DE848199C - Verfahren und Vorrichtung zum Brechen einer Emulsion - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 1. SEPTEMBER 1952

St jnA'9 !I'd/ us

Vorliegende Ertinduivg liezicht sich auf ein ver-1 K'ssiTtcs cl-i-ktrisclif< Verfahren nebst Vorrichtung zum Brechen vmi Emulsionen, z. Ii. wässerigen Kmulsioncn. Eine besondere Anwendungsform der Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren nebst Vorrichtung zur Behandlung von Kohlenwasserstonölen zur Entfernung von Eremdstot'len. beispielsweise zur Abscheidung von Salzen aus so!c1k> enthaltenden !bellenden Kohlenwasserstoffen. Die Erfindung bi'ziclu sich namentlich auf ein verbessertes \ frtahreu (!er elektrischen lüitsalzunji, \volx.'i der Stn">imini;s\ erlauf der zu entsalzenden fließt? η de η Kohlenwasserstoffe kontrolliert wird. l".rfnHhin,t;s-,liemäl.'i wird ein salzhaltiger Kolileinvasserstoffstrnin ch^mi^ch behandelt, eiiuil^'iert und durch eine begrenzte Zone Ljeführt und di)rt (kr Einwirkung eines elektrischen l'eldes zur Koagulation unterworfen. Anschliiel.ieud kommt der Strom in eine Absetzzone bei einem derartigen Strihnunjisverlauf, daß die Emulsion in dem elektrischen EeId gehalten wird. Es ist lx?kan>iit, daß verschiedenartige RohvT(l<ile Salze und andere schädliche Substanzen in wechselnder Menge enthalten, an Salzen ti. a. Magnesiumchlorid. Calciumchlorid, Natriumchlorid. Neben anderen Metallen sind Eisen. Strontium. Kalium und Vanadin zugegen, deren Salze als Bromide. Sulfate. Carbonate und Bicarbonate vorliegen. Diese Salze müssen aus dem Roherdöl ganz oder wenigstens weitgehend· entfernt werden, da sie nicht nur Korrosion d^r Raftinierungseinrichtuiig verursachen.

sondern auch die Anlage, z. B. Wärmeaustauscher, Kondensatoren u. dgl., verstopfen. Natriumchlorid ist regelmäßig quantitativ am stärksten vertreten, Magnesiumchlorid und Calciumchlorid rufen al)er augenscheinlich die größten Konrosionsschäden und andere Schäden an der Raffination«- und Destillationsapparatur hervor. Zur Entfernung der störenden Salze sind verschiedene Verfahren bekannt.

So wurde vorgeschlagen, dem salzhaltigen Rohöl ίο Wasser zuzusetzen und das Gemisch auf etwa 149⁰ zu erhitzen und den erhitzten Strom bei einem Druck von etwa 13,6 Atm. zu halten. Um I>ei diesem Entsalzungsverfahren einen ausreichenden Kontakt zwischen Wasser und Salzen des Rohöls zu erreichen, müssen Wasser und Rohöl vollständig miteinander vermischt werden; dies führt zur Ausbildung einer Emulsion von Öl und Wasser. Zur Vermischung pasLsiert der Strom gewöhnlich ein Druckentspannungsventil. Die entstehende Emulsion wird üblicherweise durch eine Schicht eines Koagulationsmaterials, im allgemeinen Sand, geleitet. Der Strom gelangt dann in eine Absetzzone, wo siich Wasser und Ol voneinander scheiden. Die das Salz enthaltende wässerige Phase wird am Boden, die ölphase, die gewöhnlich praktisch salzfrei ist, oben aus der Absetzzone entfernt. Der Grad der ölentsalzung ist weitgehend eine Funktion der Größe der Apparatur und des zugesetzten Wasserquantums. Gewöhnlich gebraucht man eine großräumige Apparatur, um den Salzgehalt des Öls in ausreichendem Maße zu vermindern.

Auch andere elektrische Verfahren wurden vorgeschlagen. Im allgemeinen wird hierbei Wasser dem salzhaltigen Rohöl zugesetzt, das Gemisch bei einem Druck von 5,1 Atm. auf etwa 93⁰ erhitzt und durch ein Druckentspannumgsventil zwecks ausreichender Durchmischung und Bildung der Emulsion geleitet. Die Emulsion wird einer mit Elektroden ausgesetzten Zone zugeführt, die ein elektrisches¹ Feld erzeugen. Durch Einwirkung des elektrischen Feldes wird die Emulsion gebrochen, und es scheidet sich (Lie wässerige Phase, die das Salz zum großen Teil enthält, von der Ölphase ab. Diese Verfahren arbeiten an sich mit Erfolg, Ixniötigen aber eine verhältiiismäßig umfangreiche Apparatur.

Es wurde nun gefunden¹, daß unerwartete und günstige Ergebnisse erreicht werden¹, wenn die elektrische Entsalzung in der Weise vonstatten geht, daß ein Strom zunächst durch eine l>egrenzte Zone, in der er der Einwirkung des elektrischen Feldes ausgesetzt ist, und dann durch eine Absetzzone derart geleitet wird, daß die Emulsion im elektrischen Feld gehalten wird.

Vorliegende Erfindung wird an Hand; der Zeichiiunig erläutert, die Ausführungsformen der Erfindung l>eispielsweise veranschaulicht. Fig. 1 stellt eine Anwendungsform dar, bei der die begrenzte Zone und die Absetzzone zwei l)e sonde rs getrennte Zonen sind. Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Anwendungsform der Erfindung, 1>ei der die Abscheidezone einen wesentlichen Teil der Entsalzungsvorrichtung umfaßt und lx?züglich der elektrischen Zone so gelagert ist. daß die ungebrochene Emulsion lxi'strebt ist. in die elektrische Zone zurückzufließen. Fig. 3 bringt eine besondere Anwendungsform, die der Darstellung in Fig. 2 ähnlich ist.

j Gemäß Fig. 1 wird die Beschickung aus salzj haltigem Kohlenwasserstofföl in die Anlage durch Leitung ι eingeführt. Wasser durch Leitung 2. Das Gemisch kann ein chemisches Reagens enthalten, das die elektrische Entsalzung verbessern soll. Das Gemisch wird auf etwa 93° erwärmt und auf einem Druck von 1,70 Atm. gehalten. Das Gemisch passiert ein Druckentspannungsventil 3, das den Druck auf etwa Atmosphärendruck vermindert. Dies bewirkt eine gründliche Vermischung von Öl und Wasser und die Bildung einer Emulsion. Letztere strömt dann durch eine 1>egrenzte Zone 10 zwischen abstand'swcise angebrachten Elektroden 4. In dein elektrischen Feld wird die Emulsion in eine durch Leileitung 5 abziehende Ölphase und eine durch Leitung 6 abziehende Wasser- oder Emulsionsphase gebrochen.

Der durch Leitung 5 abfließende Strom wird einer ' Absetzzone 20 oben, die durch Leitung 6 abziehende Wasser- oder Emulisionsphase am oder nahe dem Boden dersell>en zugeführt. Die Ströme fließen in der Längsrichtung durch Zone 20 zwischen Platten oder emulsionsbrechenden Elementen 7. Letztere sind in der Strömungsrichtung mit geringer Stei- 90 ' gumg angebracht, so daß jede sich dort bildende wässerige Phase zum Einlaßende der Zone frei zurückfließen kann,. Vorzugsweise besitzen die Elemente 7 einen Rand 9, der ein Überfließen von Wasser auf der Vorderseite der Elemente weitgehend verhindert. Ein entsalztes, praktisch wasserfreies Rohöl mit verhältnismäßig geringem Salzgehalt verläßt die Zone 20 durch Leitung 11. Die wässerige Phase wird durch Leitung 12, gegel>enentalls zur weiteren Verwendung, entfernt. Xach einer l>esouderen Anwendungsform der Erfindung wird eine Emulsionsphase an einer Stelle über dem Boden von Zone 20 durch Leitung 13 abgezogen und über Leitung ι zur Wiedereinführung in Zone 10 zurückgeleitet.

Gemäß Fig. 2 wird ein salzhaltiger Ölstrom durch Leitung 21 und Wasser durch Leitung 22 in die Anlage eingeführt. Das Öl-Wasser-Gemisch enthält zweckmäßig ein chemisches Reagens zur Verstärkung der elektrischen Entsalzung des Öls. Das Gemisch passiert Druckentspannunigsventil 23, ähnlich dem Vorgang Ix¹I Fig. 1. Das Öl wird, wie zu Fig. 1 l>eschrielx'n ist, auf etwa 93⁰ erwärmt und bei einem Druck von etwa 5,τ Atm. gehalten. Das Öl wird l>eim Durchgang durch Ventil 2T₁ mit dem Wasser gründlich durchgemischt unter Bildung einer Emulsion. Letztere fließt in Längsrichtung durch Zone 30 zwischen abstandsweise angeordneten Elektroden 24. zwischen denen ein elektrisches Potential besteht. Unter der Wirkung des elektrischeil· Feldes bricht die Emulsion in eine wässerige Phase. d;ie praktisch alles Salz enthält, und eine verhältnismäßig salzfreie Ölphase. Erstere wird aus Zone 30 durch Leitung 2^ abgezogen, die Ölphase strömt zusammen mit unzerstÖTten Eniulsionsteilclien in Zone 40 aufwärts, die in einem Winkel von· etwa 30 bis 60' zur

Zone 30 angeordnet ist. In Zone 40 sind durchgehend Platten oder Setzelemente 26 angebracht. Heim BrecIk'ii der Emulsionsteilchen sammelt sich Wasser auf den Platten an und lliel.lt abwärts; das wasser- und salzfreie Öl lliel.it aufwärts und wird durch Leitung _'7 ausgetragen.

Erfnidungsgeniäß fliel.it die Emulsionsphase, die nicht gebrochen ist. aus Absetz/.one 40 in die elektrische Zone 30 zurück und unterliegt dort wiedertun der Wirkung des elektrischen Feldes. So fließen die Emulsionstcilchen. die sich mir schwierig brechen lassen, zur wiederholten elektrischen Behandlung zurück, verbleiben also nicht so lange in einem Gefäß, bis sie aufgebrochen sind. Für letztere Arlieitsweise würde eine sehr große Apparatur benötigt, verglichen mit dem Ausmaß der für vorliegendes Verfahren lienötigten Vorrichtung.

Gemäß Fig. 3 wird die Anlage durch Leitung 4r mit (' )1 lieschickt. in das Wasser durch Lcitung42 und ein chemisches Reagens im Bedarfsfall in beliebiger Weise eingebracht wird. Her Strom wird auf etwa ; <;3 πι I leizzone 43 erwärmt und auf einem Druck von etwa 5.1 Atm. gehalten. J )er Strom passiert Druckentspannungsventil 44, wo der Druck scharf auf etwa 3.4 Atm. reduziert wird. Der scharfe Druckabfall bewirkt innige Vermischung von Öl und Wasser unter ISildung einer F'mulsion. die der Zone ^o zugeführt wird. Diese besteht aus einem tiefer liegenden elektrischen Teil und einem höher liegen den besonderen und getrennten Absetzteil. Der HeschickungsMrom tliel.it zwischen elektrischen Anoden und Kathoden 5 1, die in Zone 50 eingebaut sind. I nter der W lrkting des elektrischen Feldes bricht die Emulsion. Die das Salz enthaltende wässerige I'hase wird durch die Leitung 52 abgezogen, die O]-phase Hießt mit unzerstörten Fmulsionsteilchen in bere

Teil von Zone ;o. in der emulsions-

brechende Llem-ente. bei.-pielsweise Platten, über den ganzen Raum der Zone angeordnet sind. Die Ölphase wird durch Leitung 53 ausgetragen. Die Kiimlsion j gibt beim Brechen auf den eimilsionsbrechenden | !""lachen Wasserteilchen ab. die auf diesen Flächen I zurückfließen, sich im unteren Teil von Zone 50 an- ! sammeln und durch Leitung S2 abgeführt werden. :

Wie zu 1'ig. _' beschrieben wurde, ist die unge- I broehene Finulsion. welclie die Abscheidezone und die enuilsion-direcheuden !""lachen erreicht, bestrebt, j zurück und über iler wasserigen Phase zu fließen und wird so in das elektrische Feld zwischen den !elektroden zurückgeführt. Auf diese Weise gelangen j Lnuilsionsteilchen. die sich nur schwierig brechen lassen, in das elektrische 1"VId zurück. ;

Hesehricben wurde die besondere Airwendung der Krfindung au! die Fnlsalzung von Rohöl; die F^rfindung be/.ieht sich aber in weiterem Sinne auf ein verliessertes elektrisches Verfahren zum Brechen von Emulsionen neb^t Vorrichtung. Sie ist zum !{rechen einer lx-!iebigeti Emulsion, namentlich von wässerigen Emulsionen geeignet. Hei dem Verfahren gemäl.i Erfindung unterliegt der Hesehicktingsstrom der WirkuH'g eines elektrischen !'"eitles und gelangt dann in eine Abscheidezone. Krthidungsgemäß wird (iie uuircbrochene Emulsion entweder in der Zone gehalten oder automatisch dorthin zurückgeführt, wo das elektrische Feld wirksam ist. Druck und Temperatur des Arbeitsvorganges bestimmen sich nach der Eigenart des zu behandelnden Stromes sowie nach Art und Menge der dispergierenden Substanzen. Wie dargelegt wurde, betrifft die Erfindung insbesondere die elektrische Entsalzung, wobei die elektrische Behandlungszone und die Absetzzone getrennte und liesondere Abschnitte sind. Das zu entsalzende Öl wird mit Wasser und zweckmäßig außerdem mit einem chemischen Reagens behandelt und emulgiert. Letzteres kann ein bekanntes Entemulgierungsmittel sein, z. H. Katriumhydroxyd. Die Emulsion passiert eine begrenzte Zone und unterliegt dort der Einwirkung eines elektrischen' Feldes. Dieses entsteht in bekannter Weise z. B. durch .Anordnung von Anoden und Kathoden. Die Spannung zwischen den Elektroden kann innerhalb weiter Grenzen etwa im Hereich von 5000 bis 35000 \'olt und höher liegen. Die Phasen strömen aus dem elektrischen Feld in eine Absetzzone. Ungebrochene Emulsionsteüchen Hießen zurück und werden wiederholt der l'.inwirkung des elektrischen Feldes in der entsprechenden Zone unterworfen .

Das Verfahren umfaßt die Emulgierung des Beschickungsstromes, etwa eines salzhaltigen Rohöls oder Rafhnerieproduktes.

Die Mischung aus Wasser und Öl. der gegebenenfalls Chemikalien zugesetzt sind, passiert ein Mischventil oder ein gleichwertiges Organ, Bevorzugt wird ein Mischverfahren, bei dem der Strom ein Ventil zur Steuerung der Druckdifferenz unter HiI-dung einer Emulsion passiert, die dann in einem zweckmäßig horizontalen, vorzugsweise zylindrischen Gefäß, das Elektroden mit verhältnismäßig hoher Spannung aufweist, gebrochen· wird. Die Emulsion fließt horizontal zwischen !Elektroden und wird dort durch Einwirkung des elektrischen Feldes gebrochen. Die Phasen fließen aus dem Hereich des elektrischen Feldes in eine Absetzzone, die vorzugsweise mit Plattenelementen in dichter Aufeinanderfolge derart ausgesetzt ist, daß alle Emulsionsteilcheu. die nicht vollständig gebrochen sind, in den Bereich <\v<· elektrischen Feldes zurückfließen.

lu'tindungsgeniäß wird das Verfahren in zwei besonderen Zonen durchgeführt, denen bestimmte Aufgaben zufallen. Die Stufe des elektrischen Feldes hat die Aufgabe, den Strom der Eimvirkung des elektrischen Feldes wirksam zu unterwerfen, unabhängig Min den Erfordernissen des Alisetzvorganges; letzterer soll eine rasche und wirksame Abscheidung, unabhängig von den Erfordernissen des elektrischen Feldes, durchführen. Alle nicht gebrochenen Emulsionsteilckeu werden in die Zone der elektrischen Ausfällung zurückgeleitet und dort zusammengefaßt unter ISildung eines inneren Rückflusses der Emulsion zur Ausfälhinigseinrichtung.

Die Fjiiulsiousbildung rührt von dem sehr kräftigen \ ermischen der Phasen her, was im Interesse der Entsalzung erforderlich ist. Wie dargelegt wurde, können verschiedene Entemulgierungsmittel sowie Mittel zur Einstellung des pn-Wertes benutzt werden. Zu letzterer Gruppe gehört Natrium-

Claims (9)

1. hydroxyd, das gewöhnlich in einer Konzentration von etwa ο bis 0,042 kg Natriumhydroxyd je Kubikmeter des zu entsalzenden Öls angewandt wird. Das Öl wird gewöhnlich auf etwa 65 bis 117⁰ erwärmt und auf einem Druck von etwa 1,70 bis 13,6 Atm. gehalten. Entsprechend der bevorzugten Anwendungsform der Erfindung wird das Öl auf etwa 80 bis 107° erhitzt und auf einem Druck von etwa 3,4 bis 6,8 Atm. gehalten. Der erhitzte Strom wird unter Druck durch ein Druckentspannungsventil oder ein gleichwertiges Organ zur Absenkung des Druckes auf etwa Atmosphärendruck geleitet, wobei sich die Mischung bildet. Wenn die Beschickung genügend Wasser enthält, erübrigt sich der Zusatz von Wasser.

   Bei einem besonders zweckmäßigen Entsalzungsverfahren wird Rohöl auf etwa 93⁰ erhitzt und der Druck auf dem Öl auf etwa 5,1 bis 6,8 Atm. gehalten. Der Strom passiert dann ein Druckentspanniungsventil, das den Druck auf 2,38 bis 5,1 Atm. vermindert.

   Wie bereits ausgeführt wurde, wird l)ei Anwendung der Erfindung der Zeitraum, der zum Brechen der Emulsion l>enötigt wird, erheblich abgekürzt; daher kann die Apparatur entsprechend verkleinert werden. Die Größe der Apparatur bestimmt sich maßgeblich nach verschiedenen Faktoren, z. B). Beschickungsmenge, Salzgehalt des Beschickungsöls und Eigenschaften dessell>en. Bei Ausführung vorliegenden Verfahrens ist es sehr vorteilhaft, eine Absetzzone zu verwenden, die mit Plattenelementen in der Längsrichtung in gewissem Abstand voneinander ausgestattet ist. Diese verlaufen zweckmäßig parallel zueinander; der Abstand 1>eträgt 2.5 bis j 50 cm, am besten 5 bis 7,5 cm.

   Die Erfindung wird durch nachstehendes Beispiel näher erläutert, welches die Entsalzung von 8000 cbm Rohöl je Tag behandelt. Das Rohöl enthielt annähernd 1 bis 3⁰Zo Wasser und 0,75 kg Salz je Kubikmeter Rohöl.

   Beispiel

   Wasser wurde wie üblich dem Rohöl zur Erhöhung des Wassergehaltes auf etwa 15 bis 20 Volumprozent zugesetzt. Das Gemisch wurde auf etwa 93- erhitzt und auf einem Druck von etwa 5,1 Atm. gehalten. Der Druck ül>er dem Rohöl wurde dann auf 3.4 Atm. vermindert; es bildete sich durch Ver- j mischen eine Emulsion. Bei einem I>ekannten elek- ^! frischen Entsalzungsverfahren l>eträgt der Zeitraum j

   zum Brechen der Emulsion etwa 60 Minuten. j

   Bei einem anderen Betrieb unter den gleichen Bedingungen, mit der Abweichung, daß die Abscheidezone von der Zone des elektrischen¹ Feldes getrennt gehalten und mit Platten von 45 cm voneinander ausgestattet war, l>etrug dieser Zeitraum etwa 10 Minuten. Die .Apparatur benötigt demnach nur ein Sechstel der Größe im Vergleich mit den Ausmaßen der Apparatur des vorgenannten Betriebes.

   Wenn erfindungegemäß zwei l>esondere Stufen vorgesehen und die Platten im Abstand von etwa cm angebracht werden, lx;trägt der Zeitraum zum Aufbrechen der Emulsion etwa 3 Minuten. Hierbei hat die elektrische Niederschlagseinrichtung einen Durchmesser von etwa 1.52111 bei einer Länge von etwa 4,57 m. Die Absetzzone hat einen Durchmesser von etwa 1,52 m l>ei einer Länge von etwa 6,1 m. Bei dem zweiten Betriebsvorgang mit einem Abstand der Platten von 45 cm hat die Absetzzone einen Durchmesser von etwa 2,29 111 bei einer Länge von etwa 2.2 m.

   PaTENTAXSI'H L C II E:

   ι. Verfahren zum Brechen einer Emulsion, dadurch gekennzeichnet, daß man die Emulsion der Einwirkung eines elektrischen Feldes in einer ersten Zone unterwirft, die behandelte Emulsion abzieht und in eine zweite oder Absetzzone einleitet, die ungebrochenen Teile der Emulsion abtrennt und der Einwirkung des elektrischen Feldes in der ersten Zone wieder zuführt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch τ, gekennzeichnet durch die Behandlung einer wässerigen Emulsion.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch, gekennzeichnet, daß man die Emulsion in der Längsrichtung durch eine horizontal gelagerte erste Zone leitet und dort der Einwirkung eines elektrischen Feldes unterwirft, die l>ehandelte Emulsion sodann aufwärts in eine in einem stumpfen Winkel angeordnete Absetzzone fließen läßt, eine Ölpliase und eine wässerige Phase dort voneinander trennt und abzieht, so daß sich eine ungebrochene Emulsionsphase abscheidet, automatisch in die erste Zone zurückfließt und dort von neuem der Einwirkung des elektrischen Feldes ausgesetzt wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen t bis 3 zur Entsalzung von Kohlenwasserstofföl, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Öl Wasser zusetzt, das Öl erwärmt und unter höherem Druck hält. sodann durch ein Dnickentspannungsorgan führt und den Druck vermindert, so daß sich Öl und wässerige Phase innig miteinander mischen und eine Emulsion bilden, das Gemisch eine Zone passieren läßt, in der ein elektrisches Feld wirkt. das Gemisch aus dem Bereich des elektrischen Feldes abzieht und einer Absetzzone zuführt, dort eine Ölphase und eine wässerige Phase voneinander trennt 11 ml abzieht, eine ungebrochene Emulsionsphase abscheidet und in den Bereich no des elektrischen ['VIdes zur erneuten Behandlung zurückführt.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch, gekennzeichnet, daß das Öl auf etwa 80 bis 107° erwärmt, unter einem Druck von etwa 3.4 bis 6,8 Atm. gehalten und ik-v Druck auf etwa 2,38 bis 5,1 Atm. vermindert wird.
6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die behandelte Emulsion, welche in der in einem stumpfen Winkel angeordneten Absetzzone aufwärts zieht, über mehrere I'latteiielemente fließen läßt, die in der Längs- und Strömungsriehtung angeordnet sind.
7. 7. \ erfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, dall eine Emulsionsphase

   üIkt dem Hoden der Absetzzone Beschickung zugeführt und von

   es elektrischen Feldes

   an einer Stelle
   abgezogen, der
   neuem der Finwirkung
   ausgesetzt wird.
8. S. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen ι bis 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Einführung von Beschikkutig und Wasser in eine erste Zone, die in der Längsrichtung horizontal angeordnet ist und Mittel zur Ausbildung eines elektrischen Feldes enthält, und durch eine zweite Zone, die in einem stumpfen Winkel nach oben· verläuft und Mittel zum Abzug einer ölfreien Phase und einer wässerigen Phase enthält.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Zone in der Längsrichtung Plattenelemente parallel zu den Seitenflächen dieser Zone angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   5325 S.