CN103228767A - 静态脱盐器模拟器 - Google Patents

Abstract

一种用于原油炼油厂脱盐器的小规模静态模拟器具有一部分由透明材料制成的油池、配置为用于控制油池温度的加热器/流通器以及乳浊液成形装置。脱盐器模拟器还包括多个混合管，各混合管均具有护盖部件及混合组件，其配置为用于与乳浊液成形装置协作，从而使包含在混合管中的油/水混合物乳化。管-固定支架接收在油池中。管-固定支架具有多个平行板，所述板具有开口，其形成了混合管接收孔口。脱盐器模拟器包括定位在油池附近的至少一个光源，其中光源包括定位在油池下方的底灯，其配置为用于将光定向到各个混合管中，混合管定位在管-固定支架中，其中光源经过定向而穿透透明部分，从而有助于抗乳化工艺的可视化和试验。脱盐器模拟器还包括功率源，其中管-固定支架的板连接到功率源上，从而形成混合管附近的电栅极。

Description

静态脱盐器模拟器

相关申请的交叉引用

本申请是2010年12月2日提交的名称为“静态(static)脱盐器模拟器”的美国专利申请系列号No.12/958,656的部分延续申请，并且要求根据35 U.S.C §120享有其优先权。

技术领域

本发明总体涉及原油炼油厂脱盐器、自由水分离器和加热器处理器的小规模模拟，更具体地说涉及一种静态脱盐器模拟器，其可实现乳浊液(emulsion)的直接观察。

技术背景

烃原料，例如原油天然地包含各种污染物，其对于工艺设备和炼油厂的操作具有有害的影响。这些污染物被广泛地归类为盐、底部沉淀物、水、固体和金属。这些污染物的类型和数量根据具体的烃而不同。另外，以微滴形式存在于液体烃相态中的同生水可被天然产生的表面活性剂例如沥青质、环烷酸盐、树脂或固体所覆盖，这些固体包括但不局限于氧化铁、二氧化硅、碳、碳酸盐或磷酸盐。从原油中脱除水对于原油生产和工艺设施是必须的，因为其影响原油的价值及其经济的运输。盐的存在，尤其是元素周期表中的族I和族II元素的氯化物将造成油工艺设备的腐蚀。为了减轻腐蚀的影响，在油的运输和处理之前将盐浓度减少到1至5ppm或更少的范围内，并将水含量减少到按原油重量计算大约0.10至1wt%是有利的。

用于脱除固体小颗粒和底部沉淀物、盐、水和金属的标准处理是通常被称为脱水或脱盐的相分离操作。在通常为4至15vol%范围内的冲洗清水被喷射到原油中。原油和冲洗水会经受剪力，从而使水和原油完全地混合以形成乳浊液，并将污染物从原油转移到清水中。经常还会将乳浊液化学分解剂添加到乳浊液中，并且乳浊液时常会经受静电场，使得原油、冲洗水和乳浊液化学分解剂的混合物中的水滴将在静电场中聚结在电极之间。聚结的水滴沉淀在含油的原油相态下面并被脱除。处理后的原油从分离器的上部脱除。

脱水和脱盐所遇到的一个问题是某些原油形成不期望的“抹布”(rag)层，其包括位于分离器中的水-油相界处稳定的油-水乳浊液和固体。抹布层时常保留在容器中，但其可被脱除，以用于储存或用于进一步的处理。水-油相界处的抹布层导致油损失和减少的处理能力。包含高浓度的沥青质、树脂、石蜡和环烷酸的重质原油展现了很高的形成抹布层的倾向。

可添加添加剂，以改善烃相态的聚结和脱水，提供更快的水分离，改善盐或固体的提取，并产生不含油的废水。这些添加剂通常被称为抗乳化剂，其通常供应到烃相态中，以改变油/水界面。还可将这些材料供应至冲洗水或油和水两者中。这些添加剂容许水滴更容易聚结，并使固体表面被水润湿。添加剂减少了油、固体和水的良好分离所需要的有效时间。

通常已经利用简单的器械，例如玻璃瓶或玻璃管来进行新的化学抗乳化剂的开发，并且被称为“瓶试验”。在最简单的实施例中，待处理的油样品添加到玻璃瓶中并进行摇晃。然后通过观察在瓶底部收集的“自由”水的量而监视随时间变化的抗乳化(脱水)的速率。这些方法已被证明是有用的，但它们时常未能充分模拟脱盐器的许多关键参数，并且尤其在具有形成抹布层倾向的重油或系统中使用受限。

因此需要改善模拟方法，使得作业者可选择最有效的化学物和操作条件，从而优化乳浊液分解剂化学物、油混合物、温度、乳浊液粒径(size)以及其它参数。

发明内容

[此处插入发明内容]

从以下通过图例所显示和描述的本发明的实施例的说明书中，本发明的优点对于本领域技术人员来说将变得更加清晰。如将实现的那样，本发明能够具有其它且不同的实施例，并且其细节能够在各个方面变化。

发明内容

从本发明的一个方面来说，提供了一种静态脱盐器模拟器械。这种器械包括外壳，其用于包含在其中的液体池(liquid bath)。该器械还包括设置在外壳中的支架，并且支架由至少两个大致平行的板形成，其可被多个隔离件分隔开。在板之间可产生电场，并且至少一个板包括穿透其成形的至少一个凹腔。该器械还包括用于包含油-水乳浊液的至少一个混合管。所述至少一个混合管可定位在所述至少一个凹腔中，所述至少一个凹腔成形于所述板中的至少一个中。控制器操作地连接到所述至少一个混合管上。成像装置用于在抗乳化工艺期间产生在所述至少一个混合管中的至少一个数字图像或数字影像。

从本发明的另一方面来说，提供了一种静态脱盐器模拟器械。这种器械包括外壳，其用于包含在其中的液体池。在所述外壳中设置了支架，并且支架由至少两个大致平行的板形成，其可被多个隔离件分隔开。在板之间可产生电场。该器械还包括用于包含油-水乳浊液的至少一个混合管，并且所述至少一个混合管可通过板中的至少一个来支承。混合管包括测量容器，其具有连接部分、中心部分和测量部分。测量部分包括柱形顶端。混合管还包括可附连到测量容器上的混合器械，其中混合器械的至少一部分可定位在测量容器中。该器械还包括控制器，其操作地连接到所述至少一个混合管上。

从本发明的又一方面来说，提供了一种静态脱盐器模拟器械。这种器械包括外壳，其用于包含在其中的液体池。在所述外壳中设置了支架，并且支架由至少两个大致平行的板形成，其可被多个隔离件分隔开。在板之间可产生电场。至少一个光源定位在支架附近，并且所述至少一个光源配置为用于在液体池中提供照明。加热器/流通器操作地连接在外壳上，用于控制液体池的温度并用于液体池的流通。该器械还包括用于包含油-水抗乳化工艺的至少一个混合管。所述至少一个混合管可通过所述板中的一个来支承。控制器操作地连接到所述至少一个混合管上。成像装置配置为用于产生所述至少一个混合管中的抗乳化工艺的至少一个数字图像或数字影像。功率源操作地联接在板、至少一个光源、加热器/流通器、控制器和成像装置中的至少一个上。

本发明及其超越现有技术的优点在参照附图阅读以下详细说明和所附权利要求后将变得清晰。

附图说明

通过参考结合附图的本发明实施例的以下描述，本发明的上述及其它特征将变得更清晰，并且将更好地理解本发明本身，在附图中：

图1显示了根据本发明的实施例的静态脱盐器模拟器械的透视图；

图2显示了图1的静态脱盐器模拟器械中所使用的支架；

图3显示了图1的静态脱盐器模拟器械中所使用的混合管；

图4显示了附连在图3的混合管上的混合器械的分解图。

具体实施例

现在将参照附图在以下详细说明中描述本发明，其中详细地描述了优选实施例，从而能够实践本发明。虽然本发明是参照这些特定的优选实施例进行描述的，但是应该懂得本发明并不局限于这些优选实施例。相反，本发明包括许多备选例、改型和等效物，其将从以下详细说明的思考中变得清晰。

脱盐器模拟器械提供了利用不同的油混合物、温度、乳浊液粒径以及其它参数来试验乳浊液化学分解剂的能力。脱盐器模拟器械使用少量的油来执行实验，从而减少了油运输和处置的成本。在脱盐器模拟器械中，化学抗乳化剂添加到原油和/或冲洗水中，并在与工业脱盐器的混合阀门(valve)相接近的温度和剪力及持续时间下混合在一起，从而模拟实际的现场条件。然后容许乳浊液在与脱盐器接近的温度和电场强度及停留时间下进行沉淀。

现在参照图1，其显示了一个示例性的静态脱盐器模拟器械10。静态脱盐器模拟器械10包含限定在外壳18中的液体池12，并且包括设置在其中用于接收多个混合管16的支架14。在一个实施例中，混合管16和液体池12都是透明材料，其容许操作员可视地监视混合管16中样品的抗乳化作用，以获得并记录实验结果。混合管16配置为至少部分地沉浸在液体池12中。在一个实施例中，仅混合管16的一部分沉浸在液体池12中。在另一实施例中，整个混合管16都沉浸在液体池12中。

如图1中所示，静态脱盐器模拟器械10还包含定位在合适的功率盒32中的功率源30。在一个实施例中，功率源30是具有10千伏安AC输出的高压变压器。高压引线34利用三叉型插头36而连接到功率源30上。功率源30配置为用于将电功率提供给支架14，其定位在外壳18中。

在一个实施例中，如图1中所示，加热器/流通器20操作地连接到液体池12中，用于使液体池中的流体流通以及将热量提供给液体池12。加热器/流通器20控制液体池12的温度，并允许乳浊液样品被预热至某一温度，其将对现场或处理设施中的工业脱盐器内部的实际条件进行最佳模拟。对于模拟工艺而言，液体池12的所需温度通常被加热到大约200℉至300℉的范围。在这个温度下，混合管16中的样品还可被加压以模拟现场或处理设施中的工业脱盐器中所承受的压力。加热器/流通器20的合适的示例是可从Thermo Fisher Scientific Inc. of Waltham, MA获得的Haake DC-3或DC-30。

在一个实施例中，加热器/流通器20固定在液体池12的壁上，并具有泵(未显示)，其具有旋转安装的泵喷嘴(未显示)以有助于流通，和因而遍及液体池12的温度均匀性。在一个实施例中，在油池中流通的加热流体是硅基油。例如，可从Thermo Fisher Scientific Inc.获得的Maxima C+型真空泵油可用作液体池12中的加热流体。在另一实施例中，水可用作液体池12中的加热流体。本领域中的技术人员应该懂得，可使用其它流体作为液体池12中的加热流体，只要流体容许光通过即可，使得可测量在混合管16中已由乳浊液聚结的水的水平。理想地，在液体池12中使用的流体应是惰性的，或者相对于混合管16中的内容物是非反应性的，以免混合管16受损，并且其中的内容物逃逸出混合管16并与液体池12中的流体混合。

在图2中，显示了用于接收多个混合管16的支架14的一个实施例。支架14由多个大致平行的板50A、50B、50C制成。在一个实施例中，板50A、50B、50C具有大致相同的尺寸，并且配置为用于定位在外壳18中。板50A、50B、50C通过多个隔离件52而保持彼此相对间隔开的关系。上面一对板50A、50B具有多个成形于其中的凹腔54，并且相邻板的凹腔54对准从而形成管状开口，其尺寸和形状定制为用于以竖直方式在其中接收混合管16。在所示的实施例中，凹腔54成形为圆形孔或孔口。凹腔54还可成形为方形孔、矩形孔、六角形孔或任何其它形状，其与在其中接收的混合管16的外表面对应。在另一实施例中，成形于上部板50A中的凹腔54可具有与在中间板50B中所形成的凹腔54不同的形状。本领域中的普通技术人员应该懂得，成形于上部板50A、50B中的凹腔54可具有任何尺寸或形状，其与可容纳在其中的混合管16的尺寸和形状相对应。在图2中所示的实施例中，支架14配置为用于接纳八(8)个分开的混合管16。在另一实施例中(未显示)，支架14配置为用于接收四(4)个分开的混合管16。本领域中的普通技术人员应该懂得，支架14可配置为用于在其中接收一个或多个混合管16。板50A、50B中用于接收多个混合管16的多个凹腔54容许同时试验和评估利用不同的化学乳浊液分解剂、浓度和条件的特定原油成分。在一个实施例中，最下部的板50C包括成形于其中的多个孔口58，其中孔口58配置为用于容纳光源，从而将光提供至液体池12中。

板50A、50B、50C具有接头(tab)56，其中电导线34可从功率源30附接到接头上，从而提供与液体池12中的混合管16相邻的电场。虽然典型的生产或处理脱盐器中的电场贯穿在其中的乳浊液而产生，但是已发现在静态脱盐器模拟器械10中使用的混合管16的几何形状可使得在混合管中形成的电场并不精确地代表实际生产或处理脱盐器中所产生的实际电场。因此，静态脱盐器模拟器械10中的电场成形于包围混合管16的液体池12中。在一个实施例中，当顶板50A和底板50C接地时，中间板50B受到电激励。在一个实施例中，隔离件52由非导电的塑料形成，其配置为用于使板50A、50B、50C保持间隔开的关系。例如，隔离件52可由Ultem®聚醚酰亚胺形成，其可从SABIC Innovative Plastics公司获得。本领域中的普通技术人员应该懂得，隔离件52可由如下的任何材料形成，即，其足以使板50A、50B、50C电绝缘使得在电激励的中间板50B和接地板50A、50C之间产生电场以及能够机械地且热地承受液体池12的温度和化学性能。因此，产生了两个电场，一个位于中间板50B和上部板50A之间，且另一个位于中间板50B和底板50C之间。高压引线34(图1)通过外壳18将功率源30连接到支架14上。

板50A、50B、50C形成了电栅极，其产生了从大约6,000伏至大约10,000伏(RMS)电势范围的静电场，从而在相邻的微滴之间引起偶极子引力，其造成它们彼此相向迁移并聚结。一旦制备好具有合适的微滴尺寸分布的乳浊液，就使样品暴露于电场中。静电场造成各个微滴一侧具有正电荷且另一侧具有负电荷。微滴因为相邻微滴上的相反电荷所产生的引力而聚结。引力受到微滴之间的距离的极强的影响，并且当微滴非常接近时更为强烈。各种几何形状可用于容纳多种不同的管。在一个实施例中，每次可装载高达八个混合管16。

在一个实施例中，静态脱盐器模拟器械10还包含定位在外壳18中或其下方的至少一个光源40，以便通过液体池12为混合管16提供照明，从而有助于观察混合管16中的抗乳化过程。光源40定位在支架14附近，并且可操作地连接在支架14上，或者相对于支架14以间隔开的方式定位。在一个实施例中，光源是从功率源32延伸出来的光纤光源，其连接在定位于孔口58中的灯的下面，孔口58成形于液体池12中的底板50C中。在另一实施例中，如在图1中所示，光源40包括多个发光二极管(LED)60(图2)，其可设置在凹腔74中，凹腔74成形于液体池12下方的底板50C中。虽然光维光源需要热光源-例如球管灯或卤素灯–来产生光亮，而LED 60提供了冷光源，其不会产生大量的热。这对于在静态脱盐器模拟器械10中的使用是特别适宜的，因为液体池12中所使用的(多种)液体、混合管16中的原油样品或也在混合管16中的添加至原油样品中的化学分解剂存在点火和爆炸的可能。另外，LED 60在其需要进行更换时之间的寿命相对于例如之前本领域中所使用的球管灯或卤素灯的热光源的短寿命而言长得多。由LED光源提供的另一优势是可预先确定从其发出的特定或具体波长的光。因此，选择特定波长的能力将使得在混合管16中已经是抗乳化的水和油乳浊液之间的界面上可能提供更好的色差或光差，从而在静态脱盐器模拟器械10的操作期间提供更精确的读数。光源40可产生在可见光、近红外和/或紫外光谱范围内的光，并且可具有本领域中技术人员已知的任何设计。当LED 60在近红外光谱内使用时，水吸收光，而油不会，从而提供了不同于在可见光谱中的色彩反差输出。本领域中的普通技术人员应该懂得，LED是作为光源的一个示例性实施例而提供的，但任何其它类型的光源可用于产生预定光谱或范围内的光。透明的液体池12允许观察改变化学乳浊液分解剂、操作条件、油混合物、温度、乳浊液粒径和其它参数对工艺的影响。

图3-图4显示了用于在静态脱盐器模拟器械10中使用的混合管16的一个示例性实施例。在一个实施例中，混合管16包括测量容器62和混合器械64。混合器械64可以可拆卸地附连在测量容器上。测量容器62具有连接部分66、中心部分68和测量部分70。连接部分66配置为接收混合器械64。在一个实施例中，连接部分66包括螺纹72，其用于提供与混合器械64的螺纹接合。用于将混合器械64和连接部分66连接起来的其它锁定(latching)机构可包括锁、键-槽等。本领域中的普通技术人员应该懂得，任何其它连接或锁定机构都可用于将混合器械64操作地连接到测量容器62的连接部分66上。连接部分66还包括开口74，当混合器械64附连到测量容器62上时，通过该开口可插入混合器械64的一部分。在一个实施例中，连接部分66通常是柱形的。在一个实施例中，连接部分66的直径与中心部分68的直径大致相同。在另一实施例中，如在图3中所示，连接部分66的直径小于中心部分68的直径，使得肩部提供了在测量容器62的相邻部分的不同直径之间的过渡。虽然测量容器62示出为具有沿其轴向长度大体圆形的截面形状，但是本领域中的普通技术人员应该懂得，测量容器62的任何部分的截面形状可为非圆形的，并且本领域中的普通技术人员还应该懂得测量容器62的截面形状沿着其整个轴向长度是不需要相同的。

在一个示例性实施例中，如在图3-图4中所示，测量容器62的中心部分68包括在其中形成的多个莫顿(Morton)凹口76。莫顿凹口76是从测量容器62的外表面径向向内延伸的伸长的凹口。当混合器械64被激励时，莫顿凹口76促进测量容器62中的油水混合物的搅拌作用。中心部分68成形为大体伸长的柱形部分，其具有大致圆形的截面形状。本领域中的普通技术人员应该懂得，中心部分68可成形为任何截面形状。连接部分66从中心部分68的一端延伸，并且测量部分70从中心部分68的相对端延伸。

在一个实施例中，测量容器62的测量部分70是伸长的部件，其配置为用于容纳一部分原油/水乳浊液样品，并且聚结的水倾向于积聚在测量部分70中。在一个实施例中，测量部分70成形为柱形的顶端，如在图3-4中所示，其中测量部分70成形为伸长的大致柱形的部件，其具有圆形端。在一个实施例中，测量部分70配置为可针对大约2-20毫升的流体体积提供测量。在另一实施例中，测量部分70配置为用于包含并提供大约八毫升(8.0mL)的测量。然而，本领域中的普通技术人员应该懂得，测量部分70可配置为用于提供任何体积数量的测量，其足以且精确地评估化学分解剂的效率和混合管16中的抗乳化工艺的条件。因为油和水通常是分隔开的，并且油保持漂浮在水的顶面上，随着乳浊液的水滴聚结并形成更大的水滴，聚结的水收集在测量容器62的测量部分70中。从油-水乳浊液收集或抗乳化的水量在测量部分70中利用多个标记78进行测量，其为各个连续的标记指出了预定的液体体积。在一个实施例中，各标记78指示1/10毫升(0.10ml)。在另一实施例中，各个标记78指示2/10毫升(0.20ml)。在其它实施例中，各个标记78可指示在大约1/10毫升至大约1厘升(0.10ml–1cl)之间的体积，具体依赖于测量容器62的大小和在其中的流体量。本领域中的普通技术人员应该懂得，标记78可配置为用于测量流体的任何部分，但是本领域中的普通技术人员还应该懂得，优选地是，所有标记以某种方式间隔开，从而精确地测量在各标记之间相同的流体体积。在一个实施例中，标记78被蚀刻到测量部分70的外表面上。在另一实施例中，标记78通过油漆、丝网印刷或其它方式固定到测量部分70的外表面上。

在一个实施例中，测量容器62由玻璃形成。在另一实施例中，测量容器62由透明塑料形成。本领域中的普通技术人员应该懂得，测量容器62可由任何透明材料形成，其容许在液体池12与设置在测量容器62中的流体之间的热传递，同时是惰性的或者与液体池12中的流体以及与用于形成测量容器62内的乳浊液的油、水和化学物是非反应性的。各个测量容器62具有足够的厚度，从而在静态脱盐器模拟器械10中的正常使用下不会破裂。在一个示例性实施例中，测量容器62由玻璃形成，其具有大约3.5毫米(3.5mm)的厚度。在测量容器62中所限定的体积可变化，但其外表面的尺寸和形状应与支架14的上部板和中间板50A、50B中相对应的凹腔的尺寸和形状大致对应。

在原油的实际处理期间，接收油水混合物且在其中形成了乳浊液的容器足够大，使得与乳浊液接触的容器内壁不会提供与乳浊液的大量接触，从而显著地有助于乳浊液中的水的聚结。因此，为了在更小规模上将静态脱盐器模拟器械10的实际抗乳化条件精确地模型化，一个实施例的混合管16的测量容器62的内表面覆盖了覆层。在一个实施例中，混合管16的内表面被涂覆或“覆盖”，从而产生测量容器62的大致疏水的内表面。在另一实施例中，混合管16的内表面被涂覆，从而产生亲水面。覆层以化学方式粘合到混合管16的内表面上。利用十六基硅烷或苯基硅烷可产生疏水层，其借助于测量容器62的表面而有效地防止了水聚结。疏水的覆层“保护”了测量容器材料的活跃部位，使得内表面并不主动帮助水分子的聚结，从而更好地模拟现场处理期间的实际条件。本领域中的普通技术人员应该懂得，测量容器62的内表面还可被涂覆，使得内表面是亲水性的，或者具有任何其它类型的覆层，从而容许静态脱盐器模拟器械更精确地代表现场处理条件。

如在图3-图4中所示，静态脱盐器模拟器械10的混合管16的实施例包含混合器械64。在一个实施例中，混合器械64是电动可变搅拌装置。混合器械64包括护盖80、可旋转的叶片组件82和密封环84。在一个实施例中，护盖80成形为大致柱形的部件，其在其各个相对端上具有开口。通过护盖80的第一端86形成的开口配置为定向远离测量容器62。第二端88配置为用于接收测量容器62的连接部分66，并且通过护盖80的第一端86形成的开口配置为容许叶片组件82的一部分延伸穿过它。在一个实施例中，护盖80包括螺纹89，其与成形于测量容器62的连接部分66上的螺纹72相对应，从而提供在混合器械64和测量容器62之间的螺纹连接。

在一个实施例中，混合器械64的可旋转叶片组件82成形为一种圆盘形式，其具有与护盖80的内径以及测量容器62的开口74的外径相对应的外径。因为叶片组件82配置为可定位在测量容器62和护盖80之间，所以本领域中的普通技术人员应该懂得，叶片组件82的尺寸和形状应与护盖80以及测量容器62相对应，从而提供在其间的紧密密封，以防止在样品试验期间释放出测量容器62中的乳浊液。在一个实施例中，密封环84定位在叶片组件82和测量容器62之间，以确保在其间的恰当密封。

在图3-图4所示的实施例中，叶片组件82包括轴90，其操作地连接在可旋转的叶片92上。轴90以大致上沿着测量容器62的纵向轴线的方式进行定向。轴90的第一远端包括成形的凹腔(未显示)，并且成形的凹腔配置为用于接收适配器(adapter)，其在控制器94(图1)被激励时造成轴90围绕其轴线旋转。轴90直接连接到叶片92上，使得轴90的旋转造成叶片92围绕其轴线旋转。叶片组件82配置为用于附连到测量容器62上，使得叶片组件82的至少一部分延伸到测量容器62中。叶片92包括多个肋片或齿(tine)，其配置成用于围绕轴90旋转，以使油水混合物混合，从而在混合管16中创造乳浊液。在混合管16的内部可使用各种混合器叶片设计和轴长度。通常，使用一种4-肋片不锈钢桨状叶片68。然而，本领域中的技术人员应该懂得叶片92可包括许多肋片。

混合管16的组装通过将密封环84定位在测量容器62的开口74和混合器械64的叶片组件82之间来执行。护盖80然后设置在叶片组件82上，使得护盖80的螺纹88与对应的测量容器62的螺纹72啮合，从而提供在其之间的密封。叶片组件82的轴90的第一远端向外延伸超过护盖80，用于连接到驱动机构上，其配置为用于使轴90和叶片92旋转。

在图1中所示的实施例中，静态脱盐器模拟器械10还包括设置在外壳18附近的控制器94。控制器94包括驱动马达，并且控制器94操作地连接在混合管16的混合器械64上。控制器94的驱动马达操作地连接在混合器械64的轴90上，从而以旋转方式驱动轴90。控制器94的驱动马达可在恒定的旋转速度下驱动轴90或者改变其旋转速度。在一个实施例中，混合速度可选地利用可变变压器进行控制，其操作地连接到控制器94中的驱动马达上。混合时间可选地受到任何传统的电子装置计时器的控制，其适合于电气应用的通/断切换的精确计时。在一个实施例中，计时器与控制器94的驱动马达一体，从而在预定的时间量内激励驱动马达。在另一实施例中，计时器操作地连接到驱动马达上，使得计时器是用户促动的，从而用户可在预定量的时间内激励驱动马达，或者是用户促动的，使得用户可实时地利用用于促动计时器的开关、杠杆或其它装置主动地确定驱动马达的激励时间。操作员可选择混合器械64的旋转速度或搅拌速度，从而改变用于制造乳浊液的剪力能量。合适的计时器可从GraLab of Centerville, OH获得。在一个实施例中，混合器械64包括旋转速度参数，其可通过驱动马达设置为4000、7000、10000、13000和16000 RPM。已经发现在100 ml的混合管16中的脱盐器的混合阀门每1000 rpm/2 sec = 1 psi的关系。

在操作过程中，原油在混合管16内的停留时间通常在大约15至30分钟之间。这与脱盐器处理具有API相对比重15至28的原油时的典型的停留时间相对应。

在静态脱盐器模拟器械10的一个实施例中，如图1中所示，成像装置98操作地连接到处理器99上。成像装置98可以是数字照相机、数字录像机或任何其它装置用于提供混合管16的永久数字图像，以用于记录抗乳化工艺。处理器99配置为用于有选择地控制成像装置98的操作，并接收由成像装置98所产生的(多个)数字图像或(多个)影像。通过有选择地控制成像装置98，处理器99能够确定成像装置98产生数字图像的时间和/或频率，图像由处理器99接收。在一个实施例中，成像装置98可定位在液体池12的外面或外部，使得成像装置98通过定位在外壳18中的窗口(未显示)并通过液体池12而产生数字图像。在另一实施例中，成像装置98定位在液体池12中，位于混合管16附近的位置。

在一个实施例中，如图1中所示，成像装置98操作地连接在外壳18上。在另一实施例中，成像装置98操作地连接在液体池12中的支架14上。本领域中的普通技术人员应该懂得，成像装置可定位在任何位置，其容许成像装置98有选择地或持续地提供定位在液体池12中的(多个)混合管16的数字图像。成像装置98可手动地或通过利用处理器99进行操作，从而以所需的时间间隔记录数字图像，使得不需要操作员在场。成像装置98容许静止数字图像或影像的分析，从而由用户手动地或通过处理器99来确定已从样品乳浊液中分离出来的水的体积。在一个实施例中，用户分析成像装置98所产生的图像，从而利用测量部分70上的标记78确定相对于已经消逝的时间量的抗乳化水的体积。在另一实施例中，处理器99包括软件，其设计为用于执行对由成像装置98所产生的数字图像的分析，其中软件能够根据测量部分70上的测量标记78而确定相对于已经消逝的时间量的抗乳化水的体积。抗乳化水的体积和时间的这个数据或值由处理器99产生，并从而用于产生曲线，其代表在模拟器中的抗乳化率和原油生产及工艺设施中的实际抗乳化率之间的相关性，从而预测或确定用于抗乳化工艺中的最理想的化学物。

本发明还致力于一种利用脱盐器模拟器以选择用于炼油厂原油脱盐器的抗乳化剂的方法。在一个实施例中，使用了在待被建模的脱盐器系统中可见的相同油/水比，并且随时间记录从乳浊液中分离出的水量，并求平均。从而选择具有最高平均水下降(water drop)和最少残留乳浊液的处理方法。另外，在某些情况下，使用了颠倒的脱盐器系统的油/水比，并且随时间记录水的清澈度。选择具有最快且最完全油上升(oil rise)的处理方法。

在执行原油的试验中，原油应通过抖动器进行很好地混合至少15分钟。如果可获得低剪力采样器(LSS)，原油应倾倒至LSS中，并在最小设定值下进行搅拌，其将使整个样品以旋涡形式流动至少15分钟。然后在分配的同时将原油转移到混合管16中。试验被执行，使得BS&W，原油的比重和冲洗水的pH值得以测量。(BS&W是底部沉淀物或底沉淀物&水的缩写。它是烃样品中所存在的非沥青质的固体和水(通常主要是水)的测量值。)工艺温度、冲洗水的比率、混合阀门压力和电场的设置也加以记录。

在操作中，至少一个测量容器62填充了预定的原油、水和化学分解剂的样品混合物，化学分解剂配置为有助于或增强样品中的水的抗乳化作用。然后将混合器械64附连到测量容器62的末端。一旦已经组装好至少一个混合管16，就将包含有待分析样品的各个混合管16定位在凹腔中，凹腔成形于外壳18中的支架14的上面一对板50A，50B中。然后激励加热器/流通器20，以便将液体池12中的流体加热至所需温度达一定时间段，从而确保各混合管16内的样品被同样地加热至所需的温度。一旦各混合管16中的样品已被加热至所需的温度，就将混合管16倒转，并激励控制器94，以促使混合器械64的叶片92旋转预定时间，从而在测量容器62中产生乳浊液。在另一实施例中，不需要使混合管16倒转，因为混合器械64配置为当混合管16保持定位在支架14中时产生乳浊液。用于各混合管16的乳浊液可利用叶片92的不同速度和/或操作混合器械64的不同时间长度而产生。一旦在混合管16中产生了乳浊液，则成像装置98就开始记录各混合管16的图像或影像。成像装置98所产生的图像被传递给处理器99进行处理。最后，产生了对于各混合管16的抗乳化率。

示例

为了评估候选材料的乳浊液-分解效能，利用静态脱盐器模拟器械10进行了模拟的脱盐器试验。静态脱盐器模拟器械10包括液体池12储槽，其设有散开在其中的多个混合管16。液体池12的温度可变化至大约250℉，以模拟实际的现场条件。混合管16放置在支架14中，并激励电场从而赋予通过试验乳浊液的电势。

工艺条件是：

工艺温度：250℉

含水率：5%

混合阀门压力：10 psi

栅极通电(grid on)

将液体池12预热至250℉

混合器械64的叶片92设为10,000 rpm，并且计时器为2秒

将5ml的冲洗水添加至管中

将95ml的原油添加至管中。处理管，其中基于油的化学物变为油相。

将混合管16封住，并放置到预热的液体池中30分钟。

电场被接通，并且管被乳化(10,000rpm/2sec=10psi)。

在1、2、4、8、16、32分钟之后记录各个管中的水下降。水层的界面和清澈度也被记录。平均水下降(平均WD)被计算出来。具有最大平均WD的产物通常是最需要的产物。

因此，静态脱盐器模拟器械10允许操作员模拟有效的参数，其包括但不局限于：脱盐器容器温度、停留时间和电场。乳浊液在混合管16中借助于乳浊液化学分解剂进行分解，并且还可通过提供电场以使水滴极化的已知方法进行辅助。一旦乳浊液被分解，则水和石油介质形成了不同的相态。水相态与石油相态分离，并且后续在混合管的测量部分中进行监视。

虽然已在典型的实施例中示出和描述了本公开，但其并不意图受限于所示的细节，因为在不以任何方式脱离本公开的精神的条件下可做出各种改型和替代物。因此，本领域中的技术人员只是利用常规实验就可想到这里所揭示的本公开的更多改型和等效物，并且所有这些改型和等效物都被认为在由以下权利要求所限定的本公开的范围内。

Claims (21)

1.一种静态脱盐器模拟器械，包括：

外壳，其用于在其中包含液体池；

设置在所述外壳中的支架，所述支架由至少两个大致平行的板形成，其可被多个隔离件分隔开，并且在所述板之间可产生电场，并且其中，所述板中的至少一个包括穿透其成形的至少一个凹腔；

用于包含油-水乳浊液的至少一个混合管，其中，各混合管包括内表面，并且所述至少一个混合管可定位在所述至少一个凹腔中，所述至少一个凹腔成形于所述板中的所述至少一个中；

控制器，其操作地连接在所述至少一个混合管上；和

成像装置，其用于在抗乳化工艺期间产生所述至少一个混合管中的至少一个数字图像或数字影像。

2.根据权利要求1所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，还包括光源，其定位在所述外壳中或其下方，用于提供穿透所述液体池的照明。

3.根据权利要求2所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述光源包括至少一个发光二极管(LED)。

4.根据权利要求1所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述至少一个混合管包括：

测量容器和附连在所述测量容器上的混合器械，其中，所述测量容器包括具有柱形顶端的测量部分。

5.根据权利要求1所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述至少一个混合管包括：

测量容器和附连在所述测量容器上的混合器械，其中，所述混合器械包括护盖和叶片组件，所述叶片组件的至少一部分设置在所述测量容器中，并被所述护盖固定在其上。

6.根据权利要求1所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述至少一个混合管的内表面被覆层覆盖。

7.根据权利要求6所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述覆层以化学方法粘合在所述内表面上。

8.根据权利要求7所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，覆盖至少一个混合管的所述内表面的所述覆层是疏水性的。

9.根据权利要求7所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，覆盖至少一个混合管的所述内表面的所述覆层是亲水性的。

10.根据权利要求1所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述成像装置是数字照相机或数字摄像机。

11.根据权利要求1所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，还包括操作地连接在所述成像装置上的处理器，其中，所述处理器接收由所述成像装置产生的所述数字图像或数字影像。

12.根据权利要求11所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述处理器有选择地控制所述成像装置。

13.根据权利要求11所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述处理器分析所述至少一个数字图像或数字影像，以产生抗乳化率。

14.一种静态脱盐器模拟器械，包括：

外壳，其用于在其中包含液体池；

设置在所述外壳中的支架，所述支架由至少两个大致平行的板形成，其可被多个隔离件分隔开，并且在所述板之间可产生电场；

至少一个用于包含油-水乳浊液的混合管，所述至少一个混合管可通过所述板中的至少一个来支承，所述至少一个混合管包括：

测量容器，其具有连接部分、中心部分和测量部分，其中，所述测量部分包括柱形顶端，其带有圆形末端；以及

混合器械，其可连接到所述测量容器上，其中，所述混合器械的至少一部分可定位在所述测量容器中；以及

控制器，其操作地连接在所述至少一个混合管上。

15.根据权利要求14所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述测量容器的所述中心部分包括成形于其中的多个莫顿凹口。

16.根据权利要求14所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，还包括多个标记，其定位在所述测量部分上，用于测量抗乳化水的体积。

17.根据权利要求14所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述测量容器的内表面上具有在其上的覆层。

18.根据权利要求17所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述覆层是疏水性的。

19.根据权利要求18所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，所述疏水性的覆层是利用十六基硅烷或苯基硅烷形成的。

20.一种静态脱盐器模拟器械，包括：

外壳，其用于在其中包含液体池；

设置在所述外壳中的支架，所述支架由至少两个大致平行的板形成，其可被多个隔离件分隔开，并且在所述板之间可产生电场；

定位在所述支架附近的至少一个光源，所述至少一个光源配置为用于提供所述液体池内的照明；

加热器/流通器，其操作地连接在所述外壳上，用于控制所述液体池的温度，并用于使所述液体池流通；

至少一个混合管，其用于包含油-水抗乳化工艺，所述至少一个混合管可通过所述板中的一个来支承；

控制器，其操作地连接在所述至少一个混合管上；以及

成像装置，其用于产生在所述至少一个混合管中的抗乳化工艺的至少一个数字图像或数字影像；

功率源，其操作地联接到所述板、所述至少一个光源、所述加热器/流通器、所述控制器及所述成像装置中的至少一个上。

21.根据权利要求20所述的静态脱盐器模拟器械，其特征在于，还包括处理器，其操作地连接在所述成像装置上，用于有选择地激励所述成像装置。

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