Способ обработки нефти
OIL TREATMENT METHOD

Изобретение относится к способам обработки нефти и может быть использовано на объектах нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей, нефтегазодобывающей промышленности.
Из уровня техники известен способ обработки нефти, реализуемый с помощью струйного смесителя, заключающийся в том, что нефть подают в смеситель, в спиралевидной камере которого создают потоком нефти турбулентное вихревое движение с образованием в центральной части спиралевидной камеры кавитационной каверны, где осуществляют обработку нефти путем гидродинамической вихревой кавитации (см. Патент RU 2309790, опубл. 10.11.2007).
Недостатком известного способа является слабая кавитация, создание развитой кавитации могут вызвать эрозию острых граней камеры смешения, что снижет качество обработки нефти.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является увеличение выхода целевых нефтепродуктов, улучшение их качества и снижение энергетических затрат на обработку нефти.
Техническим результатом изобретения является повышение качества нефти для последующей ее обработки за счет разрыва целостности молекулярных цепочек и разрушения связей между отдельными частями молекул.
Технический результат изобретения достигается благодаря реализации способа обработки нефти, заключающемуся в том, что нефть подают в смеситель, в спиралевидной камере которого создают потоком нефти турбулентное вихревое движение с образованием в центральной части спиралевидной камеры кавитационной каверны, где осуществляют обработку нефти путем гидродинамической вихревой кавитации, причем осуществляют подачу в смеситель нефти, нагретой до подкритичной температуры, при этом с помощью регулятора скорости смесителя регулируют скорость подачи нефти в диапазоне от 48 до 53 м/с до образования устойчивой кавитационной каверны.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 показан смеситель, с помощью которого реализуется предложенный способ; на фиг. 3 показан разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 показан разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 показаны результаты промышленных испытаний заявленного способа с помощью смесителя по западносибирской нефти.
Предложенный способ предназначен для обработки тяжелой, средней и легкой нефти и служит для повышения качества нефти для последующей ее обработки с целью увеличения выхода целевых нефтепродуктов (дизельной фракции), улучшения качества нефти, снижения энергетических затрат на обработку нефти, увеличения срока хранения нефти с исключением ее расслаивания, снижения солей в нефти.
Предложенный способ реализуется с помощью смесителя развитой гидродинамической кавитации, который содержит камеру 1 смешения с входным патрубком 2 для ввода компонентов смеси. С камерой 1 смешения соединена камера 3 гомогенизации полученной смеси, имеющей выходной патрубок 4 или сопло. Камера 1 смешения снабжена регулятором 5 скорости потока введенных в нее компонентов смеси, выполненным в виде поворотной лопатки, установленной на входе в камеру 1 смешения с возможностью ее фиксации в заданном положении. В поперечном сечении камера 1 смешения может иметь форму одного витка спирали (фиг. 3) или форму двух витков спирали большего и меньшего диаметра (фиг. 4). Камера 3 гомогенизации соединена с витком спирали камеры 1 смешения, а в случае двухвитковой спирали - с меньшим витком камеры 1 смешения. На боковой стенке камеры 1 может быть выполнено одно или несколько отверстий 6 для подвода дополнительных компонентов или реагентов.
При двухвитковой спирали камеры 1, стенка меньшего витка 7 спирали камеры 1 имеет форму шарового слоя, при этом меньший виток 7 соединен с камерой 3 гомогенизации. Витки 7 и 8 спиралевидной камеры 1 равномерно сужаются по ходу потока, в результате в двух витковой камере 1 понижается давление вследствие больших скоростей потока среды, вызывая кавитацию потока. При двухвитковой спирали регулятор 5 скорости потока выполнен в виде сдвоенной лопатки, каждая из которых установлена на входе соответствующего витка спирали.
Выходной патрубок 4 может быть соединен с камерой 3 гомогенизации посредством сопла 9, имеющего форму шарового слоя. В камере 3 гомогенизации происходит процесс уменьшения неоднородности смесей путем измельчения и равномерного перераспределения их по объему потока за счет гидродинамического вихревого вида кавитации. За счет того, что сопло 9 имеет форму шарового слоя, поток полученной в камере 1 смешения смеси, после ее прохождения через камеру 3 гомогенизации, становится более однородным и строго направляется в выходной патрубок 4, исключая образование на выходе кавитационной эрозии.
Предложенный способ заключается в следующем.
3
Нефть, имеющую плотность, преимущественно, от 820 до 855 кг/м, нагретую до подкритичной температуры, подают в смеситель через входной патрубок 2. Подкритичная температура - это такая температура, при которой нефть еще не закипает, но близка к этому (начало кипения, до образования пузырьков). Для каждого типа нефти (тяжелая, средняя, легкая, в зависимости от плотности нефти) подкритичная температура своя и она определяется опытным путем.
Через входной патрубок 2, нагретую до подкритичной температуры нефть подают в спиралевидную камеру 1, внутри которой создают потоком нефти турбулентное вихревое движение с образованием в центральной части спиралевидной камеры 1 кавитационной каверны, в которой создается и поддерживается давление ниже атмосферного, где осуществляют обработку нефти путем гидродинамической вихревой кавитации. Кавитационная каверна создается благодаря регулировке скорости подачи нефти в камере 1 смесителя с помощью регулятора 5.
При этом в зависимости от плотности нефти, скорость подачи нефти в спиралевидную камеру 1 смесителя регулируют в диапазоне от 48 до 53 м/с до образования устойчивой кавитационной каверны.
Регулирование скорости подачи нефти до необходимой скорости (в зависимости от типа нефти) для образования устойчивой кавитационной каверны (полости) осуществляют также опытным путем с помощью регулятора 5 скорости. При этом при повороте поворотной лопатки происходит увеличение или уменьшение разрежения в кавитационной каверне, что, в свою очередь, приводит к уменьшению или увеличению размеров капель реагентов. Если после окончательной обработки нефти, которая прошла предварительную обработку предложенным способом, на выходе количество светлых частиц (дизель) снижается, то скорость подачи нефти в смеситель увеличивают до той степени, пока снижение на выходе светлых частиц не прекратится (и наоборот).
Спиралевидная форма камеры 1 и скорость подачи нефти, регулируемая поворотной лопаткой (регулятором 5) в диапазоне от 48 до 53 м/с, способствуют тому, что в кавитационной каверне начинается смешение компонентов при локальном воздействии более высокой температуры и более высокого давления, чем у исходных компонентов.
Внутри камеры 1 обеспечивается уменьшение размера капель и поток смеси становится стационарным. При этом из камеры 1 смешения смесь строго направленно поступает в камеру 3 гомогенизации, где процесс смешивания завершается.
После прохождения через камеру 3 гомогенизации смесь строго направленно поступает в выходной патрубок 4 и вытекает из него.
Таким образом, в результате воздействия на нефть путем ее обработки предложенным способом с использованием гидродинамического вихревого поля, изменяется нефтяная дисперсная система. В ходе этого процесса ускоряется диффузия нефти в области парафина, что провоцирует его разрушение. Для ускорения растворения парафина необходима интенсификация перемешивания нефти на границе нефть - парафин и действие импульсов давления. Соблюдение этих условий позволяет рассредоточить (рассеять, распылить) частицы парафина. В нефти присутствуют длинные беспорядочно расположенные молекулы парафина и смол, образующие некоторую гибкую решетку, в которой располагается раствор. Гидродинамическая кавитация разрывает целостность цепочки, разрушая связи между отдельными частями молекул. Благодаря снижению температуры плавления и испарения меньших по размерам частиц дисперсной фазы увеличивается выход целевых нефтепродуктов (дизельной фракции), улучшается их качество и снижаются энергетические затраты на обработку нефти.
Гидродинамическая вихревая кавитация влияет на изменение структурной вязкости тяжелой, средней и легкой нефти.
Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости, когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.
Нефть, помимо углеродов, содержит также молекулы воды, серы, парафина и механические примеси. Большая часть молекул нефти находится в полимеризованном состоянии.
Чем меньше молекулярных связей в нефти, тем легче ее далее обрабатывать. Использование гидродинамической кавитационной обработки нефти приводит к разрушению этих связей, что в свою очередь, ведет к ряду положительных результатов (улучшение характеристик смешанной нефти, уменьшение коррозии трубопроводов, снижение меркаптановой серы). Вследствие всего этого достигается однородность готового продукта.
Молекулярные связи уменьшаются благодаря воздействию вакуумной полости в смесителе за счет скорости подачи нефти. Оптимальная скорость подачи нефти (в зависимости от плотности нефти) от 48 до 53 м/с. Если скорость больше, то смесь нефти проходит мимо полости, если скорость меньше, то не образуется вакуумная полость.
Оптимальный вихревой поток для хорошего качества нефти создается при скорости подачи нефти 50-53 м/сек, при таком режиме скорости вихревого потока образуется максимальная кавитирующая полость и максимальный выход светлых частиц. Однако для другого типа нефти (плотная или вязкая) оптимальный вихревой поток достигается при других скоростях в диапазоне от 48 до 50 м/сек.
Далее рассмотрены примеры осуществления изобретения.
Пример 1
3
3
Для обработки нефти использовали смеситель с пропускной способностью 4,5 м/час. Брали нефть плотностью 820 кг/м, подогревали ее до подкритичной температуры. Опытным путем было установлено, что подкритичная температура такой нефти составляла до 50°С. Далее нагретую до такой температуры нефть подавали насосом в смеситель и регулировали скорость подачи нефти в смеситель до образования устойчивой кавитационной каверны. Опытным путем было установлено, что такая скорость подачи нефти составила 48 м/с. В результате, лабораторным путем было установлено, что у полученной на выходе из смесителя нефти количество светлых частиц (дизельной фракции) увеличилось на 12% по сравнению с исходной нефтью, которая не прошла обработку через смеситель описанным способом.
Пример 2
3
3
Для обработки нефти использовали смеситель с пропускной способностью 4,5 м/час. Брали нефть плотностью 840 кг/м, подогревали ее до подкритичной температуры. Опытным путем было установлено, что подкритичная температура такой нефти составляла до 52°С. Далее нагретую до такой температуры нефть подавали насосом в смеситель и регулировали скорость подачи нефти в смеситель до образования устойчивой кавитационной каверны. Опытным путем было установлено, что такая скорость подачи нефти составила 50 м/с. В результате, лабораторным путем было установлено, что у полученной на выходе из смесителя нефти количество светлых частиц (дизельной фракции) увеличилось на 10% по сравнению с исходной нефтью, которая не прошла обработку через смеситель описанным способом.
Пример 3
3
3
Для обработки нефти использовали смеситель с пропускной способностью 4,5 м/час. Брали нефть плотностью 855 кг/м, подогревали ее до подкритичной температуры. Опытным путем было установлено, что подкритичная температура такой нефти составляла до 54°С. Далее нагретую до такой температуры нефть подавали насосом в смеситель и регулировали скорость подачи нефти в смеситель до образования устойчивой кавитационной каверны. Опытным путем было установлено, что такая скорость подачи нефти составила 53 м/с. В результате, лабораторным путем было установлено, что у полученной на выходе из смесителя нефти количество светлых частиц (дизельной фракции) увеличилось на 8% по сравнению с исходной нефтью, которая не прошла обработку через смеситель описанным способом.
Кроме того, во всех случаях обработки нефти предложенным способом было установлено, что количество солей снижено по сравнению с той нефтью, которая не прошла обработку предложенным способом. Также было замечено, что обработанная предложенным способом нефть не расслаивалась очень длительное время (более 6 месяцев), что позволяет хранить обработанную нефть значительное время для последующей ее обработки.
Ниже, в таблице 1 приведены значения результатов испытаний западносибирской нефти. Данные значения отображены на диаграмме на фиг. 5. При этом были произведены испытания как без использования предложенного способа (проба без смесителя), так и с предложенным способом с помощью смесителя (пробы с 1 по 7).
Таблица 1
Номер пробы нефти
Показатели свойств нефти
Перепад давления в смесителе, кг/см<sup>2</sup> (в зависимости от скорости подачи нефти)
Начало кипения (НК), °С
Выкипает до 180°С, %
Выкипает до 360°С, %
Выход светлых частиц, % масс
1
52
25
63
66
1,0
2
58
24
62
64
4,0
3
52
25
67
71
7,5
4
62
23
59
62
10,0
5
54
24
65
68
4,0
6
50
23
67
70
7,5
7
62
22
59
62
10,0
8
50
22
59
62
Без смесителя
В строке 8 пробы указаны показатели нефти для пробы без использования смесителя при НК 50°С;
2
Для 1 пробы указаны показатели нефти с использованием смесителя и предложенного способа при НК 52°С и перепаде давления в смесителе 1,0 кг/см;
2
Для 2 пробы указаны показатели нефти с использованием смесителя и предложенного способа при НК 58°С и перепаде давления в смесителе 4,0 кг/см;
2
Для 3 пробы указаны показатели нефти с использованием смесителя и предложенного способа при НК 52°С и перепаде давления в смесителе 7,5 кг/см;
2
Для 4 пробы указаны показатели нефти с использованием смесителя и предложенного способа при НК 62°С и перепаде давления в смесителе 10,0 кг/см;
2
Для 5 пробы указаны показатели нефти с использованием смесителя и предложенного способа при НК 54°С и перепаде давления в смесителе 4,0 кг/см;
2
Для 6 пробы указаны показатели нефти с использованием смесителя и предложенного способа при НК 50°С и перепаде давления в смесителе 7,5 кг/см;
2
Для 7 пробы указаны показатели нефти с использованием смесителя и предложенного способа при НК 62°С и перепаде давления в смесителе 10,0 кг/см.