(57)【要約】  脱塩装置容器内の界面エマルジョン層と泥層を管理する方法及び装置は塩水層に位置するパイプ回路を巡って配置された複数のノズルを通して水流を注入することを含む。各ノズルは脱塩装置容器の内側空間の方に向けられ、パイプ回路に対して斜めに配置されている。複数のノズルを通る水流は水の体積の水平方向と鉛直方向の回転を生じ、それは固体を水中に懸濁させ、界面エマルジョン層の崩壊を促進するのに効果がある。各ノズルを通る水流は再循環された水流であってもよく、好ましくは０．３１〜０．９１ｍ／ｍｉｎの範囲にあり、各ノズルは好ましくは水平面で約１５°と６０°の角度に、鉛直面で約１５°と６０°の下向き角度に方向付けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱塩装置容器内に形成される界面エマルジョン層と泥の体積とを管理する装置であって、
複数のノズルを有して前記脱塩装置容器内に存在する塩水層に位置する少なくとも一つのパイプ回路を具備し、
前記複数のノズルの各ノズルは水平面と鉛直面の少なくとも一方で前記パイプ回路の中心線に対して斜めの角度で前記脱塩装置容器の内側部分の方へ方向付けられている、装置。
【請求項２】
前記複数のノズルの向きは、塩水層の水平回転及び鉛直回転を生成して前記塩水層とオイル層との間に存在する界面エマルジョン層の下面をかき乱すのに効果的である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記斜めの角度は前記少なくとも一つのパイプ回路の真直部分にある各ノズルに関して約１５°から６０°までの間にある、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記斜めの角度は約４５°である、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
ある体積の前記塩水層を前記少なくとも一つのパイプ回路に再循環させる手段をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ドリル穿孔された通路及び短い管状部材から成る群から選択されたノズルである各ノズルをさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記脱塩装置容器の内側周縁の近くでそれに対向して延びる前記パイプ回路の外側周縁をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
各ノズルを通る水の速度が０．３１〜０．９１ｍ／ｍｉｎ（１〜３ｆｔ／ｍｉｎ）の範囲にある、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも一つのパイプ回路が前記塩水層の上方３分の２の部分に位置している水平面内にある、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置を用いて脱塩装置容器内に形成される界面エマルジョン層と泥の体積とを管理する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原油の生産に用いられる装置及び方法に関する。より詳しくは、本発明は、分離、脱水又は脱塩設備内のオイルと水との界面にたまる第１の固体含有水層、すなわち“ラグ（rag）”と、分離、脱水又は脱塩設備の底部にたまる第２の固体含有水層、すなわち“泥”を処理して管理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オイルが生産されると、輸送車両、パイプライン、及び精油所などの生産装置に及ぼす腐食作用を減らすために、それを脱水及び脱塩しなければならない。製油施設で行われる脱水と脱塩は、水と塩の大部分を精油所に送る前に除去することができる。オイルが精油所に到着すると、塩をさらに低く腐食を生じないレベルにまで減らすために、オイルは再び脱塩される。オイルによって運ばれる水と溶解している塩の他に、オイルには非常に小さいミクロン以下の粒子すなわち微粒分から砂などの大きな粒子までにわたるサイズの多量の固体も含まれる。大きな粒子はオイル生産施設ですぐに除去されて、精油所で除去しなければならない細かい粒子が残される。
【０００３】
一般に、最も小さな粒子は、水滴のまわりにバリアを形成して水滴の凝集と分離を妨げることによってオイル・水エマルジョンの安定性の一因となる。これらの微粒子に囲まれた水滴は静電脱塩装置内で沈殿するのに十分な大きさであるのに、水滴の凝集が微粒子によって妨げられる。その結果、この固体を含む水の層がオイルと水との界面に“ラグ”としてたまる。このラグ層が崩壊すると、微粒子が容器の底部にたまって“泥”層を形成するので、それを泥洗滌装置によって定期的に除去しなければならない。
【０００４】
この泥洗滌装置は、泥を攪拌して脱塩装置から効率的に除去できるようにするために脱塩装置内に真水を散布する一組のスプレー・ノズルから成る。主に二つの方法が泥を除去するために実際に用いられる。一つの方法は、装置のオペレータが判断するタイミングで容器を周期的に洗滌する時間方式の泥洗滌である。その頻度は固体（泥）の体積によって決まり、例えば一日に一回、又は週に一回である。周期的な泥洗滌の欠点は、それが水処理施設にオイルまみれの多量の固体を送り込み、そこでそれは処分のために処理される必要があることである。このオイルまみれの固体の周期的な投入は水質の不調を引き起こす可能性がある。
【０００５】
もう一つの方法は、半連続的な泥洗滌であり、容器のいくつかの区域が順番に洗滌される。すべての区域の洗滌が完了すると、そのシーケンスが再びスタートする。半連続的な泥洗滌の利点は、水処理容器に送られる固体の負荷が平均化されることである。半連続的な洗滌と周期的な洗滌の両方の欠点は、やはり固体が容器の底部に沈殿することを許し、底部において固体はその後の周期的な各洗滌によって部分的にしか除去され得ないことである。
【０００６】
どちらの方法も精油所の脱塩装置におけるある程度の量の微粒子を取り扱うことができるが、これまでは適切に対処されてこなかった重要な問題が残っている。その問題は、固体を含むラグがオイルと水との界面に浮かぶことである。界面にこの界面汚泥がたまると、それは静止状態に変わり、水と固体の分離速度が著しく低下する。界面ラグの崩壊の速度の方がたまる速度よりも小さくなると、界面の体積が増大して脱塩装置の動作を妨げる。この界面ラグの正確な性質は容易に決定できないが、その影響は二つの仕方のいずれかで脱塩装置の性能を害する。
【０００７】
界面ラグが水の上に浮かぶと、必要な電流を増大させて電界強度を低下させることによってそれが静電界の完全性を損なうまで、その高さが増大し得る。この電界は界面の上部に付加エネルギーを与えてその崩壊速度を加速し得る。界面が水の層の中に沈み込むと、それは急速に脱塩装置の中で水の体積を占めるようになり、水の滞留時間を減少させる。その結果は、水処理施設に送られる水質が低下するということである、というのも界面ラグが容器の底部に沈着して泥を形成し、塩水熱交換器及びベンゼン回収装置に出てゆく塩水と混合するからである。この混合は熱交換器及びベンゼン回収装置の汚れと詰まりを加速する。
【０００８】
精油所はより複雑な重畳する問題を抱えているので、装置の用途は脱塩装置の容器の底部からの汚泥と固体を除去するという単純な目的を超えて拡げられる必要がある。したがって、計画された原油設備稼働時間の期待値を満たすことにおいて精油所を助け、脱塩装置が運転中に乱れた状態にならないようにし、容器底部に汚泥がたまるのを最小限に抑えるか又は完全になくし、基本泥水量（ＢＳ＆Ｗ）減少能力を改善し、塩分の低減性能の向上、オイル／水界面へのエマルジョン及び逆相エマルジョンの集積を最小限に抑え、固体が工程下水管に出てゆくまで固体を塩水中に懸濁させておき、廃水処理プラントの前の工程設備を保護する装置が必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
脱塩装置の容器内の界面ラグ層を管理する方法及び装置は、塩水層内の水の体積が回転するようにパイプ回路のまわりに配置された複数のノズルを通して水流を注入することを含み、これにより固体を塩水に一様に懸濁させるとともにラグ層の塩水側からの界面ラグ層の崩壊を促進する。パイプ回路は、好ましくは、水の層の上方部分に、好ましくは、水の層の上３分の２に位置し、パイプ回路の外側周縁は脱塩装置容器の内側周縁に近く位置して、それに対向している。
【００１０】
複数のノズルの各ノズルは同じ水平面内にあり、他のすべてのノズルと同じ角度の配向で脱塩装置容器の内側空間の方に方向付けられている。ノズルを通る水の流れは０．３１〜０．９１ｍ／ｍｉｎ（１〜３ｆｔ／ｍｉｎ）の範囲にあり、水のゆっくりした連続的かき乱しを促進する。界面ラグ層を監視して水の流れをそれに応じて調整することができる。各ノズルはドリル穿孔された通路であり、好ましくは水平面内でパイプ回路の中心線に対して約１５°から６０°までの角度に、水平面から約１５°から６０°までの下向き角度に方向付けられる。したがって、水の回転は水平面内のノズルの角度方向に、時計回り又は反時計回りで一致し、ノズルの下向き角度方向に一致するトロイダル回転を形成し、それがラグ層の底面と容器の底面を穏やかに掃引する。
【００１１】
界面ラグ層を管理するこの方法及び装置については、添付された図面と特許請求の範囲と合わせて、好ましい実施形態についての以下の詳しい説明からさらに良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、従来技術における泥洗滌装置を備える脱塩装置を示す図である。洗滌装置は、容器の底部に沈着した泥を攪拌して脱塩装置の底部に配置された一連の泥ドレーンによって泥が効率的に脱塩装置から除去され得るように、ある体積の真水を脱塩装置に内で散布する一組のスプレー・ノズルから成る。この装置は、オイルと水との界面層に集まってその下面に漂う固体を含むラグを取り扱わない。
【図１Ａ】図１Ａは、本発明にしたがって作られた洗滌装置を備える脱塩装置の好ましい実施形態を示す図である。二つのパイプ回路は、一組のノズルが設けられて独立に制御される。第１のパイプ回路は、界面ラグ層の下に配置されており、界面ラグの底面を穏やかにこすって分離を促進するように方向付けられた一組のノズルを含む。第２のパイプ回路は、泥層の上に配置されており、容器の底部から泥を穏やかに流動化させるように泥層に対して斜めに方向付けられた一組のノズルを含む。
【図２】図２は、本発明にしたがって作られた洗滌装置を備える脱塩装置の別の好ましい実施形態を示す図である。洗滌装置は、水平面内である角度に、鉛直面内でもある下向き角度に方向付けられた一連のノズルを備えるパイプ回路を含む。水の層からの水がパイプ回路内に再循環され、低流速で水の層に再注入される。
【図３】図３は、図２の洗滌装置を示す平面図であり、長円形のパイプ回路と脱塩装置の内壁との間の離隔関係を示している。好ましくは、パイプ回路は図示のように水平支持体を横切って敷設されて、所定の位置に固定される。
【図４】図４は、図２のパイプ回路のノズルによって生み出された水の層の乱流を示す。ノズルからの流れが確立されると、水の層の大部分が鉛直面内及び水平面内のトロイダル形状の回転でゆっくりと回り始めるだろう。これらの組合わされた回転が、脱塩装置の底部から微粒子を巻き上げて、界面ラグ層の下面を連続的にかき乱すことによって泥の集積を阻止する。
【図４Ａ】図４Ａは、図４の流れのパターンをより詳しく示す。流れのパターンは、回転する平面トロイダル流れであり、それが各区域を巻き込んで、一連の大きな水平面ドーナツのように見える。
【図５】図５は、図２の線５−５に沿った垂直断面図である。
【図６】図６は、図１Ａの切断線６−６に沿った垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、固体を水の層に懸濁させて界面ラグ層に存在する泥の崩壊を促進するように、界面ラグ層の下面を連続的にかき乱すことによって、分離装置容器内の泥の集積を防止する方法及び装置を提供する。図面に示される要素は参照符号で表される。
【００１４】
まず図１を参照すると、分離装置容器２０は通常の配管（図示せず）によって原油の供給源に接続されている。容器２０は本技術分野ではよく知られているタイプで原油の生産と精製で原油の脱水と脱塩のために普通に用いられている。水と固体汚染物質とを含む原油の流れは示される“オイル入口”を通って容器２０に入る。容器２０は普通、これらの成分を保持し、オイルが汚染物質から分離されるように前記成分を処理する。分離されたオイル層５０はその後容器２０の最上部２８にある出口２６を通って容器２０から取り出される。
【００１５】
分離工程の間、泥５８と呼ばれるオイル被覆した固体が容器２０の底部３２にたまり、界面エマルジョン層５２と呼ばれるオイルと水の混合物から成る層が容器２０の中間部分に形成されるのが普通である。固体を含む水又は塩水層５６が、底部３２に存在する泥５８の層と界面ラグ又はエマルジョンの層５２との間にたまる。界面ラグ層又はエマルジョン５２が蓄積され、その存在が容器２０の働きを妨げるほどになるのを防ぐために、ラグ・ドレーン３４を設けることができる（図２を見よ）。好ましくは、界面ラグ層又はエマルジョン５２の除去は連続的に行われ、除去速度は時間によって変化する。オイル層５０は容器２０の上方部分２２で界面エマルジョン層５２の上に蓄積される。
【００１６】
界面ラグ４２と呼ばれる一部の“ラグ”は、容器２０の底部３２に沈殿せずに、図１に示されるように、水の層５６の上に浮かび、界面エマルジョン層５２の下面５４に“ぶら下がる”。この界面の泥４２がたまるにつれて、それは無活動になって、水と固体の分離の速度が著しく低下させられる。界面ラグ４２の崩壊と沈殿の速度がその蓄積の速度よりも遅いと、界面エマルジョン層５２の体積が増加して容器２０の働きを妨げ始める。例えば、界面ラグ４２が水の層５６内に沈み込み、水の体積を占めるようになり、それによって水の滞留時間を短縮し、処理施設に送られる水の質を低下させる。さらに、界面エマルジョン層５２が、原油中の成分の分離を促進するために印加される静電界（図示せず）の完全性に介入するまで、界面エマルジョン層５２の高さが増すかもしれない。さらに、界面ラグ４２が崩壊すると、それは、容器２０の底部３２に沈殿し、容器底部にたまるオイル被覆された固体／泥５８の一因となる。このオイル被覆された固体／泥５８は、通常は従来技術による泥洗滌装置８０（図１を見よ）によって周期的に除去されなければならない。
【００１７】
従来技術で知られている泥洗滌装置８０は、容器２０の下方部分２４に沿った区域に、容器２０の底部３２からの距離“ｈ1”（通常、水の層５６の底部の３分の１）に配置された配管８２を含む。配管８２は容器２０の内壁表面３６の近くをそれに沿って延びる二つの外側パイプ（図示せず）と、各外側パイプから等距離の間隔でそれらと平行に延びる一つの中央パイプ（図示せず）を含む。一連のスプレー・ノズル８４が配管８２に結合され、配管８２の中心線に対して９０°の角度で下向きに方向付けられている。スプレー・ノズル８４は、泥５８を攪拌して泥が泥ドレーン８６によって脱塩装置から効率的に除去され得るように、ある体積の水を脱塩装置内で散布する。泥洗滌水を再循環させるために、再循環ポンプ７０と再循環配管７２が用いられてよい。
【００１８】
従来技術の泥洗滌装置８０は泥５８の堆積を防ぐことができない。この装置はまた、界面エマルジョン層５２の突発的な堆積を防ぐことができず、塩を減らすことも、基本泥水量（ＢＳ＆Ｗ）を減らすこともできず、界面ラグ４２をなくすことも、界面エマルジョン層５２から水の層５６への逆相エマルジョン移動をなくすこともできない。
【００１９】
図２〜図５を参照すると、界面エマルジョン層５８の集積を阻止又は制御して、泥の層４２の一因となる微粒子を塩水の層５６に懸濁させておくために、界面エマルジョン層５２をゆっくりと連続的にかき乱す装置１０が示されている。（説明されるべき）装置１０は、水の層５６が容器２０から排出されるときに固体が水の層５６と共に排出されるまで固体をそこに懸濁させておくのに十分な速度と運動を水の層５６に与え、また水が固体を濡らしてオイルがオイル層５０に回収されるのを助けるように界面ラグ４２の下に洗滌作用を生み出す。装置１０は、全範囲のＡＰＩ比重の原油で脱塩装置の運転で役立つことができ、好ましくは何もフィルタを用いない。
【００２０】
装置１０は容器２０の下方部分２４に配置された長円形の第１のパイプ回路６０を含む。第１のパイプ回路６０の外側周縁面６４は容器２０の内壁表面３６からの距離“ｄ”にある。パイプ回路６０はまた、容器２０の底部３２からの距離“ｈ2”にある。ある好ましい実施形態では、距離ｈ2は第１のパイプ回路６０を容器２０における水の層５６の高さの上部３分の２に配置する。第１のパイプ回路６０は図３に見られるような一組の水平支持体９０によって支持される。
【００２１】
第１のパイプ回路６０は水の層５６のゆっくりした循環を生み出し、したがって、界面エマルジョン層５２の下面５４を横切る水のわずかな速度を生み出す。角度がつけられた一連のノズル６２によって作り出されたこのわずかな速度は界面ラグ４２の集積を阻止して、泥５８を減らすか又はなくす。さらに、連続的な循環が微粒子を水の層５６に懸濁させておくことを助け、その結果、水の層５６の放出とともに微粒子が直接放出され、容器２０を頻繁に泥洗滌する必要がなくなる。
【００２２】
ノズル６２は第１のパイプ回路６０の内側周縁６６のまわりに間隔をおいて配置され（図３を見よ）、概ね容器２０の内側に向けられる。ノズル６２は第１のパイプ回路６０にドリル穿孔された通路であっても、又は図示のように、短い長さの管状部材であってもよい。各ノズル６２は、好ましくは、第１のパイプ回路６０の中心線６８に直交する線に対して水平面内で約１５°から６０°までの間の角度に、及び鉛直面内で約１５°から６０°までの間の下向き角度に方向付けられる。この１５°から６０°までの角度は、ノズル６２の長手方向の中心線を通って引いた線と中心線６８に直交する線との間の角度の３０°から７５°までの角度に言い換えられる。水平面及び鉛直面での好ましい角度は４５°である。あるいはまた、各ノズルは水平面で約１０５°から１５０°までの間の角度に方向付けられて、時計回り（反対）の流れを促進してもよい。
【００２３】
図４と図４Ａを参照して説明すると、各ノズル６２を通る水流は約０．３１〜０．９１ｍ／ｍｉｎ（１〜３ｆｔ／ｍｉｎ）の範囲の低流速であることが好ましい。ノズル６２からの流れが確立されると、水の層５６の大部分はゆっくりと、二つの方向、Ｒ1とＲ2で回り始める。回転Ｒ1は水平面内でノズル６２の時計回り又は反時計回りの向きと一致する。回転Ｒ2は鉛直面内のトロイダル形状の回転である。回転Ｒ1とＲ2は、界面エマルジョン層５２の下面５４を連続的にかき乱し、容器２０の底部３２から微粒子を巻き上げることによって固体を水の層５６に懸濁させた状態に保つ。Ｒ1とＲ2によって作り出される流れのパターンは、各区域Ｓを巻き込む実質的に回転する平面トロイダル状の流れであり、一連の大きな水平面ドーナツ状流れのように見える（図４Ａを見よ）。
【００２４】
ノズル６２を通る水の流量を制御するための調整部（図示せず）が設けられ、第１のパイプ回路６０は第２のパイプ回路８８と独立に制御される。流量は、例えば、界面エマルジョン層５２のレベル又は体積を予め定められた範囲内に保つように調整される。
【００２５】
水出口３０を通って容器２０から排出される水は、水の層５６内にそれを再循環させるために再循環ポンプ３８に送られてよい。再循環ポンプ３８は、好ましくは、バリア流体による二重シールとシールの完全性を保護するためにインペラの背後にエキスペラを備えたＡＮＳＩ／ＡＰＩ遠心ポンプである。再循環管路４０ではフィルタ濾過は必要とされない。
【００２６】
ある好ましい実施形態では、脱塩装置の運転の最初のラインアウトの後、ノズル６２を通る水の流速は界面ラグ層５２が乱れ始めるまで増大させられる。次に、水の流速は、界面エマルジョン層５２が安定化し始めるまで減少させられる。その後、界面ラグ層５２は界面エマルジョン層５２の下の最初のトライライン（tryline）で監視されて水の流速が適当に調整される。
【００２７】
次に図１Ａと図６を参照すると、装置１０の別の実施形態が、長円形の第１のパイプ回路６０と長円形の第２のパイプ回路８８を含み、前記パイプ回路６０、８８は、それぞれノズル６２及びノズル９２を備えて独立に制御される。各ノズル６２、９２を通る水の流速は約０．３１〜０．９１ｍ／ｍｉｎ（１〜３ｆｔ／ｍｉｎ）という範囲の低流速である。第１のパイプ回路６０は、界面エマルジョン層５２の底を穏やかにかき乱すために、界面エマルジョン層５２の下で容器２０の底部３２からの距離“ｈ3”に配置される。ノズル６２は、好ましくは、水平面内及び鉛直面内で第１のパイプ回路６０の中心線６８に対して約１５°から６０°までの間の角度に方向付けられている（図２と図３を見よ）。
【００２８】
第２のパイプ回路８８は、容器２０の底部３２から泥５８を穏やかに流動化させるために、容器２０の底部３２からの距離“ｈ1”に配置されている。従来の泥洗滌装置８０とそのノズル８４（図１を見よ）の配置と異なり、第２のパイプ回路８８は第１のパイプ回路６０と同様の長円形の回路である。そのノズル９２は泥層５８に対して斜めに方向付けられている。ノズル９２は、好ましくは、第２のパイプ回路８８の中心線に対して水平面内で約１５°から６０°までの間の角度に方向付けられ、鉛直面内で１５°から６０°までの間の下向きの角度に方向付けられている。上方のトロイドと下方のトロイドの間に何も干渉がないことが好ましい。
【００２９】
本発明にしたがって作られる装置１０は、分離装置の容器２０に典型的に結び付けられたいくつかの性能上の問題に影響する。装置１０は、界面エマルジョン層の突発的な集積を最小限にし、塩を減らし、基本泥水量（ＢＳ＆Ｗ）を減らし、ラグ層の分離をなくし、界面ラグから塩水層への逆相エマルジョンの移動をなくす。
【００３０】
界面及び泥管理装置の好ましい実施形態をある程度具体的に説明したが、構成及び構成要素の配置の細部では本発明の精神と範囲から逸脱することなく多くの変更が可能である。したがって、この管理方法及び装置はここで例示のために記載された実施形態に限定されず、添付された特許請求の範囲によってのみ、その各要素又はステップの等価物の全範囲を含めたものによってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３１】
１０    界面エマルジョン管理装置
２０    分離装置容器
２２    ２０の上方部分
２４    ２０の下方部分
２６    オイル出口
２８    ２０の最上部
３０    水出口
３２    ２０の底部
３４    ラグ・ドレーン
３６    ２０の内壁表面
３８    再循環ポンプ
４０    再循環パイプ
４２    界面ラグ
５０    オイル層
５２    界面エマルジョン層
５４    ５２の下面
５６    水の層
５８    オイル被覆固体／泥
６０    第１のパイプ回路
６２    ノズル
６４    ６０の外側周縁
６６    ６０の内側周縁
６８    ６０の中心線
７０    再循環ポンプ
７２    再循環パイプ
８０    泥洗滌装置
８２    配管
８４    スプレー・ノズル
８６    泥ドレーン
８８    第２のパイプ回路
９０    支持体
９２    ノズル
【図１】
2014534984.tif 000003
【図１Ａ】
2014534984.tif 000004
【図２】
2014534984.tif 000005
【図３】
2014534984.tif 000006
【図４】
2014534984.tif 000007
【図４Ａ】
2014534984.tif 000008
【図５】
2014534984.tif 000009
【図６】
2014534984.tif 000010
【国際調査報告】
2014534984.tif 000011
2014534984.tif 000012
2014534984.tif 000013