RU2636312C1 - Oil purification method - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to improved oil purification method with higher efficiency comprising preliminary mixing of oil and washing liquid by feeding them into a mixer, supplying the formed mixture to a flow settling tank for gravitational separation, where in the mixer the jets of purified oil and washing liquid are directed towards each other with equal cross-section at the point of collision of jets, from the mixer the mixture is directed into the flow settling tank for gravitational separation through a horizontal slit diffuser with a height providing laminar flow of mixture layer from diffuser outlet.

EFFECT: invention is intended for purifying oil contaminated with floating liquid medium, for example, formation water or flushing liquid and can be used for preparation of oil at fields and oil refineries, and in any industry where such a need arises.

1 cl

Description

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.The invention is intended for the purification of process fluids, for example, oil contaminated with a floating liquid medium, such as formation water or flushing liquid, or, conversely, water contaminated with oil, and can be used both in the preparation of oil in oilfields and oil refineries, and in any industries where such a need arises.

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).A technical solution is known in which a method for purifying oily wastewater is used, which consists in spraying purified water over a layer of oil, and purifying contaminated water when the contaminated water passes through the oil layer by trapping the oil contained in the purified water with a hydrophobic oil layer when moving more dense purified water down below the level of the oil layer (RF Patent No. 2133222, CL CO2F 1/40, publ. 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.The disadvantage of this method is the insufficiently effective mixture of contaminated water with oil. When spraying oily wastewater, droplets of varying degrees of dispersion are formed. As a result of this process, large droplets of oily wastewater falling at a sufficiently high speed, penetrating the oil layer, partially crush it into small droplets of oil and carry these drops of oil down with them. As a result of this process, in the vertical direction, not only the oil contained in the oil-containing wastewater floats in the sumps, but also the oil entrained by the drops of oil-containing wastewater from the oil layer. In this case, the volume concentration of oil in comparison with its initial content in oily wastewater increases and, therefore, the ascent rate of oil droplets decreases, especially since they move in countercurrent with the flow of treated wastewater, moving from top to bottom. This circumstance requires a longer time for the purification of wastewater from oil contaminants when they are high, which reduces the productivity of the installation in terms of the volumetric flow rate of oil-containing wastewater or the use of wastewater with a low content of oil pollution.

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).A technical solution is known in which a method of purification (dehydration of oil) is used, which consists in the fact that oil is discharged by overflow through transverse partitions arranged stepwise from top to bottom. (RF patent No. 2077918, CL 6 B01D 17/028, publ. 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.The disadvantage of this method is the decrease in efficiency in the purification of oil with a low water content, since in this case simultaneous selection of oil from all levels in height is not provided until the settled water reaches the calculated level of the oil-water interface. In this case, for a long time, the installation operates in off-design mode in terms of performance.

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).A technical solution is known in which a method for refining oil is used, which consists in cleaning contaminated oil by spraying a washing liquid, part of the purified water above the oil layer after gravitational separation of the purified oil and contaminated water. (RF patent No. 2118198, class B01D 17/028, С02F 1/40, С02F 103/34, publ. 08.28.1998).

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.The disadvantage of this method is the ineffective mixing of oil with the wash liquid, since large drops of water, impacting the oil layer, cause the formation of oil drops, which are carried away by the water drops deeper, which reduces the efficiency of the process of separation of purified oil and contaminated water.

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).Closest to the proposed technical solution is a method of refining oil, which consists in pre-mixing oil and flushing liquid by feeding their mixer in the form of a coaxial pipe with a perforated inner pipe into which flushing liquid is supplied, and an annular pipe into which contaminated oil is supplied, with the exit the resulting mixture through an annular gap, followed by gravitational separation of refined oil and contaminated water. (RF patent No. 2221620, class B01D 17/00, publ. 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.The disadvantage of this method is the low efficiency of the process of mixing contaminated oil and flushing fluid. In the known method, in the annulus of the mixer, the oil is washed and refined with mixing jets of washing water. Intensive mixing of oil and flushing fluid is realized only in the turbulent mode of motion of both fluids. The subsequent process of gravitational separation of refined oil and contaminated water is effective in the laminar mode of movement of the mixture. The absence of any action or the presence (use) of any devices providing a combination of these features of the oil refining process seems to be a significant drawback of the method. Spontaneous, uncontrolled transformation of a turbulent flow into a laminar flow is accompanied by the formation of zones of reverse currents of a mixture of liquids, as a result of which the separation of oil and contaminated flushing fluid is not realized in a part of the gravitational zone.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности технологического процесса очистки нефти, способствующего уменьшению эксплуатационных затрат.The objective of the present invention is to increase the efficiency of the oil refining process, which helps to reduce operating costs.

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.To solve this problem, in the known method of oil refining, which consists in preliminary mixing oil and flushing liquid by feeding their mixer, feeding the resulting mixture into a flow settler for gravity separation, while in the mixer the jets of oil and flushing liquid are directed towards each other with equal cross-section at the point of collision of the jets, the mixture from the mixer is sent to the flow settler for gravity separation through a horizontal slot diffuser with a height providing inarny mixture layer flow regime at the outlet of the diffuser.

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.Pre-mixing of oil and flushing liquid in a mixer (homogenizer), installed in front of the place of supply of the mixture to the sump, provides highly efficient mixing of oil with flushing liquid before the process of separation of media. To intensify the mixing process in the mixer, the jets of oil and washing liquid, it is advisable to send them towards each other. In a head-on collision of jets of oil and flushing fluid with an equal cross-section of jets at the site of their collision, the mechanism of mutual mixing of both fluids along the entire contact plane of their interaction is maximally realized. In practice, this can be realized by changing the profiles of the nozzles for supplying oil and flushing liquid to the mixer so that their cross sections are equal at the point of collision of the jets.

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.The mixer, in addition to performing its main function, acts as a hydrodynamic damper, smoothing the pulsations that occur with separate pumping of oil and flushing liquid into the mixer installed directly inside the separator. This creates favorable conditions for the process of gravitational separation immediately after the mixture enters the flow-through tubular sump-separator.

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.The flow of the mixture through a horizontal slot diffuser with the height of the outlet cross section, which ensures the laminar flow of the mixture at the outlet of the diffuser, provides the most favorable conditions for the subsequent gravitational separation of the mixture, when the process of separation of the mixture from contaminants begins immediately after the mixture of oil and washing liquid for gravity separation . The movement of the mixture to be cleaned should be carried out at a speed below the critical velocity of three-phase flows, above which, in the turbulent flow regime, the impurities contained in the stream practically do not separate from the carrier fluid, forming a homogeneous almost non-delaminating medium.

Научно-техническое обоснование предложенного изобретения определяется следующими факторами:The scientific and technical substantiation of the proposed invention is determined by the following factors:

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):in the laminar flow regime in a thin layer, in which the mechanism of gravitational deposition or ascent is realized, the lower critical Reynolds number is equal (Bogomolov A.I., Mikhailov K.A. Hydraulics. M .: Stroyizdat, 1972, 648 p. 84) :

Re_кр=Uh/v_p=300,Re _cr = Uh / v _p = 300,

где U - средняя скорость;where U is the average speed;

h - толщина слоя;h is the thickness of the layer;

v_p - кинематическая вязкость смеси, рассчитываемая по эмпирической зависимости.v _p is the kinematic viscosity of the mixture, calculated by empirical dependence.

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):For an emulsion of droplets of one liquid in a carrier liquid, the relative dynamic viscosity can be determined, for example, by the formula (R. R., Rhodes E. Viscosity / Concentration Relationships for Emulsions // J. Rheology. V. 33. No. 7. 1989. Pp. 1021-1045):

μ_p/μ_f=[1+2,5ϕ(1-α_pϕ)^-1]²,μ _p / μ _f = [1 + 2,5ϕ (1-α _p ϕ) ^-1 ] ² ,

где ϕ - объемная доля диспергированных капель;where ϕ is the volume fraction of dispersed droplets;

μ_f - динамическая вязкость несущей жидкости;μ _f is the dynamic viscosity of the carrier fluid;

α_р - эмпирическая постоянная. Для сферических частиц α_р=1,35.α _p is the empirical constant. For spherical particles, α _p = 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.In the case of mixtures consisting of two types of liquid phase (oil and flushing liquid) and mechanical impurities, the above ratios should be clarified with the use of relevant experimental data.

Предложенный способ очистки нефти может быть использован при очистке нефти от солей, сероводорода, воды, а при соответствующем дооборудовании и для удаления механических примесей.The proposed method for refining oil can be used in refining oil from salts, hydrogen sulfide, water, and with appropriate retrofitting and to remove mechanical impurities.

Claims (1)

Способ очистки нефти, заключающийся в предварительном смешении нефти и промывочной жидкости путем подачи их в смеситель, с подачей образовавшейся смеси в проточный отстойник на гравитационное разделение, отличающийся тем, что в смесителе струи очищаемой 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.The method of oil purification, which consists in pre-mixing oil and washing liquid by feeding them into the mixer, with the resulting mixture being fed into the flow settler for gravity separation, characterized in that in the mixer the jets of the oil being cleaned and the washing liquid are directed towards each other with an equal cross section in at the point of collision of the jets, the mixture from the mixer is sent to the flow settler for gravity separation through a horizontal slot diffuser with a height providing a laminar flow mode tion of the mixture layer at the outlet of the diffuser.