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Verfahren und Vorrichtung zum Entsalzen von Kohlenwasserstoff-Wasser-Emulsionen
Die vorliegendeErfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Entsalzen von Kohlenwasserstoff-Wasser-Emulsionen unter Zusatz von Wasser durch
Behandlung im elektrischen Feld. Nach diesem Verfahren können verschiedene Kohlenwasserstoffe
behandelt werden, beispielsweise Erdöle, öle, deren leicht siedende Anteile entfernt
sind, Fraktionen aus Destillierverfahren, kurz. beliebige Kohlemvasserstoffe von
verhältnismäßig hohem elektrischem Widerstand.
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Rohöl, wie es aus den meisten Bohrlöchern kommt, liegt als Emulsion
mit ro bis So% Salzwasser vor. Zur Verminderung dieses Salzwassergehaltes vor der
Destillation sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen -%vorden. So wird z. B. die
Emulsion der Wirkung eines elektrischen Feldes ausgesetzt, wodurch es jedoch nicht
gelingt, das Wasser mit den darin gelösten Salzen vollständig zu entfernen.
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öle, die schon eine Vorbehandlung erfahren haben und noch eine verhältnismäßig
geringe Menge Salzsole, jedoch von hohem Salzgehalt, enthalten, sind besonders schwierig
zu verarbeiten.
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Um das elektrische Entwässern zu erleichtern, hat man bereits vorgeschlagen,
der ursprünglichen Emulsion weiteres Wasser zuzusetzen und die Flüssigkeiten so
innig zu vermischen, daß das zugesetzte Wasser die Soletröpfchen aufnimmt, und dann
die Emulsion dem elektrischen Feld auszusetzen. Obwohl
dieses Verfahren
das Entwässern der Rohölemulsion erleichtern kann, löst es doch die Aufgabe der
Entfernung des Salzes keineswegs.
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Beim vorliegenden Verfahren wird die zu behandelnde Emulsion nur so
milde mit Wasser vermischt, daß eine Zerkleinerung der Wassertröpfchen der ursprünglichen
Emulsion nicht erfolgt. Dadurch wird eine Mischung erhalten, in der die Menge der
ursprünglichen Wassertröpfchen zusammen mit Tröpfchen des zugesetzten Wassers vorhanden
ist. Unter der Wirkung eines elektrischen Feldes fließen dann die nebeneinander
vorhandenen Tröpfchen zusammen. Von den bekannten Verfahren weicht das vorliegende
demnach insofern ab, als bei jenen so heftig gemischt wird, daß sich das zugesetzte
Wasser größtenteils mit dem ursprünglich vorhandenen Wasser vereinigt, während bei
diesem die Vereinigung erst im elektrischen Felde erfolgt.
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Nach Abtrennung der Wassertröpfchen enthält das behandelte Öl meist
die gleiche Wassermenge wie das ursprüngliche, jedoch eine viel geringere Salzmenge.
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Bei dem Abtrennen der zusammengeflossenen Massen zeigt sich, daß ein
erheblicher Anteil der in dein Öl vorhandenen wasserlöslichen Verunreinigungen nunmehr
in dem abgesetzten Wasser enthalten ist.
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Es hat sich herausgestellt, daß auch die an die Kohlenwasserstoffe
gebundenen Verunreinigungen durch eine solche Behandlung zum größten Teil entfernt
werden.
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Die Erfindung eignet sich für die Vorbehandlung von Mineralölen oder
anderen Kohlenwasserstoffen, die zur Reinigung der Spaltung in nachfolgenden Destillationsstufen
verarbeitet werden sollen.
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Die Abbildung stellt eine Anlage dar, die vorteilhaft zur Durchführung
des beanspruchten Verfahrens benutzt werden kann.
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Das aus dein Bohrloch stammende rohe Öl wird in eine geeignete Entwässerungsvorrichtung
gepumpt, die den größten Teil des Wassergehaltes abtrennt und abführt.
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In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß das Öl nach dieser
Entwässerung noch etwa i11/0 Wasser enthält, in dem verschiedenartige Verunreinigungen
gelöst sind, und daß das Öl selbst Säure gelöst enthält.
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Das entwässerte 01 fließt unter Pumpendruck und in erwärmtem
Zustande durch eine Rohrleitung 78 zu.
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In diesem Ölstrom wird ein Strom heißen Wassers durch Leitung 76 vorzugsweise
rechtwinklig eingeführt, wobei der Zufluß der Flüssigkeiten dem gewünschten Mengenverhältnis
entsprechend geregelt «-erden kann. Dadurch wird eine vorläufige Mischung erreicht.
Sie kann mehrmals wiederholt werden, um die entstehende verhältnismäßig lockere
Emulsion herzustellen.
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Zum weiteren Mischen oder Emulgieren der vorläufigen Mischung kann
jede geeignete Vorrichtung 85. verwendet werden. Von dort fließt die vorläufige
Mischung in ein Rohr 86 ab, das zu dem elektrischen Behandlungsgefäß 87 führt.
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In manchen Fällen wird eine besonders gute Wirkung erzielt, wenn die
zufließende vorläufige Mischung in zwei Teile geteilt wird, die vor ihrer Wiedervereinigung
durch die Emulgiervorrichtung bzw. durch eine Nebenleitung ioo geführt werden. Der
durch die Emulgiervorrichtung strömende Teil wird innig gemischt, und der in der
Nebenleitung fließende Teil wird bei der Vereinigung mit ersterem gemischt. Die
Größe der zugesetzten Wassertröpfchen in der entstehenden Mischung kann auf diese
Weise verändert «-erden, denn die Tröpfchen, die sich im Nebenstrom bilden, können
größer sein als die in dem durch die Emulgierv orrichtung gegangenen Strom.
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Es ist oft notwendig, das entwässerte Öl und das zugesetzte Wasser
schrittweise zu mischen, anstatt die Mischung in einer einzigen Vorrichtung durchzuführen.
In manchen Fällen werden bessere Ergebnisse erzielt, wenn man unmittelbar vor dem
Einleiten in das elektrische Feld weitermischt. Dazu kann das Rohr 86 mit einem
Emulgierverteiler io,# verbunden sein.
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Das elektrische Feld bewirkt, daß die Tröpfchen des ursprünglich vorhandenen
und des zugesetzten Wassers zusammenfließen, so daß sich das Wasser durch Schwerkraft
vorn Öl trennt. Wenn die Vorrichtung eine gewisse Zeit in Betrieb war, enthält der
Behälter 87 in seinem oberen Teil das behandelte h1 und unten das abgetrennte Wasser.
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Um zu verhindern, daß durch das abgetrennte Wasser Ölteilchen mitgerissen
werden, leitet man durch das abgesetzte Wasser einen nach oben gerichteten Wasserstrom.
Zu diesem Zweck ist über dem Wasserabzugsrohr 177 ein mit mehreren Öffnungen versehener
Leitungskopf igo vorgesehen, der das Wasserabzugsrohr schützt.
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Das behandelte Öl strömt von dein oberen Ende des Behälters 87 durch
ein Rohr Zoo und kann unmittelbar in die Raffinieranlage geleitet werden, obwohl
es sich als besser erwiesen hat, es in einen Lagerbehälter für beliandeltes Öl abzulassen,
in dem eine weitere Abtrennung des Wassers stattfindet.
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Als Beispiel seien die Arbeitsbedingungen und Ergebnisse eines bestimmten
Öles angegeben. ohne das Verfahren hierauf zu heschränken.
Das Öl
enthielt in diesem Falle lediglich o,¢ bis 0,5 0/0 Wasser. .z63,5 1 Öl enthielten
jedoch i.oo bis 25o g im Wasser gelöste Salze. Die Salze bestanden in der Hauptsache
aus Chlormagnesium und Chlorcalcium. Bei Anwendung des Verfahrens hat es, sich als
möglich erwiesen, den Salzgehalt gleichmäßig auf io g oder weniger zu erniedrigen,
in manchen Fällen sogar auf 5 g. Das Öl wurde mit einer Geschwindigkeit von 368
cbm am Tag durch die Behandlungseinrichtung hindurchgeschickt. Der Durchschnittswassergehalt
des behandelten Öls wurde in diesem Falle auf 0,20/, vermindert.
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Das ankommende Öl hatte eine Temperatur zwischen 52 und 66°, das-
verwendete Wasser etwa 7i°. Dadurch wurde das Öl gelinde erwärmt, und die Temperatur
der in die Emulgiervorrichtung einströmenden vorläufigen Mischung betrug etwa 66°.
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Das -verfügbare Wasser bestand aus Frischwasser, das verschiedene
Salze in sehr geringen Mengen enthielt. Die Mengen zwischen io und 500/0 waren hinreichend;
die besten Ergebnisse bei der Bildung der entstehenden Emulsion wurden mit einem
Zusatz von 20'/, Wasser erzielt. Die Wirkung wurde etwas verbessert, wenn man zusätzliches
Wasser durch das im Behälter i i5 enthaltene Wasser aufwärts strömen ließ. Die Temperatur
des eingeleiteten Wassers lag nur wenig höher als die des vorhandenen Wassers.
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Es wurde so schonend gemischt, daß eine verhältnismäßig unbeständige
Emulsion entstand, so daß sich etwa go ° /0 Wasser nach 2 bis 3 Tagen durch die
Schwerkraft aus> dem Öl abtrennten.
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Der Wassergehalt des behandelten Öls betrug etwa o,2°/0. Eine mikroskopische
Prüfung des aus dem oberen Ende des Behandlungsgefäßes 87 abfließenden Öls ergab
die Gegenwart von Wassertröpfchen der Größenordnung von i u. Dies entspricht etwa
der Größe der ursprünglich in dem zuströmenden Öl vorhandenen Tröpfchen. Die in
dem abgezogenen Wasser enthaltenen Salze hatten eine gemischte Zusammensetzung,
d. h. sie bestanden aus den in den ursprünglichen Wassertröpfchen als auch in dem
zugesetzten Wasser enthaltenen Salzen.
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Das zugesetzte Wasser darf nicht die gleichen Salze in der gleichen
Konzentration enthalten wie das- ursprünglich vorhandene Wasser.
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Es können der Menge des vorhandenen Öls verschiedene Mengen Wasser
zugesetzt werden. Die untere Grenze scheint bei etwa 80/0 zu liegen, während die
obere durch die eintretende Phasenumkehrung bestimmt wird. Manchmal können etwa
5o °/0 verwendet werden. Bei größeren Mengen ist es vorzuziehen, die Wasserdüse
am Boden des Behandlungsgefäßes zu verwenden. Beiden meisten Ölen haben sich sehr
günstige Ergebnisse zwischen 15 und 25'/, gezeigt. Etwa :2o1/0 scheinen die besten
Ergebnisse zu liefern. Die Temperatur des Wassers ist von untergeordneter Bedeutung
und wird am besten der Temperatur des Öles angeglichen. In manchen Fällen kann Wasser
von Zimmertemperatur eingeleitet werden, obwohl bessere Ergebnisse bei Verwendung
von Wasser höherer Temperaturen erhalten worden sind. Das übliche Temperaturgebiet
liegt zwischen 40 und ioo °, aber es können auch höhere Temperaturen verwendet werden
bis zum Siedepunkt bei dem verwendeten Druck.
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Ähnliches gilt für das zuströmende Öl; es sind ausgezeichnete Ergebnisse
mit Öltemperaturen zwischen .I0 und i o5 ° erzielt worden.
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In manchen Fällen kann die Mischung mit oder ohne Heizung des- anströmenden
Öls oder des Wassers erhitzt werden. Die zur Behandlung im elektrischen Feld am
besten geeigneten Temperaturen der Mischung liegen zwischen q.o und go°.
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Bezüglich der im Öl selbst enthaltenen Verunreinigungen ist zu sagen:
. Sie können im Öl gelöst oder kolloidal verteilt sein. Wenn das- zuströmende
01 nur wenige Prozent Wasser, Säure und kolloidal darin verteilten Schlamm
enthält, so kann mit dem vorliegenden Verfahren auch ein größerer Teil dieser Verunreinigungen
entfernt werden. Diese Tatsache läßt sich nicht genau erklären. Es ist festgestellt,
daß weder die im Öl gelöste Säure noch der kolloidal verteilte Schlamm mit dem zugesetzten
Wasser in größerem Maße während der Mischung sich vereinigt; trennt man das Wasser
aus der entstehenden Mischung ab, bevor diese dem elektrischen Feld ausgesetzt wird,
so bleiben die meisten Verunreinigungen im Öl zurück und gehen nicht in das Wasser
über. Wird jedoch die Mischung der Wirkung eines elektrischen Feldes ausgesetzt,
so geht die gelöste Säure und der kolloidal verteilte Schlamm in erheblichem Maße
aus dem Öl in das Wasser über.
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Obwohl die Durchführung des Verfahrens mit entwässertem Öl beschrieben
ist, gelangt es auch, Verunreinigungen aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen gemäß
den oben angegebenen Grundsätzen ohne Rücksicht darauf zu entfernen, ob diese Kohlenwasserstoffe
auf die eine oder andere Art vorbehandelt sind. Es ist unwesentlich, daß der Kohlenwasserstoff
ein geringeres spezifisches Gewicht hat als das zugesetzte Wasser. Wenn das Gegenteil
der Fall ist, so können die hier beschriebenen Maßnahmen angewendet werden, indem
man das Wasser oben am Behandlungsgefäß abzieht und den Kohlenwasserstoff unten.