Brevet FR2550545A1 — publié le 19850215

Procédé et appareil pour déshydrater, dessaler et désasphalter simultanément un mélange d'hydrocarbures. La présente invention concerne le traitement d'un mélange d'hydrocarbures, notamment du pétrole brut dont on souhaite éliminer tout ou partie de l'eau, des sels et des asphaltènes Ceci permet de transporter ou d'évacuer les hydrocarbures purifiés dans de meilleures conditions. Jusqu Fici, la déshydratation, ainsi que le dessalage d'un mélange d'hydrocarbures et son désasphaltage ont toujours été conçus indépendamment Il existe de nombreux procédés permettant, à la fois, la déshydratation et le dessalage, ainsi que des procédés de désasphaltage, mais ces deux opérations ne 15 sont jamais couplées. Les mélanges d'hydrocarbures non purifiés, et notamment les pétroles bruts lourds, ont une masse volumique et une viscosité très élevées De ce fait, il est nécessaire de les "fluxer", c'est-à-dire de 20 les additionner d'hydrocarbures légers pour pouvoir les déshydrater Et les dessaler Cependant, même après fluxage, il est souvent difficile de déshydrater correctement ces bruts, parce que les asphaltènes qu'ils renferment ont tendance à piéger de l'eau. Lorsqu'on utilise un fluxant léger, il y a un risque supplémentaire de précipitation d'une partie des asphaltènes avec formation d'une inaterface stable et épaisse Enfin, le brut, à sa sortie de la chaine de dessalage, en amont de la colonne de distillation qui sert normalement à régénérer le fluxant, pose des 5 problèmes de transfert du fait de sa viscosité élevée. Ces difficultés sont, au moins en partie, imputables aux asphaltènes d Ont l'élimination est désirable pour la déshydratation. L'invention a pour but de déshydrater, de dessaler et de diminuer la teneur en asphaltènes des hydrocarbures bruts en une seule opération avec, comme conséquences favorables, d'améliorer le comportement rhéologique du mélange d'hydrocarbures purifiés. L'invention a pour objet un procédé pour effectuer simultanément, en une seule opération, la déshydratation, le dessalage et le désasphaltage d'un mélange d'hydrocarbures, notamment de bruts et de résidus, caractérisé en ce qu'on additionne le mélange d' e a u et d'un précipitant, en ce qu'on introduit 20 le mélange additionné dans un séparateur gravimétrique o il se sépare en trois phases superposées: une phase inférieure constituée essentiellement d'eau salée, une phase supérieure constituée essentiellement de mélange d'hydrocarburespurifiéset de fluxant, et 25 une phase intermédiaire essentiellement constituée d'asphaltènes et d'eau, en ce qu'on extrait séparément les trois phases, et en ce qu'on sépare le précipitant du mélange d'hydrocarbures ainsi déshydraté, dessalé et désasphalté. 3 u Comme précipitant, il est généralement avantageux d'utiliser une essence légère De même, on obtient des résultats particulièrement intéressants en ajoutant un désémulsifiant au mélange d'hydrocarbures avant traitement. Pour la mise en pratique du procédé suivant l'invention, il est généralement préférable d'effectuer la séparation du précipitant par distillation rapide, ainsi que d'effectuer le traitement sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, no5 tamment sous une pression d'azote. Les a S Phaltène +euvent être récupérés aisément par distillation rapide de la phase intermédiaire extraite du séparateur La séparation gravimétrique est favorisée par la présence d'un champ électrique haute 10 tension Il est généralement possible d'effectuer l'ensemble du traitement suivant le procédé de l'invention à une température de l'ordre de 90 à 1100 C, ce qui est une température nettement inférieure à celle que l'on utilise normalement pour déshydrater les bruts selon les procédés classiques qui réclament des températures de l'ordre de 130 à 150 C. L'invention a également pour objet un appareil épurateur pour extraire l'eau, le sel et les asphaltènes d'un mélange d'hydrocarbures suivant le 20 procédé de l'invention Cet appareil est caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par un récipient vertical comportant une première canalisation d'amenée du mélange à traiter et une deuxième canalisation d'extraction d'eau salée, débouchant à 25 la base du récipient, une troisième canalisation d'extraction du mélange d'hydrocarbures épuré débouchant au sommet du récipient, et une quatrième canalisation d'extraction d'un mélange d'eau et d'asphaltènes. Un tel appareil comporte de préférence, entre 30 les troisième et quatrième canalisations, au moins deux plaques conductrices espacées reliées chacune respectivement à un des pôles d'une source de courant électrique haute tension. Un appareil suivant l'invention comporte avan35 tageusement des moyens de chauffage du mélange en traitement ainsi que des moyens de mise et de maintien sous pression. Pour un fonctionnement souple et régulier, un appareil selon l'invention comporte des moyens dé5 tecteurs de la situation de la couche de mélange d'eau et d'asphaltène par rapport à l'entrée de la quatrième canalisation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de quelques exemples détaillés de mise en oeuvre du 10 procédé de l'invention, ainsi qu'à l'examen du dessin annexé qui représente, à titre d'exemple, un appareil suivant l'invention inséré dans une installation de traitement d'hydrocarbures bruts. L'installation représentée schématiquement 15 sur le dessin comprend essentiellement un réservoir 11 renfermant le mélange d'hydrocarbures bruts à traiter Une pompe 12 achemine ce mélange brut par une canalisation 13, jusqu'à une première canalisation 2 d'amenée du mélange à traiter dans un appareil épura20 teur suivant l'invention 15 Cette canalisation 13 comporte des moyens de chauffage schématisés par un pointillé qui amènent le mélange brut conservé à C environ dans le réservoir 11, jusqu'à 100 C à l'entrée de la canalisation 2 d'amenée à l'appareil 25 suivant l'invention. En 16, on injecte dans la canalisation 13 un désémulsifiant, et en 17 on injecte, dans cette même canalisation, de l'eau douce Entre les canalisations 16 et 17, on injecte, dans la même canalisation 13, 30 de l'essence légère contenue dans-un réservoir 18. Une pompe 19 permet d'injecter les quantités voulues d'essence légère dans le brut Des vannes 20, 21 et 22 permettent d'isoler à volonté certaines portions de la canalisation 13. L'appareil épurateur 15, suivant l'invention, est essentiellement constitué par un récipient vertical 1 calorifugé et comportant des moyens de chauffage classiques 8 A la base du récipient 1 débouche une première canalisation d'amenée du mélange à trai5 ter 2, ainsi qu'une deuxième canalisation d'extraction d'eau salée 3 Au sommet du récipient 1 débouche une troisième canalisation 4 d'extraction du mélange d'hydrocarbures épuré Cette canalisation 4 amène le mélange d'hydrocarbures déshydraté, déssalé'et désasphalté 10 à un appareil de distillation rapide 23 du type dit "flash" essentiellement constitué par une colonne de distillation sans plateau, fonctionnant par détente et comportant des moyens de chauffage De cet appareil de distillation 23, on extrait au sommet, par une cana15 lisation 24, l'essence légère récupérée du mélange d'hydrocarbures traité L'essence légère ainsi récupérée est amenée au réservoir 18, afin d'être recyclée. Dans la partie inférieure de l'appareil de distillation 23 on extrait, par une canalisation 25, le mélan20 ge d'hydrocarbures purifié A l'intérieur de l'appareil épurateur 15 sont disposées deux plaques conductrices 6, 7 écartées l'une de l'autre et reliées, chacune, respectivement aux pôles d'une source de courant électrique haute tension, non représentée. Les deux plaques 6, 7 sont disposées approximativement au tiers supérieur du récipient 1, dans la phase liquide constituée essentiellement de mélange d'hydrocarbures purifié et de l'essence légère servant de fluxant. Au tiers inférieur du récipient 1 débouche une quatrième canalisation 5 d'extraction du mélange d'eau et d'asphaltène constituant une phase intermédiaire entre la phase supérieure d'hydrocarbures purifié et la phase inférieure constituée essentiellement 35 d'eau salée Des moyens détecteurs classiques o 10 permettent de contrôler la situa Lion de la couche de mélange d'eau et d'asphaltêne qui constitue l'interface par rapport à l'entrée de la quatrième canalisation 5 Ces moyens détecteurs 10 commandent, par l'in5 termédiaire de relais 26, le fonctionnement ou l'arrêt d'une pompe 27 qui aspire, par l'intermédiaire de la canalisation 5, le mélange d'asphaltène et d'eau et le refoule dans un appareil de distillation rapide 28 de structure analogue à celle de l'appareil de distillation 23 déjà décrit duquel sont extraits les asphaltènes par une canalisation inférieure 29, cependant que l'essence légère partiellement présente dans le mélange d'asphaltène et d'eau est extraite au sommet de l'appareil de distillation 28, par une cana15 lisation 30 et, après refroidissement en 31, soit récupérée, soit recyclée par une canalisation 32 ramenant l'essence légère ainsi récupérée au réservoir 18. Bien entendu, les canalisations 5 et 29 sont calorifugées et comportent des moyens de chauffage, afin 20 d'éviter que les asphaltènes ne se figent. On peut utiliser une telle installation pour un traitement continu d'hydrocarbures bruts Le temps de séjour est d'environ 10 minutes dans l'appareil, le champ électrique de l'ordre de 12 k V et il est préférable de maintenir une pression d'azote de 7 bars que l'on injecte dans la canalisation 4, par une canalisation 9, comme indiqué sur le schéma. On utilise une telle installation par exemple avec des effluents portés à 70 C avant mélange, un 30 temps de rétention dans l'appareil séparateur 15 de minutes environ, une pression dans ce même appareil de 3 bars relatifs d'azote, une température dans le distillateur 23 de 110 e C sous pression atmosphérique et une température d'environ 150 C dans le distilla35 teur 28 des a Sphaltènes sous très légère surpression et un champ électrique entre les grilles 6, 7 d'environ 1000 volts par centimètre d'espacement. EXEMPLE 1 Comme mélange d'hydrocarbures bruts à traiter, 5 on utilise du pétrole brut Mormora mare en provenance d'Italie, dont la masse volumique à 15 C est de 1019 kg/m 3 et la viscosité est de 100 000 cst à 20 C. A 100 volumes de ce brut, renfermant 1 volume d'eau, et sous un débit de 4 litres/heure, on ajoute 10 25 volumes d'eau de lavage avec un débit de 1 litre/ heure, 300 volumes d'essence légère ( 15-80 C) sous un débit de 12 litres/heure et 0,01 volume de désémulsifiant du type vendu sous la dénomination commerciale de Visco Q 3 E de la Société dite Nalco, sous un 15 débit de 0,016 litre/heure. On injecte ce mélange par la canalisation 2 dans l'appareil 15 o il est traité à 110 C. Par la canalisation 3, on extrait 21,2 volumes d'eau salée sous un débit d'environ 0,85 litre/heure. 20 Par la canalisation 5, on extrait, après distillation dans l'appareil 28, d'une part un mélange de 9,5 volumes d'asphaltène sous un débit de 0,37 litre/heure et 3,5 volumes d'eau sous un débit de 0,14 litre/heure, par la canalisation 29 Par la cana25 lisation 30 on récupère 46,3 volumes d'essence légère sous un débit de 1,3 litre/heure. A la sortie du distillateur 23 on récupère, par la canalisation 24, 254 volumes d'essence légère sous un débit de 10,17 litres/heures, mélangés à 0,3 volume d'eau sous un débit de 0,012 litre/heure. Enfin, par la canalisation 25 on récupère 90 volumes de brut désasphalté, dessalé et déshydraté sous un débit de 3,6 litres/heure,dont la viscosité est de 440 cst à 20 C. EXEMPLE 2 On utilise pour cet exemple du pétrole brut dit Boscan en provenance du Vénézuela, dont la masse volumique à 15 C est de 998 kg/m 3 Sa viscosité à 20 C est de 300 000 cst Il renferme environ 11 % en poids d'asphaltène. A 100 volumes de ce brut, on ajoute 25 volumes d'eau de lavage et 250 volumes d'essence légère ( 15-80 C) et on injecte ce mélange, sans désémulsifiant, par la canalisation 2, dans l'appareil de traitement o il est traité pendant 15 minutes à 900 C. Par la canalisation 3 on extrait 17,7 volumes d'eau salée Par la canalisation 30 on récupère 45 volumes d'essence légère et 7,2 volumes d'eau Par la canalisation 29 on extrait 25 volumes d'asphaltène brut. Par la canalisation 24 on récupère 205 volumes d'essence légère et 0,1 volume d'eau, cependant que par la canalisation 25 on récupère 75 volumes d'hydrocarbures bruts désasphaltés, dessalés et déshydratés dont la viscosité est de 725 cst à 20 C et la teneur 20 en asphaltène est de 1 % en poids. Pour apprécier l'influence de la température de traitement dans l'appareil 15, on effectue le même traitement que dans l'exemple 1 et avec les mêmes produits, mais à 90 C au lieu de 110 C. Apres traitement, la teneur en eau du brut qui était de 0,8 % avant traitement, s'abaisse à 0,05 % après traitement à 90 C et à moins de 0, 03 % après traitement à 110 C. La teneur en asphaltène, initialement de 12 % 30 en poids, s'abaisse à 1, 2 % par traitement à 900 C et à 0,6 % par traitement à 110 C. La viscosité à 20 C, qui était de 100 000 cst pour le brut avant traitement, s'abaisse à 725 cst après traitement à 90 C et à 440 cst après traitement 35 à 110 C. Dans tout ce qui précède, on a fait référence à de l'eau douce mais il est bien entendu qu'on pourrait utiliser d'autres eaux appropriées telles que de l'eau de mer, de gisement, etc 1 O REVENDICATIONS 1 Procédé pour effectuer simultanément, en une seule opération, la déshydratation, le dessalage et le désasphaltage d'un mélange d'hydrocarbures, notamment de bruts et de résidus, caractérisé en ce qu'on additionne le mélange d'eau et d'un précipitant, en ce qu'on introduit le mélange additionné dans un séparateur gravimétrique o il se sépare en trois phases superposées: une phase inférieure cons10 tituée essentiellement d'eau salée, une phase supérieure constituée essentiellement du mélange d'hydrocarbure 1 purifié et de fluxant, et une phase intermédiaire essentiellement constituée d'asphaltènes et d'eau, en ce qu'on extrait séparément les trois phases, et en ce qu'on sépare le précipitant du mélange d'hydrocarbures ainsi déshydraté, dessalé et désasphalté. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise, comme précipitant, une essence légère. 3 Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on ajoute également avant traitement au mélange d'hydrocarburesun désémulsifiant. 4 Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on effectue la séparation 25 du précipitant par distillation rapide. Procédé suivant l'une des revendications i à 4, caractérisé en ce qu'on effectue le traitement sous une pression supérieure à la pression atmosphérique. 6 Procédé suivant l'une des revendications 5 1 à 5, caractérisé en ce qu'on récupère les asphaltènes par distillation rapide de la phase inférieure extraite du séparateur. 7 Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on effectue la séparation 10 gravimétrique sous un champ électrique haute tension. 8 Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on effectue l'ensemble du traitement à une température de l'ordre de 90 à 110 C. 9 Appareil épurateur pour extraire l'eau, le 15 sel et les asphaltènes d'un mélange d'hydrocarbures suivant le procédé de l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par un récipient vertical ( 1) comportant une première canalisation d'amenée du mélange à traiter ( 2) et une 20 deuxième canalisation d'extraction d'eau salée ( 3), débouchant à la base du récipient, une troisième canalisation d'extraction du mélange d'hydrocarbure épuré ( 4) débouchant au sommet du récipient, et une quatrième canalisation d'extraction d'un mélange d'eau et d'as25 phaltènes( 5) débouchant dans le récipient entre les deuxième et troisième canalisations ( 3, 4). Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte, entre les troisième ( 4) et quatrième ( 5) canalisations ( 4, 5) au moins deux plaques conductrices ( 6, 7) espacées reliées chacune respectivement à un des pôles d'une source de courant électrique haute tension. 11 Appareil suivant l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens 35 de chauffage ( 8) du mélange en traitement. 12 Appareil suivant l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mise et de maintien sous pression ( 9). 13 Appareil suivant l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens détecteurs ( 10) de la situation de la couche de mélange d'eau et d'asphaltène tar rapport à l'entrée de la quatrième canalisation ( 5).