Brevet FR2598429A1 — publié le 19871113

Procédé et disPositif Poux le dessalage d'une charte hvdrocarbonée liquide, notamment de pétrole brut. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le dessalage d'une charge hydrocarbonée. Elle concerne plus particulièrement le dessalage du pétrole brut. C'est à cette forme de mise en oeuvre de l'invention que l'on se réfèrera plus en détail ci-après, mais il est clair que le procédé et le dispositif objets de l'invention n'y sont pas limités et qu'ils s'appliquent aussi bien au dessalage d'une charge hydrocarbonée composée d'hydrocarbures, seuls ou en mélange. On sait que le pétrole brut jaillit des puits d'exploitation mélangé à une importante quantité d'eau salée, qui fait l'objet d'une première séparation, sur le champ même d'exploitation. Le pétrole qui parvient aux raffineries n'en contient pas moins encore un certain volume d'eau salée et, avant tout traitement ultérieur, il convient de procéder à son dessalage. On effectue généralement cette opération en injectant de l'eau dans le brut et en émulsionnant ce mélange pour former une phase aqueuse dispersée dans la phase hydrocarbure sous forme de très fines gouttelettes auxquelles vient se mélanger l'eau salée résiduelle présente dans le pétrole brut.En séparant ensuite la phase aqueuse de la phase hydrocarbure par rupture de l'émulsion formée, éventuellement après addition d'un désémulsifiant, dans un dispositif approprié tel qu'un dessaleur électrostatique, on récupère un pétrole brut qui ne contient plus qu'une faible fraction de sel. L'efficacité de ce procédé dépend naturellement de la surface de contact entre les phases eau et hydrocarbure et elle est d'autant meilleure que les gouttes d'eau sont plus petites, ce qui a cependant pour effet de compliquer ensuite la séparation des deux phases, une émulsion de gouttes très fines étant souvant trop stable et donc difficile à rompre. Dans la pratique, le rendement du dessalage,Rd par de tels procédés,calculé par la relation ESeîsJentrée - pSels]sortie Rd = entrée dans laquelle rSels] est la concentration en Sels de l'hydrocarbure en amont et en aval des opérations de dessalage, est généralement de l'ordre de 60 à 80 %. Or la présence de chlorures de sodium, de magnésium et de calcium résiduels dans le pétrole brut ainsi traité se traduit par des majorations considérables du cotit des opérations ultérieures effectuées sur ce brut. La présente invention vise donc à proposer un procédé et un dispositif de traitement du pétrole brut qui assurent un dessalage beaucoup plus poussé de celui-ci, pouvant atteindre et dépasser 90 %. L'invention vise également à proposer un tel procédé et un tel dispositif qui puissent être mis en oeuvre en continu sans accroissent sensible du codt des procédés usuels de dessalage, à l'aide de moyens simples et déjà utilisés dans d'autres domaines techniques. I1 est connu, en effet, par les brevets US NO 3 758 404, 3 977 829 et 3 992 156, de transférer un composé tel qu'un acide, en solution dans un premier liquide, à un second liquide non miscible avec le premier, en amenant ce premier liquide en contact avec un faisceau de fibres disposé à l'intérieur d'un conduit et en faisant circuler le second liquide à travers ce conduit le long des fibres jusqu'à un décanteur ou' les deux liquides se séparent. La Demanderesse a établi que de tels dispositifs à fibres peuvent être utilisés avec avantage pour la mise en contact avec le pétrole et la séparation de l'eau utilisée pour le dessalage du pétrole brut, soit en amont, soit en aval des dessaleurs usuels de la technique, et qu'il est ainsi possible d'améliorer dans une mesure appréciable le dessalage de ce pétrole. L'invention a par conséquent pour objet un procédé de dessalage d'une charge hydrocarbonée, notamment de pétrole brut r par dispersion d'eau au sein de cette charge et séparation dans un dessaleur de la phase aqueuse salée résultante et de la phase hydrocarbure, procédé caractérisé en ce que le mélange d'eau de dessalage et d'hydrocarbures est introduit dans le dessaleur, et/ou la phase hydrocarbure séparée dans ce dessaleur est évacuée de celui-ci, à l'aide d'au moins un conduit comprenant au moins un tube, dans le sens de la longueur duquel, suivant une partie au moins de celle-ci, est disposé un faisceau de fibres présentant une mouillabilité préféren- tielle par l'eau ou par ledit hydrocarbure. L'invention a également pour objet un dispositif pour le dessalage d'une charge hydrocarbonée, notamment de pétrole brut, comprenant un dessaleur, au moins un conduit pour l'introduction dans ce dessaleur d'un mélange d'eau de dessalage et de cette charge hydrocarbonée, au moins un conduit pour l'évacuation de la phase eau salée séparée dans ledit dessaleur et au moins un conduit pour l'évacuation de celui-ci de la phase hydrocarbure, dispositif caractérisé en ce que ledit conduit d'introduction du mélange d'eau et de charge hydrocarbonée et/ou ledit conduit d'évacuation de la phase hydrocarbure comprend au moins un tube, dans le sens de la longueur duquel, suivant une partie au moins de celle-ci, est disposé un faisceau de fibres présentant une mouillabilité préférentielle par l'eau ou par ladite charge hydrocarbonée. Du fait de cette mouillabilité préférentielle des fibres par l'eau ou par les hydrocarbures,l'un de ces composés aura tendance à gainer les fibres etàs'écouler le long de cellesci, en exposant ainsi une surface de contact accrue à l'autre liquide, sans pour autant former une émulsion en très fines gouttelettes de l'un des deux liquides à l'intérieur de l'autre liquide. Si c'est le conduit d'introduction du melange d'eau et d'hydrocarbures dans le dessaleur qui est équipé du tube à faisceau de fibres, un transfert du sel dans l'eau de dessa lages btra ainsi avant meme que le mélange n'atteigne le dessaleur et la séparation dans celui-ci des phases eau salée et hydrocarbure sera facilité par le fait que l'un des liquides s'écoulera préférentiellement le long des fibres, généralement avec une vitesse différente de celle de l'autre liquide, du fait de leur différence de viscosité. Suivant les conditions de mise en oeuvre du procédé de dessalage, les fibres seront mouillables préférentiellement par les hydrocarbures ou par l'eau, mais, dans les conditions usuelles de dessalage du pétrole brut, compte tenu du fait que la quantité d'eau de dessalage sera notablement plus faible que la quantité de pétrole, on utilisera habituellement des fibres ayant une mouillabilité préférentielle par l'eau. Lorsque le conduit d'alimentation du dessaleur en eau de dessalage et en pétrole brut comprend un tube équipé d1un faisceau de fibresEce conduit pourra être alimenté en mélange d'eau et de pétrole brut sans prévoir la vanne de mélange utilisée habituellement pour mélanger intimement l'eau et le pétrole brut. Grâce aux fibres du faisceau, la surface de contact entre l'eau et le brut sera suffisante, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des gouttelettes de très faible diamètre, ce qui facilitera ensuite la séparation des phases. Dans le cas oô c'est le conduit d'évacuation du dessaleur de la phase hydrocarbure dessalé qui est équipé d'un tube & faisceau de fibres, celles-ci auront de préférence une mouillabilité préférentielle par l'eau, afin que les gouttelettes d'eau salée demeurant dans la phase hydrocarbure à la sortie du dessaleur coalescent à la surface desdites fibres en y formant un fiLm sensiblement continu. A l'extrémité aval du faisceau de fibres, la phase aqueuse résiduelle sera ainsi pratiquement séparée de l'eau et pourra être recueillie dans un séparateur par décantation. L'extrémité aval des fibres pourra avantageusement baigner dans la phase eau de ce séparateur. Suivant les effets désirés et les conditions du traitement de dessalage, on pourra utiliser des fibres de polymères, par exemple des fibres de polyamide, des fibres de verre, de bore,de carbone, d'acier inoxydable ou touteautre fibre présentant de bonnes propriétés hydrophiles. Le àisceau de fibres sera fixé à l'intérieur du tube qu'il équipera de manière à occuper sensiblement toute sa section transversale. Le taux de remplissage du tube sera choisi en fonction de l'effet recherché. Il pourra être de l'ordre, par exemple, de 5 à 50 %. De même, le diamètre des fibres pourra varier et être par exemple compris entre 40 et 160 pm, sans que ce domaine ait un caractere limitatif. Le mélange de liquides circulant dans le conduit pourra etre à température ambiante ou à une température plus élevée.Dans la pratique, des températures d'au moins environ 500C se sont révélées favorables à un dessalage efficace. Ainsi qu'on le verra ci-après, l'efficacité du dessalage par le procédé conforme à l'invention peut dépasser 90 %,contre environ 60 à 80 % dans des conditions analogues avec le seul dessaleur dans les mêmes conditions de traitement. Dans tous les cas, le ou les tubes équipés d'un faisceau de fibres seront de préférence disposés verticalement ou obliquement, afin de faciliter l'écoulement des liquides par gravité. La perte de charge entre les deux extrémités du conduit est peu importante et de l'ordre de 1 bar. Les dessins annexés, qui n'ont pas de caractère limitatif, illustrent diverses formes de mise en oeuvre de l'invention. Sur ces dessins La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention avec le tube à faisceau de fibres disposé en amont du dessaleur. La figure 2 représente une variante du dispositif de la figure i ; La figure 3 est une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention avec le tube à faisceau de fibres disposé en aval du dessaleur. Dans la forme de réalisation de la figure 1, la ligne 1 d'alimentation en pétrole brut salé du dessaleur tlectrostati- que 2 est alimentée latéralement en eau de dessalage par la ligne 3. En aval du point de raccordement des lignes 1 et 3 est habituellement prévue une vanne de mélange destinée à mélanger intimement l'eau et le brut sous forme de très fines gouttelettes, destinées à assurer une importante surface de contact entre les deux phases. Dans le cas présent, cette vanne est supprimée et la ligne 1 est raccordée au sommet d'un tube vertical 4, à l'intérieur duquel est disposé, suivant au moins une partie de sa longueur et suivant sensiblement toute sa section transversale, un faisceau de fibres 5, fixé à l'extrémité amont du conduit 4. Les fibres ont une affinité préférentielle pour l'eau et les gouttes d'eau viennent les mouiller jusqu'à former un film continu,qui s'écoule le long de la fibre associée. On notera l'importante surface d'échange qui existe entre l'eau et le pétrole brut tout au long des nombreuses fibres, ce qui facilite et accroît le dessalage du pétrole.Au bas du tube 4, une séparation partielle de l'eau de dessalage et du pétrole brut s'est donc produite et le mélange obtenu peut être évacué par une tuyauterie 7 jusqu'à la base du dessaleur 2, où la séparation pétrole brut/eau achèvera de s'effectuer. La phase de pétrole brut dessalé 9 pourra être évacuée de façon usuelle à la partie supérieure du dessaleur par une ligne 10, tandis que l'eau 11 pourra être évacuée à sa base par la ligne 12. Dans le cas de la figure 2, sur laquelle les organes déjà décrits sont désignés par les mêmes chiffres de référence, la base du tube 4 est raccordée directement à une partie tubulaire 13 faisant saillie à la base du dessaleur 2, de sorte que l'extrémité aval du faisceau 5 de fibres plonge directement dans la phase d'eau salée 11 du dessaleur. Dans la forme de réalisation i la figure 3, le dessaleur 20 est alimenté en pétrole brut salé par la ligne 21. De l'eau de dessalage est introduite dans la ligne 21 par une ligne 22, en aval de laquelle est préwe,de façon usuelle, une vanne de mélange 23. La phase d'eau salée 24 séparée dans le dessaleur est évacuée à la base de celui-ci par une ligne a5, tandis que la phase hydrocarbures 19 est évacuée à la partie supérieure par une ligne 26 en direction d'un tube vertical 27, dans lequel est logé un faisceau de fibres 28. Le tube 27 est raccordé à son extrémité aval à un décanteur 29, dans lequel le faisceau de fibres 28 fait saillie à l'extrémité d'un tube de guidage 30. Le décanteur 29 est réchauffé à l'aide d'eau chaude, introduite par la ligne 31 dans une chemise 32 et évacuée par la ligne 33. Les fibres du faisceau 28, qui occupent sensiblement toute la section transversale du tube 27, sont mouillables préférentiellement par l'eau, de sorte que les gouttelettes d'eau salée demeurant en suspension dans la phase d'hydrocarbures 25 séparée dans le dessaleur s'appliquent contre ces fibres, coalescent et forment un film sensiblement continu, qui s'écoule jusqu'au décanteur 29. La phase eau 35 ainsi séparée est évacuée à la base du décanteur par la ligne 36, tandis que le pétrole brut 34 est récupéré à la partie supérieure par la ligne 37. Les Exemples suivants illustrent la mise en oeuvre de l'invention à l'aide de tels dispositifs. EXEMPLE 1 Cet exemple concerne des essais comparatifs de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention avec le dispositif de la figure 1 (Essais 1 et 3), avec celui de la figure2 (Essais 2 et 4 à 8), sans utiliser de tube à faisceau de fibres et sans vanne de mélange (Essai 10), et sans tube à faisceau de fibres, mais avec une vanne de mélange usuelle en amont du dessaleur (Essai 11). L'essai 9 correspond au positionnement en série des deux dispositifs représentés figures 1 et 2. Les essais ont été effectués avec un pétrole brut du type MAYA (22 API), à une température de 1300C, avec une quantité d'eau de dessalage représentant 10 % en poids du pétrole brut, le temps de séjour dans le dessaleur étant de 40 minutes, avec addition de 100 ppm d'un agent désémulsifiant du commerce. Le Tableau 1 ci-après donne les caractéristiques des fibres utilisées dans ces essais, tandis que le Tableau Il rassemble les conditions et les résultats de ces essais. TABLEAU I Longueur Diamètre Nature Diamètre Taux Nombre de Surface Essai des du des des de fibres d'échange fibres tube fibres fibres remplissage par cm2 (m2) (m) (mm) ( ) (%) 1 1 14 polyamide 120 50 4 420 2,56 2 1 14 " 120 2 177 0,10 3 1 14 " 120 50 4 420 2,56 4 1 14 " 120 50 4 420 2,56 5 1 10 " 120 50 4 420 1,30 6 1 20,9 " 120 50 4 420 5,72 7 1 14 acier 40 15 11 950 2,30 inoxydable 8 1 14 " 40 30 23 900 4,58 9 2 x 1 14 polyamide 120 50 4 420 5,12 + 50 TABLEAU II Vitesse superfi-Perte de Eau/Brut Eau/Brut Sels Sels Efficacité Efficacité cielle dans le charge entrée sortie entrée sortie de lavage de dessala Essai tube à faisceau (bar) (% en pds) (% en pds) (ppm en pds) (ppm en pds) (%) ge (%) de fibres (1) 1 4 0,69 1,15 230 44 95 81 2 4 0,51 0,40 340 130 54 60 3 4 0,62 1,20 320 95 90 70 4 4 0,34 0,90 225 48 95 79 5 8 5 0,33 0,82 180 38 95 79 6 2 0,45 0,87 260 47 95 82 7 4 0,44 0,91 290 46 97 84 8 4 1 0,38 0,85 187 17 99,7 91 9 4 0,25 0,78 226 42 96 82 10 - - 0,69 0,75 230 110 60 52 1 - 0,3 0,46 1,05 350 136 75 61 débit liquide (1) Vitesse superficeille = section du tube vide Ces résultats montrent qu'en disposant en amontdu dessaleur un tube à faisceau de fibres (essais la 8)ou deux tubes en série (essai 9),on obtient un gain notable de 20 à 30 points en efficacité ou rendement de lavage, caracté- risant le bon contact de l'eau de dessalage avec l'eau inuit lement dispersée dans le pétrole brut par rapport à un système conventionnel (essais 10 et 11) et une amélioration de même ordre de l'efficacité ou rendement de dessalage. Les essais montrent que les dispositifs représentés sur les figures 1 et 2 produisent des effets sensiblement equivalents. EXEMPLE 2 Cet exemple concerne des essais de mise en oeuvre du procédé selon 1'invention avec le dispositif de la figure 3 (Essais 12 et 13). L'essai 14 est effectué dans des conditions analogues, mais sans faisceau de fibres dans le tube oû se produit alors une simple décantation. Le pétrole brut traité était un mélange de 80 % en poids de BRENT et de 20 % de MAYA, avec addition, de 10 % en poids d'eau de dessalage. Le Tableau III ci-après rassemble les conditions et les résultats de ces essais. TABLEAU III Essais 12 13 14 t t s Dessalage Température ( C) 110 140 140 : Perte de charge à la s : vanne (bars) : 1,5 : 1,5 t 2,0 W Taux eau de lavage t 8 % 8 8 % : 8 % Temps de séjour : 20 mn t 20 mn t 20 mn Additif désémulsifiant : A t B t C Efficacité de lavage : 90 % t 97,5 % : 77 % Efficacité de dessalage 88 % 91 % 76 % I t g s Tube à faisceau de fibres Nature des fibres : Polyamide t Acier t inoxydable Diamètre des fibre ( ) s 120 t 40 t Taux de remplissage t 52 % t 12 % : - Temps de contact t 20 mn : 20 mn : 20 mn Température ( C) t 75 t 75 t 75 Eau entrée du tube à 3 020 3 400 3 300 fibres (ppm) Eau sortie du tube å : 2 ooo : 1 150 t 1 925 @ @@@ @ @@@ fibres (ppm) C Efficacité de déshydra-s 34 % t 66 % 42 % tation (relatif) Sel entrée du tube à : 17 8,5 39 i fibres (ppm) s t t t Sel sortie du tube à t 11 t 4,5 t 37 : fibres (ppm) q t : : : : Efficacité de dessalages 35 % : 47 % s 5 % (relatif) I Efficacité globale de : 92 % 95 % % @@ @ @@ @ dessalage On constate Q;ue, dans l'essai 12,la teneur en eau du brut passe de 0,3 Ó en poids à la sortie du des@aleur à 0,2 % à la sortie du tube à faisceau de fibres, soit une efficacité ou rendement de déshydratation de 34 %.Ce rendement de déshydratation Rd est exprimé par la relation [eau] entrée - [eau] sortie Rd = , dans laquelle [eau] est [eau] entrée la concentration en eau du pétrole brut en anion et en aval du dispositif représenté sur la figure 3. La teneur en sel est réduite dans les mêmes proportions, ce qui conduit à une efficacité ou rendement global de dessalage de 92 %. Dans le cas de l'essai 13, l'efficacité de deshydrata- tion est ae 66 % et la teneur en sel résiduelle est diminuée de moitié, ce qui conduit à une efficacité globale de dessalage 95 %. L'essai 14 montre que la teneur en sel résiduelle du pétrole brut à la sortie du dessaleur n'est réduite que dans des proportions insignifiantes par une simple décanta tion dans les mêmes conditions que dans les essais précé- dents, mais sans utiliser de faisceau de fibres. Le procédé et de dispositif conforme à l'invention apportent donc un progrès notable dans le dessalage des hydrocarbures, notamment du pétrole brut. REVENDICATIONS 1.- Procédé de dessalage d'une charge hydrocarbonée liquide, notamment de pétrole brut, par dispersion d'eau au sein de cette charge et séparation dans un dessaleur (2, 20) de la phase aqueuse salée résultante et de la phase hydrocarbure, procédé caractérisé en ce que le mélange d'eau de dessalage et d'hydrocarbures est introduit dans le dessaleur, et/ou la phase hydrocarbure séparée dans ce dessaleur est évacuée de celui-ci, à l'aide d'au moins un conduit (1, 26) comprenant au moins un tube (4, 27) dans lequel est disposé, dans le sens de sa longueur suivant une partie au moins de celle-ci, un faisceau de fibres (5,28) présentant une mouillabilité préférentielle par l'eau ou par ledit hydrocarbure. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le conduit d'amenée du mélange d'eau et d'hydrocarbures au dessaleur (2) est équipé d'un tube (4) à faisceau de fibres (5), caractérisé en ce que lesdites fibres ont une mouillabilité préférentielle par l'eau, 3.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le conduit (26) d'évacuation du dessaleur (20) est équipé d'un tube (27) à faisceau de fibres (28), caractérisé en ce que ledit tube (27) est raccordé par son extrémité aval à un décanteur (29). 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fibres dudit faisceau (28) ont une mouillabilité préférentielle par l'eau et en ce que leur extrémité aval plonge dans la phase eau séparée dans ledit décanteur (29). 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites fibres sont en un polymère, notamment en polyamide, en verre, en acier inoxydable, en bore, en carbone ou en tout autre matière présentant de bonnes propriétés hydrophiles. 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites fibres sont réparties sensiblement suivant toute la section transversale dudit tube (4,27). 7.- Procédé selon l'une des revendications i à 6, caractérisé en ce que le taux de remplissage dudit tube (4, 27) par lesdites fibres est compris entre 5 et 50 %. 8.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites fibres ont un diamètre de l'ordre de 40 à 160 m. 9.- Procédé selon l'une des revendications i a a, caractérisé en ce que ledit tube (4, 27) est a une température supérieure à la température ambiante. 10.- Procédé selon l'une des revendications 1 a 9 caractérisé en ce que ledit tube (4, 27) est disposé verticalement ou obliquement. 11.- Dispositif pour le dessalage d'une charge hydrscarbonée, notamment de pétrole brut, comprenant un dessaleur (2, 20), au moins un conduit (1, 21) pour l'introduction dans ce dessaleur d'un mélange d'eau de dessalage et de ladite charge hydrocarbonée, au moins un conduit (25) pour l'aval cuation de la phase eau salée séparée dans ledit dessaleur et au moins un conduit (26) pour l'évacuation de celui-ci de la phase hydrocarbure, procédé caractérisé en ce que, ledit conduit d'introduction du mélange d'eau et d'hydrocarbures,et/ou le dit conduit d'évacuation de la phase hydrocarbure, comprend au moins un tube (4, 27) dans lequel est disposé, dans le sens de sa longueur, suivant une partie au moins de celle-ci, un faisceau de fibres (5, 28) présen- tant une mouillabilité préférentielle par l'eau ou par ladite charge hydrocarbonée. 12.- Dispositif selon la revendication 11, dans lequel le conduit d'amenée du mélange d'eau et d'hydrocarbures au dessaleur est équipé d'un tube (4) à faisceau de fibres (5), caractérisé en ce que ledit conduit d'amenée est dépourvu d'une vanne de mélange. 13.- Dispositif selon l'une des revendications il et 12, dans lequel le conduit d'amenée du mélange d'eau et d'hydrD- carbures au dessaleur (2) est équipé d'un tube 14) à faisceau de fibres (5), caractérisé en ce que lesdites fibres ont une mouillabilité préférenti.lle par l'eau. 14.- Dispositif selon la revendication 11, dans lequel le conduit (26) d'évacuation du dessaleur (26) est équipé d'un tube (27) à faisceau de fibres (28), caractérisé en ce que ledit tube (27) est raccordé par son extrémité aval à un décanteur (29). 15.- Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les fibres dudit faisceau (28) ont une mouillabilité préférentielle par l'eau et enoe que leur extrémité aval plonge dans la phase eau séparée dans ledit décanteur (29). 16.- Dispositif selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que lesdites fibres sont reparties sensiblement suivant toute la section transversale dudit tube (4, 27). 17.- Dispositif selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que le taux de remplissage dudit tube (4, 27) par lesdites fibres est compris entre 5 et 50 %. 18. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 17, caractérisé en ce que lesdites fibres ont un diamètre de l'ordre de 40 à 160 m. 19.- Dispositif selon l'une des revendications 11 à 18, caractérisé en ce que ledit tube (4, 27) est disposé verticalement ou obliquement.