СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕССОЛИВАНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR DESALTING

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к обессоливанию исходного углеводородного сырья, такого как сырая нефть. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству для оптимизации процесса обессоливания.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Когда сырую нефть извлекают из пласта-коллектора, она содержит воду и соли. При высоких температурах, которые могут иметь место на нефтеперерабатывающих заводах во время переработки сырой нефти, вода может гидролизовать эти соли с образованием агрессивных кислот. В сырой нефти обычно содержатся соли-хлориды, они представляют собой особую проблему, поскольку могут образовывать соляную кислоту. Также в сырой нефти могут быть обнаружены бромистые соли, которые могут образовывать бромистоводородную кислоту.
Со временем агрессивные кислоты могут приводить к существенным повреждениям оборудования нефтеперерабатывающего завода. Повреждения обычно имеют место в линиях, по которым сырую нефть транспортируют с одного участка нефтеперерабатывающего завода на другой. Замена поврежденного оборудования нефтеперерабатывающего завода может потребовать значительного времени и затрат. В некоторых случаях, например, в отсутствие обводного трубопровода, для замены оборудования нефтеперерабатывающего завода переработку сырой нефти необходимо полностью останавливать.
Поэтому удаление солей из углеводородных флюидов, таких как сырая нефть, желательно осуществить до переработки на нефтеперерабатывающем заводе. Для решения этой проблемы сырая нефть обычно поступает в обессоливатель до переработки на нефтеперерабатывающем заводе.
Перед поступлением в обессоливатель сырую нефть обычно смешивают с промывочной водой. После подачи в обессоливатель получают фазу обессоленной сырой нефти и водную фазу. Водная фаза содержит воду (которая содержалась в извлеченной сырой нефти, а также воду, которая была добавлена в поток углеводородов во время переработки, например, промывочную воду) и соль. Эти две фазы разделяет слой эмульсии. Слой эмульсии представляет собой смесь водной фазы и фазы обессоленной сырой нефти.
Потоки обессоленной сырой нефти и воды выводят из обессоливателя по отдельным линиям. Для того чтобы свести к минимуму присутствие любых водных компонент в потоке обессоленной сырой нефти (и наоборот), эти потоки обычно выводят из обессоливателя в местах, расположенных на некотором расстоянии от слоя эмульсии.
Известны способы оптимизации процесса обессоливания. Например, для сведения к минимуму слоя эмульсии часто добавляют деэмульгаторы, которые стимулируют образование отдельных фаз - углеводородной и водной. Применение электростатического поля в установке обессоливания также может быть использовано для стимуляции образования отдельных фаз.
Известно, что для повышения эффективности процесса обессоливание можно оптимизировать путем увеличения уровня контакта между потоком углеводородов и промывочной воды. К методам улучшения смешивания потока углеводородов с промывочной водой относят поступление потока углеводородов и промывочной воды через смесительный клапан.
Современные методы оценки смешивания сырой нефти и промывочной воды в подающей линии обессоливателя основаны на теоретических расчетах. Однако такие методы ограничены точностью входных данных.
Таким образом, по-прежнему есть необходимость в дальнейшем совершенствовании процессов обессоливания.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Настоящее изобретение предлагает способ оптимизации процесса обессоливания, в котором исходное углеводородное сырье поступает по линии в обессоливатель при некотором наборе условий, причем исходное углеводородное сырье содержит углеводородный флюид, воду и соль; при этом упомянутый способ предусматривает:
получение спектров исходного углеводородного сырья в различных обстановках на линии;
сопоставление спектров;
исходя из сопоставления спектров, изменение или поддержание набора условий, при которых исходное углеводородное сырье поступает в обессоливатель;
при этом спектры получают с использованием обратного рассеяния нейтронов.
Согласно другому аспекту предложено устройство, содержащее:
обессоливатель;
линию, по которой исходное углеводородное сырье поступает в обессоливатель, при этом исходное углеводородное сырье включает в себя углеводородный флюид, воду и соль; и
спектрометр обратного рассеяния нейтронов, который установлен так, чтобы получать спектр исходного углеводородного сырья в линии.
Согласно дополнительному аспекту предложено применение обратного рассеяния нейтронов для оптимизации обессоливания исходного углеводородного сырья в процессе обессоливания, где исходное углеводородное сырье поступает в обессоливатель по линии; при этом исходное углеводородное сырье содержит углеводородный флюид, воду и соль.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 представлена подающая линия обессоливателя, которая включает в себя два подвода промывочной воды и два смесительных клапана;
На фиг. 2а-е представлены спектры, полученные вдоль линии, показанной на фиг. 1;
На фиг. 3а-b представлены спектры, полученные вокруг клапанов промывочной воды, показанных на фиг. 1;
На фиг. 4 представлена подающая линия обессоливателя, которая включает в себя один подвод промывочной воды и два смесительных клапана;
На фиг. 5 представлены спектры, полученные на линии, показанной на фиг. 4.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
В настоящее время признанным является тот факт, что обратное рассеяние нейтронов может быть использовано для определения степени смешивания потока углеводородов и воды прежде, чем они будут поданы в обессоливатель.
Обратное рассеяние нейтронов - это метод, в котором высокоэнергетические нейтроны направляют на материал из спектрометра обратного рассеяния нейтронов. При столкновении высокоэнергетических нейтронов с ядрами водорода в материале их энергия снижается. Степень снижения энергии нейтронов зависит от природы материала, с которым они сталкиваются. Детектор спектрометра обратного рассеяния нейтронов регистрирует нейтроны с пониженной энергией. Следовательно, обратное рассеяние нейтронов может быть использовано для измерения того, насколько материал «богат» водородом.
Поскольку содержание водорода в воде и углеводородных флюидах разное, сопоставление спектров, полученных с использованием обратного рассеяния нейтронов, позволяет получить представление о степени смешивания углеводородного флюида с водой в различных обстановках. Следовательно, обратное рассеяние нейтронов позволяет анализировать и, при необходимости, оптимизировать процесс обессоливания. Более того, при помощи спектрометра обратного рассеяния нейтронов может быть измерена степень смешивания углеводородного флюида и воды в ходе процесса обессоливания без необходимости отбора образцов исходного углеводородного сырья из линии.
Исходным углеводородным сырьем может быть любой исходный продукт для нефтепереработки. Исходное углеводородное сырье может быть выбрано из сырой нефти, синтетического нефтяного сырья, биокомпоненты, потока промежуточного продукта, такого как углеводородный остаток, газойль, вакуумный газойль, нафта и исходное крекинг-сырье, а также их смесей. Например, может быть использована смесь одной или нескольких сырых нефтей или смесь одной или нескольких сырых нефтей с синтетическим нефтяным сырьем. Обычно исходное углеводородное сырье будет включать в себя сырую нефть.
Вода, которая присутствует в исходном углеводородном сырье, может быть остаточной водой, которая присутствует в исходном углеводородном сырье. Например, когда исходное углеводородное сырье включает в себя сырую нефть, в сырой нефти, которую извлекли из пласта-коллектора, может присутствовать соляной раствор. Альтернативно, в исходном углеводородном сырье может присутствовать остаточная вода, например, после предыдущего процесса обессоливания.
Вода обычно будет присутствовать в исходном углеводородном сырье в количестве менее 10 процентов по весу, менее 5 процентов, например, приблизительно 3 процента по весу от исходного углеводородного сырья. Следует отметить, что эти количества не включают в себя дополнительную промывочную воду, которую обычно добавляют в исходное углеводородное сырье в линии по пути к обессоливателю.
Исходное углеводородное сырье также включает в себя соль. Эта соль может быть неорганической. Соль может быть выбрана из солей щелочных или щелочноземельных металлов, таких как галоидные соли щелочных и щелочноземельных металлов. Типичные соли, которые можно обнаружить в исходном углеводородном сырье, включают в себя хлористый натрий, хлористый калий и хлористый магний. Сырая нефть обычно содержит хлористый натрий. В сырой нефти также могут быть обнаружены хлористый калий и хлористый магний, хотя обычно их количество меньше, чем количество хлористого натрия. В случаях согласно настоящему изобретению исходное углеводородное сырье включает в себя хлористый натрий.
Количество присутствующей соли будет варьировать в разном исходном углеводородном сырье. Исходное углеводородное сырье обычно будет содержать одну или несколько хлористых солей неорганического происхождения в общем количестве от 1 до 300 частей на миллион, например, от 2 до 100 частей на миллион.
В исходном углеводородном сырье могут также присутствовать дополнительные компоненты, которые обычно содержатся в исходном продукте для нефтепереработки. Например, когда исходное углеводородное сырье включает в себя сырую нефть, обычно будут присутствовать асфальтены.
В соответствии с настоящим изобретением обратное рассеяние нейтронов используют для получения спектров. Спектрометр обратного рассеяния нейтронов содержит генератор нейтронов и детектор нейтронов. В процессе использования спектрометра через исходное углеводородное сырье пропускают нейтроны. По мере прохождения нейтронов через водородсодержащий материал энергия нейтронов снижается. Степень снижения энергии зависит от водородсодержащего материала, с которым сталкиваются нейтроны. В силу того, что вода и углеводородные флюиды по-разному изменяют рассеяние нейтронов, обратное рассеяние нейтронов может быть использовано для оценки степени смешивания воды и углеводородного флюида.
Спектры могут быть получены путем размещения спектрометра обратного рассеяния нейтронов рядом с линией, по которой поступает углеводородный флюид. Линия, по которой поступает углеводородный флюид, обычно имеет по существу круглое поперечное сечение. В некоторых случаях нейтроны, излучаемые из спектрометра обратного рассеяния нейтронов, будут проникать в линию, по которой поступает углеводородный флюид, на глубину, соответствующую 30-100% диаметра линии. Благодаря этому смешивание можно оценить в существенной части, если не на всем поперечном сечении линии.
В соответствии с настоящим изобретением спектры получают в различных обстановках. Обстановка определяется местоположением и временем. Следовательно, обстановки отличаются друг от друга по местоположению и по времени в определенном местоположении. Понятно, что под различными обстановками следует понимать две или большее количество обстановок, отличающихся по местоположению и/или по времени в определенном местоположении. Например, при упоминании четырех различных обстановок следует понимать, что эти четыре обстановки отличаются друг от друга по местоположению и/или по времени в определенном местоположении.
Спектры можно получать в двух различных обстановках на линии или более, чем в двух обстановках на линии. Спектры можно получать в четырех или большем количестве обстановок на линии, например, в восьми или большем количестве обстановок в линии. Большее количество спектров дает более полную картину смешивания углеводородного флюида и воды.
Спектры могут быть получены во множестве местоположений вдоль линии. В этом случае в устройстве на линии может быть размещено множество спектрометров обратного рассеяния нейтронов. Альтернативно, для получения спектров во множестве местоположений вдоль линии может быть использован один спектрометр обратного рассеяния нейтронов.
В некоторых случаях спектры получают в местоположениях, которые разнесены в продольном направлении вдоль линии. Понятно, что продольно разнесенные местоположения - это местоположения, которые разнесены друг от друга вдоль линии, проходящей в направлении течения углеводородного флюида.
Продольно разнесенные местоположения могут иметь по существу одинаковое радиальное положение на линии. Например, продольно разнесенные местоположения могут быть расположены по существу наверху линии или продольно разнесенные местоположения могут быть расположены по существу внизу линии.
Множество спектрометров обратного рассеяния нейтронов может быть расположено в продольно разнесенных местоположениях на линии. Альтернативно, для получения спектров в каждом продольно разнесенном местоположении может быть использован один спектрометр обратного рассеяния нейтронов. В этом случае спектрометр следует перемещать для получения каждого спектра. Это означает, что продольно разнесенные спектры будут получены на протяжении некоторого периода времени.
Спектры, полученные в продольно разнесенных местоположениях, могут дать представление о том, как изменяется степень смешивания углеводородного флюида и воды вдоль линии. Это особенно полезно в случаях, когда в потоке вдоль линии имеются изменения, например, за счет смесительного клапана или подвода промывочной воды.
Подающая линия обессоливателя обычно включает в себя подвод промывочной воды.
Промывочную воду могут подавать в линию через подвод промывочной воды в количестве от 1 до 30%, предпочтительно от 3 до 20% и еще более предпочтительно от 5 до 10% по весу от потока углеводородов.
В некоторых случаях промывочную воду в линию может подавать множество подводов промывочной воды. В этих случаях упомянутые выше количества относятся к общему количеству промывочной воды, подаваемому в линию.
В некоторых случаях спектры получают в местоположении выше по течению от подвода промывочной воды и в местоположении ниже по течению от подвода промывочной воды. Там, где промывочная вода и углеводородный флюид смешаны так, что отдельных фаз нет, эти спектры должны иметь минимальные различия. Следовательно, меньшие спектральные различия указывают на лучшее смешивание, тогда как большие спектральные различия указывают на худшее смешивание.
В некоторых случаях линия может включать в себя смесительный клапан.
Поток через смесительный клапан может иметь скорость 0,01-30 м/с, предпочтительно 0,1-20 м/с, еще более предпочтительно 0,5-10 м/с.
В некоторых случаях вдоль линии может быть расположено множество смесительных клапанов. В этих случаях упомянутые выше скорости потока представляют скорость потока через каждый из смесительных клапанов.
Спектры могут быть получены в местоположении выше по течению от смесительного клапана и в местоположении ниже по течению от смесительного клапана. Если степень смешивания промывочной воды и углеводородного флюида одинакова выше по течению и ниже по течению от смесительного клапана, то между спектрами будут наблюдать минимальные различия. Это может указывать на то, что смесительный клапан неэффективен. Альтернативно, это может указывать на то, что в смесительном клапане нет необходимости, поскольку тщательное смешивание углеводородного флюида и воды достигнуто выше по течению от смесительного клапана. Для того чтобы получить больше информации о системе, может быть необходимо получить дополнительные спектры.
Следовательно, в некоторых случаях линия может включать в себя смесительный клапан и подвод промывочной воды. Подвод промывочной воды обычно располагают выше по течению от смесительного клапана.
Спектры могут быть получены в местоположении выше по течению от подвода промывочной воды и в местоположении ниже по течению от смесительного клапана. В некоторых случаях спектры могут быть получены в продольно разнесенных местоположениях, включая местоположения выше по течению от подвода промывочной воды, ниже по течению от подвода промывочной воды, но выше по течению от смесительного клапана, и ниже по течению от смесительного клапана. Эффективность смесительного клапана можно оценить путем сопоставления этих спектров. Как было упомянуто выше, там, где промывочная вода и углеводородный флюид смешаны так, что отдельных фаз нет, будут наблюдаться минимальные различия по сравнению со спектром потока углеводородного флюида выше по течению от подвода промывочной воды.
В некоторых случаях спектры получают в радиально разнесенных местоположениях вокруг линии. Понятно, что радиально разнесенные местоположения - это местоположения, которые расположены по существу в одной и той же плоскости поперечного сечения линии. Эта плоскость поперечного сечения расположена по существу перпендикулярно потоку углеводородного флюида.
Спектрометр обратного рассеяния нейтронов может быть размещен в устройстве на линии в каждом из множества радиально разнесенных местоположений. Альтернативно, для получения спектров может быть использован один спектрометр. В этом случае для получения каждого спектра спектрометр следует перемещать. Это означает, что радиально разнесенные спектры будут получены на протяжении некоторого периода времени.
Спектры, которые получены в радиально разнесенных местоположениях, могут дать представление о степени изменения смешивания углеводородного флюида и воды в разных местоположениях в поперечном сечении линии. Например, спектры могут быть использованы, чтобы определить, одинакова ли доля воды в исходном углеводородном сырье в верхней части линии и в нижней части линии. Различия между спектрами, которые получены в радиально разнесенных местоположениях, указывают на то, что в поперечном сечении линии смешивание является неравномерным.
Обычно радиально разнесенные спектры получают в местоположении ниже по течению от подвода промывочной воды, поскольку именно там чаще всего происходят изменения смешивания в поперечном сечении.
В радиально разнесенных местоположениях вокруг линии могут быть получены по меньшей мере четыре спектра, например, по меньшей мере восемь спектров. Большее количество радиально разнесенных спектров дает более полную картину смешивания углеводородного флюида и воды в поперечном сечении линии.
Спектры могут быть получены в радиально разнесенных местоположениях, которые разнесены на одинаковое расстояние друг от друга вокруг линии. Например, при получении двух спектров они могут быть получены на противоположных друг от друга сторонах линии, т.е. между ними будет угол 180°. При получении пяти спектров они могут быть получены из местоположений вокруг линии, угол между которыми составляет 72°. Спектры могут быть получены в местоположениях с расстоянием между ними 1-20 см, например, от 3 до 10 см.
В некоторых случаях линия может быть недоступна со всех сторон; в этом случае спектры могут быть получены в радиально разнесенных местоположениях вокруг части линии. Спектры могут быть получены в радиально разнесенных местоположениях, при этом каждое из радиально разнесенных местоположений попадает в угол 45-360°, предпочтительно 90-360° и еще более предпочтительно 180-360°.
Для получения более полной картины смешивания углеводородного флюида и воды вдоль линии может быть получено множество наборов спектров, которые получены на линии в продольно разнесенных местоположениях; причем каждый набор спектров получают в радиально разнесенных местоположениях. Таким образом можно получить представление о степени изменений смешивания углеводородного флюида и воды вдоль линии и в поперечном сечении линии.
В некоторых случаях спектры могут быть получены в радиально разнесенных местоположениях выше по течению от подвода промывочной воды и в радиально разнесенных местоположениях ниже по течению от подвода промывочной воды. Аналогично, спектры могут быть получены в радиально разнесенных местоположениях выше по течению от смесительного клапана и в радиально разнесенных местоположениях ниже по течению от смесительного клапана.
Особенно полезны спектры, полученные в радиально разнесенных местоположениях выше по течению от подвода промывочной воды и в радиально разнесенных местоположениях ниже по течению от смесительного клапана. В некоторых случаях спектры могут быть получены в радиально разнесенных местоположениях выше по течению от подвода промывочной воды, в радиально разнесенных местоположениях ниже по течению от подвода промывочной воды, но выше по течению от смесительного клапана, и в радиально разнесенных местоположениях ниже по течению от смесительного клапана.
Спектры также могут быть получены из одного и того же местоположения на линии. В этих случаях спектры получают в разные моменты времени. Это особенно полезно в случае, если в системе имели место изменения и спектры получают до и после этого изменения. Изменения включают в себя корректировку количества промывочной воды, добавляемой в линию, корректировку работы смесительного клапана, например, изменение перепада давления или конструкции затвора, и корректировку температуры в линии.
В некоторых случаях спектры будут получены в одном и том же местоположении на линии до и после добавления в линию промывочной воды. Следует отметить, что в этих случаях полезно получать спектры ниже по течению от подвода промывочной воды. Минимальные различия между спектрами указывают на хорошее смешивание промывочной воды и углеводородного флюида.
Когда спектры получают во множестве местоположений на линии, например, как описано выше, множество спектров может быть получено в каждом местоположении в разные моменты времени.
Спектры могут быть получены для оценки влияния других частей линии на смешивание углеводородного флюида с водой, помимо подвода промывочной воды и смесительного клапана. Например, через подвод для добавок в линию могут быть поданы добавки, контролирующие эмульсию. Спектры могут быть получены выше и ниже по течению от подвода для добавок. Спектры могут быть также получены в местоположении ниже по течению от подвода для добавок до и после подачи в линию добавок, контролирующих эмульсию.
Стадия сопоставления спектров включает в себя выявление различий в спектрах. Как описано выше, различия между спектрами могут указывать на то, что происходит недостаточное смешивание углеводородного флюида и воды. При обнаружении различий может быть изменен набор условий, при которых исходное углеводородное сырье поступает в обессоливатель. Условия изменяют в попытке улучшить смешивание углеводородного флюида и воды.
Следует отметить, что чем меньше различий в обстановках, при которых были получены спектры, тем более легкой может быть интерпретация различий в спектрах.
В некоторых случаях при сопоставлении спектров могут быть не выявлены существенные различия. В этих случаях набор условий, при которых исходное углеводородное сырье поступает в обессоливатель, может быть все же изменен. Следует отметить, что в случае невыявления различий между спектрами, возможно, уже удалось добиться равномерного смешивания углеводородного флюида и воды. Следовательно, условия изменяют в попытке повысить эффективность процесса обессоливания (например, путем снижения стоимости процесса) при сохранении равномерного смешивания углеводородного флюида и воды.
Стоимость процесса обессоливания может быть снижена путем снижения затрат энергии на линии. Этого можно добиться путем уменьшения перепада давления в смесительном клапане или снижения температуры на линии, через которую поступает исходное углеводородное сырье.
После изменения набора условий, при которых исходное углеводородное сырье поступает в обессоливатель, способ согласно настоящему изобретению может предусматривать анализ влияния измененных условий. Анализ может включать в себя получение дополнительных спектров исходного углеводородного сырья. Эти спектры могут быть использованы для определения того, влияют ли измененные условия на смешивание углеводородного флюида с водой.
Альтернативно, влияние измененных условий может быть проанализировано путем измерения содержания соли в сырой нефти на выходе из обессоливателя. Снижение содержания соли указывает на то, что измененные условия улучшили смешивание углеводородного флюида с водой. Способы измерения содержания соли в сырой нефти на выходе из обессоливателя известны в данной области техники. Повышение содержания соли указывает на то, что измененные условия ухудшили смешивание углеводородного флюида с водой.
Если измененные условия оказывают влияние на смешивание углеводородного флюида с водой, они могут быть сохранены, отменены или дополнительно изменены. Следовательно, можно видеть, что предлагаемый способ может быть итеративным процессом для оптимизации обессоливания исходного углеводородного сырья. В одном случае стадии получения спектров, сопоставления спектров и изменения условий повторяют по меньшей мере три раза, например, по меньшей мере пять раз. Следует понимать, что в каждой итерации можно изменять разные условия.
Набор условий, при которых исходное углеводородное сырье поступает в обессоливатель, может быть изменен путем внесения изменений в подвод промывочной воды или путем внесения изменений в смесительный клапан. Изменения подвода промывочной воды включают в себя корректировку количества добавляемой промывочной воды и настройку устройства подачи промывочной воды (например, размера или формы форсунки, типа устройства). Другим возможным изменением подвода воды может быть изменение его местоположения, например, его местоположения относительно смесительного клапана. Изменения в отношении смесительного клапана включают в себя корректировку перепада давления смесительного клапана, корректировку местоположения смесительного клапана, корректировку количества смесительных клапанов, настройку устройства смесительного клапана (например, размера или типа), корректировку степени открытия смесительного клапана, добавление или удаление статического смесителя в дополнение к смесительному клапану и аналогичные действия.
Другие изменения набора условий могут включать в себя корректировку вспомогательных компонент (например, добавок, контролирующих эмульсию), которые подают в линию. Такие изменения могут включать в себя корректировку химического состава вспомогательных компонент, корректировку количества подаваемых вспомогательных компонент, корректировку местоположения, в котором вспомогательные компоненты подают в линию.
Другие изменения набора условий могут включать в себя корректировку температуры и давления в линии.
Изменения могут быть также сделаны в отношении исходного углеводородного сырья, например, может быть изменена скорость поступления исходного углеводородного сырья по линии или количество исходного углеводородного сырья, поступающего в обессоливатель.
Предлагаемый способ может быть использован для оптимизации обессоливания исходного углеводородного сырья в процессе обессоливания. В некоторых случаях предлагаемый способ оптимизирует обессоливание за счет повышения доли соли, удаляемой из углеводородного флюида в процессе обессоливания. Оптимизированный процесс обессоливания преимущественно снижает общую концентрацию хлористых солей неорганического происхождения до уровня менее 5 частей на миллион. Когда процесс обессоливания является двухступенчатым, общая концентрация хлористых солей неорганического происхождения может быть снижена до уровня менее 2 частей на миллион. Процесс обессоливания может быть также оптимизирован за счет повышения эффективности. Повышение эффективности включает в себя повышение производительности, снижение затрат энергии, которую используют для осуществления процесса обессоливания, и снижения стоимости устройства, используемого для осуществления процесса обессоливания.
В настоящем изобретении может быть использован обессоливатель любой конструкции. Обессоливатель обычно имеет подвод для исходного продукта, отвод для углеводородов и отвод для воды. В предлагаемом процессе углеводородный флюид, воду и соль подают в обессоливатель по подводу для исходного продукта. Углеводородную фазу удаляют из обессоливателя через отвод для углеводородов. Водную фазу удаляют из обессоливателя через отвод для воды.
К обессоливателю могут прикладывать электрическое поле. Это улучшает разделение водной и углеводородной фаз.
Исходное углеводородное сырье может поступать в обессоливатель в количествах 100-100000 баррелей в час, предпочтительно 500-50000 баррелей в час, еще более предпочтительно 1000-20000 баррелей в час.
Процесс обессоливания может состоять из нескольких ступеней. Предлагаемый способ может предусматривать стадии получения спектров, сопоставления спектров и необязательного изменения условий, как описано в настоящем документе, на двух или более линиях, причем каждая из них является подающей линией обессоливателя. Устройство согласно настоящему изобретению может включать в себя два или большее количество обессоливателей, каждый из которых питается подающей линией, и спектрометр обратного рассеяния нейтронов.
Далее настоящее изобретения будет описано со ссылкой на прилагаемые фигуры и примеры.
Линия (10), показанная на фиг. 1, в процессе обессоливания является подающей линией к обессоливателю. Линия (10) включает в себя подвод (12) исходного углеводородного сырья, два подвода (14а, 14b) промывочной воды и два смесительных клапана (20а, 20b). Сырая нефть поступает в обессоливатель по трубе (16).
Линия (110), показанная на фиг. 4, в процессе обессоливания является подающей линией к обессоливателю. Линия (110) включает в себя подвод (112) исходного углеводородного сырья, один подвод (114) промывочной воды и два смесительных клапана (120а и 120b). Сырая нефть поступает в обессоливатель по трубе (116). В линии (110) также присутствует обводной трубопровод (118).
Примеры
Для того чтобы изучить контакт промывочной воды с неочищенной сырой нефтью, при помощи обратного рассеяния нейтронов были получены спектры на подающей линии обессоливателя первой ступени и на подающей линии обессоливателя второй ступени. Поток сырого нефтепродукта из обессоливателя первой ступени служил исходным нефтяным сырьем для обессоливателя второй ступени. Линия к обессоливателю первой ступени имела компоновку, как показано на фиг. 1, а линия к обессоливателю второй ступени имела компоновку, как показано на фиг. 4.
Спектры были получены в нескольких местоположениях (1-7 на фиг. 1; 101-106 на фиг. 4) вдоль линий, включая местоположения выше по течению от подводов промывочной воды, ниже по течению от подводов промывочной воды, выше по течению от смесительных клапанов и ниже по течению от смесительных клапанов. Показания были сняты до добавления в линию промывочной воды и после добавления в линию промывочной воды.
Для получения спектров спектрометр обратного рассеяния нейтронов был зафиксирован напротив боковой поверхности исследуемой линии. Для получения спектров в радиально разнесенных местоположениях спектрометр обратного рассеяния нейтронов перемещали по окружности поперек линии. Показания были сняты вокруг линии с интервалами приблизительно по 5-7,5 см. В некоторых случаях из-за ограниченного доступа показания можно было снять только сверху под углом 180°. Диаметр линий составлял 40 см, при этом спектрометр обратного рассеяния нейтронов был способен получать данные на расстояние приблизительно 20 см вглубь линии.
Результаты сканирования способом обратного рассеяния нейтронов в разных местоположениях показаны в виде показаний детектора, которые отображают обнаруженные нейтроны. Показания детектора в результате сканирования способом обратного рассеяния сопоставляли при помощи лепестковых диаграмм. Лепестковые диаграммы были построены путем нанесения показаний детектора в результате сканирования способом обратного рассеяния, полученных вокруг линии.
Когда сырая нефть и промывочная вода равномерно смешаны, разность между количеством нейтронов, зарегистрированных в неочищенной сырой нефти (т.е. до добавления промывочной воды), и количеством нейтронов, зарегистрированных в сырой нефти с содержанием промывочной воды, была небольшой. Повышение разности показаний детектора указывает на то, что смешивание было недостаточным и его можно улучшить.
Пример 1 - анализ линии в первом процессе обессоливания Режим работы во время снятия показаний на первой ступени представлен в таблице 1
Лепестковая диаграмма, которая показана на фиг. 2а, показывает результаты по спектрам, полученным в области подвода сырой нефти (см. местоположение 1 на фиг. 1), т.е. выше по течению от подвода промывочной воды. Содержание воды в сырой нефти составляло 3%. Эту воду подавали выше по течению от теплообменников предварительного нагрева холодного сырья. Лепестковая диаграмма показывает, что нефть и вода были смешаны равномерно, без отдельной фазы воды или сырой нефти.
Лепестковые диаграммы, показанные на фиг. 2b-е, показывают результаты по спектрам, которые были получены в нескольких местоположениях (соответственно, местоположениях 5, 2, 6 и 7, как показано на фиг. 1). Спектры были получены перед добавлением в систему промывочной воды (на фиг. 2b-е обозначены буквой «В»), а также после добавления в систему промывочной воды (на фиг. 2b-е обозначены буквой «А»).
При рассмотрении фиг. 2b-с можно видеть, что промывочная вода и сырая нефть не были хорошо смешаны в местоположениях 5 и 2, соответственно, т.е. ниже по течению от подвода промывочной воды, но выше по течению от смесительного клапана.
При рассмотрении фиг. 2d-e можно видеть, что в местоположениях 6 и 7, соответственно, т.е. ниже по течению от смесительного клапана, промывочная вода и сырая нефть по-прежнему не были хорошо смешаны.
Лепестковые диаграммы, показанные на фиг. 2b-е, также демонстрируют, что наибольшие показания детектора в основном относились к нижней части линии; это указывает на то, что до и после смесительных клапанов концентрация воды была наибольшей в нижней части линии.
Лепестковые диаграммы, показанные на фиг. 3а, демонстрируют результаты по спектрам, которые были получены вокруг восточного смесительного клапана (20b на фиг. 1), и лепестковые диаграммы, показанные на фиг. 3b, демонстрируют результаты по спектрам, которые были получены вокруг западного смесительного клапана (20а на фиг. 1). Лепестковые диаграммы, показанные на фиг. 3а-b, демонстрируют результаты по спектрам, которые были получены перед добавлением в систему промывочной воды (на фиг. 3а-b обозначены буквой «В»), после добавления в систему промывочной воды ниже по течению от подвода промывочной воды, но выше по течению от смесительного клапана (на фиг. 3а-b обозначены буквой «М»), и после добавления в систему промывочной воды ниже по течению от смесительного клапана (на фиг. 3а-b обозначены буквой «D»).
Лепестковые диаграммы, показанные на фиг. 3а-b, демонстрируют, что после подачи промывочной воды и после смесительного клапана в нижней части линии присутствует отдельная водная фаза.
Эти результаты свидетельствуют о том, что смешивание может быть улучшено. Было принято решение, что в существующую систему могут быть внесены изменения путем использования меньшего смесительного клапана и форсунки подачи промывочной воды.
Пример 2 - анализ линии во втором процессе обессоливания
Режим работы во время снятия показаний на второй ступени показан в табл. 2:
Лепестковая диаграмма, которая показана на фиг. 5а, демонстрирует результаты по спектрам, полученным в области подвода сырой нефти (см. местоположение 4 на фиг. 4), т.е. выше по течению от подвода промывочной воды. Можно видеть, что показания счетчика, полученные на линии на второй ступени, были ниже, чем показание счетчика, полученные на линии на первой ступени. Эти отличия связаны с количеством воды в исходном сырье. В то время как неочищенная сырая нефть первой ступени содержала 3% остаточной воды, сырой нефтяной продукт второй ступени содержал меньшее количество воды (а именно только воду, которая перешла из обессоливателя первой ступени).
Лепестковые диаграммы, показанные на фиг. 5b, были получены выше по течению от подвода промывочной воды (в местоположении 4, как показано на фиг. 4; на фиг. 5b спектр обозначен буквой «U») и ниже по течению от подвода промывочной воды, но выше по течению от смесительного клапана (в местоположении 5, как показано на фиг. 4; на фиг. 5b спектр обозначен буквой «М»). При рассмотрении диаграммы можно видеть, что присутствуют две отдельные фазы - водная и нефтяная.
Лепестковые диаграммы, показанные на фиг. 5с, были получены выше по течению от подвода промывочной воды (в местоположении 4, как показано на фиг. 4; на фиг. 5 с спектр обозначен буквой «U») и ниже по течению от смесительного клапана (ниже по течению от смесительного клапана 120b, как показано на фиг. 4; на фиг. 5 с спектр обозначен буквой «D»). Существует минимальная разница между показаниями счетчика в результате сканирования способом обратного рассеяния в сырой нефти без промывочной воды и с промывочной водой. Это указывает на то, что в линии на второй ступени уже произошло оптимальное смешивание.
Поскольку результаты указывают на то, что между сырой нефтью и промывочной водой происходит хорошее смешивание, отсутствует необходимость улучшении смешивания. Оптимизационный анализ все же может быть выполнен для того, чтобы повысить эффективность процесса обессоливания.
Результаты показывают, что использование обратного рассеяния нейтронов -это эффективный инструмент оптимизации процесса обессоливания.