в минуту на квадратный фут (10,19 м/с). Коалесцирующее устройство изготавливали таким образом, что направление потока можно было переключать от направления сверху вниз к направлению снизу вверх каждые 4 часа.

Нефть можно было отделять от коалесцированного потока путем ее перекачивания через фильтровальное устройство, содержащее композитную среду, при меньшей скорости потока для получения выходящего потока. Фильтровальное устройство изготавливали, используя содержащую композитную среду поливинилхлоридную трубу диаметром 12 дюймов (30,48 см) и длиной 66 дюймов (167,64 см). Фильтровальное устройство было оборудовано отводящей трубой диаметром 4 дюйма (10,16 см) и длиной 4 фута (121,92 см), расположенной в нижней части фильтровального устройства, и впуском для введения воздуха. Направление потока в фильтровальном устройстве изменяли на противоположно, и вводили воздух, чтобы осуществлять процесс обратного промывания среды каждые 4-6 часов, в зависимости от эффективности. Коалесцированный поток пропускали через фильтровальное устройство при скорости потока, составляющей приблизительно 20 галлонов в минуту на квадратный фут (0,136 м/с). Перегородки использовали одновременно на коалесцирующем устройстве и фильтровальном устройстве, содержащем среду.

Для определения концентрации эмульгированной нефти в исходной воде и в выходящем потоке использовали флуоресцентный прибор для определения нефти в воде Turner TD-500™ фирмы Turner Designs Hydrocarbon Instruments, Inc. (Фресно, штат Калифорния). Образцы сначала собирали в делительной воронке и выдерживали в неподвижном состоянии для отстаивания в течение 30 минут. Для целей измерения образцы затем отбирали из центра делительной воронки и анализировали на содержание нефти.

Сбор данных осуществляли из коалесцирующего устройства, когда оно было заполнено средой, а также из обвода коалесцирующего устройства и перехода к фильтровальному устройству. Образцы исходной воды собирали ниже по потоку относительно питательных насосов и шарового клапана и выше по потоку относительно коалесцирующего устройства. Образцы выходящего потока собирали ниже по потоку относительно фильтровального устройства.

Таблица 2 представляет результаты сбора данных при обводе коалесцирующего устройства и направлении исходной воды непосредственно в фильтровальное устройство.

Таблица 2
Результаты обвода коалесцирующего устройства Время (часов) Суммарное содержание нефти в исходном потоке
(частей на миллион) Суммарное содержание нефти в выходящем потоке (частей на миллион) 0 1776 390 4 1025 105 5 817 244 6,5 1840 415 7 1115 232

Результаты показывают, что фильтровальное устройство было способно отделять некоторое количество нефти от исходной воды.

Коалесцирующее устройство затем возвращали в линию, устанавливая его выше по потоку относительно фильтровального устройства. Результаты сочетания коалесцирующего устройства и фильтровального устройства представлены в таблице 3.

Таблица 3
Результаты коалесцирующего устройства с последующим фильтровальным устройством Время (часов) Суммарное содержание нефти в исходном потоке (частей на миллион) Суммарное содержание нефти в выходящем потоке (частей на миллион) Содержание эмульгированной нефти в исходном потоке (частей на миллион) Содержание эмульгированной нефти в выходящем потоке (частей на миллион) 1,17 529,9^∗ 62 532,2^∗ 36,2 3,42 284,8 47,5 223,2 27,1 4,50 433,4 49,6 397,7 28,4 4,75 646,4^∗ 43,2 717,0^∗ 24,5

Результаты показывают, что композитная среда способна одновременно функционировать в коалесцирующем эмульгированную нефть устройство, а также в фильтре свободной нефти. Скорость потока через резервуар, содержащий композитную среду, может определять поведение сочетания среды и резервуара. Высокая скорость потока через резервуар, составляющая, например, более чем приблизительно 100 галлонов в минуту на квадратный фут (6,79 м/с), может способствовать коалесцированию нефти, а меньшая скорость потока через резервуар, составляющая, например, менее чем приблизительно 27 галлонов в минуту на квадратный фут (1,93 м/с), может позволять резервуару функционировать в качестве фильтровального устройства. Последовательная установка коалесцирующего устройства и фильтровального устройства позволяет отделять от потока отработавшей воды механически эмульгированную в высокой степени нефть в воде.

Сочетание коалесцирующего устройства и фильтровального устройства обеспечивает объединение вторичного и третичного разделения с малым воздействием на окружающую среду, которое может оказаться преимущественным для морских установок. Результаты исследования также показывают, что большое количество композитной среды и низкий перепад давления уменьшают возможность закупоривания слоя среды в коалесцирующем устройстве и фильтровальном устройстве. Кроме того, композитная среда оказалась пригодной для успешного обратного промывания отделяющей нефть среды. Когда композитная среда становится закупоренной, обратное промывание с помощью отводящей трубы оказывается эффективной для удаления твердых веществ и других примесей, которые создают эту возможность закупоривания. Это представляет собой большое преимущество по сравнению с плотно упакованной средой, например, скорлупой грецких орехов, или непригодной для обратного промывания неподвижной средой, которую используют, например, в гофрированных пластинчатых сепараторах.

Пример 4. Сочетание коалесцирующего устройства и гофрированного пластинчатого отсекателя

Данное исследование осуществляли, используя исходную воду, содержащую механически эмульгированную нефть, включающую капли нефти, диметр которых составлял менее чем 5-10 мкм. Для механического эмульгирования нефти в исходной воде два центробежных насоса были установлены последовательно. Легкую аравийскую сырую нефть перекачивали на сторону всасывания первого насоса и затем через второй насос. После этого нефть, которая прошла оба насоса, пропускали через шаровой клапан. Исходную воду перекачивали через коалесцирующее устройство, содержащее композитную среду с размером частиц от 5 до 10 меш (от 2 до 4 мм), которую составляли приблизительно 50% HDPE и 50% кленовой древесины, при высокой скорости потока для получения коалесцированного потока, включающего более крупные капли нефти. Коалесцирующее устройство изготавливали, используя содержащую композитную среду поливинилхлоридную трубу диаметром 6 дюймов (15,24 см) и длиной 80 дюймов (203,2 см). Труба содержала фланец на каждом конце, и каждый фланец был покрыт перегородкой, чтобы удерживать среду на месте внутри колонны. Исходную воду пропускали через коалесцирующее устройство при скорости потока, составлявшей приблизительно 100 галлонов в минуту на квадратный фут (6,79 м/с).

После этого нефть можно было отделять от коалесцированного потока путем его пропускания через сепаратор типа гофрированного пластинчатого отсекателя (CPI), который был расположен ниже по потоку относительно коалесцирующего устройства. В устройстве CPI используются разделительные пластины для создания неподвижно зоны, что позволяло обеспечивать флотацию капель нефти и отделять их от поступающей для очистки воды. Отделенная нефть поднималась по разделительным пластинам в верхнюю часть устройства, где ее снимали, используя регулируемый измерительный водослив. Чистая вода вытекала вверх через выпускное отделение, а затем над регулируемым измерительным водосливом, прежде чем она выходила из устройства.

Для определения концентрации эмульгированной нефти в исходной воде и выходящем потоке использовали флуоресцентный прибор Turner TD-500™, который определяет содержание нефти в воде. Образцы сначала собирали в делительной воронке и выдерживали для отстаивания в течение 30 минут. Для целей измерения образцы затем отбирали из центра делительной воронки и анализировали на содержание нефти.

Данные собирали из коалесцирующего устройства, когда оно было наполнено средой, а также когда оно было пустым, перед пропусканием коалесцированного потока через устройство CPI. Результаты исследования, выполненного в условиях, в которых среда отсутствовала в коалесцирующем устройстве, представлены в таблицах 4 и 5.

Таблица 4
Результаты исследований, выполненных в условиях отсутствия среды в коалесцирующем устройстве и в расположенном ниже по потоку устройстве CPI Время (часов) Суммарное содержание нефти в исходном потоке (частей на миллион) Содержание эмульгированной нефти в исходном потоке (частей на миллион) Суммарное содержание нефти на выпуске коалесцирующего устройства (частей на миллион) Содержание эмульгированной нефти на выпуске коалесцирующего устройства (частей на миллион) Суммарное содержание нефти на выпуске устройства CPI (частей на миллион) Содержание эмульгированной нефти на выпуске устройства CPI (частей на миллион) 1,3 141,4 78,9 107,6 73,5 84,6 92,3 2 158,9 100,8 99,6 57,2 72,6 66,7

Таблица 5
Содержание эмульгированной нефти по данным исследований, выполненных в условиях отсутствия среды в коалесцирующем устройстве и в расположенном ниже по потоку устройстве CPI Процентное содержание эмульгированной нефти в исходном потоке Процентное содержание эмульгированной нефти на выпуске коалесцирующего устройства 55,8 68,3 63,4 57,4

Результаты исследования, выполненного с пустым коалесцирующим устройством (при отсутствии среды) показали, что почти вся нефть в исходной воде была эмульгирована и не отделялась в системе. Это подтверждается тем, что при сравнении процентного соотношения эмульгированной нефти в исходном потоке и процентного соотношения эмульгированной нефти в выходящем потоке из коалесцирующего устройства это соотношение увеличивалось (как в момент времени через 1,2 часа) или лишь умеренно уменьшалось (как в момент времени через 2 часа).

Затем собирали данные исследований после наполнения резервуара композитной средой и насыщением нефтью. Первое исследование проводили, используя среду в качестве коалесцирующего устройства и анализируя исходный поток и выходящий поток из коалесцирующего устройства в отношении свободной и эмульгированной нефти. Результаты данного исследования представлены в таблице 6. В отличие от представленных результатов эксперимента с отсутствием среды, результаты с использованием среды показали значительное уменьшение концентрации эмульгированной нефти в коалесцированном потоке по сравнению с исходным потоком

Таблица 6
Результаты исследования с коалесцирующим устройством, заполненным средой Время (часов) Суммарное содержание нефти в исходном потоке (частей на миллион) Содержание эмульгированной нефти в исходном потоке (частей на миллион) Суммарное содержание нефти на выпуске коалесцирующего устройства (частей на миллион) Содержание эмульгированной нефти на выпуске коалесцирующего устройства (частей на миллион) 0,25 132,7 92,6 149,5 35,4 2,75 151,2 105,8 111,5 34,4 5,75 132,0 142,5 198,6 21,8 8,00 171,6 57,6 143,6 25,7

Результаты исследования, проведенного с коалесцирующим устройством, заполненным композитной средой, представлены в таблицах 7 и 8. И в этом случае результаты с использованием среды показали значительное уменьшение с течением времени концентрации эмульгированной нефти в коалесцированном потоке по сравнению с исходным материалом. Кроме того, устройство CPI было способно резко уменьшать суммарную концентрацию нефти в коалесцированном потоке, при одновременном сохранении нефть в коалесцированной форме.

Таблица 7
Результаты с коалесцирующим устройством, заполненным композитной средой, и расположенным ниже по потоку устройством CPI Время (часов) Суммарное содержание нефти в исходном потоке (частей на миллион) Содержание эмульгированной нефти в исходном потоке (частей на миллион) Суммарное содержание нефти в выходящем потоке из коалесцирующего устройства (частей на миллион) Содержание эмульгированной нефти в выходящем потоке из коалесцирующего устройства (частей на миллион) Суммарное содержание нефти в выходящем потоке из устройства CPI (частей на миллион) Содержание эмульгиро-ванной нефти в выходящем потоке из устройства CPI (частей на миллион) 1,42 101,5 40,6 128,2 35,3 22,5 20,6 3,42 102,7 71,3 203,3 30,6 25,9 19,5 5,42 157,5 90 178,3 32,8 20,8 15,2

Таблица 8
Содержание эмульгированной нефти по результатам исследования с коалесцирующим устройством, заполненным композитной средой, и расположенным ниже по потоку устройством CPI Процентное содержание эмульгированной нефти в исходном потоке Процентное содержание эмульгированной нефти в выходящем потоке 40 27,5 69,4 15,1 57,1 18,4

Пример 5. Сочетание множества короткослойных коалесцирующих устройств

Гипотетический пример проведения процесса с использованием множества короткослойных коалесцирующих устройств (MSBC) проиллюстрирован на фиг. 8. Две цепочки, каждая из которых содержит по 4 резервуара, можно заполнять композитной средой, содержащей частицы размером от 5 до 10 меш (от 2 до 4 мм) и состоящей из приблизительно 50% HDPE и 50% кленовой древесины. Каждый резервуар может иметь длину, составляющую приблизительно 18 дюймов (45,72 см). Каждая цепочка может быть предназначена для содержания 100% исходной воды. В ходе нормальной работы две цепочки можно устанавливать параллельно, чтобы в каждую цепочку поступало по 50% исходного потока. Систему можно сконструировать таким образом, что одна цепочка может быть изолированной в течение некоторого времени и принимать 100% исходного потока. Это может способствовать очистке среды путем удвоения скорости потока, что может своим действием удалять избыток нефти, которая накапливается в среде. Предшествующее исследование показало, что при увеличении скорости потока выше 40 галлонов в минуту на квадратный фут (2,72 м/с) композитная среда больше не способна отфильтровывать нефть. При увеличении скорости потока через резервуар можно вымывать избыток нефти.

Конструкция может также допускать изменение направления исходного потока через каждый резервуар для целей уменьшения закупоривания твердыми веществами, когда каждая цепочка принимает по 50% исходного потока. Предшествующее исследование показало, что твердые вещества начинают собираться на стороне впуска резервуара. При изменении направления потока через резервуар твердые вещества можно вымывать из системы. Нижнюю и верхнюю часть каждого резервуара можно оборудовать перегородкой для сохранения среды в резервуаре.

Пример 6. Исследование коалесцирующего устройства

Был проведен ряд исследований для оценки способности композитной среды коалесцировать механически эмульгированную нефть в более крупные капли нефти, которые можно удалять, используя технологию флотационного отделения нефти. Согласно общему правилу, флотационные технологии способы удалять только капли, у которых диаметр составляет более чем 50 мкм.

Исследование проводили согласно технологической схеме, проиллюстрированной на фиг. 9. Обрабатывающая система 30 включает исходный поток 200, содержащий нефть и воду, который сначала перекачивают в питательную линию с помощью насоса 302. После пропускания через насос 302, поток нефти и воды проходит через два центробежных питательных насоса 304 и 306, которые установлены последовательно, причем насос 306 расположен ниже по потоку относительно насоса 304. Насосы 304 и 306 служат для механического эмульгирования нефти перед ее перекачиванием в коалесцирующее устройство. Шаровой клапан 308 расположен ниже по потоку относительно насосов 304 и 306. Эмульгированный поток 210 проходит через коалесцирующее устройство 312 и выходит из коалесцирующего устройства как коалесцированный поток 316. После пропускания через коалесцирующее устройство, коалесцированный поток 316 направляется в сепаратор CPI 314 для получения выходящего потока 318.

Данные фоновых исследований получали перекачиванием механически эмульгированной нефти через пустое коалесцирующее устройство. У коалесцирующего устройства диаметр составлял 6 дюймов (15,24 см), и длина составляла 90 дюймов (228,6 см). Интенсивность потока составляла 50 галлонов в минуту (3,155 л/с), что соответствовало скорости потока, составляющей 240 галлонов в минуту на квадратный фут (16,98 м/с). Образцы исходной воды и выходящего потока из CPI собирали и анализировали на концентрацию нефти. Результаты фоновых исследований проиллюстрированы на фиг. 10. Эти данные показывают, что пустой резервуар не осуществлял эффективное коалесцирование эмульгированной нефти, о чем свидетельствовала высокая концентрация нефти в выходящем потоке из CPI. Сепаратор CPI был способен удалять только 48% от суммарного содержания нефти в исходном потоке, когда был пустым коалесцирующий резервуар.

После этого резервуар заполняли композитной средой на длину 80 дюймов (203,2 см) и исследование повторяли. В неочищенной исходной воде начальная концентрация нефти составляла приблизительно 125 мг/л, причем эмульгированная доля этой нефти составляла в среднем 75%. Фиг. 11 иллюстрирует результаты, полученные в ходе данного исследования. Эти результаты показали, что коалесцирующее устройство эффективно коалесцировало эмульгированную нефть в более крупные капли, которые можно было отделять, используя сепаратор CPI. Среда оказалась эффективной для коалесцирования эмульгированной нефти в более крупные капли, которые можно было отделять, используя устройство CPI. Результаты представляют, что концентрация нефти в выходящем потоке из устройства CPI составляла менее 25 мг/л для всех собранных образцов. Когда резервуар был пустым, концентрация нефти в выходящем потоке из устройства CPI составляла в среднем 78 мг/л. Это означает, что коалесцирующий резервуар, заполненный композитной объемной средой, улучшал эффективность устройства CPI, обеспечивая суммарное удаление нефти, составляющее 81%, по сравнению с 48% для случая, когда резервуар был пустым.

Последующий анализ концентрации нефти проводили, собирая образцы исходного потока и выходящего потока из коалесцирующего устройства в делительную воронку. Образцы собирали в делительную воронку, и немедленно включали секундомер. Образцы затем собирали из нижней части делительной воронки, чтобы определять, насколько быстро начинается флотация нефти. Таблица 9 представляет результаты, полученные в ходе данного исследования.

Таблица 9
Анализ флотации в делительной воронке Время исходного потока (минут) Содержание нефти в исходном потоке (частей на миллион) Время выходящего потока из коалесцирующего устройства (минут) Содержание нефти в выходящем потоке из коалесцирующего устройства (частей на миллион) Итого 92,6 Итого 153,8 1 78,3 1 18,6 2 75,9 2 12,9 4 71,6 4 8,9 6 76,9 6 11,3 8 79 8 11,8 10 76,6 10 17,4 30 41 30 7,8

Результаты показывают, что нефть в исходном потоке была эмульгирована в высокой степени (более 50%), и ее подъем не был очень быстрым. Образец из коалесцирующего устройства содержал только 5% эмульгированной нефти. Основная масса нефти в выходящем потоке из коалесцирующего устройства было способно к флотации через 1 минуту, что свидетельствовало о присутствии очень крупных капель нефти в образце.

Кроме того, проводили исследование для анализа размера капель нефти. В данном исследовании использовали коалесцирующее устройство высотой 72 дюйма (182,88 см) и диаметром 6 дюймов (15,24 см). Вместо двух центробежных насосов в данном процессе использовали один более крупный центробежный насос, который возвращал 75% потока в коалесцирующее устройство для повышения концентрации механически эмульгированной нефти в исходном потоке.

Анализатор размера частиц жидкости модели VD4912-456 фирмы JM Canty, Inc. (Буффало, штат Нью-Йорк) использовали для сбора данных анализа размера капель нефти. Данный анализатор размера частиц был оборудован высокоскоростной камерой, которая осуществляла видеозапись образцов воды. Эту видеозапись анализировали, используя программное обеспечение, которое позволяло измерять каждую каплю нефти. Анализатор размера частиц был способен измерять капли нефти, диаметр которых составлял от 0,7 до 2000 мкм.

Данные собирали в течение восьмичасового исследования, проводимого с коалесцирующим устройством, которое работало при скорости потока, составляющей 100 галлонов в минуту на квадратный фут (6,79 м/с). Каждый час образцы исходного и выходящего потока направляли в анализатор размера частиц фирмы JM Canty, Inc. для получения результатов анализа размера капель нефти. Фиг. 12 представляет все данные, собранные в течение этого периода времени. Как правило, традиционные флотационные технологии способны гарантировать удаление капель нефти, диаметр которых составляет более чем 50 мкм, но обычно они оказываются неспособными удалять капли, диаметр которых составляет менее чем 50 мкм.

Фиг. 12 представляет процентное соотношение нефтяных капель в данном образце, у которых диаметр составляет более чем 50 мкм. В ходе проведения восьмичасового исследования среднее содержание нефтяных капель, у которых диаметр составлял более чем 50 мкм, в исходном потоке составляло 26,8%. После пропускания через коалесцирующее устройство, капли нефти в выходящем потоке увеличивались, и в среднем 88,2% из них имели диаметр, составляющий более чем 50 мкм. Это показывает, что если бы неочищенная исходная вода была направлена в традиционное флотационное устройство, было бы отделено только 26,8% нефти. Если бы такая же неочищенная исходная вода была вместо этого пропущена через коалесцирующее устройство перед флотационным устройством, было бы отделено 88,2% нефти. За счет пропускания неочищенного исходного потока через коалесцирующее устройство эффективность повышается 329% по сравнению с традиционным флотационным устройством.

Фиг. 13 и 14 представляют необработанные данные, которые получали, используя анализатор размера частиц фирмы JM Canty, Inc. В течение анализа капли нефти группировали по интервалам размеров, что обеспечивало более эффективный анализ данных. Фиг. 13 представляет график с результатами анализа размеров капель нефти, полученными в анализаторе размера частиц для образцов неочищенного исходного материала, и фиг. 14 представляет график с результатами анализа размеров капель нефти, полученными для образцов выходящего потока из коалесцирующего устройства.

В течение анализа снимали фотографии каждого исследуемого образца. Эти фотографии показали, что исходный поток содержит очень высокую концентрацию мелких капель нефти. Напротив, выходящий поток из коалесцирующего устройства содержит менее высокую концентрацию мелких нефтяных капель. Число капель нефти было меньше, а их размер был значительно больше, например, по меньшей мере, в одном эксперименте была обнаружена капля с диаметром 121 мкм. Результаты данного исследования показали, что коалесцирующее устройство способно производить коалесцированный поток, в котором более 50% капель имеют диаметр, составляющий более чем 50 мкм. Кроме того, коалесцирующее устройство оказалось способным производить согласованные результаты в течение периода времени, составляющего, по меньшей мере, шесть часов.

Пример 7. Эффективность композитной среды, содержащей сосновую древесину и полипропилен

Данное исследование осуществляли, чтобы оценить эффективность разделения для композитной среды, содержащей сосновую древесину и полипропилен. Эта композитная среда содержала приблизительно 70% сосновой древесины и приблизительно 30% полипропилена. Композит изготавливали путем совместного перемешивания частиц древесин и полипропилена, экструдирования смеси и последующего измельчения полученного в результате материала на гранулы. Нефть перекачивали в выпуск питательного насоса. Смесь затем подвергали сдвигу, используя полностью открытый шаровой клапан и статический смеситель, чтобы получить тонкоизмельченные свободные нефтяные капли в воде при концентрации, составляющей 200 частей на миллион. После этого смесь нефти и воды пропускали через колонну среды сверху вниз. Колонна имела диаметр 4 дюйма (10,16 см), и глубина слоя среды составляла 60 дюймов (152,4 см).

Исходную воду пропускали через композитную среду при скорости потока, составляющей 20 галлонов в минуту на квадратный фут (1,36 м/с).

Измеряли давление на впуске и выпуске колонна, скорость потока и концентрацию нефти в выходящем потоке. Результаты исследования представлены ниже в таблице 10.

Таблица 10
Результаты исследования композитной среды, содержащей сосновую древесину и полипропилен Время (часов) Скорость потока (галлонов в минуту) Давление на впуске (фунтов на квадратный дюйм) Давление на выпуске (фунтов на квадратный дюйм) Объем нефти (мл) Количество добавленной нефти (г) Вычисленная концентрация добавленной нефти (мг/л) Суммарное содержание нефти в выходящем потоке (частей на миллион) 0,0 1,8 25 25 1800       0,5 1,8 25 25 1750 45 220,2 3,3 1,0 1,8 25 25 1700 90 220,2 2,6 1,5 1,8 25 25 1650 135 220,2 3,2

Массу загруженной нефти на кубический дюйм среда наносили на график зависимости от концентрации нефти в выходящем потоке, который представлен на фиг. 15. Результаты исследования показали, что содержащая сосновую древесину и полипропилен композитная среда способна уменьшать концентрацию свободной нефти в исходном растворе от значения, составляющего 200 частей на миллион свободной нефти, до значения, составляющего менее чем 10 частей на миллион в выходящем потоке из колонны, в течение продолжительного периода времени. Кроме того, в ходе данного исследования наблюдалось лишь незначительное или нулевое падение давления по длине колонны и изменение скорости потока.

Данный пример демонстрирует эффективность еще одной содержащей древесину и полимер композитной среды и представляет, что еще один соотношение (70:30) древесины и полимера способно обеспечивать эффективное фильтрование и разделение нефти и воды.

Системы и способы, описанные в настоящем документе, не являются ограниченными в своем применении подробностями конструкции и устройства компонентов, которые представлены в описании или проиллюстрированы на чертежах. Настоящее изобретение приспособлено для других вариантов осуществления, и его можно практически реализовывать или выполнять, используя разнообразные пути. Кроме того, фразеология и терминология, используемые в настоящем документе, предназначены для цели описания, и их не следует рассматривать в качестве ограничений. Использование терминов «включающий», «включающий», «предусматривающий», «имеющий», «содержащий», «характеризуемый», «отличающийся» и соответствующих вариаций в настоящем документе предназначено для распространения на перечисленные после них предметы, их эквиваленты, а также альтернативные варианты осуществления, состоящие исключительно из перечисленных после них предметов. Использование порядковых числительных, таких как «первый», «второй», «третий» и т.п. в формуле изобретения для обозначения ее пунктов само по себе не придает данным пунктам никакого приоритета.

Хотя выше описаны примерные варианты осуществления настоящего изобретения, в настоящем документе можно осуществлять многочисленные модификации, дополнения и исключения без отклонения от идеи и выхода за пределы объема настоящего изобретения и его эквивалентов, как определено в следующей формуле изобретения.

Специалисты в данной области техники смогут легко определить, что разнообразные параметры и конфигурации, описанные в настоящем документе, предназначены в качестве примеров, и что фактические параметры и конфигурации будут зависеть от конкретного применения, для которого предназначены системы и способы, относящиеся к процессам разделительной обработки с использованием композитной среды согласно настоящему изобретению. Специалисты в данной области техники признают или могут оценивать, используя не более чем стандартные эксперименты, многочисленные эквиваленты конкретных вариантов осуществления, описанных в настоящем документе. Например, специалисты в данной области техники могут признать, что устройство и его компоненты согласно настоящему изобретению могут дополнительно включать сеть систем или представлять собой компонент процесса разделительной обработки с использованием системы композитной среды. Таким образом, следует понимать, что перечисленные выше варианты осуществления представлены исключительно в качестве примера, и что в пределах объема пунктов прилагаемой формулы изобретения и соответствующих эквивалентов описанные процессы разделительной обработки с использованием систем и способов на основе композитной среды можно практически осуществлять иным образом, чем представляет конкретное описание. Системы и способы согласно настоящему изобретению относятся к каждой индивидуальной отличительной характеристики или способу, которые описаны в настоящем документе. Кроме того, любое сочетание двух или более таких отличительных характеристик, устройств или способов, если такие отличительные характеристики, устройства или способы не являются взаимно противоречащими, включается в объем настоящего изобретения.

Кроме того, следует понимать, что разнообразные изменения, модификации, и усовершенствования являются вполне очевидными для специалистов в данной области техники. Такие изменения, модификации, и усовершенствования представляют собой часть настоящего изобретения и должны соответствовать идее и объему настоящего изобретения. Например, существующее предприятие можно модифицировать, чтобы использовать или внедрять любой один или несколько из аспектов настоящего изобретения. Таким образом, в некоторых случаях, данные системы и способы могут предусматривать соединение или конфигурирование существующего предприятия для включения процессов разделительной обработки с использованием композитной среды. Соответственно, приведенные выше описания и чертежи предназначены исключительно в качестве примеров. Кроме того, изображения на чертежах не ограничивают настоящее изобретение конкретными проиллюстрированными представлениями.

Изобретение относится к вариантам способа обработки исходного потока, включающего углеводородную жидкость и жидкость на водной основе. Один из вариантов включает: введение исходного потока во впуск резервуара, содержащего композитную среду, состоящую из однофазных частиц однородной формы, причем каждая частица включает смесь материала на основе целлюлозы и полимера; и контакт исходного потока с композитной средой для получения обработанного потока, причем обработанный поток содержит заданную целевую концентрацию углеводородной жидкости. Также изобретение относится к системе. Используемая композитная среда является более эффективной. 4 н. и 30 з.п. ф-лы, 10 табл., 7 пр., 15 ил.

1. Способ обработки исходного потока, включающего углеводородную жидкость и жидкость на водной основе, включающий:
введение исходного потока во впуск резервуара, содержащего композитную среду, состоящую из однофазных частиц однородной формы, причем каждая частица включает смесь материала на основе целлюлозы и полимера; и
контакт исходного потока с композитной средой для получения обработанного потока, причем обработанный поток содержит заданную целевую концентрацию углеводородной жидкости.

2. Способ по п. 1, в котором контакт исходного потока с композитной средой включает фильтрование исходного потока, причем заданная целевая концентрация углеводородной жидкости в обработанном потоке составляет менее чем концентрация углеводородной жидкости в исходном потоке.

3. Способ по п. 2, в котором заданная целевая концентрация углеводородной жидкости в обработанном потоке составляет менее чем приблизительно 30 частей на миллион.

4. Способ по п. 1, в котором контакт исходного потока с композитной средой включает коалесцирование исходного потока, причем заданная целевая концентрация углеводородной жидкости в обработанном потоке представляет собой уменьшенную концентрацию эмульгированной углеводородной жидкости по сравнению с исходным потоком.

5. Способ по п. 4, в котором концентрация эмульгированной углеводородной жидкости в обработанном потоке уменьшается по сравнению с исходным потоком на более чем приблизительно 50%.

6. Способ по п. 5, в котором обработанный поток включает капли углеводородной жидкости, у которых диаметр составляет, по меньшей мере, приблизительно 20 мкм.

7. Способ по п. 1, дополнительно включающий измерение, по меньшей мере, одного свойства обработанного потока.

8. Способ по п. 7, дополнительно включающий обратное промывание композитной среды на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства обработанного потока для получения выходящей углеводородной жидкости.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий возвращение выходящей углеводородной жидкости в исходный поток.

10. Способ по п. 8, в котором, по меньшей мере, одно измеренное свойство представляет собой, по меньшей мере, одно свойство из концентрации углеводородной жидкости в обработанном потоке и скорости потока обработанного потока.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов формулы, в котором стадия контакта исходного потока с композитной средой включает:
пропускание исходного потока при первой скорости потока через коалесцирующее устройство, содержащее композитную среду, причем композитная среда включает смесь материала на основе целлюлозы и полимера, для получения коалесцированного потока; и
пропускание коалесцированного потока при второй скорости потока через фильтровальное устройство, находящееся в соединении с коалесцирующим устройством и содержащее композитную среду, для получения выходящего потока.

12. Способ по п. 11, в котором первая скорость потока находится в интервале от приблизительно 100 до приблизительно 200 галлонов в минуту на квадратный фут (от 6,79 до 13,38 м/с).

13. Способ по п. 11, в котором вторая скорость потока составляет менее чем приблизительно 40 галлонов в минуту на квадратный фут (2,72 м/с).

14. Способ по п. 11, дополнительно включающий сохранение концентрации углеводородной жидкости в выходящем потоке на уровне заданного целевого процентного сокращения.

15. Способ по п. 11, дополнительно включающий обратное промывание, по меньшей мере, одного устройства из коалесцирующего устройства и фильтровального устройства.

16. Способ по п. 15, в котором обратное промывание, по меньшей мере, одного устройства из коалесцирующего устройства и фильтровального устройства происходит на основании заданного временного интервала.

17. Способ по п. 13, дополнительно включающий измерение, по меньшей мере, одного свойства коалесцированного потока.

18. Способ по п. 17, дополнительно включающий обратное промывание коалесцирующего устройства на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства коалесцированного потока для получения выходящей углеводородной жидкости.

19. Способ по п. 18, в котором, по меньшей мере, одно измеренное свойство представляет собой скорость потока коалесцированного потока.

20. Способ по п. 11, дополнительно включающий измерение, по меньшей мере, одного свойства выходящего потока.

21. Способ по п. 11, дополнительно включающий обратное промывание фильтровального устройства на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства выходящего потока для получения выходящей углеводородной жидкости.

22. Способ по п. 21, в котором, по меньшей мере, одно измеренное свойство представляет собой, по меньшей мере, одно свойство из скорости потока выходящего потока и концентрации углеводородной жидкости в выходящем потоке.

23. Способ по любому из предшествующих пунктов формулы, в котором стадия контакта исходного потока с композитной средой включает:
пропускание исходного потока через коалесцирующее устройство, содержащее композитную среду, включающую смесь материала на основе целлюлозы и полимера для получения коалесцированного потока, причем коалесцированный поток включает уменьшенную концентрацию эмульгированной углеводородной жидкости по сравнению с исходным потоком;
и способ дополнительно включает:
разделение коалесцированного потока путем пропускания коалесцированного потока через разделительное устройство для получения, по меньшей мере, одного потока из углеводородного жидкого потока и водного потока.

24. Способ по п. 23, в котором коалесцированный поток включает капли углеводородной жидкости, у которых диаметр составляет, по меньшей мере, приблизительно 20 мкм.

25. Способ по п. 23, в котором разделительное устройство представляет собой, по меньшей мере, одно из следующих устройств: гидроциклон, фильтровальное устройство, гравитационное осадительное устройство и флотационное устройство.

26. Способ по п. 25, дополнительно включающий измерение, по меньшей мере, одного свойства коалесцированного потока.

27. Способ по п. 26, дополнительно включающий обратное промывание коалесцирующего устройства на основании, по меньшей мере, одного измеренного свойства коалесцированного потока для получения выходящей углеводородной жидкости.

28. Способ по п. 27, в котором, по меньшей мере, одно измеренное свойство представляет собой скорость потока коалесцированного потока.

29. Система для обработки исходного потока, включающего углеводородную жидкость и жидкость на водной основе, включающая:
по меньшей мере, одно коалесцирующее устройство, находящееся в соединении с исходным потоком и содержащее композитную среду, состоящую из однофазных частиц однородной формы, причем каждая частица включает смесь материала на основе целлюлозы и полимера; и
по меньшей мере, одно разделительное устройство в соединении с коалесцирующим устройством.

30. Система по п. 29, в которой разделительное устройство представляет собой, по меньшей мере, одно из следующих устройств: фильтровальное устройство, гидроциклон, гравитационное осадительное устройство и флотационное устройство.

31. Система по п. 30, в которой разделительное устройство представляет собой фильтровальное устройство, содержащее композитную среду.

32. Система по п. 29, в которой композитная среда включает материал на основе целлюлозы в концентрации, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 50 мас.%.

33. Система по п. 29, в которой материал на основе целлюлозы включает кленовую древесину.

34. Система по п. 29, в которой полимер включает полиэтилен высокой плотности.