CN103154202A

CN103154202A - 炼油厂脱盐设备改进

Info

Publication number: CN103154202A
Application number: CN201180046233XA
Authority: CN
Inventors: S·D·洛夫
Original assignee: ConocoPhillips Co
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-06-12
Also published as: US8747658B2; EP2598606A2; US20150090556A1; WO2012015666A3; US9410092B2; WO2012015666A2; US20120024758A1; US9284496B2; US20150175905A1

Abstract

本发明涉及使用具有层叠盘式离心机的分离器以分离乳化油和水分层而将烃进料脱盐的改进方法。该方法有效用于将重质、高离子性且非传统原油脱盐。

Description

炼油厂脱盐设备改进

相关申请交叉引用

本申请为非临时申请，其要求35USC§119(e)下、2010年7月27日提交的标题为“IMPROVED REFINERY DESALTER”的美国临时申请序列号61/368,103的优先权，将其全部内容并入本文中。

关于联邦政府资助研究的声明

无

发明领域

本发明涉及使用层叠盘式离心机分离乳化油和水分层(rag layer)而将烃进料脱盐的改进方法。该方法有效用于将重质、高离子性且非传统原油来源脱盐。

发明背景

原油脱盐是两步骤方法—产生新鲜水和油的细分散体或乳液，然后进行水与油的相分离。较小的水滴比大滴提供较多的面积以使离子污染物(主要是氯盐)从油质量转移至水中。在典型的精炼厂脱盐设备中，分散体通过将水加入粗原油中，然后使混合物通过壳管式换热器和混合阀而产生。混合阀通常在混合物上施加小于10psi(一些装置在至多约15-18psi下运行)压降以产生分散体。分散体然后破裂并在充满液体的大容器中在约300℉下以30-40分钟的停留时间相分离，且水聚结通过化学破乳剂添加和静电场的施加而增强。

在US4415434中，Hargreaves和Hensley描述了将焦油砂、页岩油和煤除尘和脱盐的多阶段方法，所述方法使用标准离心机从油-水乳液中除去粉尘和固体。Thacker和Miller在US4473461中描述了将衍生自固体含烃材料的重油如油页岩、煤或焦油砂除尘成油的提纯料流的类似方法。Goyal等人，US5219471使用将原油与水混合并将化学品脱盐以从原油中除去金属和不溶性材料的静电方法。在Ohsol等人，US4938876、US5882506和US5948242中，将碎油层、洗涤水和细料混合以产生单一料流，通过反乳化和相分离用较轻烃稀释剂从其中回收油。Engel等人，US7612117使用一类乙炔类表面活性剂以打破水和油乳液。这些方法在使用离心力产生分开的油和水相以前溶解、“打破”或破坏乳液。

油/水分离器如空气浮选装置、溶气浮选、Ohsol分离方法和其它分离技术在原油精炼工业中已得到良好地建立。不幸的是，该工业反对技术变化，新技术必须很好地建立并在执行以前得到证明。甚至伴随对更好分离的需要(Nnanna，2008)，开发新技术是困难、昂贵的且非常难以执行和试验，与小精炼厂所需的十万或更多桶/天可比的规模上尤其是如此。

在历史上，标准脱盐设备以较轻、较小粘性的原油或对从原油和页岩油来源中分离固体而言很好地工作，但它们的性能受到较不传统的低比重、高粘度原油挑战。传统原油脱盐设备在精炼厂加工较低比重/较高粘度油时具有差的离子盐脱除。当用非传统油工作时，中试规模脱盐使用静电脱盐设备运行，包括静电聚结技术或电凝聚技术，用于重油的Ohsol方法是无效的。由于这些非传统原油产生比传统原油更高的原油包水和更高的水包油水平，需要改进的方法以将非传统且难以用原油工作的脱水和脱盐。需要可并入目前精炼方法中的便宜方法以将原油与脱盐设备分层分离。

公开内容简述

本发明提供一种通过如下步骤将原油与精炼厂脱盐设备分层分离的方法：从脱盐设备中除去分层料流，将分层料流供入盘组离心机中，将水与原油分离，将分离的原油加入原油进料流中，和使分离的水返回脱盐设备中以改进原油分离和脱盐。使用盘组离心机将脱盐设备分层分离成盐水和脱盐原油是提高传统脱盐设备能力、容许精炼厂加工较重油和改进脱盐设备性能的便宜方法。分层快速分离而不需要另外的设备、化学品或精炼方法的再设计。

在一个实施方案中，描述分离非传统原油的改进方法，其中：

A)提供脱盐分离罐，其产生三种料流：输出油进料流、输出含水进料流和输出乳液或“分层”进料流，

B)将来自分离罐的分层以保持近似分离罐中的分层高度的速率除去，

C)将分层供入一个或多个盘组离心机中以产生净化油料流和含水料流，

D)使分离的水相返回脱盐设备容器中，和

E)将净化油排到脱盐设备油出口料流中。

在另一实施方案中，描述一种原油脱盐设备系统，其具有：包含原油和水混合物的油和水进料流，连接所述进料流的分离器，其中所述分离器包含三种或更多种输出料流，其包括输出原油料流、输出废水流和输出分层料流，连在盘组离心机上的一种或多种输出分层料流，其中所述盘组离心机包含三种或更多种输出料流，其包括输出原油料流、输出废水流和输出富含固体料流，一种或多种包含脱盐原油的输出料流，和一种或多种包含废水的输出料流。

在一个实施方案中，示范一种从原油中除去水的方法，其中提供具有原油和水混合物的油和水进料流，将油和水进料流供入分离器中，所述分离器具有三种或更多种输出料流，其包括输出原油料流、输出废水流和输出分层料流，将输出分层料流从分离器中除去，将分层在盘组离心机中离心，所述盘组离心机具有三种或更多种输出料流，其包括输出原油料流、输出废水流和输出富含固体料流，将脱盐原油料流和废水流从盘组离心机中除去。

在又一实施方案中，原油乳液分层通过如下步骤降低：将油和水进料流供入分离器中，所述分离器具有三种或更多种输出料流，其包括输出原油料流、输出废水流和输出分层料流，将输出分层料流从所述分离器中除去；将分层在盘组离心机中离心，所述盘组离心机具有三种或更多种输出料流，其包括输出原油料流、输出废水流和输出富含固体料流；将脱盐原油料流从分离器和盘组离心机中除去；和将废水流从分离器和盘组离心机中除去。

尽管可加入破乳剂和其它化学添加剂，但该方法不需要在离心以前加入这些或其它化学品。原油进料的温度对脱盐设备的有效操作而言是非常重要的。不需要严格地控制脱盐设备处的温度；然而，应避免急剧变化。取决于分离器温度和离心机温度要求，原油进料温度可在热交换、冷却器或其它方法中改变。在一个实施方案中，温度范围为约200-280℉。在另一实施方案中，原油进料为小于300℉。通常不需要改变进料流温度。保持在分离罐中的近似分层高度可以为总高度的百分数，从输出油和水流起的具体距离，或可由原油和废水/盐水污染物确定。在一个实施方案中，提高分层脱除速率直至输出的分离器油和废水足够干净以用于另外的加工。在一些实施方案中，在离心以前将分层料流冷却至低于250℃、225℃、200℃或更低。层叠盘式离心机可以为任何层叠盘式分离器，包括喷嘴分离器、自洁式盘式分离器、实壁分离器等，其含有一组圆锥形盘，所述圆锥形盘具有或不具有室以分离或收集使用离心力分离的多种材料。在一个实施方案中，使用喷碗设计盘组离心机，从而容许油和水离心方法期间可变的固体脱除速率。

原油乳液可取决于进料流的压力、污染物和来源，保持在从环境温度至300℉的精炼温度。可将原油乳液通过任选换热器供入以实现约200-300℉，或约200℉、210℉、220℉、230℉、240℉、250℉、260℉、270℉、280℉、290℉、至多约300℉的的所需温度。由于不需要严格地保持温度，温度可以波动5℉、10℉或更大。应避免温度的快速变化。

非传统原油可以为任何高盐或重质原油，包括Athabasca油砂(粗沥青)、Orinoco油砂(超重油)、加拿大超重油(CXHO)、Western CanadianSelect(WCS)、MacKay River Heavy(MRH)、油页岩、粗沥青、超重油、油砂、焦油砂、酸性原油及其混合物。重质原油包括具有10-25°API或900-1000kg/m³的比重的原油。可在分离以前将沥青、焦油砂、超重原油等提升。

水可以为任何可得到的水源，包括自来水、去离子(DI)水、循环水、蒸馏水、冷水、热水、超纯水、盐水、其混合物或其它已知的水源。在一个实施方案中，在离心分离以前将热水加入原油中以提高乳液层的温度。

分层中的水滴大小分布为约1-30μm、约5-25μm、约10-15μm、约9-14μm、约7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、17.5μm、20μm、22.5μm、25μm、27.5μm或约30μm。尽管水滴大小分布可作为近似μm报告，但它是关于试样中存在的较大和较小直径水滴尺寸的大小分布。

附图简述

对本发明及其优点的更完整理解可通过参考以下描述以及附图获得，其中：

图1：MRH盐含量和粒度分布。

图2：WCS脱盐：批料T2—该图(和随后其它)中的有编号的三角形表示在离心机周围取得进料、脱水产物和分离水试样时的时间。这些数字相当于下表中的“WCSR试样#”。在批料完成以后，通过HotSpin分析试样的含水量，并使用Malvern Mastersizer分析水DSD。

图3：WCS脱盐：批料1。

图4：WCS脱盐：批料2。

图5：WCS脱盐：批料3。

图6：WCS脱盐：批料4。

图7：WCS脱盐：批料5—以以下条件进行的脱水。

图8：氯化物脱除：WCS脱盐—氯化物脱除数据相对于水的局部试样。

图9：氯化物脱除：WCS脱盐—来自三“批”脱盐原油(批料T2和1、批料2和3，和批料4和5)的氯化物脱除结果显示脱除与水含量之间的关系。

图11：WCS混合(不加入水)—在混合罐中混合以后关于WCS试样的Malvern输出。关于另一份该材料的蒸馏法测定水含量(通过A/S运行)显示0.00体积%。

图12：典型进料乳液(15体积%含水量)—显示典型乳液(批料5，39801-18-1)的分析。

图13：典型进料乳液(15体积%含水量)小直径模式切除—除去小直径模式并将数据再标准化至100体积%，得到以下图。

图14：典型脱水产物—关于脱水产物的Malvern结果(39801-18-18)。该试样为取出的最后一个(试样#24)，通过HotSpin测定水含量为1.70体积%。它看起来非常类似于关于混合原油的图。

图15：来自分散于甲苯中的转筒的固体。

详述

现在转向本发明优选配置或配置的详细描述，应当理解本发明的特征和概念可显示于其它配置中且本发明的范围不限于所描述或阐述的实施方案。本发明的范围仅意欲受以下权利要求书的范围限制。

当油和水相互接触长时间时，如在脱盐方法期间所发生的，乳液层可在两种液体之间形成。分离容器中的该乳液层的厚度可以从几英寸至几英尺变化。界面层的厚度和组成取决于几个因素，例如1)原油中天然存在的乳化剂，2)原油的蜡质组分，3)原油或工艺水中的悬浮固体，4)原油中水的乳化度，和5)加工速率。乳液层可提高至分离器中不能采用的厚度并导致过度电负荷、反复无常的电压读数、从分离器中输出的水上移和油下移。理想的是保持分离器中恒定量的乳液以降低输出料流的乳液和污染物的量。传统补救措施包括加入破乳剂，降低加工速率和提高分离罐的大小。随着目前加工更复杂的原油以及如果要保持较高的加工速率，这些有限响应是不够的。通过控制分层厚度和通过层叠盘式离心机加工分层，使破乳剂使用最小化且不需要戏剧性地提高脱盐设备的占地空间。具有分离容器和层叠盘式离心机的改进脱盐设备可以以高得多的速率加工原油和盐水或水乳液并实现较好的分离。

原油通常通过它产生的地理位置(例如West Texas Intermediate、Brent或Oman)、它的API比重和它的硫含量分类。如果它具有低密度，则原油可被认为是轻的，或如果它具有高密度，则为重的；且如果它含有相对很少的硫，则它可称为低硫的，或如果它含有实质量的硫，则为含硫的。来自Athabasca油砂、Western Canadian Select(WCS)、MacKay RiverHeavy(MRH))的含有沥青的油混合物、Venezuela(超重油)中的来自Orinoco带的油、加拿大超重油(CXHO)等被认为是重油。非传统原油包括页岩油、粗沥青、超重油、油砂、焦油砂、酸性原油，和具有低API、高硫含量、高水含量、高盐含量或组合的其它原油。通常，在运输以前将非传统原油处理以降低污染物和/或与稀释剂、水和其它化学品混合以满足某些规格，包括API和降低的腐蚀要求。

如本文所用“水”和/或“洗涤水”可以为去离子(DI)水、再循环的精炼厂水、蒸馏水、冷水、热水、超纯水、自来水、澄清水、再循环废水、净化废水或其它水源和水源的组合。水中的盐以份每千重量份(ppt)测量且从新鲜水(<0.5ppt)、微咸水(0.5-30ppt)、咸水(30-50ppt)至盐水(超过50ppt)变动。在一个实施方案中，使用DI水以使盐从原油中扩散到水溶液中，但不严格地要求去离子水以将原油原料脱盐。在另一实施方案中，将DI水与来自脱盐设备的循环水混合以实现乳化以前水中的具体离子含量或实现最终乳化产物中的具体离子强度。用于从原油中洗涤盐、固体和其它杂质的水可在预热交换器组之前和/或恰在混合阀之前注入。洗涤水比率可以为总原油进料的约5至约7体积%，但取决于原油来源和质量可以高得多或低得多。其它洗涤水来源包括酸水汽提器底部产物、顶部冷凝物、锅炉给水或澄清河水。通常将多种水源混合，如由费用要求、供给、水的盐含量、原油的盐含量和对脱盐条件而言特异的其它因素、分离器大小和所需脱盐产物决定。

如本文所用“分离容器”或“分离罐”，也称为分离器或聚结器，描述使用比重和电荷将油和水乳液聚结和分离成净化油和废水流出物的任何数目的罐或容器。分离器可由多种商业和委托来源得到，且包括NationalTank Co.(Natco)，NRG manufacturing，Trivolt，Pall Corp.，PrimenergyLLC，Hamworthy Technology & Products和许多其它来源。分离器包括低压和高压分离器、两相分离器、静电聚结分离器、AC深场静电分离器/脱水器、双频分离容器、处理器(Natco)、双极组合AC/DC静电分离容器、DUAL POLARITY^TM处理器(Natco)、

脱盐设备(Natco)、三相分离器(气体、油和水)、高速静电聚结油/水分离器、Lucid^TM分离器(Pall Corp.)、TriVolt^TM或TriVoltMax^TM、容器内置式静电聚结器(VIEC，Hamworthy)或其它可得到的分离器生产商和供应商。

如本文所用“盘组离心机”描述大量市售分离器和离心机中的任一种，其使用高加速场和一组圆锥形盘以在各盘以下产生大等效澄清面积而将物质和固体与液体分离。层叠盘式离心机包括喷嘴分离器、自洁式盘式分离器、实壁分离器等，其含有一组圆锥形盘，所述圆锥形盘具有或不具有室以收集使用高加速场分离的多种材料。所用分离器的类型取决于操作模式、加工的原油类型、原油中的污染物和分离的原油乳液的性能。在一个实例中，在分批加工期间使用实壁层叠盘式分离器以从乳液中除去固体。在另一实例中，具有高固体污染物含量的原油在层叠盘式喷嘴分离器中连续地运行。在喷嘴分离器中，固体通过安装在转鼓周边的喷嘴排出。开口围绕离心机的转鼓周边均匀地间隔开。开口可以为固定的，如具有固定孔喷嘴的传统层叠盘式离心机中，或可调节开口可根据需要部分或连续地打开以释放室内的固体。具有自洁式转鼓的分离器能够定期全速地排出分离的固体，其中遥控喷出系统能够在产物分离期间触发部分和全部喷出而不停止或减缓离心分离器。新且使用的层叠盘式离心机的商业供应商包括GEAWestphalia Separator(Oelde，德国)、Alfa Laval(Lund，瑞典)、MarsTech(New City，New York，美国)、TEMA Systems(Cincinnati，Ohio，美国)、Broadbent(West Yorkshire，英国)，和其它供应商。

ASTM D4006描述了一种通过蒸馏测量油内的水含量，包括可溶性水的方法。总水含量、水滴含量、水滴大小和分散体可使用本领域中可用的大量试验计算，包括油颜色/浊雾的视觉检测、视觉裂纹试验、定量油/水分析、光谱法、散射、反向散射、吸收、红外线(IR)、紫外线(UV)、激光元素测定、定量FTIR分析和许多其它标准水和油量化技术，包括光谱和化学分析。提高油中的水含量或提高水中的油含量是超过分离器中油和水分离的分离速率的加工速率的表现。这在分层扩大至净化油和/或水进料出口时发生，导致分离产物的污染提高。

水DSD测量使用原油/溶剂体系在Malvern Mastersizer2000仪器中使用激光源在水饱和甲苯稀释物中进行。Araujo(2008)和Kraiwattanawong(2009)提供关于影响Malvern Mastersizers中的测量的因素的其它引导。选择截断直径(d(0.1)或d(0.5))作为最大直径范围的上限和下限值的几何平均值，其中检测液滴中10%还是50%的液滴具有比给定大小更小的直径。因此，对于10μm的d(0.1)，90%水滴大于10μm且10%水滴小于10μm。对于10μm的d(0.5)的水滴分布，¹/₂液滴会大于10μm且¹/₂液滴会小于10μm。

以下实验示范本发明的各个实施方案。提供各个实施例作为对本发明的解释，本发明许多实施方案中的一个和以下实施例应不认为限制或限定本发明的范围。实验的目的是证明盘组离心机将油以溶于具有非常小水滴大小分布的水分散体中的能力。

实验1：小规模MacKay River重质原油加工

初始试验小规模进行以证明使用层叠盘式离心机分离大体积的原油分层用于蒸馏和进一步加工的概念和效率。从Alberta，加拿大的AthabascaTerminal得到大约4桶具有19.9°API的比重的MacKay RiverHeavy(MRH)原油混合物并使用层叠盘式离心系统脱盐。

通过乳化液泵将MRH在具有水/盐水溶液的混合罐中加工以复制分层乳液，如在分离器分层中找到的。将MRH供入具有来自水罐的水/盐水的混合罐中，混合原油通过乳化液泵。将分成混合罐返回管线和进料管线的乳化液泵离开管线随着通过任选蒸汽驱动换热器的进料管线供入层叠盘式离心机脱盐设备系统中，以控制分离罐和/或层叠盘式离心机中的温度。将混合的油和水乳液供入恒温的小规模层叠盘式离心机中以确保良好的分层分离在接近商业装置温度的温度下进行。对于一个或多个程，使用GEAWestfalia Separator层叠盘式离心机将水和油与乳化混合物分离。其它市售层叠盘式离心机可代替或串联使用以进一步将水与原油乳液分离。两个管线离开层叠盘式离心机：第一废水管线进入废水储罐和/或废水提纯系统中；和第二油原料进入储罐和/或精炼厂进料中以进一步加工。在一些实施方案中，将废水直接供入分离罐中以保持分离罐体积和流速。返回管线可用于使所得任何分层和较高水乳液返回分离罐、混合罐或其它乳液和/或离心分离的其它点和用于进一步分离。

在该实施例中，将约200加仑MRH原油在混合罐(加上约30加仑管线占用)中与通过乳化液泵系统[单元12]的22加仑去离子水混合。将19.9°API MacKay River重油试样[37559-16-1]在混合罐中混合并乳化以产生均匀的‘分层’乳液。加入水约8分钟，并将混合罐混合物继续滚动通过10阶段井下高剪切离心泵另外10分钟，然后关闭泵并起动正常滚动泵(单阶段离心泵)。在乳液通过流过混合罐夹套的自来水形成以前、期间和以后将混合罐冷却。该混合乳液表示在标准脱盐操作期间可由分离罐得到的‘分层’。油和最终乳液的温度为约100°F。当来自混合罐的进料以约3gpm开始时，将离心机用通过蒸汽换热器供入的去离子水预热至约200℉。在离心以前不将破乳剂或其它破坏化学品加入乳化进料中。进料和产物流量指示器在试验中给出反复无常的读数，所以流量由混合罐体积相对于时间的变化决定。在约1小时30分钟的运行时间期间在各个阶段取出四组试样，包括进料试样(1-qt)、产物试样(1-qt)、水输出(4盎司)、冷进料试样(2盎司)和冷产物试样(2盎司)用于水DSD分析。进料保持在基本恒定的压力和速率下，并对于如表1所示试验以四种进料温度为目标：约190℉(187-194℉)、约200℉(198-230℉)、约180℉(170-205℉)、约210℉(197.5-213℉)、约170℉(158.5-206℉)，都比传统脱盐设备温度更冷。

尽管油输出试样中的盐显示为高的，但氯值不支持那些结果。我们看出先前加拿大油中氯化物试验ASTM D3230与D6470之间类似的不一致，且认为氯值精确得多且为脱盐设备性能的表现。3wppm的氯含量相当于该油的1.6PTB(假设所有NaCl)，而不是5PTB，如表1所示。图1A为显示D3230结果相对于基于D6470结果的预期结果的图。进料乳液显示出在运行过程期间为稳定的，主要通过试样中油的水d(0.5)检查。D(0.5)定义为一半的水体积为较大液滴(且一半为较小液滴)时的液滴直径。对于正态分布，这会非常接近体积%相对于液滴直径的单调曲线的峰值。

将四种原油试样脱盐：来自初始12桶试样的两个桶，和来自其余10桶的混合的两个桶。将其余8个混合桶和3个脱盐桶储存用于将来的使用。通过ASTM D3230测量的盐给出与通过ASTM D6470测量的氯含量相比不自然的高结果。这还在用非传统原油的其它新近试验中观察到。

表1：温度、水、盐和粒度的MRH汇总

表1：温度、水、盐和粒度的MRH汇总

输入油，图1B[17-3]和输出油，图1C[17-2]的Malvern输出证明输入油的双峰分布，其中较小的峰可能表示生产方法期间保留在油中的液滴，多数较大的峰表示加入的水。这受形成乳液以前的油，图1D的水DSD支持。较小峰的截断估计为约4μm，离心机除去存在于原样油中的一些液滴，其显示约14.1μm的截断。图1C中的大亚微米峰值可能是油中的残余固体。在运行以后离心机转鼓中的固体的证明与固体粒度范围一致，在初始试验以后从转鼓中回收约10g固体。不存在固体粘在盘上的证明。在商业装置中，固体通过打开的喷嘴从转鼓周边排出。

在运行的最后几分钟期间收集从进料乳液中分离的水。在3分钟以后，收集5.66磅水。假定在180°F下水的密度为8.1磅/加仑且最后一组收集的试样(试样1-7和1-8)的水含量差，进料流速为约2.4gpm。如果我们假定3gpm(如通过运行中较早的混合罐量测相对于时间测定)，技术人员仅计算出从进料中除去7.8体积%水，而不是实际实现的9.65体积%。运行进行时的进料速率下降可通过混合罐压力的下降解释，因为运行过程中内部压力由34降至21psig。商业规模装置的可靠进料和生产率会使分离更一致。

图1E证明离心分离以后组合油输出试样的水DSD。由结果评估亚微米峰(<1.0μm)的清澈度。2.0的d(0.5)和4.1μm的截断都稍微高于关于以上所示油输出试样报告的值。这可能是由于试验期间的条件，其中没有实现稳态分离，但仍表明平均非常好的分离。没有最终处于罐8中的唯一油为保留在混合罐中的8加仑以及在实验期间未供入离心机中的管线占用。

油通过离心机反流，以看出是否可分离其它水。来自产物罐的油转移返回混合罐中并与其余8加仑加上管线占用混合。初始体积在约100℉下为164加仑。表1显示关于进料(2-1)以及产物罐中的产物试样(2-2)和组合油的分析结果。

图1F显示进料的水DSD，图1G显示产物的水DSD。没有得到关于第二产物，试样2-2的良好水DSD测量，但得到关于组合产物(1和2组合)的良好测量。测定关于组合试样的9.3μm的截断直径，同时测定来自第一程的所有产物试样(1-2、1-4、1-6和1-8)的2.7μm的截断直径。

将来自该实验的三桶脱盐产物储存用于稍后的使用。还储存248lb(约32加仑)由混合罐和管的回收的未处理油试样。

氯化物萃取效率由收集用于测量水含量的分离水的Na和Cl-含量测定(假定没有来自去离子水的杂质)，并将质量浓度除以合适的分子量。图1H绘出作为Cl^-相对于Na⁺的结果。线表示如果仅将NaCl从原油中萃取的理想结果。注意到所有点在该统一线以下，表明还除去不同于NaCl的盐和杂质。

模拟分层成功地分离成含盐废水和脱盐且脱水的油层。产生的分层以～3gpm的速率将原油脱水，远快于用两阶段静电脱盐设备(未显示的数据)实现的。该工作证实使用层叠盘式离心机技术快速分离大体积乳化原油分层用于蒸馏和其它中试装置工作的概念并证明其效力。

实施例2：中试规模Western Canadian Select重质原油加工

WCS原油混合物具有非常接近MRH的API比重(20.4API相对于19.9API)。该报告证明1,995加仑WCS原油混合物的成功脱盐以制备它用于分馏和其它中试装置试验。如上所述，脱盐使用具有水和原油乳液的混合罐实现，模拟‘分层’经5个运行日供入层叠盘式离心系统中而不使用化学添加剂。氯化物脱除平均为70%，对于三个复合产物批料从65%至80%变化。使用混合罐、乳化泵和层叠盘式离心机将非传统原油有效且经济地脱盐而不加入化学品。

使用中试规模装置产生乳液与去离子(DI)水的批料，然后将水与油相分离。

乳液形成：

将400加仑油在室温下转移至大体积混合罐中。建立从混合罐底部，通过乳化液泵并通过滚动管线返回混合罐顶部的循环。以确立的循环速率(由通过乳化液泵和滚动管线的流表示)，计算油在混合罐中的平均停留时间。将待加入油中的总量的水经相当于该停留时间的时间阶段加入，意欲使油和水混合物仅参与通过乳化液泵的一个行程。DI水以计算的速率加入并通过使用DI水排料管上的阀控制的在线流量计测量。起始体积和目标完成体积通过聚乙烯罐上的测量标记注解。当加入正确量的水时，关闭并阻止乳化液泵和DI水进料。记录混合罐中的最终体积(使用DI体积变化、原油体积变化和罐量测计算)以确认加入的水和原油的量。

表2：进料批料

使混合罐完全排空并在批#5期间将通向离心机的管吹净。因此批#5中所示345.2加仑包括来自滚动泵管的估计12.6加仑和进料管中的估计10.6加仑。加入的水的DSD通常可描述为对数正态分布，其中液滴中约一半体积的水小于25μm，10%小于11μm且仅液滴中10%的水大于50μm。图11显示不具有水的混合WCS(起始原油)中的小颗粒分布。在乳化以后，亚微米峰含有小颗粒，如以上构成大于10-100μm的油乳液峰(图12)的亚微米峰(<1μm)的水滴所见。除去仅显示大于1μm的乳液的亚微米峰显示该乳液集中于～25μm，其中该分布中10体积%的液滴具有小于11μm的直径，且仅10%具有大于50μm的直径。50体积%的水体积存在于其下的直径为约25μm(分别定义d(0.1)、d(0.9)和d(0.5))。

相分离：

使用GEA Westfalia Separator ODA-7层叠盘式转鼓离心机将每批乳液相分离，其中分离以252mm的最大ID和7,850rpm的转速进行。这意指转鼓周边的加速度为比重的8,700倍。水滴与乳液的分离因此非常快地发生。使用混合罐上的氮气压力将乳液推入离心机中。使用氮气压力阀控制乳液的流速，并使用混合罐夹套流和在线热交换人工控制温度。温度通过混合罐温度计和用于各进料的在线温度计测量。流速为约2.5-3.5gpm，且离心机进料温度通常保持在160-180℉。相分离的水流量和质量在操作期间通过观察窗监控。将分离的水排到400加仑废水罐中。将脱水油用层叠盘式离心机向心泵泵送至100加仑容器中。当达到储油罐的高警戒点时，控制系统自动地将内容物泵送至500加仑容量储罐中。当100加仑容器达到低警戒点时，关闭自动泵。该顺序在批料过程中继续。当混合罐体积达到0(进料管和泵为排空并保持填充有乳液)时，关闭系统，并配置所有阀以在混合罐中制备下一批乳液。将500加仑容器内容物转移至转鼓或一个或多个长期储罐中。在批料运行期间使用Flex软管将油从100加仑容器输送至500加仑容器中，且当进行其它输送时切断软管。在每批期间在几个点得到离心机进料乳液和脱水产物的试样。水含量通过HotSpin方法(如前文所述)测量，DSD在Malvern Mastersizer2000中使用试样的稀甲苯分散体测量。加入水DSD为上述的且在所有分析试样中是一致的。产物水DSD的截断直径(在没有检测到水滴以上的直径)在2与6μm之间变化，表明除去基本所有加入的水并且还除去一部分本地水。

当使混合罐完全排空并将通向离心机的管吹净时，批#5中的345.2加仑包括来自滚动泵管的估计12.6加仑和来自进料罐的10.6加仑。

试样#1进料乳液的可萃取氯含量为27.1wppm，且产物为8.8wppm。试样#4进料的可萃取氯含量为23.7wppm且产物为9.2wppm。这些分别为基于干油71%和65%的氯化物脱除。产物中水含量的测量基本在可使用HotSpin方法测定的下限。

将总计1,995加仑的WCS原油乳液分离成净化油和含盐废水。在层叠盘式离心分离以前、期间和以后从进料原油乳液以及产生的净化油和废水中取出等份以评估乳液分离和净化油和废水中的污染物含量。另外，提供来自分开供应的代表性等份用于全重质原油试验。制备六种乳液批料并在1星期期间脱水。第一批为小批(指定为“批料T”)，其用于测试待用于其余批料中的分离条件。将12加仑DI水乳化至100加仑油中。希望分离可以进行而不加热离心机的乳液进料。实现该目的的几种尝试是不成功的。约50加仑进料乳液用于该尝试中，其中30加仑最终处于100加仑容器中，且其中20加仑最终处于废水罐中。100加仑容器中的30加仑被除去并作为第六和最后一批的一部分推入混合罐中。脱盐原油(图14)类似于初始测量的混合原油，不同之处在于固体和水从脱水产物中除去。

表3：中试规模脱水

将总计约2,000加仑WCS经5个运行日有效地脱盐(单阶段中平均70%氯化物脱除)，其中800加仑在那些天中的一天期间脱盐。在小规模和中试规模分离中试验的条件期间看出良好的水分离。该分层分离方法具有与现有脱盐方法相比的优点，因为保持一致的分层容许生产率随着产生的原油和废水中污染物降低而提高。另外，具有提高的盐含量、更多固体和较低API的非传统原油妨碍传统分离技术，但现在可使用分离室和层叠盘式离心机分离。这降低了对乳液的化学处理、热处理或其它改进的量并容许较高速率下的净化原油分离。

实施例3：商业规模重质原油加工

在一个实施例中，商业规模脱盐设备系统可具有分离罐，所述分离罐具有净化原油出口、废水出口和分层出口，分层出口进料直接通向层叠盘式离心机，所述离心机以保持相当恒定的分层高度所需的速率操作，从而防止废水和油进料流的分层污染。层叠盘式离心机可以以大于3gpm的速率分离油和水乳液，足以加工传统精炼厂分离器中产生的分层。如果需要较大的加工能力，则可使用其它层叠盘式离心机或较大的层叠盘式离心机以较大的速率加工分层。如果需要较高的分离水平，污染物仍存在于净化原油中，则可使用其它层叠盘式离心机。可将分离的水供入精炼厂的大量水系统中，包括返回分离器中，供入废水流中，和/或提纯以使废水再循环。将净化原油供入输出油进料流中。

使用开式喷嘴离心机如Westfalia ODB-260，将固体通过沿着离心机的圆周的可控喷嘴以离心分离速度连续地除去。较高的水和盐脱除水平在层叠盘式离心分离期间通过一致的进料供应和固体脱除实现。

连续的商业脱盐设备包括供入商品级分离器中的输入混合重质原油和水/盐水原料，所述分离器具有三种或更多种输出料流，包括原油料流、废水流和分层料流。将分层料流供入层叠盘式离心机中，所述层叠盘式离心机具有三种或更多种输出料流，包括脱盐原油、废水和固体。脱盐原油产物足以用于其它精炼并可直接供入分离器原油料流或其它原油料流中。废水流可作为水/盐水的进料供回分离器水层中，或供入废水流中，或提纯、去离子或再循环。由于该方法可降低所需破乳剂和其它加入化学品的量，脱盐的成本戏剧性地降低。另外，该系统通过保持相当恒定的分层厚度而容许传统分离器以高得多的速率运行，输出原油料流的水污染和输出废水的油污染最小化。难以分离分层不再受分离器速率限制且分层可以在层叠盘式离心机中以高得多的流速除去和分离。该系统产生将多种非传统重质原油和高盐原油脱盐的一致结果。先前方法不能将非传统原油脱盐，因为低API、高粘度、高盐含量，且生产率会由于产物的分层污染而降低。

最后，应当指出任何参考文献的讨论不是承认它是在本发明之前的技术，尤其是公布日期可能在本申请优先权日期之后的任何参考文献。同时，由此将以下各个和每个权利要求作为本发明的其它实施方案并入本详细说明或说明书中。

尽管详细描述了本文所述系统和方法，但应当理解可不偏离如以下权利要求书所定义的本发明精神和范围而做出各种变化、替代和改变。本领域技术人员可能能够研究优选的实施方案并确定本文未确切描述的进行本发明的其它途径。发明人的意图是本发明的变化和等效物在权利要求书的范围内，同时说明书、摘要和图不用于限制本发明的范围。本发明尤其意欲与以下权利要求书和它们的等效物一样宽泛。

参考文献

通过引用明确地将本文引用的所有参考文献并入本文中。任何参考文献的讨论都不是本发明对现有技术的接纳，尤其是公布日期在本申请的优先权日期以后的任何参考文献。为了方便，此处再次列出并入的参考文献：

1.US4415434，“多段脱盐和除尘方法”，Standard Oil，Hargreaves andHensley(1983).

2.US4473461，“离心干燥和除尘方法”，Standard Oil，Thacker andMiller(1984).

3.US4938876，WO9009833，“分离油和水乳液的方法”，Dr.Ernest O.Ohsol，(1990).

4.US5219471，“从脱盐设备乳液中除去金属和水不溶性材料”，AmocoCorp.，Goyal，等人(1993).

5.US5738762，“从含有有毒轻馏分的乳液中分离油和水，Dr.Ernest O.Ohsol，(1998).

6.US5882506，WO9925795，“从精炼厂废乳液中回收高质量油的方法”，UniPure Corp.，Ohsol，等人(1999).

7.US5948242，WO9919425，“用于提升重质原油生产的方法”，UniPureCorp.，Ohsol，等人(1999).

8.US7612117，US20070111903，US2007112079，WO2007061722，“分离和破乳方法”，Gen.Electric，Engel，等人(2007).

9.Araujo，等人，“借助近红外光谱评估原油包水乳液中的水含量和平均液滴大小”，Energy Fuels，22:3450–8(2008).

10.Kraiwattanawong，等人，“沥青质分散剂对聚集体粒度分布和生长的影响”，Energy Fuels，23:1575–82(2009).

11.Zaki，等人，“通过稠密的二氧化碳将原油包水乳液反乳化的新方法”，Ind.Eng.Chem.Res.2003，42，6661-6672

12.Nnanna，等人，“使向Lake Michigan中的排放最小化的新兴技术和路线”，Purdue University Calumet Water Institute-Argonne NationalLaboratory Task force，(2008)

13.用于原油中的盐的ASTM D6470-99标准试验方法(电位滴定法)

14.用于原油中的盐的ASTM D6470-99(2004)标准试验方法(电位滴定法)

15.用于原油中的盐的ASTM D3230-09标准试验方法(电测法)

Claims

1.原油脱盐设备系统，其包含：

a)包含原油和水混合物的油和水进料流；

b)连接所述进料流的分离器，其中所述分离器包含三种或更多种输出料流，其包括输出原油料流、输出废水流和输出分层料流；

c)连在盘组离心机上的一种或多种输出分层料流，其中所述盘组离心机包含三种或更多种输出料流，其包括输出原油料流、输出废水流和输出富含固体料流；

d)一种或多种包含脱盐原油的输出料流；和

e)一种或多种包含废水的输出料流。

2.根据权利要求1的脱盐设备，其中所述分离器选自一种或多种低压分离器、高压分离器、两相分离器、静电聚结分离器、AC深场静电分离器、双频分离器、双极组合AC/DC静电分离器、三相分离器、高速静电聚结分离器、容器内置式静电聚结器及其组合。

3.根据权利要求1或2的脱盐设备，其中所述盘组离心机选自喷嘴分离器、自洁式盘式分离器、实壁分离器等，其含有一组圆锥形盘，所述圆锥形盘具有或不具有室以收集使用离心力分离的多种材料。

4.根据权利要求1、2或3的脱盐设备，其中所述方法包括在层叠盘式离心机中分离或离心以前将所述原油乳液加热至约140-300℉的温度，所述温度选自约140℉、150℉、160℉、170℉、180℉、190℉、200℉、210℉、220℉、230℉、240℉、250℉、260℉、270℉、280℉、290℉和约300℉。

5.根据权利要求1、2、3或4的脱盐设备，其中所述原油选自Athabasca油砂(粗沥青)、Orinoco油砂(超重油)、加拿大超重油(CXHO)、WesternCanadian Select(WCS)、MacKay River Heavy(MRH)、油页岩、粗沥青、超重油、油砂、焦油砂、酸性原油及其混合物。

6.根据权利要求1、2、3、3、4或5的脱盐设备，其中所述水选自自来水、去离子(DI)水、循环水、蒸馏水、冷水、热水、超纯水、澄清水及其混合物。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6的脱盐设备，其中所述原油乳液包含约1-20μm、约5-15μm、约9-14μm、约7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或约15μm的粒度分布。

8.加工原油的方法，其包括：

a)将油和水进料流供入分离器中，所述分离器具有三种或更多种输出料流，其包括输出原油料流、输出废水流和输出分层料流；

b)从所述分离器中除去所述输出分层料流；

c)在盘组离心机中将分层离心，其中所述盘组离心机包含三种或更多种输出料流，其包括输出原油料流、输出废水流和输出富含固体料流；

d)除去脱盐原油料流；和

e)除去废水流。

9.根据权利要求8的方法，其为从所述原油中除去水的方法。

10.根据权利要求8的方法，其为降低所述原油中的乳液分层的方法，其中将所述脱盐原油料流从所述分离罐和所述盘组离心机中除去，且其中将所述废水流从所述分离器和所述盘组离心机中除去。

11.根据权利要求8、9或10的方法，其中所述分离器选自一种或多种低压分离器、高压分离器、两相分离器、静电聚结分离器、AC深场静电分离器、双频分离器、双极组合AC/DC静电分离器、三相分离器、高速静电聚结分离器、容器内置式静电聚结器及其组合。

12.根据权利要求8-11中任一项的方法，其中所述盘组离心机选自喷嘴分离器、自洁式盘式分离器、实壁分离器等，其含有一组圆锥形盘，所述圆锥形盘具有或不具有室以收集使用离心力分离的多种材料。

13.根据权利要求8-12中任一项的方法，其中所述方法包括在层叠盘式离心机中分离或离心以前将所述原油乳液加热至约140-300℉之间的温度，所述温度选自约140℉、150℉、160℉、170℉、180℉、190℉、200℉、210℉、220℉、230℉、240℉、250℉、260℉、270℉、280℉、290℉和约300℉。

14.根据权利要求8-13中任一项的方法，其中所述原油选自Athabasca油砂(粗沥青)、Orinoco油砂(超重油)、加拿大超重油(CXHO)、WesternCanadian Select(WCS)、MacKay River Heavy(MRH)、油页岩、粗沥青、超重油、油砂、焦油砂、酸性原油及其混合物。

15.根据权利要求8-14中任一项的方法，其中所述水选自自来水、去离子(DI)水、循环水、蒸馏水、冷水、热水、超纯水、澄清水及其混合物。

16.根据权利要求8-15中任一项的方法，其中所述原油乳液包含约1-20μm、约5-15μm、约9-14μm、约7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或约15μm的粒度分布。