Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕФТИ

Изобретение предназначено для очистки технологических жидкостей, например, нефти, загрязненной плавучей жидкой средой, например пластовой водой или промывочной жидкостью, или, наоборот, воды, загрязненной нефтью, и может использоваться как при подготовке нефти на промыслах и на нефтеперерабатывающих заводах, так и в любой отрасли промышленности, где возникает такая необходимость.

Известно техническое решение, в котором используют способ очистки нефтесодержащих сточных вод, заключающийся в том, что над слоем нефти распыляют очищаемую воду, а очистка загрязненной воды происходит при прохождении загрязненной воды сквозь слой нефти за счет улавливания содержащейся в очищаемой воде нефти гидрофобным слоем нефти при перемещении более плотной очищенной воды вниз, ниже уровня слоя нефти (Патент РФ №2133222, кл. С02F 1/40, опубл. 07. 20. 1999).

Недостатком этого способа является недостаточно эффективное смешение загрязненной воды с нефтью. При распылении нефтесодержащих сточных воды образуются капли различной степени дисперсности. В результате этого процесса падающие с достаточно большой скоростью крупные капли нефтесодержащей сточной воды, проникая в слой нефти, частично дробят ее на мелкие капли нефти и увлекают эти капли нефти за собой вниз. В результате этого процесса в вертикальном направлении в отстойниках всплывает не только нефть, содержащаяся в нефтесодержащих сточных водах, но и нефть, увлекаемая каплями нефтесодержащих сточных вод из слоя нефти. В этом случае объемная концентрация нефти в сравнении с ее исходным содержанием в нефтесодержащих сточных воды возрастает а, значит, скорость всплытия капель нефти уменьшается, тем более что они перемещаются в противотоке с потоком очищаемой сточной воды, перемещающейся сверху вниз. Указанное обстоятельство требует более продолжительного времени для очищения сточной воды от нефтяных загрязнений при их большом содержании, что снижает производительность установки по объемному расходу нефтесодержащих сточных вод или использованию сточных вод с низким содержанием нефтяных загрязнений.

Известно техническое решение, в котором используется способ очистки (обезвоживания нефти), заключающийся в том, что отвод нефти производится путем перелива через поперечные перегородки, располагаемые ступенчато сверху вниз. (Патент РФ №2077918, кл. 6 В01D 17/028, опубл. 27.04. 1997).

Недостатком этого способа является снижение эффективности при очистке нефти с малым содержания воды, поскольку в этом случае не обеспечивается одновременный отбор нефти со всех уровней по высоте, до тех пор, пока отстоявшаяся вода не достигнет расчетного уровня границы раздела нефть - вода. В этом случае продолжительное время установка работает в нерасчетном режиме по производительности.

Известно техническое решение, в котором используется способ очистки нефти, который заключается в том, что очистка загрязненной нефти производится путем распыливания промывочной жидкости, части очищенной воды над слоем нефти после гравитационного разделения очищенной нефти и загрязненной воды. (Патент РФ №2118198, кл. В01D 17/028, С02F 1/40, С02F 103/34, опубл. 27.08.1998).

Недостатком этого способа является неэффективное смешение нефти с промывочной жидкостью, поскольку крупные капли воды, ударно воздействуя на слой нефти, вызывают образование капель нефти, которые увлекаются каплями воды вглубь, что снижает эффективность процесса разделения очищенной нефти и загрязненной воды.

Наиболее близок к предлагаемому техническому решению способ очистки нефти, который заключается в предварительном смешении нефти и промывочной жидкости путем подачи их смеситель в виде коаксиальной трубы с перфорированной внутренней трубой, в которую подается промывочная жидкость, и кольцевую трубу, в которую подается загрязненная нефть, с выходом получаемой смеси через кольцевой зазор, с последующим гравитационным разделением очищенной нефти и загрязненной воды. (Патент РФ №2221620, кл. В01D 17/00, опубл. 20.01.2004).

Недостатком этого способа является низкая эффективность процесса смешения загрязненной нефти и промывочной жидкости. В известном способе в межтрубном пространстве смесителя происходит промывка и очистка нефти перемешивающими струями промывочной воды. Интенсивное перемешивание нефти и промывочной жидкости реализуется только при турбулентном режиме движения обоих жидкостей. Последующий процесс гравитационного разделения очищенной нефти и загрязненной воды эффективен при ламинарном режиме движения смеси. Отсутствие каких-либо действий или наличие (использование) каких-либо устройств, обеспечивающих сочетание этих особенностей процесса очистки нефти, представляется существенным недостатком способа. Самопроизвольная, неконтролируемая трансформация турбулентного потока в ламинарный сопровождается образованием зон обратных токов смеси жидкостей, в результате чего в части гравитационной зоны процесс разделения нефти и загрязненной промывочной жидкости не реализуется.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности технологического процесса очистки нефти, способствующего уменьшению эксплуатационных затрат.

Для решения этой задачи в известном способе очистки нефти, который заключается в предварительном смешении нефти и промывочной жидкости путем подачи их смеситель, с подачей образовавшейся смеси в проточный отстойник на гравитационное разделение, при этом в смесителе струи нефти и промывочной жидкости направлены навстречу друг другу с равным поперечным сечением в месте столкновения струй, смесь из смесителя направляют в проточный отстойник на гравитационное разделение через горизонтальный щелевой диффузор с высотой, обеспечивающей ламинарный режим течения слоя смеси на выходе из диффузора.

Предварительное смешение нефти и промывочной жидкости в смесителе (гомогенизаторе), установленном перед местом подачи смеси в отстойник, обеспечивает высокоэффективное смешение нефти с промывочной жидкостью до начала процесса разделения сред. Для интенсификации процесса смешения в смесителе струй нефти и промывочной жидкости целесообразно их направлять навстречу друг другу. При лобовом столкновении струй нефти и промывочной жидкости при равном поперечным сечением струй в месте их столкновения в максимальной степени реализуется механизм взаимного смешения обеих жидкостей по всей контактной плоскости их взаимодействия. Практически это может быть реализовано за счет изменения профилей патрубков подачи нефти и промывочной жидкости в смеситель таким образом, чтобы в месте столкновения струй были равны их поперечные сечения.

Смеситель наряду с выполнением основной функции выступает в качестве гидродинамического демпфера, сглаживающего пульсации, которые имею место при раздельной насосной подаче нефти и промывочной жидкости в смеситель, установленный непосредственно внутри сепаратора. Это создает благоприятные условия для протекания процесса гравитационного разделения сразу после поступления смеси в проточный трубчатый отстойник-сепаратор.

Подача смеси через горизонтальный щелевой диффузор с высотой выходного сечения, обеспечивающего ламинарный режим течения потока смеси на выходе из диффузора, обеспечивает наиболее благоприятные условия для последующего гравитационного разделения смеси, когда процесс разделения смеси от загрязнений начинается сразу после поступления смеси нефти и промывочной жидкости на гравитационное разделение. Движение очищаемой смеси должна производиться со скоростью ниже критической скорости движения трехфазных потоков, выше которой при турбулентном режиме течения содержащиеся в потоке примеси практически не отделяются от несущей жидкости, образуя гомогенную почти нерасслаивающую среду.

Научно-техническое обоснование предложенного изобретения определяется следующими факторами:

при ламинарном режиме течения в тонком слое, при котором реализуется механизм гравитационного осаждения или всплытия, нижнее критическое число Рейнольдса равно (Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика. М.: Стройиздат, 1972, 648 с. С. 84):

Re_кр=Uh/v_p=300,

где U - средняя скорость;

h - толщина слоя;

v_p - кинематическая вязкость смеси, рассчитываемая по эмпирической зависимости.

Для эмульсии капель одной жидкости в несущей жидкой среде относительную динамическую вязкость можно определить, например, по формуле (Раl R., Rhodes Е. Viscosity / Concentration Relationships for Emulsions // J. Rheology. V. 33. №7. 1989. Pp. 1021-1045):

μ_p/μ_f=[1+2,5ϕ(1-α_pϕ)^-1]²,

где ϕ - объемная доля диспергированных капель;

μ_f - динамическая вязкость несущей жидкости;

α_р - эмпирическая постоянная. Для сферических частиц α_р=1,35.

В случае смесей, состоящих из двух видов жидкой фазы (нефть и промывочная жидкость) и механических примесей, приведенные соотношения должны быть уточнены с привлечением соответствующих опытных данных.

Предложенный способ очистки нефти может быть использован при очистке нефти от солей, сероводорода, воды, а при соответствующем дооборудовании и для удаления механических примесей.