СХЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ УСТАНОВКИ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ВЫСОКОУСТОЙЧИВЫХ ЭМУЛЬСИЙ

МПК  7 C10G 7/04
C10G 33/04
C10G 33/06
Схема регулирования автоматизации установки
термомеханического обезвоживания высокоустойчивых эмульсий
Изобретение относится к области автоматизации процессов разделения фаз, широко применяемых в химическом производстве и может быть использовано для контроля и регулирования расхода обезвоженных продуктах в процессах обезвоживания водо- углеводородных  эмульсий.
В нефтепереработке и нефтехимии к эмульсиям такого типа можно отнести- эмульсию тяжелой пиролизной смолы (далее ТПС), являющийся отходом процесса пиролиза, образующаяся при промывке водой пирогаза, образующегося в процессе пиролиза углеводородного сырья. До сих пор актуальна задача по глубокой подготовке данного вида сырья, поскольку классические методы обезвоживания неэффективны для данного вида сырья ввиду низкой разницы в плотностях между углеводородной и водной фазами эмульсий и присутствия в них большого количества стабилизаторов эмульсий (смол и асфальтенов), затрудняющих процесс обезвоживания, в результате чего, возникают экологические проблемы при утилизации ТПС. В то время как углеводородная часть ТПС может быть использована как компонент к котельному топливу.
В настоящее время существует проблема непрерывного проведения процесса обезвоживания высокоустойчивых эмульсий. Данный процесс проводится обычно периодическим способом из-за того, что обезвоженный продукт необходимо постоянно отводить из аппарата обезвоживания для предотвращения постоянного попадания в него новой порции во-углеводородной эмульсии. Используемые термохимические агенты, испарение воды и многие другие применяемые способы обезвоживания для высокоустойчивых эмульсий могут разрушить данные водо-углеводородные системы не мгновенно, а в течение определенного промежутка времени.
Из проанализированного уровня техники выявлено большое количество изобретений, обеспечивающих обезвоживание эмульсий с использованием различных устройств, и в которых применяются различные варианты автоматизации технологических параметров, которые имеют свои достоинства и недостатки.
Известен способ измерения расхода многофазного потока и определения содержания в нем массы углеводорода (см. [1] - патент RU 2186343),
где многофазный поток, состоящий из нефти, газа и воды, смешивают в теплоизолированном смесителе с определенным объемом горячей дренажной воды, поступающей с установки подготовки нефти. Непосредственно перед входом в теплоизолированный смеситель определяют температуру потока и температуру горячей дренажной воды, а на выходе из смесителя - температуру смешанного потока. Одновременно с этим в фиксированный промежуток времени измеряют расход горячей дренажной воды, а из потока отбирают представительную пробу на определение содержания в потоке водной фазы. На основании полученных данных расход многофазного потока и содержание в нем массы углеводородной фазы (нефти) определяют по предложенным формулам расчетным путем. Недостатками данного способа является наличие контроля и отсутствие регулирования расхода водо-нефтяной эмульсии.
Известно способ измерения массового и объемного расхода нефти, воды и попутного нефтяного газа в продукции добывающих нефтяных скважин с двухфазным сепаратором (см. [2] - Патент RU 2454635), где происходит измерение влагосодержания смеси нефти и воды и вычисление расхода воды, вычитание его из расхода смеси. Недостатком данного способа является наличие контроля и отсутствие регулирования расхода водо-нефтяной эмульсии.
Известен способ автоматического управления процессом фильтрования суспензии на фильтрах непрерывного действия (см.[3] - Патент RU 2026711), где измеряют расход суспензии перелива вакуум-фильтров, задают верхнее и нижнее значения уровня в донорной емкости, соответствующие им диапазоны средних значений расходов суспензии питания, и предельный нижний уровень в донорной емкости. Недостатком данного способа является наличие контроля и отсутствие регулирования расхода суспензии.
Наиболее близким техническим решением по совокупности совпадающих признаков и достигаемому техническому результату выбранным в качестве прототипа заявляемого технического решения в отношении схемы регулирования автоматизации высокоустойчивых эмульсий является (см.[4] - - Заявка на изобретение RU 2002104722/04). Смоловодяную систему с содержанием воды более 40% предварительно обводняют до 60-70% воды и затем обрабатывают коагулянтом с дозой 100-300 мг/л, в результате чего происходит разделение фаз и смола обезвоживается до 5-10%. На второй стадии смолу, отделенную от воды, а также исходную с содержанием воды менее 40% подвергают термохимической обработке. Исходную смолу предварительно смешивают в соотношении (0,5-1):1 к содержащейся в ней воде с легким пиролизным маслом, образующим с водой гетероазеотроп с температурой кипения 70-90°С. Затем смолы подвергают тепловой обработке до 120°С, протекающей при непрерывной ее продувке азотом или дымовыми газами в присутствии поверхностно-активных веществ, снижающих пенообразование, в результате чего из смолы отгоняются пары воды и легких углеводородов, которые затем конденсируют и расслаивают на две фазы, и в результате обработки смолы образуются тяжелая пиролизная смола. Недостатком данного способа является отсутствие регулирования расхода тяжелой пиролизной смолы.
Задачей заявляемого технического решения является разработка схемы регулирования автоматизации процесса обезвоживания высокоустойчивых водо-углеводородных эмульсий для осуществления непрерывного режима данного процесса.
Техническим результатом является разработка схемы регулирования процессом обезвоживания высокоустойчивых эмульсий, позволяющей постоянно осуществлять подвод водо-углеводородной эмульсии в аппарат обезвоживания, осуществляя отбор обезвоженного кубового продукта.
Поставленная задача решается в процессе выпаривания воды из эмульсии, наложении механического воздействия на объем кипящей жидкости откачкой насосом обезвоженного продукта из аппарата обезвоживания при достижении допустимого уровня воды, соответствующей предъявляемым требованиям потребителей к водо-углеводородной эмульсии, определяемого на основе прекращения пульсации, замеряемой по вибродатчику, при вскипании глобул воды в среде углеводородов.
Из исследованного уровня техники не выявлены сведения, что известны устройства, обладающие заявленной совокупностью признаков, обеспечивающих получение группы технических результатов, что является доказательством соответствия заявленного технического решения критерию «новизна», предъявляемого к изобретениям.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень» предъявляемому к изобретениям, так как заявленное техническое решение не следует явным образом из уровня техники и не является очевидным для специалиста в анализируемой области техники, таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость» предъявляемому к изобретениям, т.к. заявленное техническое решение может быть реализовано в промышленности посредством использования известных устройств с применением стандартного оборудования и известных способов.
Заявленное техническое решение поясняется фиг., на которой приведена принципиальная блок-схема.
На фиг. показан комплекс устройств, который состоит из следующих элементов: насосов Н-1,2, аппарата И-1, в котором проводится процесс обезвоживания с использованием мешалки М-1;, конденсатора-холодильника Х-1, емкостей Е-1,2,3;4, клапанов Кл-1 и Кл-2, датчик детонации Д-1.
Данная система устройств, подаваемого в него, позволяет регулировать содержание воды в эмульсии в непрерывном режиме посредством откачкой насосом обезвоженного продукта из аппарата обезвоживания при достижении допустимого уровня воды.
Сущность заявленного технического решения заключается в следующем.
0
Эмульсия из сырьевой емкости Е-1 насосом Н-1 перекачивается в аппарат И-1, где она нагревается до температуры 110-140С. При этом постоянно происходит перемешивание перемешивающим устройством М-1 в объеме жидкости, в результате этого происходит испарение водной фазы и низкокипящих углеводородных фракций из эмульсии. Смесь “вода + низкокипящие углеводородные фракции” направляется в холодильник Х-1, где она конденсируется и стекает в емкость Е-2. Из емкости Е-2 эта смесь стекает в емкость Е-3, в которой разделяется на низкокипящие углеводородные фракции (верхний слой) и воду (нижний слой), и выводятся с установки.
Прохождение обезвоживаемого кубового продукта через весь цикл установки осуществляется следующим образом. Продукт циркулирует путем перекачки насосом Н-2 через аппарат И-1, пока содержание остаточной воды в продукте не снизится до содержания воды менее 0,1%. Прекращение выкипания воды и обезвоживание эмульсии определяется замером прекращения пульсации при вскипании глобул воды в среде углеводородов. Для измерения интенсивности пульсации вскипающих глобул воды применяется датчик детонации Д-1. При этом постоянно проводится отбор кубового продукта на анализ содержания остаточной воды по методу Дина и Старка (см.[5 ] - ГОСТ 2477-65. Определение содержания воды). При достижении остаточной обводненности сырья ниже 0,1%масс. клапан Кл-2 открывается, клапан Кл-1 закрывается, и часть жидкости направляется в емкость Е-4. После откачки насосом Н-2 2/3 объема кубовой жидкости из аппарата И-1 в емкость Е-4 клапан Кл-2 закрывается, клапан Кл-1 открывается, и вновь подается сырье насосом Н-1 в аппарат И-1 до определенного уровня.
Предлагаемая схема регулирования автоматизации установки термомеханического обезвоживания высокоустойчивых эмульсий позволяет проводить данный процесс непрерывно для обезвоживания таких сложных систем, как водо-углеводородные эмульсии, момент прекращения присутствия воды в эмульсии фиксируется по замеру прекращения пульсации при вскипании глобул воды в среде углеводородов эмульсий. Это является ее заявляемым преимуществом перед ее аналогами.