[RU]

Изобретение относится к способу удаления дисперсной фазы эмульсии, отличающемуся тем, что он включает стадию обработки указанной эмульсии путем отдувки газом, осуществляемой в условиях, при которых температура и давление ниже, чем в условиях кипения жидкости дисперсной фазы, и в котором состав указанного газа подбирают так, что дисперсная фаза обладает большей летучестью и сродством к этому газу, чем сплошная фаза указанной эмульсии.

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к способу удаления дисперсной фазы эмульсии, отличающемуся тем, что он включает стадию обработки указанной эмульсии путем отдувки газом, осуществляемой в условиях, при которых температура и давление ниже, чем в условиях кипения жидкости дисперсной фазы, и в котором состав указанного газа подбирают так, что дисперсная фаза обладает большей летучестью и сродством к этому газу, чем сплошная фаза указанной эмульсии.

---

СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ ОТДУВКИ ЭМУЛЬСИИ, СПЛОШНАЯ
2420-516826ЕА/042 ГАЗОМ ЛЕТУЧЕЙ ФАЗЫ, СОДЕРЖАЩЕЙСЯ В ФАЗА КОТОРОЙ МЕНЕЕ ЛЕТУЧАЯ
Описание
Настоящее изобретение относится к способу удаления дисперсной фазы эмульсии.
Эмульсия представляет собой смесь, по меньшей мере, двух несмешивающихся жидких фаз, при этом, по меньшей мере, первая фаза диспергирована во второй фазе, вообще, в форме капель. Первая фаза образует так называемую дисперсную или дискретную фазу, а вторая фаза образует так называемую сплошную фазу. Очевидно, что каждая фаза может быть жидкой фазой, или продуктом, или смесью продуктов.
В контексте настоящей заявки термин эмульсия следует рассматривать в его широком принятом значении, не принимая во внимание дисперсионные характеристики, такие как размер капель и т.д.
Эмульсии могут образовываться и существовать по разным причинам, не взирая на то, является их присутствие желательным или нет.
Особо следует отметить сферу обработки сточных вод, где маслянистые частицы могут быть суспендированы в воде.
Также следует отметить нефтяную промышленность, где обработанные потоки часто могут содержать несмешивающиеся друг с другом продукты, склонные образовывать отдельные фазы. Таким образом, начиная с добычи и переработки нефти и природного газа и заканчивая их превращением в различные химические продукты, есть вероятность образования эмульсий, преднамеренного или нет.
Это часто случается, в частности, при добыче нефти одновременно с извлечением воды, смешанной с углеводородами, особенно во время нефтяного бурения на шельфе. Вода также обладает соленостью, что неблагоприятно для большинства последующих операций. Энергия перекачивания насосом может вызывать диспергирование воды в углеводородной фазе. В таких случаях эмульсия образуется, конечно же, ненамеренно и является
нежелательной, эту водную фазу по возможности нужно сводить к минимуму.
Кроме того, углеводородные фазы часто промывают водной фазой, в частности, с целью экстрагирования компонентов, которые, по меньшей мере частично, с ней смешиваются, например, легких углеводородов или спиртов, в частности, метанола. Промывка может вызвать образование эмульсии типа "вода в углеводородной фазе" или наоборот. В этом случае образование эмульсии является преднамеренным, но только временно, и может оказаться необходимым отделение дисперсной фазы с целью получения очищенной сплошной фазы и/или извлечения дисперсной фазы.
Также следует упомянуть направления химической промышленности, в которых используют продукты, полученные в ходе эмульсионных реакций, в частности, эмульсионной полимеризации, когда может оказаться необходимым впоследствии отделять одну из фаз эмульсии для извлечения синтезированного продукта.
Существует множество способов, позволяющих отделить различные соединения друг от друга, в частности, очистка, обогащение или фракционирование продуктов или смесей продуктов.
Способы разделения, помимо прочего, включают дистилляцию, отстаивание, адсорбцию слоями твердого адсорбента, экстракцию, способы отдувки и т.д.
Вообще, способы разделения основаны на отличии одного или нескольких физико-химических свойств подлежащих разделению соединений, это отличие используют для того, чтобы вызвать разделение. Например, указанными отличиями могут быть отличия в температуре кипения, относительной плотности, сродстве к какому-либо материалу, размере, форме, весе и т.д. Чем сильнее отличается данное свойство, тем легче и более селективно происходит разделение.
Следовательно, каждому из этих способов свойственны собственные особенности и ограничения, их, как правило, используют в зависимости от имеющих место физико-химических свойств, их селективности в отношении этих свойств, требуемых
рабочих условий и заданной степени отделения, от частичного отделения вплоть до практически полной очистки продукта.
Способы разделения могут быть использованы в сочетании друг с другом, чаще всего последовательно, и/или могут быть повторены в различных рабочих условиях с целью достижения заданного разделения или разделений. Это относится, преимущественно, к обработке сложных смесей и/или смесей, компоненты которых отличаются друг от друга по физико-химическим свойствам мало или недостаточно, что принуждает использовать несколько способов разделения, основанных на нескольких разных физико-химических свойствах. Это также может оказаться необходимым для способов очистки, направленных на достижение очень высокой степени чистоты продукта.
Для несмешивающихся продуктов, в частности эмульсий, можно использовать несколько способов.
Во-первых, можно предусмотреть отстаивание продукта перед началом разделения фаз.
Однако, для эмульсии и в связи с ее стабильностью и, в частности, размером капель время, необходимое для отстаивания, все же может быть очень большим.
Кроме того, если эмульсия не коалесцирует, можно извлечь только часть сплошной фазы, а другую часть, которую нельзя не учитывать, извлечь не удастся. Аналогично, простое извлечение только дисперсной фазы также невозможно. Следовательно, необходимо возбудить коалесценцию эмульсии, если она не коалесцирует естественным образом и если время коалесценции слишком велико.
Даже после коалесценции эмульсии и извлечения отдельных фаз всегда остается граница, у которой четкого разделения фаз достичь трудно, и часто нельзя избежать сохранения остаточного количества одной фазы в другой. Граничная область часто нуждается в удалении или повторной обработке.
Также следует отметить, что способы отстаивания не позволяют выделить продукт, содержащийся в одной из фаз в растворенной форме, если продукты не являются абсолютно несмешивающимися. Следовательно, как правило, чрезвычайно
трудно достичь высокой степени чистоты, используя только способ отстаивания, в частности, это касается области ниже порога насыщения выделяемого соединения в фазе, которая остается.
Другое возможное решение - это прибегнуть к дистилляции эмульсии. Однако, это решение пригодно не для всех продуктов. Во-первых, это относительно сложная в осуществлении операция, требующая тяжелого оборудования. Во-вторых, ее, как правило, проводят при высокой температуре, что чрезвычайно энергоемко и в худшем случае может вести к разложению одного или нескольких продуктов смеси в эмульсии.
Также следует отметить, что в конкретном случае удаления воды, содержащейся в сырой нефти, в этой воде очень высокое содержание соли. Когда воду нагревают и выпаривают, соли образуют отложения в дистилляционной колонне, вызывая явление коррозии.
Наконец, для дистилляции нужно наличие разности температуры кипения разделяемых продуктов, и чем меньше разности температур, тем труднее осуществить дистилляцию и большей высоты колонна требуется. Для оптимизации дистилляции ее часто осуществляют при пониженном давлении. Если подлежащая разделению смесь поступает по находящейся под давлением линии подачи (например, перекачивание нефти), давление этой смеси необходимо снижать. Достижение падения давления является дорогостоящей, сложной операцией, требующей установки редукционных клапанов и других систем. Кроме того, давление этих продуктов часто необходимо восстанавливать, чтобы можно было подать их на другую установку.
Дистилляция также во множестве случаев может быть ограничена явлением образования азеотропной смеси.
Третьим пригодным способом разделения является адсорбция на слое твердого адсорбента, такого как молекулярные сита, силикагели и т.д. Адсорбенты этих типов, вообще, непригодны для смесей капель жидкости и тяжелых углеводородов. Кроме того, для регенерации этих адсорбентов нужна высокая температура, что требует затрат большого количества энергии.
Для несмешивающихся компонентов также рассматривалась
возможность использования способа отдувки.
Отдувка представляет собой способ разделения, в соответствии с которым поток жидкости приводят в контакт с потоком газа, чтобы вызвать селективный перенос вещества между указанными потоком жидкости и потоком газа в зависимости от относительного сродства различных продуктов к двум - газовой и жидкой - фазам, при этом сродство одного компонента к газовой или жидкой фазе, в сущности, основано на его летучести при рабочих условиях и на условиях термодинамического равновесия компонентов в паровой и жидкой фазах.
Способы отдувки - это способы разделения, представляющие большой интерес из-за их относительной простоты и благодаря тому, что их можно осуществить в относительно простых условиях, затратив небольшое количество энергии.
Следовательно, один компонент может быть извлечен из жидкой фазы в газовую фазу, к которой он обладает большим сродством (извлеченный компонент жидкой фазы, извлеченный фазой отдувочного газа в эту газовую фазу).
Следует указать, что обратная операция, состоящая в извлечении компонента газовой фазы в жидкую фазу, к которой он имеет большее сродство (компонент газовой фазы, извлеченный фазой поглотительной жидкости в эту жидкую фазу), вообще, считается операцией физической или химической абсорбции, а не операцией отдувки газом в самом строгом смысле.
Следовательно, здесь необходимо указать, что в контексте настоящего изобретения выражение "отдувка газом" следует понимать как означающее только первый вариант, а именно, отдувку жидкой фазы газовой фазой. Выражение "отдувка газом" следует понимать как строгое указание на отдувку газом, т.е. газ является средством отдувки, используемым для отдувки компонента, подлежащего удалению из жидкой фазы.
Например, способ отдувки часто используют для извлечения загрязняющих примесей типа VOC (volatile organic compounds -летучие органические соединения) и газов, растворенных в потоке воды, с целью обработки этой воды. В способах этого типа имеет место перенос из жидкой фазы, и VOC уносятся газовой фазой.
Следовательно, это действительно процесс отдувки в значении настоящего изобретения.
Контрпримером являются известные установки по дегидратации природного газа, функционирование которых основано на поглощении триэтиленгликолем (TEG). В этих установках вода, содержащаяся в газовой фазе, переносится в жидкую фазу (TEG). Как указано выше, этот способ не является процессом отдувки газом в значении настоящего изобретения, поскольку газовая фаза является фазой, из которой компонент извлекается и переносится в жидкую фазу. В действительности, это процесс, в ходе которого газ промывают посредством физической абсорбции воды гликолем.
Следовательно, принципом способа отдувки газом является ускорение переноса компонента, подлежащего извлечению из жидкой фазы, в газовую фазу. Чтобы это произошло, подлежащий извлечению компонент должен диффундировать в сплошной фазе к границе раздела жидкость/газ, через которую он переходит и где он испаряется.
Более конкретно, перенос вещества происходит благодаря явлению диффузии и десорбции летучего компонента на этой границе и вызывается потоком газа. Он основан на термодинамическом равновесии между двумя фазами, к которому стремится летучее соединение.
Вследствие своей более высокой относительной летучести подлежащее извлечению соединение обладает более сильным естественным стремлением к переходу в газовую фазу до тех пор, пока не будет достигнуто давление насыщенного пара в применяемых температурных условиях. Поскольку поток газа обеспечивает постоянное обновление газовой фазы, это давление насыщенного пара не может быть достигнуто летучим соединением, которое, следовательно, непрерывно десорбируется из жидкой фазы, и происходит его постепенное извлечение из жидкой фазы. Десорбция и постепенное извлечение летучего соединения обусловлены диффузией указанного летучего соединения в жидкой фазе.
Следует отметить, что испарительный перенос компонента не следует путать с его кипением, в каковом случае не было бы
пересечения границы жидкость/газ и не было бы явления десорбции этого компонента. Это было бы, по существу, эквивалентно дистилляции.
Следовательно, способы отдувки газом, главным образом, касаются удаления растворенных компонентов и осуществляются в условиях, стимулирующих и диффузию указанного компонента к границе жидкость/газ, и испарение этого компонента на этой границе. Вообще, для осуществления отдувки газом, следовательно, благоприятны высокие температуры (однако, не превышающие температуру кипения) и пониженное давление.
Недостатки, упомянутые в отношении дистилляции, т.е. потребление энергии для нагревания смеси и снижение давления в сети, питающей данный процесс, следовательно, также относятся к отдувке газом, хотя и в меньшей степени.
Можно процитировать несколько документов, касающихся разделения компонентов, которые потенциально не смешиваются друг с другом.
Документ US 5256258 касается удаления воды и других летучих соединений, присутствие которых вероятно в текучей теплопередающей среде. С этой целью текучую теплопередающую среду приводят в контакт с потоком азота, циркулирующим в противоточном режиме, который уносит с собой летучие соединения. Следует отметить, что текучая теплопередающая среда имеет температуру от 150°С до 400°С. В результате вода и подлежащие извлечению соединения не присутствуют в этой текучей среде в жидкой форме, образуя отдельную фазу, но находятся уже в форме растворенного газа. Следовательно, в этом документе описан способ отдувки газом после кипения и перехода подлежащих извлечению компонентов в растворенную фазу.
Документ US 5259931 касается очистки воды, содержащей растворенные углеводороды, путем отдувки воздухом. В этом документе ссылаются на преамбулу документа US 4764272, упоминая возможность обработки углеводородов, не только растворенных в воде, но и смешанных с водой, т.е. присутствующих в форме эмульсии в воде. Следует отметить, однако, что в US 47 64272 указано, что вода сначала проходит стадию отстаивания и что
только отделенную водную фазу, т.е. только содержащую растворенные углеводороды, подвергают отдувке.
Термин "отдувка" может даже иногда использоваться неправильно.
Например, документ W0 2011/059843 относится к дегидратации масляной фазы путем подсасывания, создающего поток отдувочного воздуха. Однако для достижения этого масляную фазу нагревают до температуры, превышающей температуру кипения воды. Отсюда следует, что вода в масляной фазе больше не является жидкой и не образует эмульсию. Этот процесс не соответствует ни одному из процессов отдувки, такому как ранее описанный, и больше относится к дистилляции в регулируемой атмосфере и при пониженном давлении и имеет те же недостатки.
Следовательно, имеется серьезная потребность в способе разделения, который можно применить к эмульсиям и которому указанные выше недостатки не свойственны или свойственны только в ограниченном масштабе.
В документе ЕР 1586620 описан способ очистки сырой нефти, включающий стадию промывки эмульгированной жидкой фракции перед стадией отдувки указанной жидкой фракции, на которой газ подают в противоточном режиме. Однако следует отметить, что этот газ используют, главным образом, для подкисления эмульсии. Следовательно, данный способ включает перенос вещества из газовой фазы в жидкую фазу, что не эквивалентно отдувке газом в значении настоящего изобретения. Также следует отметить, что необходимо прибегать к использованию вторичного отстойника для разделения фаз эмульсии.
Документ US 5240617 также конкретно относится к разделению фаз эмульсии, точнее, эмульсии воды и масла, путем инжекции в эмульсию пузырьков воздуха, каковую операцию проводят при температуре ниже температуры кипения воды.
Нужно отметить, что в описании этого документа отсутствуют подробности, и точно не указано, какую фазу эмульсии извлекают пузырьками воздуха.
Указано, что пузырьки воздуха инжектируют в тонкодисперсном состоянии и что происходящее перемешивание
просто обеспечивает термическую однородность. Присутствие мешалки в цикле нагревания эмульсии также направлено на достижение термической однородности.
Следовательно, оказывается, что газ в способе, соответствующем US 5240617, не пригоден для отдувки компонентов дисперсной фазы, в действительности извлеченные компоненты принадлежат сплошной жидкой фазе.
Если извлекаемым путем отдувки веществом является вода, следует понимать, что описанный способ, следовательно, применим главным образом к эмульсии типа масло в воде.
Поскольку объем сплошной фазы, в силу ее природы, намного больше, ее удаление занимает намного больше времени, если нужно извлечь максимальное количество сплошной фазы или извлечь дисперсную фазу.
Настоящее изобретение направлено на преодоление указанных недостатков, и это относится к способу удаления дисперсной фазы эмульсии, отличающемуся тем, что он включает стадию обработки указанной эмульсии путем отдувки газом, осуществляемой в условиях, при которых температура и давление ниже, чем в условиях кипения жидкости дисперсной фазы, и в котором состав указанного газа подбирают так, что дисперсная фаза обладает большей летучестью и сродством с этим газом, чем сплошная фаза указанной эмульсии.
В конкретном случае эмульсии, из которой нужно извлечь дисперсную фазу, граница газ/жидкость естественным образом лежит между газовой фазой и сплошной фазой эмульсии, а не между газовой фазой и подлежащей извлечению жидкой фазой. Кроме того, дисперсная фаза по определению не растворяется в сплошной фазе и не подвержена диффузии к границе, где она может испаряться. Поэтому отдувку по определению трудно применить к эмульсии.
Таким образом, неожиданно было обнаружено, что способ отдувки может быть применен непосредственно к эмульсии с целью извлечения дисперсной фазы без предварительного испарения последней, в частности, посредством кипения.
Без связи с какой-либо теорией полагают, что инжектируемый газ механически позволяет преодолеть невозможность диффузии
через сплошную фазу. Следовательно, в значительной мере возможно вызвать непосредственный контакт между каплями летучего соединения и газом.
Кроме того, способ отдувки также позволяет извлекать компонент дисперсной фазы, существующей в сплошной фазе в растворенной форме. Таким образом, благодаря этому способу возможно получить чрезвычайно высокую степень чистоты сплошной фазы, в частности, с намного меньшей остаточной концентрацией компонента дисперсной фазы, чем уровень насыщения сплошной фазы указанным компонентом. При использовании для дегидратации углеводородной фазы, таким образом, возможно достичь такой малой остаточной концентрации воды, как 1 часть на миллион.
Преимущественно, способ отдувки газом осуществляют в присутствии средства обеспечения контакта газовой фазы и дисперсной жидкой фазы. Указанное средство позволяет увеличить поверхность контакта между газовой фазой и дисперсной жидкой фазой.
Кроме того, способ отдувки, предпочтительно, осуществляют в присутствии средства для разрушения эмульсий. Разрушение эмульсии, во-первых, усиливает контакт с газовой фазой, но также ускоряет переход компонента или компонентов дисперсной жидкой фазы в растворенную форму в сплошной жидкой фазе. Компонент(ы) в растворенной форме затем подвергают обычному процессу отдувки.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения средство обеспечения контакта и/или средство для разрушения эмульсий включает средство обеспечения турбулентного потока газа.
Преимущественно, процесс отдувки газом осуществляют в потоке эмульсии. Этот процесс может быть непрерывным.
Более преимущественно, поток эмульсии во время стадии отдувки является, по меньшей мере частично, турбулентным.
Предпочтительно, эмульсия и отдувочный газ движутся противоточно.
В качестве альтернативы, эмульсия и отдувочный газ могут двигаться прямоточно.
В качестве альтернативы или дополнительно, во время отдувки эмульсию инжектируют через разбрызгивающее устройство.
Предпочтительно, во время отдувки эмульсия проходит через, по меньшей мере, одну насадку. Указанная насадка способствует увеличению поверхности контакта между различными фазами путем создания локальной турбулентности потока. Кроме того, она может способствовать разрушению эмульсии.
Кроме того, предпочтительно, насадка представляет собой структурированную облицовку. Указанная насадка может обеспечить особенно большую удельную площадь поверхности.
Преимущественно, насадка представляет собой
проволочную/волоконную или тонкопленочную насадку.
Проволочная/волоконная или тонкопленочная насадка обеспечивает лучшее разрушение эмульсии.
Более преимущественно, тонкопленочная насадка имеет характерную толщину пленки менее 0,25 мм.
Предпочтительно, эмульсия проходит через несколько насадок, при этом первой насадкой является тонкопленочная насадка.
Преимущественно, температура отдувочного газа близка, но ниже, чем температура кипения эмульсии в условиях отдувки по давлению.
Очевидно, что под температурой кипения эмульсии понимается наименьшая температура кипения ее компонентов.
Кроме того, температура эмульсии, преимущественно, близка, но ниже, чем температура кипения эмульсии в условиях отдувки по давлению.
Предпочтительно, стадию отдувки проводят при температуре окружающей среды.
Также предпочтительно, стадию отдувки проводят в условиях по давлению, по существу, соответствующих атмосферному давлению.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения сплошная фаза эмульсии представляет собой углеводородную фазу.
Помимо этого, дисперсная фаза является водной фазой.
Предпочтительно, водная фаза содержит метанол или другие спирты, в частности, алифатические спирты.
Способ настоящего изобретения дополнительно может сопровождаться стадией конденсации, направленной, по меньшей мере, на частичную конденсацию компонента или компонентов дисперсной фазы, захваченных отдувочным газом.
Кроме того, эмульсия представляет собой конденсат, полученный на предшествующей стадии разделения.
В соответствии с преимущественным вариантом осуществления изобретения в состав используемого отдувочного газа входит один или несколько вторичных компонентов, присутствующих в сплошной фазе и отличающихся от компонента дисперсной фазы, подлежащего извлечению. Указанный вариант осуществления изобретения может быть особенно уместен, если нужно увеличить селективность процесса и если эмульсия содержит несколько летучих соединений, которые с большой вероятностью побочно извлекаются газовой фазой.
Это особенно относится к случают применения данного способа для извлечения метанола, да и других спиртов (алифатических, в частности, таких как метанол, этанол, пропанол, бутанол и пентанол ...) из легкого конденсата, содержащего, например, пропан или бутан, которые не очень желательно извлекать.
В таком случае отдувочный газ может быть обогащен пропаном или бутаном во время его инжекции. Благодаря наличию некоторого количества этих соединений в отдувочном газе ограничивается их экстракция из сплошной фазы эмульсии и захватывание газовой фазой.
Преимущественно, вторичные соединения присутствуют в отдувочном газе в пропорции, близкой к насыщению ими газовой фазы. Следовательно, уже насыщенный отдувочный газ будет больше не способен захватывать эти компоненты.
Также, преимущественно способ включает, по меньшей мере, одну стадию рециркуляции отдувочного газа с целью регулирования в нем количества вторичных компонентов сплошной фазы.
Более конкретно, указанный контур рециркуляции имеет два
преимущества. Во-первых, он позволяет быстрее получить отдувочный газ, насыщенный летучими компонентами, после нескольких циклов без подвода рассматриваемых компонентов извне. Во-вторых, контур рециркуляции, преимущественно, включает стадию отделения компонентов, захваченных газом: компоненты дискретной фазы эмульсии в этом контуре экстрагируют и отводят, компоненты сплошной фазы, которые желательно сохранить, повторно инжектируют в отдувочный газ, чтобы поддерживать этот газ в состоянии насыщения этими вторичными соединениями, или непосредственно рециркулируют в обработанную жидкую фазу. Отделение может включать стадию небольшого охлаждения для повторной конденсации части летучих продуктов.
Настоящее изобретение дополнительно поясняется в следующем далее подробном описании со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 представлена схема стадий способа, соответствующего изобретению, примененного после трехфазного разделения;
на фиг.2 представлена схема экспериментальной установки, предназначенной для осуществления способа настоящего изобретения, полученные на ней результаты приведены на фиг.3 в форме графика;
на фиг.4 представлена схема одного конкретного варианта осуществления способа настоящего изобретения;
на фиг.5 представлен один конкретный вариант осуществления изобретения, включающий контур рециркуляции и обогащение отдувочного газа вторичными соединениями.
Хотя настоящее изобретение поясняется на конкретном примере, относящемся к нефтяной промышленности, очевидно, что оно никоим образом этим не ограничивается в отношении области применения или используемых продуктов.
При добыче природного газа этот газ может содержать конденсируемые углеводороды.
Точно так же, при обработке нефтяного масла на нефтеперерабатывающем заводе различные применяемые процессы и способы обработки часто ведут к образованию газовой фазы,
содержащей конденсируемые углеводороды.
Если этот газ нужно подвергать транспортировке или иной обработке, присутствия таких конденсируемых углеводородов следует избегать, чтобы предотвратить образование жидкой фазы, наличие которой нежелательно для способов обработки или транспортировки, предназначенных для газообразного потока. Например, конденсация этих углеводородов в газопроводе может привести к закупорке жидкостью.
Чтобы предотвратить эти проблемы, газы, содержащие такие конденсируемые углеводороды, подвергают отбензиниванию, чтобы отрегулировать температуру точки росы этих углеводородов и предотвратить конденсацию части углеводородов. Эта стадия может быть осуществлена несколькими способами, в частности, путем низкотемпературной конденсации, вызывающей конденсацию этих углеводородов.
Поскольку вероятно, что газ также содержит пары воды, имеется риск образования гидратов. Этот риск можно исключить путем добавления ингибитора образования гидратов, таким ингибитором часто является метанол (или другие спирты, в частности, алифатические спирты, такие как перечисленные ранее).
Извлеченные углеводороды могут быть использованы, в частности, в топливах GPL.
На фиг.1 схематично показан способ настоящего изобретения в применении к такому разделению.
С этой целью конденсат 1 сначала проходит стадию трехфазного разделения (газ 11 - углеводороды 12 - вода 13), направленную на отделение водной фазы 13 и углеводородной фазы 12 .
Несмотря на тщательность разделения (время пребывания и т.д.), чрезвычайно трудно достичь эффективного отделения жидких фаз, и разделение никогда не бывает совершенным.
Следовательно, водная фаза 13 содержит некоторое количество растворенных и/или диспергированных углеводородов. Водная фаза 13 также содержит некоторое, которым нельзя пренебречь, количество добавленного метанола, частично
растворимого в обеих фазах 12, 13.
Точно так же, извлеченная углеводородная фаза 12 не является чистой. Она содержит остаточную растворенную воду и диспергированную воду. Каждая фаза также содержит метанол.
Для повышения качества эту углеводородную фазу 12 необходимо очистить, в частности, дегидратировать. Кроме того, для повышения ее качества ее необходимо подвергнуть нескольким преобразованиям, в особенности посредством каталитических процессов. Метанол, как правило, является ядом для этих катализаторов, следовательно, его нужно удалить перед обработкой этих углеводородов.
Для этого извлеченную углеводородную фазу 12 пропускают через насос 14 и направляют в колонну 15, где осуществляют первую стадию ее промывки водой, при которой удаляется большая часть метанола, содержащегося в углеводородной фазе.
Углеводородную фазу 12 инжектируют в нижнюю часть колонны 15, тогда как воду 16 инжектируют в верхнюю часть колонны 15.
Центральная насадка 17 обеспечивает контакт между углеводородной фазой 12 и водой 16, оптимизирующий промывку и межфазный перенос метанола.
Хотя на этой стадии промывки, как и на предыдущих стадиях подачи насосом и перемешивания, вероятно образование большого количества воды, диспергированной в углеводородной фазе 12, что ведет к образованию эмульсии, она обеспечивает извлечение и устранение большей части метанола.
Содержащую метанол воду 16' отводят из нижней части колонны 15.
Промытую углеводородную фазу 12' собирают в верхней части колонны 15 и направляют на стадию отдувки, соответствующую изобретению.
Для проведения этой стадии промытую углеводородную фазу 12' инжектируют в верхнюю часть отдувочной колонны 18.
Предпочтительно, промытую углеводородную фазу 12' распределяют при помощи высокоэффективного распределительного устройства для жидкости, совместимого с используемыми в отдувочной колонне насадками.
В качестве альтернативы, промытую углеводородную фазу 12' разбрызгивают.
Отдувку осуществляют, используя горячий, сухой газ, например, высушенный воздух 19, инжектируемый в нижнюю часть колонны.
Таким образом, промытая углеводородная фаза 12', содержащая эмульсию типа вода в масле, стекает по колонне 18 вниз, тогда как отдувочный газ 19 поднимается по колонне 18. Следовательно, организуется противоточная циркуляция.
Промытая углеводородная фаза 12' и отдувочный газ 19 проходят через серию насадок 20, 21.
Первая насадка 2 0, т.е. та, через которую проходит сначала промытая углеводородная фаза 12', а затем отдувочный газ 19, в том числе, представляет собой тонкопленочную насадку 20, обеспечивающую начальное разрушение эмульсии, содержащейся в промытой углеводородной фазе 12'.
Предпочтительно, первая насадка 20 является
структурированной или проволочной/волоконной насадкой.
Вторая насадка 21 также, предпочтительно, является структурированной насадкой, но также может быть тонкопленочной насадкой.
Когда отдувочный газ 19 проходит через промытую углеводородную фазу 12', дисперсная содержащая метанол водная фаза имеет более сильное сродство к отдувочному газу, чем сплошная углеводородная фаза.
Следовательно, горячий сухой газ 19 насыщается водой и метанолом по мере прохождения по колонне 18.
Отдувочный газ отводят из верхней части колонны 19 в форме потока влажного воздуха 22, содержащего метанол и "легкие" углеводородные пары.
Пока отдувочный газ 19 насыщается водой и метанолом, промытая углеводородная фаза 12', соответственно, ими обедняется.
Дегидратированную углеводородную фазу 23, обедненную метанолом, отводят из нижней части колонны 18.
Очевидно, что уровни эффективности можно отрегулировать в
зависимости от времени пребывания и разного времени истечения, остаточного содержания воды в сухом отдувочном газе, параметров насадки.
На фиг.2 представлена схема экспериментальной установки, предназначенной для осуществления способа настоящего изобретения.
Эта установка включает отдувочную колонну 2 00, аналогичную колонне 18 и предназначенную для осуществления противоточного контакта между потоком подлежащей очистке жидкости и потоком отдувочного газа.
Например, колонна 200, использованная в экспериментальной установке, имеет внутренний диаметр 18 дюймов (45,7 см) и оборудована шестью элементами структурированной насадки с удельной площадью поверхности 250 м2 на м3.
Жидкость подают в колонну 200 через входное отверстие 201, расположенное в верхней части указанной колонны 2 00, и выводят через выходное отверстие 2 02 в нижней части колонны.
Газ подают в колонну 200 через входное отверстие 211, расположенное в нижней части указанной колонны 2 00, и отводят через выходное отверстие 212, расположенное в верхней части колонны 2 00.
Подачу жидкости в колонну 2 00 осуществляют из резервуаров 101, 102, предназначенных для хранения некоторого количества углеводородного конденсата, до и/или после пропускания через колонну 2 00.
Резервуары 101, 102 установлены параллельно, каждый из них подсоединен к наливной линии 103, 104 и сливной линии 105, 106.
Сливные линии 105, 106 соединяются друг с другом перед инжекционным насосом 107 для конденсата.
Перед инжекцией конденсата в колонну 200 через входное отверстие 201 его нагревают, пропуская через теплообменник 108, предназначенный для доведения его температуры до температуры, близкой к температуре газа, который будет использован для отдувки, после чего смешивают с водой, инжектируемой в конденсат при помощи инжекционного насоса 109, и пропускают через мешалку.
Турбулентное смешивание (инжекция воды с последующим перемешиванием) углеводородного конденсата и воды вызывает образование эмульсии, которую инжектируют в колонну 200 через входное отверстие 201.
Следовательно, эмульсия проходит стадию отдувки в колонне 200 в противотоке с отдувочным газом.
Используемый отдувочный газ представляет собой поток азота, нагретого до 50°С и имеющего давление 50 бар.
Как указано выше, отдувочный газ отводят из верхней части колонны через выходное отверстие 212 и направляют в устройство 213 устранения загрязнения, именуемое скруббером, а затем выпускают в атмосферу.
Поддержание давления в колонне 200 обеспечивается при помощи регулировочного клапана 214, позволяющего возвращать газ в верхнюю часть колонны в том случае, если давление недостаточно.
После отдувки эмульгированной жидкости в соответствии со способом настоящего изобретения жидкость выводят из колонны через выходное отверстие 2 02 в нижней части колонны при помощи отводной линии 110.
Отводная линия соединяется с наливными линиями 103, 104 резервуаров 101, 102, в которых очищенный конденсат может храниться для анализа и будущего цикла испытаний.
Очевидно, что вдоль линий подачи и отведения имеются точки пробоотбора.
В частности, одна точка пробоотбора может находиться перед подачей эмульсии в колонну 2 00, а другая - на отводной линии 110 .
Эти пробы подвергают анализу на содержание воды, выполняемому, в частности, по методу Карла Фишера.
Также можно предусмотреть отбор проб отдувочного газа в различных точках колонны 2 00, чтобы наблюдать за водопоглощением.
На фиг.3 представлен график зависимости количества воды в весовых частях на миллион от времени (времени пробоотбора).
Для каждого момента отбора проб верхняя черная точка
указывает количество воды в масле в вес. частях на миллион в эмульсии, инжектируемой в верхнюю часть колонны. Нижняя точка с перекрестной штриховкой указывает количество воды в масле в вес. частях на миллион в жидкости, отведенной из выходного отверстия колонны. Промежуточная точка с косой штриховкой соответствует промежуточной точке пробоотбора, по существу, на середине высоты колонны.
Следует отметить, что кривая из верхних черных точек, очевидно, смещена относительно кривой из нижних точек с перекрестной штриховкой, что, по существу, соответствует времени прохождения через колонну и заполнению процесса.
Эти результаты, очевидно, зависят от рабочих условий. Далее в таблице 1 приведены некоторые результаты различных экспериментов, проведенных для масляной фазы, образованной из испытуемых конденсатов, обладающих следующими характеристиками: дистилляция по ASTM (диапазон кипения) 183-203°С; температура воспламенения 63°С; плотность 77 6 кг/м3.
В частности, было установлено, что для получения менее 1 вес. части на миллион остаточной воды в конденсате, выходящем из колонны, полезно увеличить расход отдувочного газа и/или температуру.
Далее в таблице 2 приведены некоторые результаты моделирования, при этом модель была основана на измерениях равновесия метанол-вода-углеводород, полученных при удалении метанола, таком как ранее описанное, и углеводородная фаза была образована из испытуемых конденсатов, таких как ранее описанные.
На фиг.4 схематично представлен конкретный вариант осуществления способа, соответствующего изобретению, в котором поток отдувочного газа и поток подлежащей обработке жидкости инжектируют прямоточно.
Указанная установка включает отдувочную колонну 300, образующую мешалку и имеющую в нижней части входное отверстие 301 для подачи жидкости, подлежащей обработке, и входное отверстие 302 для отдувочного газа.
Все текучие среды выводятся из верхней части колонны через выходное отверстие 303.
Выходящие текучие среды 3 03 инжектируют в сепаратор 3 04 газ/жидкость, в нижней части которого имеется выходное отверстие 305 для жидкости, и в верхней части - выходное отверстие 306 для газа.
Использование этой прямоточной системы позволяет создать чрезвычайно компактную установку, которую можно непосредственно установить на плавучей или наземной платформе, когда имеется дефицит площади. Блок мешалка/сепаратор образует стадию очистки. Очевидно, что можно обеспечить несколько последовательных стадий очистки, где поток жидкости, выходящий из сепаратора первой ступени, поступает в мешалку второй ступени.
Далее в таблице 3 приведены некоторые результаты
моделирования, при этом модель основана на измерениях
равновесия метанол-вода-углеводород, полученных при
использовании способа настоящего изобретения, осуществляемого в прямоточном режиме. Углеводородная фаза образована из испытуемых конденсатов, имеющих ранее описанные характеристики.
На фиг.5 поясняется способ, соответствующий настоящему изобретению и включающий цикл рециркуляции, предназначенный для предотвращения удаления летучих соединений, содержащихся в сплошной фазе, удаление которых нежелательно.
Подлежащая очистке эмульсия находится в резервуаре 400. Это может быть эмульсия вода/легкий углеводород, например, такая, как описано ранее, и содержащая метанол, который нужно удалить.
Эта эмульсия циркулирует через теплообменник 4 01, чтобы повысить ее температуру до необходимой для реализации этого способа, перед ее инжекцией в колонну 500 через разбрызгивающую головку 501 в верхней части колонны 500.
Колонна 500 снабжена насадкой 502, аналогичной ранее описанным насадкам.
Эмульсию пропускают через колонну 50 0, откуда жидкость отводят снизу в точке отбора 503.
Отдувочный газ используют в замкнутом контуре и рециркулируют, как будет описано далее.
В соответствии с изобретением отдувочный газ инжектируют в колонну 500. Газ инжектируют в нижнюю часть колонны после прохождения через теплообменник 410 для придания ему заданной температуры.
Отдувочный газ циркулирует через колонну 50 0 и выходит из
ее верхней части через отверстие 505.
Как указано для конденсата легких углеводородов, отдувочный газ захватывает не только метанол, но и часть легких углеводородов, которые являются наиболее летучими при рабочих условиях после конденсации.
Следовательно, они должны быть отделены от потока отдувочного газа, отводимого через выходное отверстие колонны 500 .
Для этого газ пропускают через охладитель 411 перед инжекцией промывочной воды 412. Затем их пропускают через мешалку 413.
Охлаждение газа позволяет снова сконденсировать летучие легкие углеводороды без повторной конденсации метанола. При промывке метанол снова растворяется и переходит в водную жидкую фазу. Часть метанола остается растворенной в углеводородной фазе.
Затем отведенную текучую среду пропускают через трехфазный сепаратор 414.
Фазу влажного газа направляют в устройство 415 дегидратации, например, путем поглощения триэтиленгликолем и/или при помощи молекулярного сита, затем его снова сжимают в 416 и повторно инжектируют в отдувочную колонну 50 0. Подача газа 417 может компенсировать какие-либо потери.
Фазу легких углеводородов рециркулируют и повторно инжектируют в колонну для нового цикла очистки.
Водную фазу, содержащую большую часть извлеченного метанола, направляют в устройство 418 очистки, где этот поток подвергают очистке.
Другим возможным вариантом является использование отдувочного газа, который выходит из верхней части колонны в виде топливного газа (когда это возможно). Этот вариант позволяет упростить стадии обработки после отдувки, которые схематично показаны на фиг.5.
Хотя изобретение было описано на конкретном примере его осуществления, очевидно, что оно никоим образом им не ограничивается и охватывает все технические эквиваленты
описанных средств и их сочетания при условии, что они входят в объем данного изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ удаления дисперсной фазы эмульсии, отличающийся тем, что он включает стадию, на которой обрабатывают эмульсию путем отдувки газом, осуществляемой в условиях, при которых температура и давление ниже, чем в условиях кипения жидкости дисперсной фазы, при этом состав газа подбирают так, что дисперсная фаза обладает большей летучестью и сродством к этому газу, чем сплошная фаза эмульсии.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс отдувки газом осуществляют в присутствии средства обеспечения контакта газовой фазы и дисперсной жидкой фазы.
3. Способ по любому из п.п.1 или 2, отличающийся тем, что процесс отдувки осуществляют в присутствии средства для разрушения эмульсий.
4. Способ по любому из п.п.2 или 3, отличающийся тем, что средство обеспечения контакта и/или средство для разрушения эмульсий включает средство обеспечения турбулентного потока газа.
5. Способ по любому из п. п. 1-4, отличающийся тем, что
процесс отдувки газом осуществляют в потоке эмульсии.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что поток эмульсии во время стадии отдувки является, по меньшей мере частично, турбулентным.
7. Способ по любому из п.п. 5 или б, отличающийся тем, что
эмульсия и отдувочный газ движутся противоточно.
8. Способ по любому из п.п. 5 или б, отличающийся тем, что эмульсия и отдувочный газ движутся прямоточно.
9. Способ по любому из п.п. 5-8, отличающийся тем, что во
время отдувки эмульсию инжектируют через разбрызгивающее устройство.
10. Способ по любому из п.п.5-8, отличающийся тем, что во
время отдувки эмульсию инжектируют через высокоэффективное распределительное устройство для жидкости, совместимое с отдувочной колонной и используемыми в ней насадками, когда это применимо.
11. Способ по любому из п.п.5-10, отличающийся тем, что во
11.
время отдувки эмульсия проходит, по меньшей мере, через одну насадку.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что насадка
представляет собой структурированную насадку.
13. Способ по любому из п.п. 11 или 12, отличающийся тем, что насадка представляет собой проволочную/волоконную насадку.
14. Способ по любому из п.п.11-13, отличающийся тем, что насадка представляет собой тонкопленочную насадку.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что тонкопленочная насадка имеет характерную толщину пленки менее 0,25 мм.
16. Способ по любому из п.п.11-15, отличающийся тем, что эмульсия проходит через несколько насадок, при этом первой насадкой является тонкопленочная насадка, или структурированная насадка, или проволочная/волоконная насадка.
17. Способ по любому из п. п. 1-16, отличающийся тем, что температура отдувочного газа близка к температуре кипения эмульсии в условиях отдувки по давлению, но ниже нее.
18. Способ по любому из п. п. 1-17, отличающийся тем, что температура эмульсии близка к температуре кипения эмульсии в условиях отдувки по давлению, но ниже нее.
19. Способ по любому из п.п. 17 или 18, отличающийся тем, что стадию отдувки проводят при температуре окружающей среды.
20. Способ по любому из п.п. 1-19, отличающийся тем, что стадию отдувки проводят в условиях по давлению, по существу соответствующих атмосферному давлению.
21. Способ по любому из п. п. 1-20, отличающийся тем, что сплошная фаза эмульсии представляет собой углеводородную фазу.
22. Способ по любому из п. п. 1-21, отличающийся тем, что дисперсная фаза является водной фазой.
23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что водная фаза содержит, по меньшей мере, один алифатический спирт, в частности, метанол.
24. Способ по любому из п.п.1-23, отличающийся тем, что он сопровождается стадией, по меньшей мере, частичной конденсации компонента(ов) дисперсной фазы, захваченного отдувочным газом.
25. Способ по любому из п. п. 1-24, отличающийся тем, что
эмульсия представляет собой конденсат, полученный на предшествующей стадии разделения.
26. Способ по любому из п.п.1-25, отличающийся тем, что в
состав используемого отдувочного газа входит один или несколько вторичных компонентов, присутствующих в сплошной фазе и отличающихся от компонента дисперсной фазы, подлежащего извлечению.
27. Способ по п.26, отличающийся тем, что вторичные
соединения присутствуют в отдувочном газе в пропорции, близкой
к насыщению ими газовой фазы.
28. Способ по любому из п.п.25 и 26, отличающийся тем, что
он включает, по меньшей мере, одну стадию рециркуляции отдувочного газа для регулирования его состава в отношении вторичных компонентов сплошной фазы.
По доверенности
1/3
516826
2/3
Фиг.З