устройство для разделения эмульсий

Формула изобретения

Устройство для разделения эмульсий, включающее цилиндрический корпус, в котором размещен влагоотделительный пакет из эластичного вспененного пористо-ячеистого полимерного материала, уложенного поперечными слоями в виде дисков с диаметром, превышающим внутренний диаметр цилиндрического корпуса, при обеспечении расположения влагоотделительного пакета на уровне, превышающем границу раздела фаз, отличающееся тем, что в корпусе, установленном горизонтально, влагоотделительный пакет составлен из композиции олеофильных и гидрофильных пористо-ячеистых полимерных материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой, уложенных слоями, перекрывающими рабочее сечение, под углом к горизонтали не ниже угла оттекания жидкости по направлению к движущемуся потоку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике разделения несмешивающихся жидкостей, в частности к устройствам для разделения и глубокого обезвоживания эмульгированных углеводородных сред с различным типом эмульсий в широком интервале обводненности, и может быть использовано для глубокого обезвоживания нефти и нефтепродуктов в нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей отраслях промышленности.

Известно устройство для обезвоживания нефти и нефтепродуктов, содержащее фильтрующий элемент, смонтированный в корпусе под углом 30 - 60^o, в зависимости от вязкости углеводородного сырья, обеспечивающий эффективное стекание водных капель (Патент RU 2120323, кл. B 01 D 17/00).

Фильтрующий элемент опирается на глухую перегородку, перекрывая таким образом все свободное сечение аппарата, и содержит по крайней мере три параллельных наклонно установленных фильтрующих слоя. Первый и последний фильтрующие слои сформированы из пластин пористо-ячеистого металла или сплава с гидрофобными (олеофильными) свойствами, а промежуточный - из материала, характеризующегося гидрофильными свойствами, в качестве которого используют пористо-ячеистый металл или сплав с модифицированной поверхностью, объемные сетки из целлулоида, кассеты со стеклянными шариками или стекловолокном.

Однако описанное устройство несложной конструкции, рекомендуемое для глубокого обезвоживания в различной степени обводненных сред (нефти и нефтепродуктов) в непрерывном режиме без использования стадии отстоя отделенной водной фазы, имеет следующие недостатки.

Использование в среднем (предусмотренном для коалесценции мелкодисперсной влаги, прошедшей по ходу движения потока через мелкопористо-ячеистый металлический материал первого слоя) фильтрующем слое материалов с гидрофильной слаборазвитой поверхностью, по сравнению с пористо-ячеистым металлом, будет способствовать значительному накоплению влаги в этом слое, т.к. из структуры выше перечисленных гидрофильных материалов быстрая эвакуация ее затруднена. Работа последнего фильтрующего слоя с гидрофобной поверхностью будет аналогична первому, на котором задерживается крупнодисперсная влага. В условиях непрерывного режима эксплуатации аппарата накопленная на поверхности гидрофильного слоя и удерживаемая за счет сил адгезии влага проще всего должна эвакуироваться в отстойную зону аппарата через открытое дно среднего фильтрующего слоя. Наличие открытой поверхности в данной части среднего фильтрующего слоя, к тому же затопленного на определенную глубину в водный слой отстойной зоны, исключает высокоэффективную работу фильтрующего пакета при нестабильном состоянии четкого раздела фаз (нефтяной и водной) в отстойной зоне аппарата.

Представленная компоновка фильтрующего элемента не обеспечит глубокого обезвоживания углеводородных сред в широком интервале обводненности, т.к. для этого необходима возможность варьирования ячеистостью и пористостью фильтрующе-коалесцирующих материалов до самых малых пределов. Этого лишена пористо-ячеистая структура жестких металлических материалов, не обладающих развитой пористостью, а максимально развить эффективную поверхность за счет минимального размера ячей затруднительно, вследствие особенностей технологии производства данного материала.

Промышленная практика использования в технологии обезвоживания аналогичных фильтрующе-коалесцирующих устройств показывает, что для высокой эффективности обезвоживания нефти и нефтепродуктов в условиях непрерывной подачи сырья при большой производительности, данный фильтрующий элемент не соответствует своему назначению.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для разделения эмульсий, включающее цилиндрический корпус, в котором размещен влагоотделительный из эластичного вспененного пористо-ячеистого полимерного материала с диаметром, превышающим внутренний диаметр цилиндрического корпуса (Патент RU 2056071, кл. B 01 D 17/04). Устройство устанавливается на фундаментные подставки под углом к горизонтали не ниже угла оттекания жидкости, обеспечивающим расположение влагоотделительного пакета на уровне, превышающим границу раздела фаз. Устройство обеспечивает глубокое обезвоживание тонкодисперсных эмульсий в условиях непрерывного движения потока обезвоживаемых сред, при больших производительностях, однако использование его для углеводородных потоков с большим содержанием воды ограничено производительностью аппарата. Устройство высоко эффективно лишь в режиме доочистки, ввиду того, что при наклоне аппарата зона сбора скоалесцированной влаги сосредоточена перед пакетом. При обезвоживании потоков топлива с большим влагосодержанием, в т.ч. и обводненного нефтяного сырья, значительное количество задерживаемой пакетом влаги при быстром накоплении ее перед пакетом до уровня дренирования будет препятствовать стабилизации режима поступления углеводородной фазы на пакет без перемешивания с дренажным слоем при нарушении четкой границы раздела фаз.

Предлагаемое изобретение предназначено для повышения эффективности и интенсификации процесса деэмульсации обводненных углеводородных продуктов и нефтяного сырья в процессе его глубокого обезвоживания и обессоливания в технологии подготовки нефти как на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), так и нефтепромыслах.

Указанный технический результат достигается тем, что для глубокого обезвоживания непрерывных эмульгированных потоков нефтяного сырья и поток углеводородных продуктов, в широком интервале обводненности, при больших производительностях непрерывных потоков, предлагаемое устройство содержит горизонтальный корпус, в котором размещен влагоотделительный пакет из эластичного вспененного пористо-ячеистого полимерного материала, уложенного поперечными слоями в виде дисков с диаметром, превышающим внутренний диаметр цилиндрического корпуса, при обеспечении расположения влагоотделительного пакета на уровне, превышающем границу раздела фаз, а влагоотделительный пакет составлен из композиции олеофильных и гидрофильных пористо-ячеистых материалов с фиксированной пористо-ячеистой структурой, уложенных слоями, перекрывающими рабочее сечение, под углом к горизонтали не ниже угла жидкости по направлению к движущемуся потоку:

На чертеже изображено устройство, общий вид, продольный разрез,

Предлагаемое устройство содержит горизонтальный цилиндрический корпус 1, патрубки: ввода эмульгированного обводненного потока 2 через распределительное устройство 3, вывода обезвоженного продукта 4, вывода водной фазы 5, 6; влагоотделительный пакет 7, водосборные карманы 8, 9 и устройства для автоматизированного отвода водной фазы 10, 11.

Влагоотделительный пакет 7 представляет собой набор фильтрующих слоев (дисков) пористо-ячеистых эластичных вспененных полимерных материалов, составляющих оптимальную композицию материалов с олеофильными и гидрофильными свойствами поверхности.

Диаметр дисков (фильтрующих слоев) для исключения пропусков и пристеночных эффектов превышает внутренний диаметр цилиндрического корпуса. Количество фильтрующих слоев (дисков), общая длина пакета, композиционный состав материалов с оптимальными характеристиками основных показателей качества и свойств поверхности подбираются с учетом характера эмульгированной среды и требуемой глубины обезвоживания в условиях технологии на производствах.

Диски материалов укладываются плотно без промежутков между ними. Первый и последний диски пакета ограничиваются металлическими решетками. Пакет равномерно стягивается болтами с учетом сохранения пористо-ячеистой структуры материала, т.е. допуская деформации дисков по всему рабочему сечению аппарата во избежание канального движения потока продукта.

При необходимости замены, пакет легко демонтируется и вновь монтируется, а при необходимости регенерации, легко промывается, продувается воздухом.

Выбор материалов, предпочтительно пористо-ячеистых вспененных эластичных полимеров преимущественно с олефильными (гидрофобными) или гидрофильными свойствами поверхности для формирования оптимального композиционного состава пакета, обусловлен тем, что данные материалы имеют высокоэффективную коалесцирующую поверхность при высоко развитой пористо-ячеистой структуре и наличии свободного объема в пределах 92-95%. Технология производства позволяет формировать желаемую ячеистость и пористость для обеспечения эффективного разрушения углеводородных эмульсий с любой степенью обводненности при преобладании как углеводородной, так и водной фаз. Оптимальный подбор материалов в композиции обеспечивает незначительное гидравлическое сопротивление при работе пакета в непрерывном режиме коалесцирующей фильтрации на больших производительностях потоков, в различных режимах по обводненности стойких и мелкодисперсных эмульсий углеводородных сред.

Устройство работает следующим образом.

Обводненная водо-нефтяная эмульсия с различной степенью дисперсности и устойчивости водной фазы поступает через патрубок ввода 2 и распределительное устройство 3. При заполнении объема аппарата благодаря олефильным свойствам поверхности материалов, равномерно смачиваясь углеводородной средой, заполняется весь объем пакета 7, и вытесняется воздух из плотной пористо-ячеистой структуры.

Основная масса крупнодисперсной влаги задерживается гидрофобной поверхностью передних слоев. Оседая под силой тяжести на дно аппарата, водная фаза накапливается в водосборном кармане 8, уровень раздела фаз в котором регулируется автоматизированным устройством 10 по высоте, обеспечивающей расположение влагоотделительного пакета (для высокой эффективности деэмульсации) только в углеродной среде. Вывод водной фазы осуществляется через патрубок 5.

Капли эмульгированной воды, соизмеримые по величине с размером ячей и пор, проходят внутрь структуры пакета, где при взаимном столкновении и контакте с высоко развитой поверхностью материала и пористо-ячеистом пространстве происходит коалесценция мелких и мельчайших капель воды.

На гидрофобной поверхности материала коалесценция капель происходит за счет соударений внутри пористо-ячеистого пространства; капли сталкиваются, укрупняясь, и продвигаются по ходу потока.

При контакте в слоях материала с гидрофильной поверхностью капли воды растекаются по ней тонкой пленкой и, укрупняясь, скатываются вниз и продвигаются по ходу потока.

На выходе из пакета подбором материала формируются условия вывода из структуры материала скоалесцированной водной фазы тонкой пленкой, которая по наклону скатывается вниз и, накапливаясь в водосборном кармане 9 в автоматическим режиме с помощью устройства 11, выводится через патрубок 6. Уровень раздела фаз постоянно поддерживается ниже водоотделительного пакета.

При оптимальной компоновке композиции материалов пакета исключается отрыв капель и вынос их с потоком глубоко обезвоженного топлива или нефтяного сырья в отстойную зону аппарата. Выдавливаясь из пакета преимущественно в пленочном режиме, вода даже при малых размерах зоны отстоя в аппарате не выносится с обезвоженным топливом через патрубки вывода товарного продукта 4. В таком режиме работы пакета обеспечивается большая производительность аппарата при колебании обводненности эмульсий в широких пределах; не требуется дополнительного отстоя, т.к. влага успевает удаляться из пакета в зону отстоя, не нарушая режима вывода сухого продукта.

Расположение и работа пакета только в эмульгированном (углеводородном) слое (т.е. выше раздела фаз) позволяет обеспечивать устойчивую и высокоэффективную и высокопроизводительную работу аппаратов в крупномасштабных технологиях, например, при обезвоживании и обессоливании нефти, где чаще всего обрабатываемая среда подвержена изменениям по характеру эмульсий в зависимости от свойств нефтей.

При испытании устройства в технологии подготовки нефти при ее обезвоживании и обессоливании на НПЗ за одну ступень глубокой промывки нефти при подаче водонефтяной эмульсии 12 куб.м/кв.м фильтрующей поверхности водосодержание снижалось от 18 об.% до 0,03-0,05 об.%, что соответствовало и нормам по солесодержанию. Это очень высокий эффект деэмульсации, который не допускается в условиях прототипа. Расширены пределы использования устройства на высокопроизводительных потоках при упрощении обслуживания аппарата, благодаря усовершенствованию системы дренирования водной фазы из водосборных карманов.

Таким образом, предлагаемое устройство с влагоотделительным пакетом из композиционного набора олеофильных и гидрофильных пористо-ячеистых полимерных материалов обеспечивает высокую эффективность процесса деэмульсации без дополнительного отстоя при глубоком обезвоживании высокопроизводительных непрерывных углеводородных потоков продуктов и нефтяного сырья. Устройство просто в обслуживании, при включении его в технологические схемы установок обеспечивает компактность, снижает уровень затрат на металлоемкое оборудование, энергоресурсы и реагентное хозяйство, снижает уровень коррозионной активности обрабатываемых сред.