Способ разделения водонефтяных эмульсий

Изобретение относится к способу разделения водонефтяных эмульсий и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, например при утилизации нефтяных отходов. Способ включает смешение эмульсии с магнитной жидкостью на водной основе с плотностью 1,4-1,6 г/см³, магнитную обработку смеси, разделение смеси на углеводородную фазу и магнитную жидкость на водной основе с извлеченной из исходной эмульсии водой и последующую регенерацию магнитной жидкости. Магнитную обработку смеси проводят одновременно с разделением смеси в градиентном магнитном поле. Эмульсия перед смешением с магнитной жидкостью может быть разбавлена легким углеводородным растворителем, в качестве которого используют, например, бензиновые фракции, технический толуол, ксилолы, керосин. Разделение смеси на фазы может быть проведено при одновременном действии магнитных и центробежных сил. Способ обеспечивает эффективное разделение водонефтяной эмульсии на производственных объектах в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности при снижении эксплуатационных и капитальных затрат. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к способам разделения водонефтяных эмульсий и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, например при утилизации нефтяных отходов.

Известен способ разделения водонефтяных эмульсий за счет искусственного увеличения обводненности нефти (Патент РФ №2117689, МПК⁷ C10G 33/04, опубл. 20.08.98 г.). Сущность метода заключается в возврате на прием насоса некоторой части добываемой воды, расслоившейся в отстойной камере или в поле центробежных сил. Избыток водной фазы, образовавшейся в насосе, приводит к переходу водонефтяной смеси из одной структуры потока в другую. При этом резко снижается вязкость эмульсии и, в конечном счете, создаются благоприятные условия для отделения водной фазы и возвращения некоторого его количества на прием насоса.

Общим признаком с предлагаемым способом является смешивание водонефтяной эмульсии с водой.

Недостатком способа является длительное отстаивание для разделения разбавленной эмульсии, а использование центробежного поля для разделения таких эмульсий из-за небольшой разности плотностей водной и углеводородной фаз недостаточно эффективно.

Известен способ обезвоживания водонефтяной эмульсии, заключающийся в обработке ее сильным магнитным полем и последующем отстоем, позволяющий ускорить отделение нефти в 2-3 раза (патент РФ №2095119, В01D 17/06).

Общим признаком с предлагаемым способом является обработка водонефтяной эмульсии магнитным полем.

Недостатком известного способа является необходимость обработки всего потока водонефтяной эмульсии, что делает применение данного способа технически трудно осуществимым из-за больших габаритов омагничивающих устройств и потребляемой мощности.

Кроме того, известен способ обезвоживания водонефтяной эмульсии с использованием деэмульгатора, который предварительно растворяют в воде и воздействуют постоянным магнитным полем на водный раствор деэмульгатора при протекании его через зазоры омагничивающего устройства. После этого эмульсию смешивают с деэмульгатором и отстаивают (Патент РФ №2152817, МПК⁷ B01D 17/06, опубл. 20.07.00 г.).

Общими признаками с предлагаемым способом являются смешение эмульсии с разбавителем на водной основе и разделение смеси.

Недостатками известного способа являются следующие:

- для эффективного разделение смеси путем отстоя требуется очень длительный период, что не позволяет использовать известный способ в промышленном масштабе из-за необходимости неоправданно больших эксплуатационных и капитальных затрат;

- используемый деэмульгатор - Прохалит R2269 (описание к патенту №2152817) не входит в «Перечень химпродуктов, согласованных и допущенных к применению в нефтяной отрасли» (журнал «Нефтяное хозяйство», 2000, №5, С.82-87), в связи с чем не представляется возможным осуществить данный способ для разделения водонефтяной эмульсии на производственных объектах нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

Наиболее близким к заявляемому является способ, описанный в патенте Японии JP №55031438 A, Int. CL. B01D 17/02, в котором исходную нефтеводяную смесь с высоким содержанием нефти смешивают с магнитной жидкостью на водной основе и пропускают через аппарат с фильтрующим материалом, содержащим ферромагнитные волокна, к которым приложено магнитное поле. Прошедшая магнитную обработку смесь поступает в резервуар, где разделяется при отстое, причем в водную фазу, выходящую из резервуара, вновь добавляют магнитную жидкость на водной основе и повторно подвергают магнитной обработке, после чего она поступает во второй сепарационный резервуар. К водной фазе после повторной сепарации добавляют воду и кислоту и направляют в резервуар, где магнитные частицы осаждаются и затем возвращаются в исходную емкость для регенерации магнитной жидкости на водной основе.

Общими признаками с заявляемым являются смешение исходной эмульсии с магнитной жидкостью на водной основе, магнитная обработка смеси, разделение ее на углеводородную фазу, магнитную жидкость на водной основе с извлеченной из исходной эмульсии водой и последующая регенерация магнитной жидкости.

Недостатком известного способа является его сложность, связанная с необходимостью двухкратного смешения разделяемой водонефтяной эмульсии с магнитной жидкостью на водной основе, двухкратной последующей магнитной обработкой смеси и длительностью разделения смеси при отстое после магнитной обработки. Дополнительным недостатком могут служить энергетические затраты на создание магнитного поля в соленоиде при магнитной обработке смеси. Наконец, известный способ практически непригоден для водонефтяных эмульсий, содержащих механические примеси, которые будут постоянно забивать фильтрующий материал, содержащий ферромагнитные волокна.

Техническая задача заключается в создании способа, обеспечивающего эффективное разделение водонефтяных эмульсий, в том числе содержащих механические примеси на производственных объектах при снижении эксплуатационных и капитальных затратах за счет увеличения разности плотностей углеводородной и водной фаз, а также за счет придания последней свойства активно взаимодействовать с магнитным полем, позволяющего обеспечить разделение смеси под действием магнитных сил.

Поставленная задача достигается тем, что в способе разделения водонефтяных эмульсий, включающем смешение исходной эмульсии с магнитной жидкостью на водной основе, магнитную обработку смеси, разделение ее на углеводородную фазу и магнитную жидкость на водной основе с извлеченной из исходной эмульсии водой и последующую регенерацию магнитной жидкости, новым является то, что магнитную обработку смеси проводят одновременно с разделением смеси в градиентном магнитном поле, а для смешения с исходной эмульсией используют магнитную жидкость на водной основе плотностью 1,4-1,6 г/см³.

Кроме того, водонефтяную эмульсию перед смешением с магнитной жидкостью на водной основе разбавляют легким углеводородным растворителем.

Кроме того, в качестве растворителя используют бензиновые фракции, технический толуол, ксилолы, керосин.

Кроме того, разделение смеси проводят при одновременном действии магнитных и центробежных сил.

Заявляемая совокупность признаков позволяет повысить эффективность процесса разделения водонефтяной эмульсии, так как смешиваемая с исходной водонефтяной эмульсией магнитная жидкость на водной основе, контактируя с исходной водонефтяной эмульсией, образует принципиально новую водонефтяную эмульсию с омагниченной и утяжеленной водной фазой. Это позволяет, в первую очередь, использовать магнитные сепараторы с градиентным магнитным полем.

Феррогидростатические или магнитогидродинамические сепараторы с градиентным магнитным полем и магнитной жидкостью в качестве рабочей среды широко используются в промышленности для разделения немагнитных материалов по плотности. Выталкивающая сила, возникающая в магнитной рабочей среде этих аппаратов и действующая на немагнитные материалы, в десятки раз превосходит выталкивающую силу, действующую в водной среде на погруженные в нее тела, что позволяет всплывать в рабочей среде таким тяжелым немагнитным материалам, как свинец, золото, платина. Использование таких аппаратов для разделения водонефтяных эмульсий с омагниченной водной фазой показало их высокую эффективность. Омагниченная водная фаза в данном случае служит «рабочей» средой, а выталкивающая сила действует на углеводородную фазу, и разделение эмульсии происходит практически мгновенно.

При использовании сепараторов с градиентным магнитным полем на постоянных магнитах резко снижаются энергетические затраты на магнитную обработку разделяемой эмульсии. Высокие энергетические затраты могут служить препятствием к внедрению известного способа разделения водонефтяных эмульсий. При омагничивании водной фазы в предлагаемом техническом решении ее плотность повышается до 1,2-1,3, что приводит к повышению эффективности разделения водонефтяных эмульсий даже традиционными методами, например методом центрифугирования за счет увеличения разности плотностей разделяемых фаз. Одновременное воздействие центробежных и магнитных сил на разделяющую смесь позволяет ускорить процесс разделения и получить дополнительный эффект качественного разделения фаз - снижения содержания остаточной воды в углеводородной фазе.

Снижение вязкости исходной водонефтяной эмульсии может быть достигнуто, если исходную эмульсию перед смешением с магнитной жидкостью на водной основе разбавить легким углеводородным растворителем, в качестве которого могут быть использованы бензиновые фракции, технический толуол, ксилолы, керосин. Даже при небольшом разбавлении исходной эмульсии легким углеводородным растворителем удается не только ускорить процесс разделения водонефтяной эмульсии, но и проводить процесс разделения при умеренных температурах, включая комнатную.

Эффект от введения ПАВ при разделении водонефтяных эмульсий проявляется на стадии магнитной обработки омагниченной эмульсии в ускорении процесса и в удалении углеводородов адсорбированных на поверхности механических частиц, присутствующих в исходной эмульсии.

Предлагаемый способ разделения водонефтяной эмульсии не требует для своего использования сложного и дорогостоящего импортного оборудования и реагентов при высокой эффективности процесса разделения.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков позволяет обеспечить высокую эффективность разделения водонефтяной эмульсии в производственных условиях при снижении капитальных и эксплуатационных затрат.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Исходную водонефтяную эмульсию, например обводненный мазут, отобранный из резервуара длительного хранения, смешивают с разбавителем на водной основе, в качестве которого используют магнитную жидкость на водной основе, при этом ее плотность составляет 1,4-1,6 г/см³. В процессе смешивания происходит разбавление магнитной жидкости на водной основе водой, присутствующей в эмульсии, что приводит к увеличению плотности извлекаемой водной фазы и ее «омагничиванию». Далее полученную смесь разделяют, расслаивая на углеводородную фазу и магнитную жидкость на водной основе с извлеченной из эмульсии водой. Разделение смеси может быть проведено под действием магнитных сил, например в магнитном сепараторе с градиентным магнитным полем, или в поле центробежных сил, или при одновременном действии магнитных и центробежных сил.

Выделенную в процессе расслоения разбавленную магнитную жидкость на водной основе с извлеченной из эмульсии водой концентрируют одним из известных способов и возвращают на стадию смешения с исходной водонефтяной эмульсией.

При высокой вязкости водонефтяной эмульсии перед смешением с магнитной жидкостью на водной основе она может быть разбавлена легким углеводородным растворителем, в качестве которого, например, используют бензиновые фракции, технический толуол, ксилолы, керосин.

В зависимости от свойств водонефтяной эмульсии в нее до или во время смешения с магнитной жидкостью на водной основе может быть добавлено ПАВ, например ОП-10, Пемокс и другие.

Примеры выполнения предлагаемого способа приводятся ниже.

В качестве исходного сырья было использовано два образца водонефтяной эмульсии:

- обводненный мазут (образец 1), отобранный из амбара длительного хранения, с содержанием воды 35,1 об.%;

- водонефтяная эмульсия (образец 2), в пункте подготовки нефти №4 Смоленского месторождения Краснодарского края с содержанием воды 31,7 об.%.

Навеску образца (1 или 2) водонефтяной эмульсии смешивали с определенным количеством углеводородного растворителя (см. таблицу). В отдельных случаях добавляли еще и определенное количество водного раствора ПАВ заданной концентрации (см. таблицу). После этого в полученную смесь добавляли магнитную жидкость при перемешивании. Перемешивание проводили в термостате в течение 30 минут при различной температуре, а затем проводили разделение фаз в центрифуге (при 4000 об/мин в течение 10 мин), а также в магнитном сепараторе с градиентным магнитным полем на постоянных магнитах. В двух случаях при центрифугировании на дно стакана устанавливали постоянный магнит. Выделенную углеводородную фазу анализировали на содержание воды. Результаты проведенных опытов сведены в таблицу:

Время смешения в термостате - 30 мин

Время отстоя - 10 мин

Температура отстоя и расслоения - 22°С.

Как следует из представленных результатов, разделение фаз происходит достаточно быстро в центрифуге (10 мин). В магнитном сепараторе с градиентным магнитным полем разделение фаз происходит практически мгновенно. Эффективность заявляемого способа проверялась на реальных трудно разделяемых водонефтяных эмульсиях, отобранных в амбарах-отстойниках на объектах нефтедобычи и нефтепереработки.

Таблица
№ № п/п	№ образца	Навеска образца, г	Добавка углеводородов, мл	Добавка раствора ПАВ, мл/мас.%	Намагничивающаяся жидкость на водной основе	Температура смешения в термостате, °С	Содержание воды, об.%	Способ разделение
навеска, г	ρ, г/см3	В исходном сырье	После разделения
1	1	124,3	60, ксилолы	-	143,2	1,53	22	35,1	2,9	Центрифугирование
2	1	98,1	100, толуол	100/0,2	151,7	1,42	45	35,1	2,1	Центрифугирование в магнитном поле
3	1	103,9	70, керосин	-	180,3	1,35	60	35,1	1,4	В магнитном сепараторе
4	2	117,2	50, толуол	-	130,6	1,53	22	31,7	2,2	Центрифугирование
5	2	93,7	100, бензиновая фракция (80-120°С)	60/0,5	143,2	1,42	45	31,7	1,3	Центрифугирование в магнитном поле
6	2	109,1	40, керосиновая фракция (150-225°С)		191,5	1,35	60	31,7	1,2	В магнитном сепараторе

1. Способ разделения водонефтяных эмульсий, включающий смешение исходной эмульсии с магнитной жидкостью на водной основе, магнитную обработку смеси, разделение ее на углеводородную фазу и магнитную жидкость на водной основе с извлеченной из исходной эмульсии водой и последующую регенерацию магнитной жидкости, отличающийся тем, что магнитную обработку смеси проводят одновременно с разделением смеси в градиентном магнитном поле, а для смешения с исходной эмульсией используют магнитную жидкость на водной основе плотностью 1,4-1,6 г/см³.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водонефтяную эмульсию перед смешением с магнитной жидкостью на водной основе разбавляют легким углеводородным растворителем.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют бензиновые фракции, технический толуол, ксилолы, керосин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение смеси проводят при одновременном действии магнитных и центробежных сил.