[发明专利]动态脱盐设备模拟器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及原油精炼脱盐设备、游离水分离器和热处理器的小规模模拟，且更特别地，涉及一种动态脱盐设备模拟器，其使得能够直接观察在原油与水界面处的杂质层，并赋予在模拟期间去除流体或乳剂样品并监视诸如温度、压力、传导率、氯化物和pH的参数的能力。

背景技术

诸如原油的液态烃相天然含有各种污染物，它们对工艺设备并且在精炼操作中具有不利影响。将这些污染物宽泛地分类为盐、底部沉淀物、水、固体和金属。这些污染物的类型和数量根据特定的烃相而变化。另外，液态烃中作为小滴存在的天然水可覆盖有诸如沥青、环烷酸盐、树脂等的表面活性剂，或有包括但不限于氧化铁、二氧化硅、碳、碳酸盐或磷酸盐的固体。从原油去除水对原油生产设施来说是关键的，因为其影响原油的价值及其经济运输。盐尤其是元素周期表的第I组元素和第II组元素的氯化物的存在导致油处理设备的腐蚀。为了减轻腐蚀作用，有利的是在油的运输和处理之前将原油的盐浓度减小到1ppm至5ppm或更小的范围并将含水量减小到约0.10wt％至1wt％(按重量计)。

用于去除固体和底部沉淀物的小颗粒、盐、水和金属的标准处理是通称为“脱水”或“脱盐”的相分离操作。将范围典型为4％至15％(体积百分比)的净水洗涤剂喷射到原油中。原油和洗涤水经历切变而将水和原油完全混合以形成乳剂并将污染物从原油转移到净水中。通常还向乳剂添加化学破乳剂，并且乳剂常经历静电场使得原油、洗涤水和化学破乳剂中的水滴在电极之间的静电场中聚结。聚结的水滴沉淀到油质原油相以下并被去除。经处理的原油从分离器的上部被去除。

脱水和脱盐所遭遇的一个问题是一些原油在脱盐设备容器中的水-油相分界线处形成包括稳定的水-油乳剂和固体的不希望有的“杂质”层。杂质层常保留在容器中，但它可被去除以便存储或进一步处理。在水-油相分界线处的杂质层导致油损失和下降的处理能力。含有高浓度的沥青、树脂、蜡和环烷酸的重原油呈现形成杂质层的高倾向性。

可添加添加剂以改善烃相的聚结和脱水，提供更快的水分离，改善盐或固体提取，并生成无油的排放废水。通常将也称为破乳剂的这些添加剂供给至烃相以改变油/水界面。也可将这些材料供给至洗涤水或油和水两者。这些添加剂允许水滴更易聚结并允许固体的表面被水浸润。添加剂减少了油、固体和水的良好分离所需的有效时间。

典型地已使用静态模拟来进行新型化学破乳剂的开发。过去，静态测试使用诸如玻璃瓶或玻璃管的简单装置并被称为“瓶试”。已证实这些方法有用，但是它们常无法充分模拟脱盐设备的许多关键参数并局限于特别用于重油或具有形成杂质层的倾向性的系统中。特别地，瓶试无法模拟杂质层的形成，因为这些杂质层在连续更新油的动态系统中随着时间推移而形成。

在最简单的实施例中，将进行处理的油样品添加至样品瓶并摇晃。然后通过观察收集在瓶底的“游离”水的数量来监视作为时间的函数的破乳(除水)的速度。此模拟对于在低温下用轻油操作的脱盐容器来说是足够的。然而，其无法正确模拟实际乳剂中和实际温度下的水滴的尺寸。下式为Stokes定律且说明了流体中球形水滴的沉淀速度。

Vs=29r2g(ρp-ρf)η]]>

其中：

V_S是颗粒的沉淀速率(cm/秒)(如果ρp＞ρf则竖直向下，如果ρp＜ρf则竖直向上)，

r为颗粒的Stokes半径(cm)，

g为万有引力常数(cm/秒²)，

ρp为颗粒的密度(g/cm³)，

ρf为流体的密度(g/cm³)，及

η为流体粘度(dyne秒/cm²)。