способ обезвоживания тяжелой нефти и битума

Формула изобретения

Способ обезвоживания тяжелой нефти и битума, включающий фильтрование ее при нагревании, отличающийся тем, что фильтрование водонефтяной эмульсии осуществляют через натуральную кожу, обладающую гладкой естественной лицевой поверхностью, имеющей предел прочности при растяжении (1,5 1,8) 10 МПа, напряжение при появлении трещин лицевого слоя (1,3 1,5) 10 МПа, удлинение при напряжении 10 МПа 15 40% и химический состав: массовая доля влаги 10 16% массовая доля окиси хрома 4,3% массовая доля веществ, экстрагируемых органическими растворителями (без полимерных соединений), 3,7 - 10% толщину 0,5 2,8 мм, установленную на перфорированную пластину, закрепленную под углом 20 30^o к вертикальной стенке камеры отстойника, внутри которой создают вакуум 30 50 мм рт.ст. и процесс осуществляют при температуре 80 90^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу обезвоживания тяжелых нефтей и битумов и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

Химические способы обезвоживания тяжелых и высоковязких нефтей [1, 2] основаны на разбавлении нефтяной фазы в водонефтяной эмульсии углеводородным растворителем, в качестве которых берут бензин, керосин, петролейный эфир и др.

Недостатки химических способов: сложная технология из-за повышенных требований техники безопасности и противопожарной безопасности к растворителям: в качестве растворителей используются дефицитные и дорогостоящие жидкие углеводороды.

Физические методы обезвоживания, к которым относятся деэмульгирование [3] и электроотделение [4] также имеют недостатки. Так, деэмульгирование связано как со сложностью подборки для каждой нефти высокоэффективного деэмульгатора, так и с ухудшением товарных свойств самой нефти. Кроме того, степень отделения воды из водонефтяной эмульсии составляет 80-85% Способ электрообезвоживания основан на разрушении водонефтяной эмульсии электрическим полем, действие которого характеризуется взаимным притяжением капель воды, укрупнением и слиянием их друг с другом на прохождении при этом потока эмульсии из верхней зоны аппарата в нижнюю путем разделения самого потока на элементарные струйки с одновременным понижением напряжения электрического поля и снижения скорости потока по сечению. Такое разделение достигается благодаря внутреннему разделению объема камеры аппарата на каналы малого диаметра, наличию чередующихся конденсаторов и перфорированных диэлектриков. Такие аппараты по конструкции очень сложные и металлоемкие, а в эксплуатации энерго- и трудоемкие (расход электрической энергии в 3-4 раза больше, чем при использовании деэмульгирования, трудозатраты при ремонте, очистке и наладке аппаратуры в 2-3 раза больше).

Известны способы обезвоживания нефтей, включающие фильтрование ее при нагревании [5-7] Недостатком этих способов является низкая селективность и большая продолжительность расслаивания.

Задачей изобретения является создание простого способа, обеспечивающего быстрое и высокоселективное разделение тяжелых нефтей и битумов от воды.

Технически задача решается тем, что отделение воды из водонефтяной эмульсии проводят с помощью фильтра-отделителя, в качестве которого берут натуральную кожу с определенными физико-механическими свойствами: предел прочности при растяжении: (1,5-1,8)10 МПа, напряжение при появлении трещин лицевого слоя (1,3-1,5)10 МПа; удлинение при напряжении 10 МПа 15-40% и химическим составом: массовая доля влаги: 10-16% массовая доля окиси храма 4,3% массовая доля веществ, экстрагируемых органическими растворителями (без полимерных соединений) 3,7-10% которую устанавливают на перфорированную пластину, закрепленную под углом 20-30^o к вертикальной стенке камеры отстойника, при этом водонефтяную эмульсию подают на фильтр-отделитель (кожу) с температурой 80-90^oC, а внутри самой камеры отстойника создают вакуум, равный 30-50 мм рт.ст.

Такое техническое решение обеспечивает отделение воды из водонефтяной эмульсии до 95% В технологическом и экономическом планах применение предлагаемого способа позволят уменьшить потребление электрической энергии и упростить технологию производства.

Способ допускает применение натуральной кожи, обладающей гладкой естественной лицевой поверхностью, с толщиной 0,5 2,8 мм и в качестве фильтра-отделителя, необходимо, однако, расположить кожу в камере отстойника под углом 20-30^o на перфорированной пластине, создание вакуума в камере отстойнике, равного 30-50 мм рт.ст. подача водонефтяной эмульсии на фильтр-отделитель (конец) с температурой 80-90^oC были установлены и определены из следующих условий и соображений.

1. Описанная выше натуральная кожа очень хорошо смачивается неполярными жидкостями (маслами, нефтями) и плохо водой, т.е. она относится к гидрофобным материалам. При смачивании поверхности ее водонефтяной эмульсией скорости растекания органической составляющей и проникновения ее молекул в поры кожи значительно превышают аналогичные показатели воды.

2. Угол 20-30^o, под которым устанавливается фильтр-отделитель к вертикальной стенке камеры-отстойника, обеспечивает перемещение и укрупнение водных капель с последующим стеканием их с поверхности кожи в приемник для воды. Если угол берется более 30^o, то перемещение и укрупнение капель замедляется и в нижней части фильтра-отделителя накапливается вода, препятствующая контакту вновь поступающей нефти с поверхности кожи. Если угол берется меньше 20^o, то скорости перемещения и укрупнения капель воды становятся больше скоростей растекания нефти и проникновения ее молекул в поры кожи. В результате этого капли воды, перемещаясь ускоренно, увлекают за собой в приемник саму нефть.

3. При вакууме 30-50 мм рт.ст. достигается возможность регулирования равновесия между количеством нефти, растекающимся по поверхности кожи, и количеством нефти, просочившимся через кожу в камеру-отстойник. Ниже 30 мм рт. ст. кожа толщиной 0,5 мм теряет свою прочность, так как размягченные нефтью волокна, лежащие над отверстиями перфорированной опорной пластины, разрываются. Выше 50 мм рт.ст. часть нефти, растекаясь по коже, не успевает просочиться в поры кожи и, перемещаясь вниз, сливается в приемник воды.

4. В интервале температур 80-90^o тяжелые нефти и битум за счет снижения вязкости становятся хорошо текучими жидкостями. Ниже 80^oC кинетическая устойчивость водонефтяной эмульсии повышается, что приводит к уменьшению скорости растекания нефти по коже и проникновению ее молекул в поры. Выше 90^oC начинается интенсивное испарение и парообразование молекул воды, приводящее к нежелательным явлениям кавитации и выбросу.

Водонефтяную эмульсию 1 (см. чертеж) из мерного реактора 2 с температурой 80-90^oC подают самотеком на фильтр-отделитель 3, состоящий из натуральной кожи и перфорированной пластины 5, установленной под углом 20-30^o к вертикальной стеке 6 камеры-отстойника 7, внутри которого создается и постоянно поддерживается вакуум, равный 30-50 мм рт.ст. Водонефтяная эмульсия 1, попадая на поверхность кожи 4, растекается тонкой пленкой и начинает течь вниз. В процессе растекания и перемещения вниз органическая составляющая эмульсии 1 проникает в поры кожи и за счет перепада давлений (вакуум) начинает просачиваться через них и стекать в камеру-отстойник 7. Капельки воды эмульсии 1 в процессе перемещения по наклонной поверхности кожи 4 соударяются между собой, укрупняются и, достигнув нижнего конца фильтра-отделителя 3, сливаются в приемник для воды 8. Количество подаваемой водонефтяной эмульсии 1 на фильтр-отделитель 3 устанавливается экспериментально и зависит от размеров (площади) кожи 4; чем больше она по площади, тем больше подается водонефтяная эмульсия 1. Эффективность способа оценивалась по степени отделения воды из водонефтяной эмульсии 1. Данные положительные свойства применения кожи в качестве фильтра-отделителя подтверждаются следующими конкретными примерами.

Пример 1. Водонефтяная эмульсия из тяжелой нефти Ашальчинского месторождения. Содержание воды 42 мас. Количество эмульсии 0,5 кг. Фильтр-отделитель из козлиной кожи с гладкой естественной лицевой поверхностью, имеющей следующий химический состав,

Массовая доля влаги 10

Массовая доля окиси хрома 4,3

Массовая доля веществ, экстрагируемых органическими растворителями (без полимерных соединений) 3,7

Предел прочности для кожи при растяжении 1,810 МПа; напряжение при появлении трещин лицевого слоя 1,510 МПа; удлинение при напряжении 10 МПа 15% Толщина кожи 0,5 мм. Размер фильтра по площади 21 см² (7х3 см). Процесс обезвоживания проводился по вышеизложенной методике. Полученные результаты представлены в таблице.

Пример 2. Исходная водонефтяная эмульсия соответствует по параметрам примеру 1. Фильтр-отделитель из яловки с гладкой естественной лицевой поверхностью, имеющей следующий химический состав,

Массовая доля влаги 12

Массовая доля окиси хрома 4,3

Массовая доля веществ, экстрагируемых органическими растворителями (без полимерных соединений) 5,8

Предел прочности для кожи при растяжении 1,510 МПа; напряжение при появлении трещин лицевого слоя 1,310 МПа; удлинение при напряжении 10 МПа 30% Толщина кожи 1,5 мм. Процесс обезвоживания проводился аналогично примеру 1. Результаты представлены в таблице.

Пример 3. Исходная водонефтяная эмульсия соответствует по параметрам примеру 1. Фильтр-отделитель из бугая с гладкой естественной лицевой поверхностью, имеющей следующий химический состав,

Массовая доля влаги 16

Массовая доля окиси хрома 4,3

Массовая доля веществ, экстрагируемых органическими растворителями (без полимерных соединений) 10,0

Предел прочности для кожи при растяжении 1,510 МПа; напряжение при появлении трещин лицевого слоя 1,310 МПа; удлинение при напряжении 10 МПа 40% толщина кожи 2,8 мм. Процесс обезвоживания проводился аналогично примеру 1. Результаты представлены в таблице.

Пример 4. Водонефтяная эмульсия из тяжелой нефти Студено-Ключевского месторождения. Содержание воды 15 мас. Количество эмульсии 0,5 кг. Фильтр-отделитель из кожи, аналогично примеру 1, толщина кожи 0,5 мм, размер фильтра по площади 21 см² (7х3 см). Процесс обезвоживания проводился по вышеизложенной методике.

Пример 5. Исходная водонефтяная эмульсия соответствует по параметрам примеру 4, параметры фильтра-отделителя те же, что в примере 2, толщина кожи 1,5 мм. Процесс обезвоживания проводился аналогично примеру 4, полученные результаты представлены в таблице.

Пример 6. Исходная водонефтяная эмульсия соответствует по параметрам примеру 4, параметры фильтра-отделителя те же, что в примере 3, толщина кожи 2,8 мм. Процесс обезвоживания проводился аналогично примеру 4, полученные результаты представлены в таблице.

Как видно из таблицы, степень отделения воды из водонефтяной эмульсии во всех примерах достигает 93-95% при этом вид кожи почти не влияет на степень отделения.

Сравнение предлагаемого способа с аналогами показывает его технологичность, простоту в аппаратурном оформлении, безопасность в эксплуатации, невысокое потребление электроэнергии.