способ обезвоживания нефти и нефтепродуктов

Формула изобретения

1. Способ обезвоживания нефти и нефтепродуктов, включающий отделение дисперсной водной фазы от углеводородной среды с использованием гидрофобного фильтрующего материала на первой и последней стадиях и укрупнение мелкоэмульгированных водных капель на промежуточной стадии с использованием коалесцирующего материала, отличающийся тем, что избирательную фильтрацию реализуют на пористо-ячеистом металле или сплаве с гидрофобными (олеофильными) свойствами, а коалесценцию мелкодисперсных капель - на гидрофильном материале, в качестве которого используют пористо-ячеистый металл с модифицированными свойствами, или объемные сетки из целлулоида, или кассеты со стеклянными шариками.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в исходное углеводородное сырье дополнительно вводят деэмульгаторы.

Описание изобретения к патенту

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

Наиболее близким по достигаемому эффекту является способ обезвоживания нефтепродуктов, включающий отделение дисперсной водной фазы от углеводородной среды путем пропускания через устройство, содержащее три слоя фильтрующих материалов: на первой и последней стадиях обезвоживания реализуют пропускание углеводородной среды через волокнистый полимерный материал, гидрофобные свойства которого приводят к задержке и отделению дисперсной водной фазы, а на промежуточной - реализуют укрупнение мелкоэмульгированных водных капель на коалесцирующем материале [FR 2551671 AI, B 01 D 17/04, 1985] . Недостатком такого устройства является то, что полимерные материалы, используемые для отделения дисперсной водной фазы - волокна полипропилена и полиакрилонитрила, в силу своей углеводородной природы будут изменяться в результате взаимодействия с углеводородной средой, что приведет к деформации фильтрующего слоя и ухудшению их отделяющей способности.

Предлагаемое изобретение предназначено для решения задачи повышения эффективности обезвоживания потоков углеводородного сырья различного происхождения с использованием устройства несложной конструкции, обеспечивающего глубокую степень обезвоживания в непрерывном режиме.

Указанный технический результат достигается тем, что для обезвоживания потока углеводородов используют избирательную фильтрацию углеводородной среды через фильтрующий элемент, состоящий из трех наклонно установленных слоев, причем первый и последний слои выполнены из пористо-ячеистого металла или сплава с гидрофобными свойствами поверхности, промежуточный - из гидрофильного материала, в качестве которого используют пористо-ячеистый металл или сплав с модифицированными свойствами поверхности, или объемные сетки из целлулоида, или кассеты, заполненные стеклянными шариками. Выбор в качестве материала для фильтрующих слоев пористо-ячеистых металлов или сплавов обусловлен химической устойчивостью к воздействию углеводородной среды, возможностью придания его поверхности гидрофобных или гидрофильных свойств в технологическом процессе его производства, а также развитой пористой структурой, способствующей коалесценции дисперсной фазы за счет турбулизации потока углеводородов в пористой среде, обеспечивающей небольшое гидравлическое сопротивление потоку, что позволяет проводить процесс обезвоживания при высоких объемных скоростях углеводородного сырья с высокой степенью обезвоживания.

Предлагаемый способ обезвоживания нефти и нефтепродуктов включает:

избирательную фильтрацию (проникновение) углеводородной среды через фильтрующие слои из пористо-ячеистого металла или сплава, при этом крупные капли дисперсной водной фазы за счет плохой смачиваемости водой гирофобной поверхности задерживаются первым фильтрующим слоем и стекают вниз под действием силы тяжести и гидродинамического давления потока углеводородного сырья;

коагуляцию и последующую коалесценцию капель водной фазы с размерами, не превышающими размеры пор фильтрующего слоя, за счет турбулизации потока углеводородного сырья на хаотически расположенных перегородках открытых пор фильтрующего материала;

коалесценцию мелкоэмульгированных капель водной фазы в коалесцирующем слое из гидрофильного материала: после достижения определенного размера капли стекают вниз под действием силы тяжести или срываются (продавливаются) и уносятся потоком углеводородного сырья;

задержку сорвавшихся капель водной фазы на наклонной поверхности последнего фильтрующего слоя из пористо-ячеистого металла или сплава с минимальным размером пор.

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

Способ реализуется с помощью устройства, схема которого представлена на чертеже. Фильтрующий элемент (1) монтируется внутри устройства, содержащего корпус (2), патрубки ввода подлежащего обезвоживанию сырья (3), вывода обезвоженной углеводородной среды (4) и вывода отделенной водной фазы (5), под углом, обеспечивающим эффективное стекание водных капель: 30 - 60^o - в зависимости от вязкости углеводородного сырья. Фильтрующий элемент опирается на глухую перегородку (6), перекрывая таким образом все свободное сечение аппарата. Уровень границы раздела фаз регулируется с помощью автоматизированного устройства (7) отвода деэмульгированной водной фазы (8).

Фильтрующий элемент (см. чертеж) содержит по крайней мере три параллельных, наклонно установленных фильтрующих слоя, первый и последний из которых формируются из пластин пористо-ячеистого металла или сплава с гидрофобными (олеофильными) свойствами (9, 11), а промежуточный - из материала, характеризующегося гидрофильными свойствами (10), в качестве которого используют пористо-ячеистый металл или сплав с модифицированной поверхностью, объемные сетки из целлулоида, кассеты со стеклянными шариками или стекловолокном. Каждый фильтрующий слой состоит из нескольких плотно установленных слоев пористо-ячеистых пластин. Толщина фильтрующих слоев в фильтрующем элементе определяется природой углеводородного сырья, концентрацией дисперсной водной фазы и размером капель.

Способ обезвоживания реализуется следующим образом. Эмульгированный углеводородный поток через патрубок ввода (3) поступает в корпус (2). Углеводородная фаза смачивает гидрофобную поверхность первого фильтрующего слоя из пористо-ячеистого металла или сплава (9) и легко проникает сквозь него, в то время как крупноэмульгированные капли воды за счет плохой смачиваемости водой гидрофобной поверхности задерживаются первым фильтрующим слоем и стекают вниз по его поверхности в отстойную зону (8) под действием сил тяжести и гидродинамического давления потока. Мелкоэмульгированные капли воды с размером частиц меньше размеров пор первого фильтрующего слоя проникают в его пористую структуру, где благодаря высокой турбулентности потока за счет вихревого движения потока на хаотически расположенных перегородках фильтрующего материала происходит частичная коагуляция и последующая коалесценция капель дисперсной водной фазы. Мелькоэмульгированные капли, проникшие через первый фильтрующий слой (9), адсорбируются на гидрофильной поверхности промежуточного фильтрующего слоя (10) за счет адгезионных сил. Силы взаимодействия воды с гидрофильной поверхностью будут удерживать каплю до тех пор, пока она, укрупнившись за счет коалесценции с другими каплями, скатится в отстойную зону под действием силы тяжести или унесется потоком углеводородного сырья. Укрупненные капли воды достигают последнего гидрофобного фильтрующего слоя, задерживаются гидрофобной поверхностью и скатываются вниз в отстойную зону под действием сил тяжести и гидродинамического давления потока.

Эффективность разрушения устойчивых мелкодисперсных эмульсий воды в углеводородном сырье может быть увеличена за счет повышения температуры обезвоживаемой углеводородной фазы и/или введения известных деэмульгаторов.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Поток дизельного топлива с содержанием эмульгированной воды 10% пропускали через фильтрующее устройство с нагрузкой на фильтрующий элемент, равной 11,2 м³/м² час. После пропускания через фильтрующее устройство количество воды в пробах составляло 0,01 - 0,03%, что соответствует степени обезвоживания 95 - 98,3%. Количественное определение влаги в дизельном топливе до и после фильтрующего устройства осуществляли по методу Дина-Старка (ГОСТ 2477-65).

Пример 2.

Поток дизельного топлива с содержанием мелкодисперсной устойчивой эмульгированной водной фазы 0,24% пропускали через фильтрующее устройство с нагрузкой на фильтрующий элемент, равной 10,5 м³/м²час. После пропускания через фильтрующее устройство фиксировали следы (менее 0,03 об.%), что соответствует степени обезвоживания не менее 87%. Количественное определение влаги в дизельном топливе до и после фильтрующего устройства осуществляли по методу Дина-Старка (ГОСТ 2477-65).

Пример 3.

Бензин, содержащий 0,09 мас.% воды, пропускали через фильтрующее устройство с нагрузкой на фильтрующий элемент, равной 18,7м³/м²час. После прохождения через фильтрующее устройство фиксировали отсутствие воды в бензине, что соответствует полному обезвоживанию бензина. Количественное определение влаги в исходном и обезвоженном потоке бензина проводили по методу Фишера (ГОСТ 20448-90).

Пример 4.

Поток газового конденсата, состоящего из бутан-бутиленовой фракции (ББФ), пропускали через фильтрующее устройство под давлением 2,4 - 3,5 кг/см² с нагрузкой на фильтрующий элемент, равной 10 м³/м²час. При пропускании потока через фильтрующее устройство достигали снижения содержания воды в потоке ББФ с 0,4 мас.% до 0,0135 мас.%, что соответствует степени обезвоживания 96,6%.

Пример 5.

Поток газового конденсата, состоящего из пропан-пропиленовой фракции (ППФ), пропускали через фильтрующее устройство под давлением 15 - 18 кг/см² с нагрузкой на фильтрующий элемент, равной 14,5 м³/м²час. При пропускании потока через фильтрующее устройство достигали снижения содержания воды в потоке ППФ с 0,3 мас.% до 0,0192 мас.%, что соответствует степени обезвоживания 93,1%.