DE69835826T2

DE69835826T2 - Messung und kontrolle von asphaltene-agglomerationen in kohlenwasserstoff-flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69835826T2
Application number: DE69835826T
Authority: DE
Inventors: Gregory M. Jones; Malcolm J. W. Povey; John Campbell
Original assignee: Baker Hughes Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: EP1021710B1; EP1021710A4; US5969237A; DE69835826D1; US20060156820A1; PT1021710E; US7360403B2; DK1021710T3; WO1999019723A1; AU9793998A; US6945096B1; EP1021710A1; ES2272011T3

Description

Hintergrund der Erfindung
(1) Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Messung und/oder der Steuerung der Agglomeration von Asphaltenen in flüssigen Kohlenwasserstoffen.
(2) Beschreibung des Standes der Technik
Asphaltene sind organische heterocyclische Makromoleküle, die in Rohölen auftreten. Bei normalen Reservoir-Bedingungen sind Asphaltene in der Rohöldispersion gewöhnlich durch Malthene und Harze stabilisiert, die mit den Asphaltenen chemisch kompatibel sind, jedoch ein viel niedrigeres Molekulargewicht haben. Polare Bereiche der Malthene und Harze umgeben die Asphaltene, während nicht polare Bereiche an die Ölphase angezogen werden. Somit wirken diese Moleküle als Tenside und führen zu einer Stabilisierung der Asphaltene in dem Rohöl. Jedoch können Druck-, Temperatur- oder Konzentrationsänderungen des Rohöls die Stabilität der Dispersion verändern und die Neigung der Asphaltene steigern, sich zu größeren Teilchen zu agglomerieren. Wenn diese Asphaltenagglomerate wachsen, nimmt auch ihre Neigung zum Ausfällen zu.
Das Ausfällen von Asphaltenen in Rohöl oder in Prozessströmen von Öl ist wirtschaftlich kostspielig wegen verloren gehender Produktion und Wartung, die erforderlich sind, um die Blockierungen zu beseitigen, die von den Feststoffmaterialien verursacht werden.
Um die Asphaltenausfällung zu minimieren, hat man bereits verschiedene Verfahren in Betracht gezogen. Beispielsweise können die Druck- und Temperaturbedingungen aufrechterhalten werden, können chemische Stabilisatoren zugesetzt werden, um den Stabilisierungseinfluss der natürlichen Harze und Malthene nachzuahmen und zu verstärken, oder es können Vorrichtungen, wie Magnetflussanordnungen, verwendet werden, die in dem US-Patent 5,453,188 beschrieben sind. Obwohl Verfahren, die die Asphaltenausfällung minimieren, zu beträchtlichen Einsparungen führen können, sind sie jedoch dadurch eingeschränkt, dass ein Verfahren zum Messen und Überwachen des Agglomerierungszustandes der Asphaltene in einem speziellen Strom zu einer speziellen Zeit fehlen. Ohne Kenntnis des Agglomerationszustands der Asphaltene in dem Strom weiß man nicht, wann die Flüssigkeiten und wie viel Flüssigkeit zu behandeln ist, um eine Asphaltenausfällung zu verhindern.
Herkömmliche Verfahren zum Bestimmen der Größe und Konzentration von Asphaltenteilchen in Kohlenwasserstoffen, wie sie in dem US-Patent 4,238,451 oder in dem Standardverfahren IP 143/84 beschrieben sind, erfordern eine Probenahme, einen Transport zu einem Labor und ein Prüfen durch Ausfällen und Filtrierung, Zentrifugierung, Titration mit einem entstabilisierenden Lösungsmittel oder andere langwierige und komplizierte Methoden. Diese Methoden sind somit zeitraubende und zerstörende Proben, wenn sie im Labormaßstab oder in Laboreinrichtungen verwendet werden, und sind für eine Ist-Zeit-Online-Überwachung der Agglomeration nicht geeignet.
Obwohl Verfahren zur Größen- und Konzentrationsprüfung von Teilchen in optisch klaren Strömen für Kohlenwasserstoffe modifiziert und verwendet wurden, sind viele davon bei Rohöl und anderen im Prozess befindlichen Ölströmen aufgrund von Fouling und Trübung viel weniger erfolgreich. Beispielsweise misst das optische System des US-Patents 4,843,247 von Yamazoe, et al. den Asphaltengehalt, braucht jedoch Wascheinrichtungen, um die Probenlösung von den optischen Sonden jedes Mal zu entfernen, wenn eine Probenmessung ausgeführt ist. Dieses Waschen erfordert komplexere Messvorrichtungen und führt dazu, dass ein Fouling mit der Zeit die Genauigkeit der optischen Messung beeinträchtigen kann.
Mit einer direkten Zentrifugierung von Rohöl wird die Gesamtmenge an vorhandenem Asphalten gemessen, man erhält jedoch keine Information über die Größe und den Agglomerationsgrad der Teilchen oder bezüglich ihrer Neigung, in einer stabilen Dispersion zu verbleiben.
Nicht optische Versuche haben neuerdings einen Fortschritt beim Messen von Teilcheneigenschaften gezeigt. Nach dem US-Patent 5,420,040 von Anfindsen et al. wird der Niederschlag von Asphaltenen in Öl mit Leitfähigkeits- oder Kapazitätsänderungen in eine Wechselbeziehung gesetzt. Dieses Verfahren erfordert jedoch das Überführen einer Flüssigkeitsprobe für die Messung zu einer Messzelle und wird nicht online ausgeführt. Vielmehr wird der Prozess stufenweise durchgeführt und kann nicht im Wesentlichen sofort erfolgen, da eine Zeitverzögerung erforderlich ist, um das Eintreten einer Ausfällung von Asphaltenen zu ermöglichen.
In MBAA Technical Quarterly, 24, 72 bis 76 (1987), beschreiben Behrman und Larson eine Online-Überwachung von Teilchen über 0,8 μm in im Brauwesen vorliegenden Strömen durch Verwendung einer Ultraschallüberwachungsvorrichtung. Sie verwenden einen piezoelektrischen Wandler zur Erzeugung eines Schallsignals und zum Messen von Schallenergie, die sich aus der Streuung ausgehend von Teilchen in den Flüssigkeitsströmen ergibt. Die Vorrichtung erlaubt eine Online-Ist-Zeit-Messung von Teilchenkonzentrationen, jedoch nicht die Messung von Teilchengrößen oder einer Teilchengrößenverteilung.
Vor kurzem berichteten Lin et al., "Neutron Scattering Characterization of Asphaltene Particles" (Neutronenstreueigenschaft von Asphaltenteilchen), präsentiert im April 1997 auf dem Nationalen ACS-Treffen in San Francisco, CA, über die Verwendung von Kleinwinkel-Neutronenstreuung (SANS – Small-Angle Neutron Scattering) zur Bestimmung der Größe und Konzentration von Asphaltenteilchen in einer verdünnten Lösung in 1-Methylnaphthalen-D10. Die Studie konzentriert sich auf kleine "Basis"-Asphaltenteilchen und berichtet, dass größere Teilchen, die für makroskopische Eigenschaften von Bedeutung sein können, mit den heutigen Kleinwinkel-Streugeräten nicht gemessen werden können und dass es sehr schwierig, wenn nicht unmöglich ist, mit Lichtstreumethoden zu messen.
In SPE Production & Facilities, S. 5 bis 61, Februar (1995), berichteten de Boer et al. über die Untersuchung der Asphaltausfällung in Ölen und beschrieben die Verwendung von Rückstreuenergie aus einer Schallsonde zum Erfassen von Asphaltenteilchen. Zum Sortieren der Signale in zwei Amplitudenklassen entsprechend kleinen und großen Teilchengrößen wurde ein Mehrkanalanalysator verwendet. Die Schallmessmethode wurde zur Überwachung der Relativzahlen von großen und kleinen Teilchen während einer Heptantitration von Öl eingesetzt, um die Asphaltausfällung einzuleiten. Da das Verfahren die Zugabe von beträchtlichen n-Heptan-Mengen zu dem Öl erfordert, ist es nicht praktisch, den Versuch bei einem im Prozess befindlichen Strom oder auf einer Ist-Zeit-Basis auszuführen. Außerdem erfordert der Titrationsvorgang eine beträchtliche Zeit bis zum Abschluss für jede Probe und eignet sich nicht besonders für die schnelle Messung des Agglomerationszustandes von Asphaltenen in einem Labor. Die Veröffentlichung gibt keine Offenbarung hinsichtlich eines Verfahrens zum Interpretieren der Messungen der gestreuten Schallenergie ohne Zugabe von n-Heptan zur Einleitung der Ausfällung und gibt keinen Grund dafür an, dies zu tun.
Später berichtete eine Gruppe aus dem gleichen Labor über den Laboreinsatz des gleichen Ultraschall-Teilchenanalysators zur Untersuchung der Brauchbarkeit von Asphalten-Inhibitoren (Bouts et al, J. Petr. Tech., 782 bis 787, September 1995). Zu dem Verfahren gehört eine Prüfzelle, die an einer Schallsonde befestigt ist, die wie vorstehend beschrieben wirkt, um die Energie zu messen, die von den Teilchen in der Flüssigkeit gestreut wird. Ein Mehrkanal-Analysator zählt Teilchen und sortiert die erfasste Streuenergie in dreizehn Amplitudenklassen. Die beiden Kanäle, die die kleinsten Teilchen messen, und die restlichen elf Kanäle, die die größeren Teilchen messen, wurden jeweils gebündelt, um "kleine" und "große" Teilchen abhängig von der Zeit zu überwachen, wenn die Probe mit n-Heptan titriert wurde, um die Asphaltene zu destabilisieren. Der Zweck des Verfahrens bestand darin, verschiedene inhibitoren durch überwachen der Bildung von Asphaltenagglomeraten als Funktion des zugesetzten Heptans und des Inhibitorgehalts zu prüfen. Die Untersuchung zeigt nicht, wie Daten für die Teilchengrößenverteilung für mehr als zwei Teilchengrößenbereiche oder ohne die Zugabe von Heptan zu interpretieren oder zu verwenden sind. Außerdem offenbart der Artikel nicht, wie der Agglomerationszustand von Asphaltenteilchen in flüssigem Kohlenwasserstoff auf Ist-Zeit-Basis ohne Verdünnung oder ohne Entfernen einer Probe der Flüssigkeit aus dem Strom oder Behälter, in dem sie enthalten ist, bestimmt werden kann.
Aus der US 5,121, 629 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Größenverteilung und Konzentration von Teilchen in Suspensionen bei Verwendung einer Ultraschallerregung mit ausgewählten gesonderten Frequenzen über einem ausgewählten Frequenzbereich bekannt, wobei die Dämpfung der Ultraschallwellen, die durch die Suspension hindurchgehen, für jede der ausgewählten gesonderten Frequenzen gemessen wird, um dadurch ein gemessenes Dämpfungsspektrum für die Suspension über dem ausgewählten Frequenzbereich zu erhalten. Ferner wird ein Satz von Dämpfungsspektren für durch die Suspension hindurchgehende Ultraschallwellen über dem ausgewählten Frequenzbereich unter Verwendung eines Satzes von Ursprungswerten der Teilchengrößenverteilung und -konzentration berechnet. Dann wird ein Vergleich zwischen dem gemessenen Dämpfungsspektrum und den berechneten Dämpfungsspektren ausgeführt, um eine annähernde Übereinstimmung zwischen wenigstens einem der berechneten Spektren und dem gemessenen Spektrum abzuleiten.
Aus dem Artikel "Quantitative grain size evaluation using ultrasonic backscattered echoes" (Quantitative Korngrößenbewertung unter Verwendung von rückgestreuten Ultraschallechos) von J. Saniie, N. M. Bilgutay, in The Journal of the Acoustical Society of America, USA, American Institute of Physics, New York, Band 80, Nr. 6, 1. Dezember 1986, S. 1816 bis 1824, ist ebenfalls eine Korngrößencharakterisierung unter Verwendung von rückgestreuten Ultraschallsignalen bekannt. In diesem Artikel wird ein heuristisches Modell untersucht, das die statistischen Charakteristika des gemessenen Signals zu dem mittleren Ultraschall-Wavelet und Dämpfungskoeffizienten in Beziehung setzt. Die Verluste in dem rückgestreuten Signal werden unter Verwendung von Funktionen zur zeitlichen Mittelung, Korrelation und Wahrscheinlichkeitsverteilung der segmentierten Daten geprüft. Weiterhin wird bei diesem Verfahren eine homomorphe Verarbeitung verwendet, um die mittlere Ultraschall-Wavelet-Fortpflanzung durch die Probe und die frequenzabhängige Dämpfung zu schätzen.
Die US 4,509,360 offenbart ein Verfahren zum Messen einer Teilchenagglomeration oder- dispersion in Fluidmischungen, bei welchem eine wiederholte Breitband-Ultraschallwelle durch einen Wandler erzeugt wird und in die Linse geschickt wird, die auch dazu dient, den Wandler von der Mischung zu trennen. Da die Stärke der Welle in der Abfragezone groß ist, führen kleine Änderungen in der Impedanz des Fluids in dieser Zone, die von durchgehenden Agglomeraten hervorgerufen werden, zu großen Schwankungen in der Stärke der rückgestreuten Welle, die von dem Wandler zwischen Impulsen überwacht wird und von zugehörigen elektronischen Bauelementen angezeigt wird. Auf diese Weise können große Agglomerate in dem Fluid, beispielsweise größer als 10 μm im Durchmesser, bestimmt werden.
Andere Systeme zur Ultraschallmessung von Teilchen in Flüssigkeiten sind in der US 4,412,451 und US 4,706,509 insgesamt beschrieben.
Trotz des Fortschritts mit Hoffnung gebenden Methoden in diesbezüglichen Bereichen steht kein geeignetes Verfahren zur Verfügung, um den Agglomerationszustand von Asphaltenen in Ölen, wie Rohöl oder in irgendeinem anderen optisch undurchsichtigen flüssigen Kohlenwasserstoff, schnell und ohne Probenverdünnung in einem Laborgerät oder auf Ist-Zeit-Basis und ohne Verdünnen oder Entfernen einer Probe aus dem Prozessstrom zu messen. Das Fehlen eines solchen Verfahrens hat auch die Möglichkeit begrenzt, die Agglomeration von Asphaltenen in solchen Ölen zu steuern.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Blockdarstellung der Bauelements eines Systems, das dazu verwendet werden kann, eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in die Praxis umzusetzen.
2 zeigt ein Schema einer fokussierten Schallsonde, die in einer Rohrleitung angebracht ist, in der die Flüssigkeitsströmungsrichtung durch den Pfeil angezeigt und der Fokusbereich des Schallsignals durch das Schneiden gestrichelter Linien gezeigt ist.
3 zeigt ein Schema eines Systems, das bei der vorliegenden Erfindung zur Erfassung und Umformung des gestreuten Schallsignals in eine Größe über ein Frequenzformat verwendet werden kann.
4 ist ein Blockschema eines Systems, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um das gestreute akustische Signal zu erfassen und in ein Format – dimensionslose Größe über Frequenz – zu transformieren.
5 ist ein Diagramm – dimensionslose Größe über Frequenz – von erfasster rückgestreuter Schallenergie in unverdünntem, unbehandeltem Rohöl innerhalb eines Frequenzbereichs von etwa 0,01 MHz bis etwa 20 MHz.
6 ist ein Diagramm – dimensionslose Größe über Frequenz – der erfassten rückgestreuten Schallenergie innerhalb eines Frequenzbereichs von etwa 0,01 MHz bis etwa 20 MHz in einem unverdünnten Rohöl, das behandelt worden ist, um die Bildung von Asphaltenteilchen zu unterdrücken.
7 ist ein Diagramm – dimensionslose Größe über Frequenz – der Daten von 5 und 6, das ein Verfahren zum Vergleichen der Daten der dimensionslosen Größe über der Frequenz von irgendeinem Öl oder flüssigem Kohlenwasserstoff mit einem Standard veranschaulicht.
8 ist ein Blockschema eines Systems, das dazu verwendet werden kann, eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in die Praxis umzusetzen, wobei die Messung des Ag glomerationszustands der Asphaltene in einem flüssigen Kohlenwasserstoff eine Aktion zur Steuerung der Agglomeration einleitet.
9 ist eine Seitenansicht einer Messzelle mit einem Wandler, die für einen labormaßstäblichen Einsatz angepasst ist, um eine Ausführung der vorliegenden Erfindung in die Praxis umzusetzen.
10 ist eine Draufsicht auf eine Messzelle mit zwei Wandlern, die für einen labormaßstäblichen Einsatz angepasst ist, um eine Ausführung der vorliegenden Erfindung in die Praxis umzusetzen.
11 ist eine Darstellung eines Systems, das bei Feldeinsätzen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wobei zwei Schallsonden in einer Schnittansicht eines Rohres gezeigt sind und jede Schallsonde durch die Rohrwand hindurchgehend in einem zurückziehbaren System angeordnet ist.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile in den vielseitigen Ansichten der Zeichnungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist somit auf ein verbessertes Verfahren zum Messen des Agglomerationszustands von Öl enthaltenden Asphaltenen gerichtet, wobei bei dem Verfahren an das Öl ein Schallenergiesignal angelegt wird, wodurch wenigstens ein Teil der Energie gestreut wird, die gestreute Schallenergie über einem ausgewählten Frequenzbereich erfasst wird, die Größe der erfassten gestreuten Schallenergie bei ausgewählten Frequenzen innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs aufgelöst wird und der Agglomerationszustand der Asphaltene durch Vergleichen der Daten – dimensionslose Größe als Funktion der Frequenz- mit einem Standard bestimmt wird. Dieses Verfahren kann zum Messen des Agglomerationszustands von Öl in einem Prozessstrom oder in einer kleinen Probe verwendet werden, die aus der Masse des Öls entfernt worden ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Bestimmen des Agglomerationszustands von Asphaltenen in einem Asphaltene enthaltenden Öl, wobei bei dem Verfahren eine Probe des Öls entnommen wird, an das Öl ein Signal aus Schallenergie angelegt wird, wodurch wenigstens ein Teil der Energie gestreut wird, die Größe der gestreuten Schallenergie über einem ausgewählten Frequenzbereich erfasst wird, die Größe der erfassten gestreuten Schallenergie bei ausgewählten Inkrementen innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs aufgelöst wird, eine Verteilung der relativen Größe der Asphaltenteilchen, die die akustische Energie innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs streuen, aus einer solche Auflösung abgeleitet wird und der Agglomerationszustand der Asphaltenteilchen bestimmt wird. Die Probe kann wahlweise zu der Ölmasse zurückgeführt werden.
Eine weitere Ausführungsform stellt ein Verfahren zum Steuern der Agglomeration von Asphaltenen in Öl bereit, bei welchem an das Öl ein Signal aus Schallenergie angelegt wird, wodurch wenigstens ein Teil der Energie gestreut wird, die gestreute Energie über einem ausgewählten Frequenzbereich erfasst wird, die Größe der erfassten gestreuten Energie bei ausgewählten inkrementen innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs aufgelöst wird, die aufgelöste, erfasste gestreute Energie mit einem Standard verglichen wird, und so eingewirkt wird, dass die Anzahl von Teilchen gesteuert wird, die eine Teilchengröße haben, die den ausgewählten Inkrementfrequenzen entspricht.
Von den zahlreichen Vorteilen dieser Erfindung kann das Bereitstellen eines Verfahrens zum Bestimmen des Agglomerationszustands von Asphaltenen in Öl, wie Rohöl oder einem Prozessstrom aus flüssigem Kohlenwasserstoff auf Ist-Zeit-Basis, das Bereitstellen eines solchen Verfahrens, das entweder inline ohne Entnahme einer Probe aus dem Prozessstrom oder an einer Ölprobe ausgeführt werden kann, die aus der Ölmasse entnommen wurde, das Bereitstellen eines Verfahrens, das keine Verdünnung des Öls oder die Zugabe anderer Materialien zu dem Öl erfordert, und das Bereitstellen eines solchen Verfahrens erwähnt werden, welches die Steuerung der Agglomeration von Asphaltenen in Ölen erleichtert.
Ins Einzelne gehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass die Konzentration und die Verteilung von relativen Größen von Asphaltenteilchen in Öl in Ist-Zeit dadurch gemessen werden können, dass ein Signal aus akustischer Energie an das Öl angelegt wird, wodurch wenigstens ein bestimmter Teil des Signals zum Streuen gebracht wird, wenn es auf die Asphaltenteilchen in dem Öl trifft, und die gestreute Schallenergie über einem ausgewähl ten Frequenzbereich erfasst wird. Die dimensionslose Größe der erfassten gestreuten Schallenergie kann bei ausgewählten Frequenzen in dem ausgewählten Frequenzbereich aufgelöst werden. Gewünschtenfalls kann eine Verteilung der relativen Größe der Asphaltenteilchen, die Schallenergie in dem ausgewählten Frequenzbereich gestreut haben, aus den Daten der dimensionslosen Größe über der Frequenz berechnet werden, indem die gemessenen Daten mit einem bekannten Standard oder einem Modell in Wechselbeziehung gesetzt werden. Unabhängig davon, ob die Daten der dimensionslosen Größe über der Frequenz mit einer Teilchengrößenverteilung korreliert wird, kann der Agglomerationszustand der Asphaltenteilchen in dem Öl dadurch bestimmt werden, dass die Daten für die dimensionslose Größe über der Frequenz oder die Teilchengrößenverteilung mit einem Standard so verglichen werden, dass die Differenzen zwischen den beiden den Zustand der Asphaltenteilchenagglomeration in dem Öl anzeigen. Der hier verwendete Ausdruck "Agglomerationszustand" bedeutet die relative Teilchengrößenverteilung und soll die Daten einschließen, die nach einer Korrelation mit einem bekannten Standard oder Modell eine solche relative Teilchengrößenverteilung ergeben.
Auf einer solchen Messung können dann Einwirkungen zum Steuern der Asphaltenagglomeration in dem Öl basieren. Darüber hinaus ermöglicht bei einer Ausführungsform der Erfindung die Verwendung beispielsweise eines Oszilloskops und eines Rechners zum schnellen Auflösen der erfassten gestreuten Energie in eine dimensionslose Größe bei jeder Frequenz aus einer großen Anzahl von Frequenzen und zur Ableitung einer relativen Teilchengrößenverteilung die Ausführung der Messung auf Ist-Zeit-Basis. Da die Bestimmung des Agglomerationszustands von Asphalten ohne Titrierung oder eine andere Modifizierung oder Verdünnung der zu untersuchenden Flüssigkeit ausgeführt werden kann, kann das Verfahren auch inline und ohne Verdünnen oder Verunreinigen des Prozessstroms oder irgendwelcher Proben, die genommen worden sein können, ausgeführt werden.
Bei der vorliegenden Anmeldung soll der Ausdruck "Öl" Rohöl und jeden anderen flüssigen Kohlenwasserstoff einschließen. Obwohl das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei jedem Öl verwendet werden kann, wird es besonders vorteilhaft bei einem Öl eingesetzt, das Asphaltene enthält, und lässt sich ganz besonders vorteilhaft für Öle nutzen, die optisch undurchsichtig sind.
Ein System, das zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung in die Praxis verwendet werden kann, ist in dem Blockschema von 1 gezeigt. Insgesamt erzeugt ein Impulsgenerator oder ein Impulsgeber 30 ein elektrisches Signal, das zu einer Schallsonde 10 gesendet wird, die das elektrische Signal in ein Schallsignal umwandelt, das in das zu untersuchende Öl abgestrahlt wird. Die gleiche Sonde oder fakultativ ein gesonderter Sensor 20 erfasst ein "Echo" des Schallsignals, das dadurch verursacht wird, dass das Signal gestreut wird, wenn es auf Asphaltenteilchen in dem Öl trifft. Ein Verstärker 40 verstärkt das erfasste gestreute Signal und übermittelt das verstärkte Signal zu einem Oszilloskop 50, welches das Signal aus analog in digital umwandelt, den Teil des erfassten gestreuten Signals auswählt, der sich aus dem Streuen in dem Fokusbereich der Sonde ergibt (dieser Auswahlschritt wird als "Toren" bezeichnet), und das Signal Amplitude über der Zeit in eine Verteilung – dimensionslose Größe über der Frequenz – umformt. Diese Verteilung wird einem Rechner 60 übermittelt, der die Verteilung mit einem Standard vergleicht und den Agglomerationszustand der Asphaltene in dem Öl bestimmt.
Wie der auf dem Gebiet der Utraschallmessung kundige Fachmann leicht erkennt, kann das beschriebene System leicht modifiziert werden, während noch die gleichen Funktionen ausgeführt werden. Beispielsweise kann das zu der Sonde 10 zu übermittelnde elektrische Signal von dem Oszilloskop 50 bei einem kombinierten Impulsgeber/Verstärker sowie durch den Impulsgeber 30 erzeugt werden. Alternativ kann das Oszilloskop 50 für die Verstärkung des erfassten Signals sorgen und den gesonderten Verstärker 40 ersetzen. Gewünschtenfalls kann gleichermaßen der Rechner 60 Kalkulierfunktionen ausführen, die vorstehend dem Oszilloskop 50 zugeschrieben sind.
Die verschiedenen Teile eines Systems zur Ausführung der vorliegenden Erfindung und ihre Arbeitsweise werden wie folgt beschrieben.
Die Schallsonde 10 kann ein fokussierter Ultraschallwandler sein, der in das Öl ein Signal aus Schallenergie transportiert. Die Sonde hat insgesamt einen piezoelektrischen Kristall, der in der Lage ist, elektrische Signale in physikalische Impulse umzuwandeln. Wenn der Kristall mit einem Fluid in Verbindung steht, werden solche physikalischen Impulse auf das Fluid übertragen und lösen Wellen aus, die eine Frequenz haben, die von der Frequenz des elektronischen Signals gesteuert wird. Vorzugsweise enthält die Sonde 10 auch eine Linse, um das Signal zu fokussieren, wie es durch die gestrichelten Linien in 2 dargestellt ist. Die Brennweite der Sonde 10 ist die Entfernung vom Ende der Sonde zu dem Punkt, wo die Wellenmuster konvergieren. Der Punkt, an dem die Wellenmuster konvergieren, wird manchmal als der "Fokusbereich" bezeichnet. Obwohl die Brennweite nicht kritisch ist, wird bevorzugt, dass sie kleiner ist als die Entfernung von der Linse der Sonde 10 zu einer gegenüberliegenden Rohr- oder Behälterwand oder zu einer gegenüberliegenden Wand einer Messzelle, d.h. der Fokusbereich sollte innerhalb des interessierenden Fluids liegen. Eine Sonde 10 mit einer Brennweite von etwa 100 mm ist für die vorliegende Erfindung geeignet, solange keine Wand, kein Rohr oder irgendein anderes Prozessgerät zwischen die Sonde 10 und den Fokusbereich eingreift.
Die hier verwendeten Ausdrücke "Sonde", "Sensor" und "Wandler" bedeuten den gleichen Gegenstand und werden manchmal austauschbar verwendet. Häufig wird der Begriff "Sonde" verwendet, um einen Wandler zu beschreiben, wenn sie hauptsächlich dazu verwendet wird, ein Signal zu übermitteln, während "Sensor" verwendet wird, wenn der Wandler hauptsächlich dafür verwendet wird, ein Signal zu empfangen oder zu erfassen.
Die Schallsonde 10 sollte in der Lage sein, ein akustisches Signal abzugeben, das eine Dauer, eine Amplitude und einen Frequenzbereich hat, der für die Erfindung geeignet ist. Ein solches Signal kann ein Impuls oder ein "tonfrequenter Schwingimpuls" sein.
Wenn das Signal ein Impuls ist, kann er von der Sonde 10 als eine Hochspannungsspitze von kurzer Dauer gesendet und gewöhnlich viele Male pro Sekunde wiederholt werden. Beispielsweise kann die 5-MHz-Sonde ein Signal von 10 ns und 300 V, das für einige Anwendungen dieser Erfindung geeignet ist, senden. Bevorzugt wird jedoch eine 10-MHz-Sonde, besonders bevorzugt eine 100-MHz-Sonde und ganz besonders bevorzugt eine 200-MHZ-Sonde.
Wenn das Signal ein tonfrequenter Schwingimpuls ist, kann er in das Öl anstelle der vorstehend beschriebenen Spitze oder des Impulses gerichtet werden. Der tonfrequente Schwingimpuls überstreicht das Frequenzspektrum, das für die Verwendung ausgewählt wurde, und jede Frequenz wird gesondert erfasst und analysiert. Der tonfrequente Schwingimpuls hat vorzugsweise eine Dauer zwischen 4 und 8 Zyklen. Die aktuelle Zeitdauer hängt von der Periode (T) des Tons ab. Wenn der Ton (n) Zyklen hat, beträgt die Dauer nT.
Die typische Arbeitsweise einer Schallsonde und von Ultraschallsystemen, die zu denen ähnlich sind, die für die Verwendung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, wird beispiels weise Urick, R. J., J. Appl. Phys. 19, 983 bis 987 (1947); von McClements, D.J. et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 22, 38 bis 47 (1989); von Holmes, A. K., et al., J. Coll. Int. Sci., 156, 261 bis 268 (1993); von McClements, D. J., Adv. Coll. Int. Sci., 37, 33 bis 72 (1991); McClements, D. J., J. Acoust. Soc. Am, 91, 849 bis 853 (1992); von Pinfield, V. J., et al., J. Coll. Int. Sci., 166, 363 bis 374 (1994) und von McClements, D. J., The use of ultrasonics for characterizing fats and emulsions (Die Verwendung von Ultraschall zur Charakterisierung von Fetten und Emulsionen), Doktorarbeit, Food Science Department, University of Leeds, GB (1988), beschrieben, wobei jede dieser Druckschriften hier als Referenz eingeschlossen ist.
Die Sonde sollte in der Lage sein, eine Temperatur bis 200°C und vorzugsweise bis 300°C und besonders bevorzugt bis 500°C auszuhalten. Die Sonde sollte ferner in der Lage sein, einen Druck von etwa 10 Pa, vorzugsweise von etwa 250 Pa und besonders bevorzugt von etwa 400 Pa auszuhalten. Darüber hinaus sollte die Sonde vorzugsweise in der Lage sein, einer chemische Korrosion und einer physikalischen Erosion durch die Öle, in denen sie verwendet wird, Widerstand entgegenzusetzen.
Geeignete Sonden können im Handel erhältlich sein oder hergestellt werden. Ein Typ einer im Handel verfügbaren Schallsonde, die für den Einsatz bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist die Bariuim-Titanat-Keramik-10-MHz-Sonde, wie sie mit einem Ultraschalltester von Balteau-Sonatest UFD-1 geliefert wird.
Bei einer Ausführungsform kann die Schallsonde 10 auch als Sensor zum Erfassen von Schallenergie verwendet werden, die von Teilchen in dem Öl gestreut wird. Bei dieser Anordnung ist nur ein Wandler erforderlich, und der gleiche Wandler dient als Signaleingabesonde und als Sensor. Alternativ kann eine Eingabesonde 10 mit einem oder mehreren gesonderten Sensoren 20 verwendet werden. Wenn gemäß 1, 10 und 11 ein gesonderter Sensor 20 verwendet wird, kann er irgendwo in dem Fluid in einer Beziehung zur Sonde 10, jedoch nahe genug zum Empfangen der Energie angeordnet werden, die von dem Fokusbereich gestreut wird. Die Sonde 10 und der Sensor 20 dürfen sich jedoch nicht berühren. In 10 sind die gesonderte Sonde 10 und der Sensor 20 so gezeigt, dass sie in einer Probenmesszelle angeordnet sind, wie sie in einem labormaßstabsmäßigen System verwendet werden kann. In 11 sind die gesonderte Sonde 10 und der Sensor 20 so gezeigt, dass sie in zurückziehbaren Sonden angeordnet sind, wie sie für eine Inline-Anbringung in einem Rohr mit einem Prozessstrom geeignet sein können. Obwohl ein gesonderter Sensor 20, wenn nur einer verwendet wird, nahezu überall in dem Fluid in Bezug auf die Sonde 10 angeordnet werden kann, wird bevorzugt, dass sich der Sensor nahe an der Sonde befindet, jedoch so angeordnet ist, dass die Signalrichtung der Sonde die Signalrichtung des Sensors an dem Fokusbereich oder in der Nähe von beiden mit einem Winkel von weniger als etwa 90° schneidet. Wenn gesagt wird, dass sich der Sensor "nahe" an der Sonde befindet, so bedeutet dies, dass der Sensor so angeordnet ist, dass er in der Lage ist, zurückgestreute Energie zu erfassen, die von dem Eingabesignal der Sonde verursacht wird. Vorzugsweise befindet sich der Sensor innerhalb von zwei Metern bezüglich der Sonde, besonders bevorzugt innerhalb etwa 1 m und ganz besonders bevorzugt innerhalb etwa 0,25 m bezüglich der Sonde.
Der hier verwendete Ausdruck "Signalrichtung" soll die Richtung bedeuten, die senkrecht zu der Fläche eines Wandlers ist und von ihr wegführt, wobei die Richtung auf einer Linie liegt, die von der Mitte der aktiven Fläche des Wandlers durch den Fokusbereich für diesen Wandler hindurchgeht, wie es beispielsweise in 2 gezeigt ist. Die aktive Fläche des Wandlers ist der Teil eines Wandlers, durch den akustische Signale mit dem Fluid ausgetauscht werden, mit dem der Wandler in Kontakt steht. Ein Vorteil, der durch Verwendung einer gesonderten Sonde und eines gesonderten Sensors erreicht wird, besteht darin, dass die Sonde und der Sensor so angeordnet werden können, dass das von der Sonde erzeugte Eingabesignal das rückgestreute Energiesignal nicht stört, das von dem Sensor erfasst wird. Da das rückgestreute Energiesignal häufig eine beträchtlich niedrigere Stärke als das Eingabesignal hat, ermöglicht das Ausschließen einer Störung des Eingabesignals einen klareren und empfindlicheren Empfang der gestreuten Energie durch den Sensor. Darüber hinaus ermöglicht das Fehlen einer Störung durch das Eingabesignal, dass die Signalhandhabung und der Interpretationsprozess vereinfacht wird, was nachstehend erläutert wird. Bevorzugt wird, dass die Sonde und der Sensor so angeordnet sind, dass sich die Signalrichtung der Sonde mit der Signalrichtung des Sensors mit einem Winkel von weniger als etwa 90°, besonders bevorzugt mit einem Winkel von weniger als etwa 60° und ganz besonders bevorzugt mit einem Winkel von weniger als etwa 45° schneidet. Nimmt man an, dass die in den Figuren gezeigten Sonden und Sensoren beispielsweise in der gleichen Ebene liegen, schneidet die Signalrichtung der Sonde 10, die in 1 gezeigt ist, offensichtlich die Signalrichtung des Sensors 20 mit einem Winkel von etwa 180°, während sich die Signalrichtungen von Sensor und Sonde von 10 offensichtlich mit einem Winkel von etwa 60° schneiden, während sich die Signalrichtungen von Sensor und Sonde von 11 mit einem Winkel von etwa 28° schneiden. Zu erwähnen ist, dass der tatsächliche Schnitt der Signalrichtungen von Sonde und Sensor nicht erforderlich ist, damit die Erfindung arbeitet. Die Beschreibung wird lediglich dafür verwendet, um die bevorzugte Positionierung von Sonde und Sensor anzuzeigen.
Der Sensor, unabhängig davon, ob es die Sonde 10 oder ein gesonderter Sensor 20 ist, wandelt die Schallwellen der gestreuten Schallenergie, die auf den piezoelektrischen Kristall trifft, in ein elektrisches Signal um. Die Arbeitsweise eines Schallenergiesensors ist insgesamt durch die vorstehenden Referenzen in dem die Sonde 10 beschreibenden Abschnitt erläutert.
Vorzugsweise hat der Sensor des diskutierten Systems eine Empfindlichkeit, die geeignet ist, rückgestreute Energie mit einer Frequenz von bis zu 20 MHz zu erfassen, besonders bevorzugt wird jedoch eine Sonde, die rückgestrahlte Energie mit Frequenzen mit bis zu 100 MHz erfassen kann, während ganz besonders bevorzugt eine Sonde ist, die rückgestrahlte Energie mit Frequenzen bis zu 200 MHz erfassen kann.
Die Schallsonde 10 kann einziehbar angebracht werden, wie es in 3 und 11 gezeigt ist, um die Sonde gesteuert in eine Rohrleitung oder in einen Behälter einzuführen. Die zurückziehbare Anordnung ermöglicht es, dass die Sonde 10 leicht aus dem Kontakt mit der Flüssigkeit für eine Wartung oder einen Austausch zurückgezogen werden kann, ohne dass der Behälter oder die Leitung demontiert werden müssen. Die zurückziehbare Halterung kann von Hand aktiviert oder von einem Motor angetrieben werden. Die Auslegung der Halterung, die für die Sonde 10 verwendet wird, ist nicht kritisch, da jeder Fachmann in der Lage ist, eine geeignete Halterung zu bauen.
Für das erforderliche Eingabesignal zum Betreiben des Wandlers der Sonde 10 ist ein Impulsgeber 30 vorgesehen. Wie vorstehend erwähnt, kann auch das Oszilloskop 50 zur Erzeugung des Eingabesignals verwendet werden.
Ein Verstärker 40 verstärkt das erfasste gestreute Signal, bevor es zu dem Oszilloskop 50 übermittelt wird. Der Impulsgeber 30 und der Verstärker 40 können besondere Bauteile oder zu einem einzigen Bauteil kombiniert sein. Beispielsweise wirkt als kombiniertes Bauteil ein UTEX UTP320 von UTEX Scientific, Inc..
Das Oszilloskop 50 der vorliegenden Erfindung sollte in der Lage sein, das gestreute Schallsignal auszutasten, eine Analog-Digital-Umwandlung durchzuführen und vorzugsweise das Signal von einem Format Amplitude über der Zeit in ein Format dimensionslose Größe über Frequenz zu transformieren. Die Torfunktion begrenzt das Signal auf die erfasste Energie, die von den Teilchen innerhalb des Fokusbereichs (Bereich "B" in 4) gestreut wird. Dadurch beseitigt sie den Teil des Signals, der von dem Eingabeimpuls (Bereich "A" in 4) stammt, jede Reflexion, die von einer gegenüberliegenden Rohrwand stammt, und alle anderen Teile des Signals mit Ausnahme der Streuung aufgrund der Teilchen in dem Fokusbereich. Wenn gesondert eine Sonde 10 und ein Sensor 20 in einer bevorzugten Ausgestaltung, wie vorstehend beschrieben, verwendet werden, erfasst der Sensor 20 keinen Teil des Signals, der dem Eingabeimpuls zuzuordnen ist. Somit ist die Torfunktion für ein System nicht erforderlich, das eine Sonde und einen Sensor hat, die voneinander getrennt und in einer bevorzugten Ausgestaltung angeordnet sind.
Oszilloskope, die für die Verwendung in dem vorliegenden System geeignet sind, sind beispielsweise ein LeCroy Modell 9450 und ein LeCroy Modell 9320. Solche Oszilloskope sollte mit einer Software vervollständigt sein, die für eine Wellenformverarbeitung geeignet ist, beispielsweise für die Wellenformverarbeitungspakete Eins und Zwei, verfügbar von LeCroy. Die Daten von dem Oszilloskop werden auf einen Rechner 60 beispielsweise durch Verwendung eines IEEE Steck- und Spieladapters von National Instruments übertragen.
Bei dem vorliegenden System wird ein Rechner 60 verwendet, um das Signal von dem Oszilloskop 50 zu empfangen und die Wellenformen für eine weitere Referenz zu speichern und auch mit Wellenformen gegenüber Referenzabtastungen und anderen Standards zu vergleichen, um Teilchengrößenmodulierung und Analyse auszuführen, um den Agglomerationszustand von Asphaltenen in dem Öl zu bestimmen und um jeden gewünschten Alarm oder eine Steuerwirkung einzuleiten.
Obwohl Art und Rechengeschwindigkeit des Rechners nicht kritisch sind, wird bevorzugt, dass ein Personal Computer mit einem Pentium-7-Prozessor oder sein Äquivalent mit einer Breitbahn-Software, wie beispielsweise Microsoft Excel 7, in dem vorliegenden System verwendet wird.
Die vielfältigen Komponenten eines Systems, das zur Ausführung der vorliegenden Erfindung geeignet ist, sind, wie in 1 angezeigt ist, miteinander und mit anderen erforderlichen elektrischen Quellen oder Komponenten zu verbinden, um einen korrekten und beabsichtigten Betrieb jeder Komponente zu ermöglichen. Insgesamt sollte die Sonde 10 so angeschlossen sein, dass sie ein elektrisches Eingabesignal von dem Impulsgeber 30 empfängt und ein erfasstes gestreutes Schallsignal zu dem Verstärker 40 übersendet. Der Verstärker 40 sollte so angeschlossen sein, dass er ein verstärktes gestreutes Schallsignal auf das Oszilloskop 50 überträgt. Des Oszilloskop 50 ist mit dem Rechner 60 so verbunden, dass es nach Ausführung von erforderlichen Tor- und Umformungsschritten Daten auf den Rechner 60 für weitere Berechungen übertragen kann, was zur Bestimmung des Agglomerationszustands der Asphaltene und zur Einleitung irgendeines gewünschten Alarms oder von Kontrollfunktionen führt.
Das vorliegende Verfahren zum Messen des Agglomerationszustands von Asphaltenen in Asphaltene enthaltendem Öl wird dadurch ausgeführt, dass an das Öl ein Signal von Schall- oder Ultraschallenergie angelegt wird. Das vorliegende Verfahren ist in der Lage, den Agglomerationszustand von Asphaltenen in nahezu jedem Öl, das Asphaltene enthält, zu bestimmen, es ist jedoch besonders zweckmäßig bei Rohöl, bei anderen optisch undurchsichtigen Strömen oder Strömen und Proben, wo andere Inline-Ist-Zeit-Erfassungsverfahren aufgrund hoher Drucke oder hoher Temperaturen nicht arbeiten können.
Bei einer Ausführung kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei Öl in einem Prozessstrom unter Ist-Zeit-Bedingungen angewendet werden. Bei dieser Anwendung wird das Schallsignal vorzugsweise auf Öl aufgebracht, dessen Agglomerationszustand vor irgendeiner Verdünnung des Öls, die sich bei der Verarbeitung (beispielsweise der Raffinierung) einstellt, der das Öl unterworfen wird, und ohne Verdünnen oder Verfälschung des Öls während des Anlegens des Signals bestimmt werden soll. Die Schallsonde 10 wird vorzugsweise an dem Reaktor, Behälter, Austauscher, der Rohrleitung, dem Behältnis oder einem anderen Gefäß oder einer Leitung installiert, in der das Öl lagert, überführt oder verarbeitet wird, so dass das Signal an das Öl in dem Prozessstrom angelegt werden kann und ohne dass Öl aus dem Prozessstrom entfernt wird, wodurch eine Unterbrechung oder Störung der Lagerung, der Überführung oder der Verarbeitung vermieden wird, der das Öl unterliegt.
Der Ausdruck "Prozessstrom", wie er hier verwendet wird, bedeutet jeden Strom oder jede Ölmenge, die nicht eine kleine Probe ist, und soll Öle in Pipelines, Reaktoren, Wärmeaustau schern, Tanks, Pumpen, Rohren, Leitungen oder anderen Behältnissen oder Kanälen umfassen, in denen Öl herkömmlicherweise gelagert, gehandhabt, verarbeitet, transportiert oder zu einer Behandlung oder Lagerung überführt oder von ihr abgeführt oder währenddessen überführt wird, soll jedoch keine kleinen Proben von Öl umfassen, die für Prüfzwecke aus einer Ölmenge entfernt oder abgetrennt worden sind, für die der Agglomerationszustand von Asphaltenen zu messen oder zu steuern ist.
Wenn erwähnt wird, dass ein Versuch, eine Sonde oder ein Gerät "inline" verwendet wird, bedeutet dies, dass die betreffende Prüfung, die betreffende Sonde oder das betreffende Gerät direkt in dem Prozessstrom anstelle einer Probenahme aus dem Strom zur Anwendung kommt.
Das Schallsignal sollte auf die Flüssigkeit als ein Impuls oder eine fortlaufende Reihe von Impulsen oder als tonfrequenter Schwingimpuls angelegt werden. Der Frequenzbereich, der bei dem vorliegenden Verfahren besonders interessierenden Schallsignale reicht grob von 0,1 MHz bis etwa 200 MHz.
Die Schallwellen werden reflektiert, wenn sie auf eine Trennfläche zwischen der Flüssigkeit und einer Diskontinuität, wie ein Teilchen, treffen. Da sich das Schallsignal durch die Flüssigkeit fortpflanzt, trifft es auf alle Teilchen auf seinem Weg. Wenn eine fokussierte Schallsonde verwendet wird, konvergiert das Schallsignal in einem Brennpunktbereich und erzeugt ein besonders starkes Signal an diesem Punkt. Wenn das Signal ein Teilchen trifft, wird etwas von der Schallenergie gestreut. Teilchen unterschiedlicher Größe führen zu einer Streuung von Energie mit unterschiedlichen Frequenzen. Außerdem ist die Größe der gestreuten akustischen Energie umso größer, je mehr Teilchen in dem Weg des Signals vorhanden sind. Deshalb führt eine spezielle Verteilung der Größe und Anzahl von Teilchen in einer Flüssigkeit zu einer gestreuten Schallenergiecharakteristik für sowohl die Größe als auch die Anzahl der Teilchen. Da Rohöl und andere in Verarbeitung befindliche Öle in weitem Rahmen frei von mikroskopischen Teilchen außer Agglomeraten von Asphaltenen sind, entsprechen die Teilchengrößenverteilungen, die aus der Schallstreumethode erhalten werden, der Verteilung der Asphaltenteilchen.
Die gestreute Schallenergie wird von einem Sensor oder Detektor erfasst, der oben beschrieben ist. Obwohl die Sonde 10 auch als Sensor für rückgestrahlte Energie wirkt, können ge sonderte Sensoren 20 bezüglich der Signalsonde, wie vorstehend beschrieben, angeordnet werden, um eine Vorwärtsstreuung oder Energie zu erfassen, die in einem anderen Winkel gestreut wird. Die Erfassung der Rückstreuenergie wird für bestimmte Ausführungen für eine Anpassung an eine Online-Vorrichtung bevorzugt, da beispielsweise eine Sonde sowohl als Signalsonde als auch als Sensor wirken kann.
Wenn Asphaltene unter Bildung von Teilchen agglomerieren, können die ersten gebildeten Teilchen relativ klein sein und haben vielleicht nur wenige Asphaltenmoleküle. Wenn jedoch Bedingungen vorherrschen, die die Agglomeration begünstigen, wachsen die Asphaltenteilchen. Wesentlich ist deshalb, dass die gestreute Schallenergie in einem Frequenzbereich erfasst wird, der die Frequenzeigenschaft für Energie einschließt, die von den speziellen Asphaltenteilchen in dem Öl gestreut wird. Die Erfinder haben festgestellt, dass dieser charakteristische Frequenzbereich mit der Art des Öls und der Art des Prozesses, dem das Öl unterworfen wird, variieren kann. Das Messen von gestreuter Energie über dem falschen Frequenzbereich kann das Bilden der Asphaltenagglomerate vollständig verfehlen. Deshalb muss ein charakteristischer Frequenzbereich für jede Installierung des Systems kalibriert und optimiert werden. Solange man die Notwendigkeit erkennt, einen geeigneten Frequenzbereich zu bestimmen, kann dies von dem Fachmann ohne übermäßige Versuche ausgeführt werden.
Die Erfassung von gestreuter Schallenergie über einem Frequenzbereich von etwa 0,1 MHz bis etwa 20 MHz ist zum Bestimmen des Zustands der Agglomeration von Asphaltenen in einem typischen Öl geeignet, um jedoch die Erfassung eines weiteren Bereichs von Teilchengrößen zu gewährleisten, wird eine Erfassung über einem Frequenzbereich von etwa 0,1 MHz bis etwa 100 MHz besonders bevorzugt, während eine Erfassung über einem Frequenzbereich von etwa 0,1 MHz bis etwa 200 MHz am stärksten bevorzugt wird. Wenn jedoch einmal die Frequenzbereichscharakteristik für von den speziellen Asphaltenteilchen in einem speziellen Öl gestreute Energie bestimmt worden ist, kann es zweckmäßig sein, gestreute Energie nur über diesem oder innerhalb dieses eingeschränkteren Bereichs zu erfassen.
Wenn ein Spitzen- oder Impulseingabesignal verwendet wird, wird das Echo oder das gestreute Signal als eine Aufzeichnung von Amplitude über der Zeit erfasst, die sich aus jedem solchen Eingabeimpuls ergibt, wie es in 4 gezeigt ist. Dieses Diagramm der Amplitude des erfassten gestreuten Signals, das von jedem Impuls über der Zeit erhalten wird, zeigt das erfasste Signal als eine Spitze bei der Zeit = 0, was der Eingabepuls selbst ist, und danach er fasst der Sensor von Material auf dem Weg der Schallwelle gestreute akustische Energie. Die Entfernung längs der "Zeit"-Achse entspricht der Entfernung von dem Ende der Sonde, da die für eine Welle bis zum Treffen eines Teilchens und zum Rückreflektieren in die Sonde erforderliche Zeit durch die Schallgeschwindigkeit in dem Öl und durch die Entfernung des Teilchens von dem Ende der Sonde gesteuert wird.
Die Amplitude der erfassten Energie ist proportional zu der Konzentration der Teilchen auf dem Weg des Signals. Ein besonders starkes Ansprechen ergibt sich aus dem Fokusbereich aufgrund der Divergenz des Eingabesignals an diesem Punkt.
Das von dem Sensor empfangene Signal wird unter Verwendung eines Schmalbandverstärkers verstärkt und so abgestimmt, dass es an die Grundfrequenz des Wandlers angepasst ist. Wenn eine einzige Sonde verwendet wird, wird das Signal so getort, dass es beim Streuen aus dem Fokusbereich fokussiert und dann in ein digitales Signal durch einen Analog/Digitalwandler umgewandelt werden kann. Wenn getrennte Sonden verwendet werden, um das Eingabesignal zu erzeugen und um die rückgestreute Energie zu erfassen, kann der Schritt des Torens vermieden werden, wenn die Sonde und der Sensor in einer bevorzugten Ausgestaltung, wie vorstehend beschrieben, angeordnet werden.
Das verstärkte umgewandelte Signal wird dann in ein Format – dimensionslose Größe über Frequenz – so aufgelöst, dass die relative Teilchengrößenverteilung korreliert und der Zustand der Agglomeration der Asphaltene bestimmt werden kann. Verfahren zum Durchführen dieser Auflösung werden von McClements, D. J., et al., Ultrasonics, 31, 433 bis 437 (1993); von McClements, D. J., et al., J. Coll. Int. Sci., 160, 293 bis 297 (1993); von Dickenson, E., et al., J. Coll. Int. Sci., 142, 103 bis 110 (1991); und von McClements, D. J., und M. J. W. Povey, Ultrasonics, 30, 383 bis 388 (1992), beschrieben, wobei diese Quellen hier durch Bezugnahme darauf eingeschlossen sind.
Das verstärkte, getorte (falls erforderlich) und umgewandelte Signal wird dann von einem Format – Amplitude über der Zeit – durch Fourier-Transformation in ein Format – dimensionslose Größe (Dezibel, dB) über der Frequenz (MHz) – transformiert. Die Daten der dimensionslosen Größe über der Frequenz werden dann gemittelt, vorzugsweise über etwa 200 Impulse, und entweder zu dem Oszilloskop oder dem Rechnerschirm zur Anzeige als Diagramm – dimensionslose Größe über der Frequenz -, wie es in 5 und 6 gezeigt ist, oder zu dem Rechner zum Speichern und für weitere Berechnungen exportiert.
Wenn das erfasste Signal in die Daten – dimensionslose Größe über Frequenz – aufgelöst sind, kann, falls erwünscht, eine Verteilung der relativen Größe der Asphaltenteilchen abgeleitet werden, die die Schallenergie in dem ausgewählten Frequenzbereich streuen. Diese Ableitung kann dadurch erfolgen, dass die Frequenz bei jeder spezifischen Frequenz innerhalb des interessierenden Frequenzbereichs mit einer speziellen bekannten Teilchengröße korreliert wird. Dies kann so ausgeführt werden, dass man die frequenzadaptiven Daten für Teilchen bekannter Größen enthaltende Standardmischungen oder durch Vorhersage eines auf einer Streutheorie basierenden Korrelationsmodells – Frequenz über Teilchengröße – erhält. Ein Vergleich mit einem bekannten Standard wurde von Povey, M. J. W. und M. G. Scanlon, J. Coll. Int. Sci., 93(2), 565 bis 566 (1983) beschrieben, was hier als Referenz eingeschlossen ist. Eine Korrelation der Teilchengröße mir der Frequenz durch vergleich mit einem Streutheoriemodell wurde durch Pinfield, V. J., et al., Ultrasonics, 33(3), 243 bis 251 (1995) beschrieben. Dieses Modell kann mit Korrekturen für thermische Streueffekte verbessert werden, wie es von Pinfield, V. J. und M. J. W. Povey, J. Phys. Chem. B, 101, 1110 bis 1112 (1997), beschrieben wird, wobei jede dieser Quellen hier als Referenz eingeschlossen ist.
Alternativ kann die relative Teilchengrößenverteilung aus Daten der Amplitude über der Frequenz sowie aus Amplitude-über-Zeit-Daten erhalten werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber früheren Verfahren besteht darin, dass sie eine Methode zum Auflösen einer Teilchengrößenverteilung in nahezu jede Anzahl von diskreten Teilchengrößen innerhalb des Bereichs von Teilchen bereitstellt, die in dem ausgewählten Frequenzbereich erfasst werden. Dies erfolgt durch Auswahl der Anzahl der diskreten Frequenzen innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs, zu dem die jeweilige Teilchengröße korreliert ist. Bevorzugt wird, dass eine relative Teilchengröße wenigstens bei drei verschiedenen Frequenzen innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs bestimmt wird, während besonders bevorzugt wird, dass die relative Teilchengröße bei wenigstens 15 verschiedenen Frequenzen innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs bestimmt wird, und ganz besonders bevorzugt wird, dass die relative Teilchengröße bei wenigstens 30 verschiedenen Frequenzen innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs bestimmt wird.
Der nächste Schritt besteht darin, die Daten aus dimensionsloser Größe über Frequenz oder die Teilchengrößenverteilung mit irgendeinem Standard zu vergleichen und den Agglomerationszustand der Asphaltene zu bestimmen.
Die Daten aus dimensionsloser Größe über der Frequenz präsentieren eine Verteilung von relativen Teilchengrößen anstatt von absoluten Teilchengrößen, und die Verteilungen entweder von relativen oder absoluten Teilchengrößen können als ein Maß für den Agglomerationszustand der Teilchen in dem Öl verwendet werden. Die Verteilung, wie sie in einem Öl gemessen wird, wird mit einem Standard verglichen, der einen bekannten Agglomerationszustand hat, und die Differenzen zwischen der gemessenen Verteilung und dem Standard zeigen den Agglomerationszustand des gemessenen Öls an. Beispielsweise kann die Basislinie bei der dimensionslosen Größe von 0 dB, wie in 5 gezeigt ist, als Standard für den Vergleich mit der gemessenen Verteilung aus Rohöl dienen. Die Zweckmäßigkeit eines derart einfachen Standards wird durch die in 6 gezeigte, ähnlich flache Verteilung des Rohöls veranschaulicht, das mit einem Agglomerationsinhibitor behandelt wurde und keine Teilchen aufweist. Das spitzenartige Signal in 5 zwischen etwa 14 MHz und 20 MHz wird Asphaltenteilchen in dem Rohöl zugeteilt.
Die Verwendung von mit einem Agglomerationsinhibitor behandelten Rohöl als Standard ist in 7 gezeigt, wo die Verteilung des Standards – dimensionslose Größe über Frequenz- über die gleichen Daten für Rohöl überlagert wird. Wie vorstehend zeigen die Differenzen in den beiden Signalen in dem Frequenzbereich zwischen etwa 14 MHz und etwa 20 MHz das Vorhandensein von Agglomeraten in dem Rohöl.
Da der Ablauf der akustischen und elektronischen Schritte der vorliegenden Erfindung sehr schnell erfolgt und weil kein Schritt ein Warten auf das Eintreten einer Änderung in der Flüssigkeit (wie bei den von Bouts, deBoer und Anfindsen offenbarten Verfahren) oder die Titrierung oder Zugabe irgendeines Materials zu der Flüssigkeit (wie bei Bouts und deBoer) erfordert, erfolgt die Bestimmung des Agglomerationszustandes im Wesentlichen unmittelbar und kann vorteilhafterweise auf einer Ist-Zeit-Basis bei Prozessströmen und dergleichen verwendet werden. Im vorliegenden Fall bedeutet im Wesentlichen unmittelbar, dass die Messung in weniger als etwa einer Sekunde ausgeführt werden kann. Natürlich kann aber das die vorliegende Methode anwendende System solche Messungen kontinuierlich vornehmen und kann, falls erwünscht, Ergebnisse von mehreren Messungen, die über irgendeinen gewünschten Zeitraum vorgenommen werden, mitteln.
Die Verwendung der vorliegenden Erfindung in einer Vorrichtung im Labormaßstab ist eine zusätzliche Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Bei einem Verfahren, das für diese Anwendung geeignet ist, kann eine Flüssigkeitsprobe entnommen oder aus dem Behälter abgeleitet werden, in dem sich das Öl befindet, bei welchem der Agglomerationszustand der Asphaltene bestimmt werden soll. An dem unverdünnten Öl werden, wie vorstehend beschrieben, die gleichen Schritte des Anlegens von Schallenergie, des Erfassens von Streuenergie, des Auflösens, Ableitens und Bestimmens des Agglomerationszustands der Asphaltene mit der Ausnahme ausgeführt, dass das Anliegen und Erfassen in einer Durchflusszelle oder eines Messzelle statt in dem Prozess oder Behälter erfolgen. Beispiele für solche Messzellen sind beispielsweise in 9 und 10 gezeigt. Nachdem solche Messungen abgeschlossen sind, kann die unverdünnte, unverfälschte Ölprobe je nach Wunsch zurückgeführt oder entsorgt werden. Ein Vorteil, dass die unverdünnte und nicht verunreinigte Ölprobe zu der Ölmasse zurückgeführt werden kann, besteht darin, dass keine zusätzlichen Kosten oder Anstrengungen zum Entsorgen der Kohlenwasserstoffproben erforderlich sind.
Eine zusätzliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Verfahren zum Steuern der Agglomeration von Asphaltenen in Öl. Es kann ein System, wie es in 8 gezeigt ist, für eine solche Steuerfunktion verwendet werden. Das entsprechende Verfahren weist die Schritte auf, dass ein Schallenergiesignal an das Öl angelegt wird und dass die Streuenergie über einer ausgewählten Frequenz, wie vorstehend beschrieben, erfasst wird. Die erfasste Energie wird dann in seine dimensionslose Größe bei ausgewählten Inkrementen in dem ausgewählten Frequenzbereich aufgelöst. Die dimensionslose Größe der erfassten Streuenergie wird mit der Anzahl von Teilchen in einer bestimmten Größe in Bezug gesetzt, und für die Steuerzwecke ist es nicht erforderlich, die Verteilung der relativen Teilchengrößen abzuleiten, sondern nur die dimensionslose Größe des erfassten Signals bei einer oder mehreren ausgewählten Frequenzen mit einem Standard zu vergleichen, um eine Entscheidung für ein Einwirken zum Steuern der Anzahl von Teilchen zu treffen, die der Teilchenfrequenz oder den Teilchenfrequenzen entspricht.
Wenn eine Anwendung der vorliegenden Erfindung für einen speziellen Einsatz kalibriert und abgestimmt wird, kann es erwünscht sein, den Frequenzbereich, der zum Erfassen von ge streuter Schallenergie ausgewählt wird, auf den Frequenzbereich begrenzen, der von den agglomerierten Asphaltenteilchen gestreut wird, die für das Öl charakteristisch sind. Vorzugsweise reicht der zum Erfassen der gestreuten Schallenergie ausgewählte Frequenzbereich von etwa 14 MHz bis etwa 20 MHz.
Die Einwirkung zur Steuerung der Anzahl von Teilchen kann in einer Vielzahl von Formen erfolgen. Beispielsweise kann die Vorrichtung eine Änderung in den Prozessbedingungen, wie Durchsatz, Temperatur oder Druck, oder die Zugabe eines Agglomerationsinhibitors, eines Tensids oder eines anderen chemischen Zusatzstoffes veranlassen. Alternativ kann die Steuereinwirkung darin bestehen, einen Strom zu verteilen, zu verlangsamen, zu beschleunigen oder einen Prozess anzuhalten.
Die Verwendung des Verfahren zum Messen des Agglomerationszustands in einem Regelkreis ist in 8 gezeigt. Der Regelkreis kann den Rechner 60 und ein Steuerstellglied 70 aufweisen, wobei die Rückkoppelungsdaten von einem System bereitgestellt werden, das das Verfahren zum Messen des Agglomerationszustands nach der vorliegenden Erfindung benutzt.
Durch das Verfahren zum Messen des Agglomerationszustands von Asphaltenen in Öl werden mehrere besonders zweckmäßige Grundelemente bereitgestellt. Die Messung kann auf Ist-Zeit-Basis ausgeführt werden, da es keine Titrierungen für andere Zugaben zu dem Öl gibt und somit keine durch solche Zugaben herbeigeführten Änderungen abgewartet werden müssen. Das Anlegen, Erfassen und Auflösen des Schallsignals wird sehr schnell durchgeführt. Auch wenn das erfasste gestreute Energiesignal über hundert gesonderte Impulse gemittelt wird, kann die relative Teilchengrößenverteilung abgeleitet werden und der Agglomerationszustand der Asphaltene in einer Zeit bestimmt werden, die gut unter einer Sekunde liegt.
Die Schallsonde kann direkt in einem Behälter oder einer Leitung, die die Ölmasse enthält, installiert werden, und die Messung kann auf einer Inline-Basis erfolgen. Es ist keine Probenahme erforderlich. Da der Versuch bei der Probenahme nicht verdünnend ist, kann die Probe, falls erwünscht, in die Ölmasse ohne Verdünnung oder Verfälschung des Öls zurückgeführt werden.
Aufgrund der einfachen und robusten Art und der Materialien der Schallsonde kann das Verfahren weiterhin in Strömen und unter Bedingungen ausgeführt werden, bei denen andere Methoden aufgrund der Temperatur, des Drucks oder der Korrosivität des Öls nicht funktionieren würden.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Merkmale hat das Verfahren zum Steuern der Agglomeration von Asphaltenen in Öl das nützliche Merkmal, dass es eine Ist-Zeit-Steuermethode ist. Ein Signal aus dem Messsystem gibt im Wesentlichen den Zustand des Öls in einem Prozessstrom zu einer gegebenen Zeit wieder. Basierend auf dieser Information können Informationen getroffen werden, um die Agglomeration der Asphaltene zu steuern, und die Ergebnisse dieser Aktionen können ohne inakzeptable Zeitverzögerung überwacht werden. Dadurch wird ein Regelkreis mit einer Zeitverzögerungskonstante innerhalb normaler Praxis möglich. Dies erlaubt die Verwendung einer herkömmlichen industriellen Steuerausrüstung, um die Prozessänderungen zu bewirken, die die Steuereinrichtung (in diesem Fall der Personal Computer) verlangt.
Gewerbliche Verwertung
Die Mess- und Steuersysteme der vorliegenden Erfindung können für jede Anwendung inline, im Behälter oder im Prozess eingesetzt werden, die die Messung oder Steuerung des Agglomerationszustandes von Asphaltenen in Öl verlangt. Die gleichen Mess- und Steuersysteme können auch in einer Vorrichtung verwendet werden, die für einen Betrieb im Labormaßstab ausgelegt ist.
Eine potenziell nützliche Anwendung erfolgt während der Förderung am Bohrloch oder im Bohrloch, wo Änderungen der Temperatur und des Drucks häufig zu einem Ausfällen von Asphaltenen aus dem Rohöl führen. Dies führt zu einem Verstopfen von Leitungen und Ausrüstung und erzwingt periodische Abschaltungen und eine Wartung zum Entfernung der Asphaltenfeststoffe. Die Installierung einer Mess- und Steuervorrichtung basierend auf der vorliegenden Erfindung würde beispielsweise die Zugabe von Asphalten-Ausfällungsinhibitoren auf einer Basis, wie erforderlich, ermöglichen, um die Asphaltenagglomeration zu minimieren. Dies ist eine Verbesserung gegenüber der Zugabe solcher teurer Chemikalien auf kontinuierlicher Basis, da insgesamt weniger Inhibitor mit der Zeit zum Einsatz kommt und die Unterbindung einer Verstopfung längere Arbeitsperioden ermöglicht.
Die Verfahren nach dem Erfindungsgegenstand können auch bei Strömen im Prozess, wie Viskositätsbrecherströmen, verwendet werden, wo heiße trübe Flüssigkeiten die meisten herkömmlichen Teilchensensoren funktionsunfähig machen.
Das folgende Beispiel beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Wenn der Fachmann die Beschreibung oder die praktische Ausführung der Erfindung, wie sie hier offenbart ist, durchsieht, werden für ihn andere Ausgestaltungen ersichtlich, die innerhalb des Rahmens der Ansprüche liegen.
Beispiel 1
Die Messung des Agglomerationszustands von Asphaltenen in Rohöl erfolgt nach einer Impulsechomethode.
Ein System mit einem UTEX UTP320-Impulsgeber/Verstärker wurde dazu verwendet, ein gepulstes elektrisches Signal für eine fokussierte 10-MHz-Ultraschallsonde bereitzustellen. Die Spitze der Sonde wurde in eine Probe aus unverdünntem Rohöl untergetaucht. Das bei diesem Beispiel verwendete Impulssignal hatte die folgenden Eigenschaften:
Spannung = 1 kV (1.000 V)
Dauer = 3 ns
Impedanz = 70 Ohm
Elektrische Leistung 14.285,7 W
Wirkungsgrad = 0,1
Schallleistung = 1.428,57 W
Spitzenfrequenz = 1.000 Hz
Verhältnis von Ein/Aus = 3 x 10^-6
Mittlere elektrische Leistung = 0,04286 W
Mittlere Schalleistung = 0,00429 W
Die Sonde wirkte auch als Sensor zur Erfassung der Rückstreuenergie. Der UTEX-Impulsgeber/Verstärker verstärkte das erfasste Signal und übertrug es zu einem Oszilloskop LeCroy, Modell 9320. Das Oszilloskop führte eine Analog-Digital-Umwandlung des Signals aus und torte das Signal für eine Rückstreuung durch Teilchen in dem Fokusbereich. Die Tor breite betrug etwa das Doppelte der rückgestreuten Signaldauer (d.h. 2 μs entsprechend einem Fokusbereich mit einer räumlichen Erstreckung von etwa 3 mm in dem Öl). Das Oszilloskop führte dann die Fourier-Transformation des Signals aus, wodurch es von dem Format-Amplitude über Zeit – in ein Format – dimensionslose Größe über Frequenz – umgewandelt wird. Die Daten – dimensionslose Größe über Frequenz – wurden über 200 Abtastungen ermittelt, bevor sie zu einem Personal Computer für die Ablage und weitere Berechnungen in einem Excel^®-Spreadsheet-Programm exportiert werden. In 5 ist ein Diagramm der sich ergebenden Daten – dimensionslose Größe über Frequenz – über einen Frequenzbereich von etwa 0,1 bis 20 MHz gezeigt. In dem Diagramm ist auch eine ausgezogene Linie enthalten, die einen Mittelwert für diese Datenpunkte zeigt.
Die gleiche An von Messung wurde an einer Probe des gleichen Öls, wie es vorstehend verwendet wurde, ausgeführt, dem jedoch ein chemischer Inhibitor zugesetzt worden war, um eine Asphaltenagglomeration zu verhindern. Das Diagramm für diese mit Inhibitor versehene Probe ist in 6 als dimensionslose Größe über der Frequenz gezeigt.
Der Rechner verglich die Daten aus dem Öl (wie in 5 gezeigt) mit dem Standard (wie in 6 gezeigt), indem er sie überlagerte, wie in 7 gezeigt. Alternativ kann das Diagramm von 5 einfach mit einer willkürlichen Basislinie, beispielsweise der "dimensionslose Größe 0"-Basislinie, wie sie in 5 gezeigt ist, oder mit einem Modell oder irgendeinem anderen Standard verglichen werden, gegenüber dem der Agglomerationszustand des unbekannten Materials bestimmt werden kann.
In 7 kann die Spur der Asphaltenteilchen, die hauptsächlich in dem 14-MHz- bis 20-MHz-Bereich streuen, zu dem Fehlen einer solchen Streuung in der mit Inhibitor versetzten Probe des gleichen Öls gegenübergestellt werden. Dieser Unterschied gibt den Grad der Asphaltenagglomeration in dem Rohöl wieder.

Claims

Verfahren zum Messen des Agglomerationszustandes von Asphaltenen in Asphaltene enthaltendem Öl, bei welchem – an das Öl ein Schallenergiesignal angelegt wird, wodurch wenigstens ein Teil der Energie gestreut wird, – die gestreute Schallenergie über einem ausgewählten Frequenzbereich erfasst wird, – die Größe der erfassten gestreuten Schallenergie bei ausgewählten Frequenzen innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs aufgelöst und – der Agglomerationszustand der Asphaltene durch Vergleichen der Größe als Funktion der Frequenzdaten mit einem Standard bistimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die ausgewählten Frequenzen in dem ausgewählten Frequenzbereich wenigstens drei verschiedene Frequenzen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die ausgewählten Frequenzen in dem ausgewählten Frequenzbereich wenigstens fünfzehn verschiedene Frequenzen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Schritte ohne Verdünnen der Kohlenwasserstoffflüssigkeit ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Schritte des Verfahrens in weniger als einer Sekunde ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die erfasste gestreute Schallenergie rückgestreute Schallenergie ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der ausgewählte Frequenzbereich von 0,1 MHz bis 200 MHz reicht.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der ausgewählte Frequenzbereich von 1 MHz bis 20 MHz reicht.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der ausgewählte Frequenzbereich von 14 MHz bis 20 MHz reicht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Erfassen durch wenigstens einen Sensor ausgeführt wird, der in eine Signaleingabesonde eingeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Erfassen durch wenigstens einen Sensor ausgeführt wird, der von einer Signaleingabesonde getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Signaleingabesonde und der Sensor so angeordnet sind, dass die Signalrichtung der Sonde die Signalrichtung des Sensors mit einem Winkel von weniger als 90° schneidet.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Signaleingabesonde und der Sensor so angeordnet sind, dass die Signalrichtung der Sonde die Signalrichtung des Sensors mit einem Winkel von weniger als 60° schneidet.
Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem die Signaleingabesonde und der Sensor so angeordnet sind, dass die Signalrichtung der Sonde die Signalrichtung des Sensors mit einem Winkel von weniger als 45° schneidet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Schallenergiesignal als ein Impuls angelegt wird und der Schritt des Auflösens der Größe der erfassten gestreuten Schallenergie bei ausgewählten Frequenzen in dem ausgewählten Frequenzbereich das Durchlassen der erfassten gestreuten Schallenergie zu dem Teil der erfassten Energie, die von einem Fokusbereich ausgeht, und eine Fourier-Transformierung der erfassten gestreuten Energie in ein Format – Größe abhängig von der Frequenz – aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Schallenergiesignal als ein Kurzton angelegt wird und der Schritt des Auflösens der Größe der erfassten gestreuten Schallenergie bei ausgewählten Frequenzen in dem ausgewählten Frequenzbereich das Erfassen der Größe der gestreuten Energie bei ausgewählten Frequenzen in dem ausgewählten Frequenzbereich aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Bestimmen des Agglomerationszustandes der Asphaltene dadurch bewirkt wird, dass die Verteilung der Asphaltenteilchen, die Schallenergie in dem ausgewählten Frequenzbereich streuen, mit einem Standard verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem der Standard eine Probe mit bekannter Teilchengröße ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem der Standard ein Modell der Teilchengröße basierend auf der Streutheorie ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem sich die Öl enthaltenden Asphaltene in einem Prozessablaufstrom befinden und das Schallenergiesignal an das Öl in dem Prozessablaufstrom angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 mit den Schritten a) Entnehmen einer Probe des Öls und ohne Verdünnen des Öls, b) Anlegen des Schallenergiesignals an das Öl, wodurch wenigstens ein Teil der Energie gestreut wird, c) Erfassen der Größe der gestreuten Schallenergie über einem ausgewählten Frequenzbereich, d) Auflösen der Größe der erfassten gestreuten Schallenergie bei ausgewählten Inkrementen innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs, e) Ableiten einer Verteilung der relativen Größe der Asphaltenteilchen, die die akustische Energie innerhalb des ausgewählten Frequenzbereichs streuen, aus einer solchen Auflösung und f) Bestimmen des Agglomerationszustands der Asphaltenteilchen.
Verfahren nach Anspruch 21 mit dem zusätzlichen Schritt, die unverdünnte Ölprobe zurückzuführen.
Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem das Verfahren in einer Vorrichtung im Labormaßstab ausgeführt wird.
Verfahren zum Steuern der Agglomeration von Asphaltenen in Öl, welches die Ausführung des Verfahrens von Anspruch 1, das Vergleichen der aufgelösten erfassten gestreuten Energie mit einem Standard und das Einwirken zur Steuerung der Anzahl von Teilchen aufweist, die eine Teilchengröße haben, die den ausgewählten Inkrementfrequenzen entspricht.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem der für das Erfassen der gestreuten Schallenergie ausgewählte Frequenzbereich auf einen Frequenzbereich der Schallenergie begrenzt ist, die von den agglomerierten Asphaltenteilchen gestreut wird, die für das Öl charakteristisch sind.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem der ausgewählte Frequenzbereich von 14 MHz bis 20 MHz reicht.