Спосіб деемульсації рідких водонафтових шламових систем

Реферат: Винахід належить до нафтової, нафтопереробної і нафтохімічної галузей промисловості. Обробку вихідної водонафтової шламової системи ведуть в об'ємі промивної фази в умовах формування в робочих зонах масообмінної апаратури ламінарно-турбулентного або турбулентно-турбулентного плину водної і нафтової фаз із емульсійною межею їх розділення. Винахід дозволяє зменшити кількість відходів, що містять нафту, одержати зневоднену нафту із низьким вмістом механічних домішок, придатну для наступної переробки. UA 102062 C2 (12) UA 102062 C2 UA 102062 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до технології підготовки рідких водонафтових шламових систем, що містять механічної домішки, переважно ловушечних і амбарних емульсій, і може бути використаний в нафтовій, нафтопереробній і нафтохімічній промисловості. Пасткові і амбарні нафти, які містять підвищену кількість механічних домішок, являють собою складні гетерофазні стійкі до розшарування емульсійні водонафтові шламові системи, що утворюються в результаті техногенної діяльності нафтовидобувної і нафтопереробної сфер виробництва. З одного боку, вони є серйозним джерелом забруднення навколишнього середовища, а з іншого боку, являють собою потенційне джерело одержання додаткової кількості вуглеводневої сировини. Все це обумовлює актуальність вирішення проблеми їхньої утилізації. Відомі способи деемульсації пасткових і амбарних нафт, засновані на використанні підвищених температур і витрат деемульгатора, застосуванні органічних розчинників або активних хімічних агентів - кислот (Удовенко В.Г. "О подготовке ловушечной нефти", Нефтепромысловое дело, № 6, 1975, с. 30-33), або лугів (Мартос В.Н. "Основные достижения и перспективы развития нефтеносных сланцевых и битумных источников", М., ВНИОЭНГ, 1976). Однак ці способи показали недостатню ефективність при підготовці застарілих шламових і амбарних нафт. Також відомий спосіб деемульсації пасткової нафти, що містить підвищену кількість твердих механічних домішок. По даному способу для деемульсації зазначеної нафтошламової системи її обробляють при температурі 80-90 °C при додаванні розчину деемульгаторів, які застосовуються у кількості 2-3 % від об'єму рідких шламових продуктів при одночасному змішуванні (1:1 по об'єму) зі звичайною промисловою водонафтовою емульсією. У процесі змішування система піддається інтенсивному диспергуванню в спеціальних перемішуючих апаратах і насосах, після чого її розділяють у відстійних апаратах при тривалості відстоювання не менше 6 годин. У результаті відстоювання відбувається розділення оброблюваної системи на нафту, воду і донний осад (механічні домішки). (Позднышев Г.Н., "Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий", М, Недра. 1982. - С. 124-125). До недоліків даного методу належить те, що він, реалізуючи певні позитивні технічні рішення, не усуває недоліки, зазначені вище. Зокрема, змішування пасткових нафт із промисловою емульсією найчастіше приводить її до забруднення механічними домішками, які містяться у водонафтових шламових системах, що різко негативно позначається на ефективності деемульсації системи і вимагає тривалого часу її відстоювання. Відомий спосіб підготовки пасткової нафтової емульсії, який включає її змішування з вуглеводневим розчинником при температурі 50-60 °C і обробку розрідженої нафтової композиції при інтенсивному перемішуванні з гарячою водою (при співвідношенні об'ємів 1:1), яка містить підвищену кількість реагенту - деемульгатора, з наступним розділенням системи на фазові компоненти у відстійниках. (Зарипов А.Г., Позднышев Г.Н., Шамов В.Д. "Способ интенсификации процесса разрушения водонефтяных эмульсий", Нефтепромысловое дело № 10, 1978 - С. 22-23.). До недоліків даного способу належить недостатня його ефективність через малу швидкість деемульсації, що ускладнює досягнення необхідного ступеня зневоднювання вуглеводневої фази водонафтової шламової системи і видалення механічних домішок навіть при тривалому часі відстоювання. Найбільш близьким способом до винаходу, що заявляється, того ж призначення і по сукупності ознак є спосіб деемульсації рідких водонафтових шламових систем шляхом їхнього розрідження вуглеводневим розчинником, введення деемульгатора і обробки в умовах активних гідродинамічних режимів з водною промивною фазою при підвищених температурах з наступним розділенням фазових компонентів у полі масових сил. (Патент RU 2169169 "Способ подготовки амбарной нефти", С 10 G 33/04. Публ. 2001.06.20.), прийнятий за прототип. До причин, що перешкоджають використанню відомого способу з одержанням зазначеного технічного результату, належить недостатня його ефективність через малу швидкість деемульсації в процесі тривалого відстоювання (протягом 17 годин), що ускладнює досягнення необхідного ступеня зневоднювання вуглеводневої фази водонафтової шламової системи і видалення механічних домішок. Крім того, при використанні відомого способу в оброблювані рідкі водонафтові шламові системи вводять промислову нафту, при цьому якість застарілої нафти не поліпшується, напроти, обводнюється і забруднюється шламами введена промислова нафта. Дійсний винахід вирішує технічну задачу підвищення ефективності підготовки рідких водонафтових шламових систем з одержанням технічного результату, що полягає в підвищенні 1 UA 102062 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ступеня деемульсації вуглеводневої фази і видаленні механічних домішок, збільшенні інтенсивності проведення процесу. Необхідний технічний результат досягається використанням способу деемульсації рідких водонафтових шламових систем, що здійснюється шляхом їхнього розрідження вуглеводневим розчинником, введенням деемульгатора і обробкою в умовах активних гідродинамічних режимів з водною промивною фазою при підвищених температурах з наступним розділенням фазових компонентів у полі масових сил. Новим є те, що обробку вихідної водонафтової шламової системи ведуть в об'ємі промивної фази в умовах формування в робочих зонах масообмінної апаратури ламінарно-турбулентного або турбулентно-турбулентного плину водної і нафтової фаз із емульсійною межею їх розділу. Процес деемульсації, при якому здійснюється зневоднювання оброблюваних водонафтових шламових систем з одночасним видаленням механічних домішок (шламів), відбувається за рахунок протікання масообмінних процесів в об'ємі емульсійного шару на межі роздільного плину (ламінарно-турбулентного або турбулентно-турбулентного) фазоутворюючих компонентів (води і вуглеводневого шару) з великою швидкістю. При цьому відбувається процес безперервного взаємного переходу крапель з однієї фази в іншу, забезпечується можливість багаторазового обертання (інверсії) фаз у даній локальній області, що сприяє гідрофілізації часток механічних домішок з наступним переходом їх у водну фазу і коалесценції водяних крапель вихідної емульсії з об'ємом промивної води. Спосіб, що заявляється, здійснюють таким чином: - в апараті-змішувачі виконують розрідження водонафтових шламових систем до надання їм плинності вуглеводневим розчинником, наприклад, прямогонним бензином (або дизельною фракцією, або газовим конденсатом, або прямогонним газойлем, або керосином), шляхом подачі його на прийом насоса; - у розріджену суміш уводять деемульгатор; - здійснюють нагрівання суміші до температури 50-90 °C залежно від складу оброблюваної шламової системи; - нагріту змішувальну композицію подають у колонний секційний масообмінний апарат, споряджений перемішуючими пристроями, розташованими по висоті апарата в кожній секції, де її обробляють із водною промивною фазою в умовах активних гідродинамічних режимів, у кожній секції формуючи колоподібний роздільний плин фаз (ламінарно-турбулентний або турбулентно-турбулентний) з емульсійною межею їх розділення; для характеристики роздільного плину фазоутворюючих компонентів з емульсійною межею їх розділення використали критерій Кутателадзе (К) - безрозмірний параметр, що визначає форму плину гетерофазних потоків рідини; - за рахунок різниці щільностей водної і нафтової фаз, нафтова фаза поступово концентрується, піднімається нагору і відбирається з верхньої зони апарата; - дренажну воду зі шламом (механічними домішками) відводили з нижньої зони апарата. Винахід пояснюється прикладами. Приклад 1. Як рідку водонафтову шламову систему використовували, зокрема, амбарну нафту з наступними характеристиками: обводненність - 48 %, вміст механічних домішок - 6 %, в'язкість динамічна - 620 мПа.с (при 20 °C) вміст асфальтенів - 22 %, вміст смол - 14 %. Зазначену амбарну нафту розбавляли вуглеводневим розчинником - прямогонним бензином, у кількості 5 % від маси вуглеводневої фази. В отриману суміш додавали деемульгатор, наприклад, - ОП-10, у кількості 250 г/т, нагрівали до 50 °C і перемішували в секційному колонному масообмінному апараті із промивною водою. У кожній секції апарата шляхом підбору відповідного гідродинамічного режиму формували колоподібний роздільний плин водної промивної і нафтової фаз із емульсійною межею розділення, що характеризується значенням К=4,0. Поступово нафту, що піднімається у верхні зони апарата, відбирали з верхньої відстійної зони апарата, надлишкову дренажну воду видаляли з нижньої зони. Якість обробленої нафтошламової системи визначалася ступенем обводненності і вмістом механічних домішок: - обводненність - 9,2 %; - вміст механічних домішок - 2,8 %. Приклад 2. 2 UA 102062 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вихідну водонафтову шламову систему обробляли за прикладом 1 в умовах гідродинамічного режиму, що характеризується значенням К=4,5 з додаванням прямогонного бензину в кількості 20 % від маси вуглеводневої фази. Показники обробленої нафтошламової системи: - обводненність - 7,6 %, - вміст механічних домішок - 2,3 %. Приклад 3. Вихідну водонафтову шламову систему обробляли за прикладом 1 в умовах гідродинамічного режиму, що характеризується значенням К=5,2. Як розчинник використовували прямогонний бензин у кількості 20 % від маси вуглеводневої фази. Показники обробленої нафтошламової системи: - обводненність - 4,2 %, - вміст механічних домішок - 1,8 %. Приклад 4. Вихідну водонафтову шламову систему обробляли за прикладом 1 при температурі 70 °C і в умовах гідродинамічного режиму, що характеризується значенням К=5,2. Як розчинник використовували прямогонний бензин у кількості 20 % від маси вуглеводневої фази. Показники обробленої нафтошламової системи: - обводненність - 2,2 %, - вміст механічних домішок - 1,3 %. Приклад 5. Вихідну водонафтову шламову систему обробляли за прикладом 1 при температурі 80 °C і в умовах гідродинамічного режиму, що характеризується значенням К=5,5. Як розчинник використовували прямогонний бензин у кількості 20 % від маси вуглеводневої фази. Показники обробленої нафтошламової системи: - обводненність - 1,4 %, - вміст механічних домішок - 0,8 %. Приклад 6. Вихідну водонафтову шламову систему обробляли за прикладом 1 при температурі 90 °C і в умовах гідродинамічного режиму, що характеризується значенням К=5,6. Як розчинник використовували прямогонний бензин у кількості 20 % від маси вуглеводневої фази. Показники обробленої нафтошламової системи: - обводненність - 0,5 %, - вміст механічних домішок - 0,15 %. Приклад 7. Вихідну водонафтову шламову систему обробляли за прикладом 1 при температурі 80 °C і в умовах гідродинамічного режиму, що характеризується значенням К=5,5. Як вуглеводневий розчинник використовували газовий конденсат у кількості 20 % від маси вуглеводневої фази. Показники обробленої нафтошламової системи: - обводненність - 0,45 %, - вміст механічних домішок - 0,1 %. Приклад 8. Вихідну водонафтову шламову систему обробляли за прикладом 1 при температурі 80 °C і в умовах гідродинамічного режиму, що характеризується значенням К=4,8. Як вуглеводневий розчинник використовували прямогонний газойль у кількості 30 % від маси вуглеводневої фази. Показники обробленої нафтошламової системи: - обводненність - 0,48 %, - вміст механічних домішок - 0,12 %. Приклад 9. Вихідну водонафтову шламову систему обробляли за прикладом 1 при температурі 80 °C і в умовах гідродинамічного режиму, що характеризується значенням К=5,8; як вуглеводневий розчинник застосовували керосин у кількості 20 % від маси вуглеводневої фази. Показники обробленої нафтошламової системи: - обводненність - 0,52 %, - вміст механічних домішок - 0,15 %. Приклад 10 (негативний). Вихідну водонафтову шламову систему обробляли за прикладом 1 при температурі 80 °C і в умовах гідродинамічного режиму, що характеризується значенням К≤3, тобто в режимі роздільного плину фаз, але із гладкою поверхнею розділення. Як вуглеводневий розчинник застосовували прямогонний бензин у кількості 20 % від маси вуглеводневої фази. 3 UA 102062 C2 5 10 15 20 25 Показники обробленої нафтошламової системи: - обводненність - 18 %, - вміст механічних домішок - 4,2 %. Приклад 11 (негативний). Вихідну водонафтову шламову систему обробляли за прикладом 1 при температурі 8 °C і в умовах гідродинамічного режиму, що характеризується значенням К≥8, тобто в режимі емульсійного плину без розділення фаз; як вуглеводневий розчинник застосовували прямогонний бензин у кількості 20 % від маси вуглеводневої фази. Показники обробленої нафтошламової системи: - обводненність - 16 %, - вміст механічних домішок - 4,1 %. Умови дослідів і отриманих результатів представлені в таблиці. З таблиці видно, що найбільш висока якість обробки вихідної водонафтової шламової системи досягається в умовах гідродинамічних режимів, що характеризуються значенням критерію Кутателадзе К від 5,2 до 5,8, однак процес дає хороші результати при К= від 3 до 8. Таким чином, конкретні приклади, наведені в описі, свідчать про те, що спосіб, який заявляється, призначений для використання в промисловості при переробці стійких до розшарування рідких водонафтових шламових систем. До переваг винаходу, що заявляється, у порівнянні з відомими способами і способом по прототипу варто віднести: - одержання зневодненої нафти із вмістом механічних домішок, придатної для наступної переробки на НПЗ, за рахунок більш ефективного розділення водонафтових шламових систем на нафтову і водну фази; - інтенсифікацію процесу відділення води від нафти і процесу виділення механічних домішок з нафтової фракції, тому що не застосовується тривале відстоювання; - скорочення технологічних резервуарів, що використовуються як апарати для відстоювання; - зменшення кількості відходів, що містять нафту. Таблиця Вплив режимів процесу на якісні показники рідких водонафтових шламових систем, оброблених способом, що заявляється Вихідна водонафтова Оброблена нафта шламова Вуглевод- Кількість Гідродинамічсистема Приклад, Темп-ра невий розчинника, ний режим № обробки, °C Вміст розчинник % обробки ОбводОбводВміст механіч. неність неність механічних домішок, W, % W, % домішок, % % З емульсійною Прямогонмежею поділу 1. 48 6 ний 5 50 9,2 2,8 водяної і бензин нафтової фаз, К=4,0 2. -//-//-//10 50 -//- К=4,5 7,6 2,3 3. -//--//-//20 50 -//- К=5,2 4,2 1,8 4. -//-//-//20 70 -//- К=5,2 2,2 1,3 5. -//-//-//20 80 -//- К=5,5 1,4 0,85 6. -//-//-//20 90 -//- К=5,6 0,5 0,15 Газовий 7. -//-//20 80 -//- К=5,5 0,45 0,1 конденсат Прямогон8. -//-//ний 30 80 -//- К=4,8 0,48 0,12 газойль 9. -//-//Керосин 20 80 -//- К=5,8 0,52 0,15 4 UA 102062 C2 Продовження таблиці Вихідна водонафтова шламова Вуглевод- Кількість Гідродинамічсистема Приклад, Темп-ра невий розчинника, ний режим № обробки, °C Вміст розчинник % обробки Обводмеханіч. неність домішок, W, % % Роздільний Прямогонплин фаз з 10. -//-//ний 20 80 гладкою бензин поверхнею поділу, К≤3 Емульсійний Прямогонплин без 11. -II-IIний 20 80 поділу фаз, бензин К≥8 Оброблена нафта ОбводВміст неність механічних W, % домішок, % 18 4,2 16 4,1 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 1. Спосіб деемульсації рідких водонафтових шламових систем шляхом їхнього розрідження вуглеводневим розчинником, введення деемульгатора і обробки в умовах активних гідродинамічних режимів з водною промивною фазою при підвищених температурах з наступним розділенням фазових компонентів у полі масових сил, який відрізняється тим, що обробку вихідної шламової системи ведуть в об'ємі водної промивної фази в умовах формування в робочих зонах масообмінної апаратури ламінарно-турбулентного або турбулентно-турбулентного плину водної і нафтової фаз із емульсійною межею їх розділення. 2. Спосіб деемульсації за п. 1, який відрізняється тим, що як вуглеводневий розчинник використовують прямогонний бензин або дизельну фракцію, або газовий конденсат, або прямогонний газойль, або керосин. 3. Спосіб деемульсації за п. 1, який відрізняється тим, що рідку водонафтову шламову систему нагрівають до температури 50-90 °С. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5