JP2011515568A - 炭化水素を脱塩させる低圧混合システム - Google Patents

Abstract

原油の流れの塩分を低減させる方法及びシステムは、クイールを用いて水流を原油の中に分散させることと、混合された原油／水の流れを複数の混合ステージを通るように送ることとを含む。該水流は排出される回収水で前処理された洗浄水を含み得る。各混合ステージは、混合された油／水の流れ均質性を増加させる。好ましくは、第１混合ステージ及び第３混合ステージは第２の混合ステージに比べ低圧段階であり、これによって該混合された原油／水の流れを第３及び第４の混合ステージを通すために効果的な圧力が提供される。第４段階を出ると、該混合された原油／水の流れは二重周波数分離容器又は二重極性分離容器において静電的に処理される。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、その開示が参照により本明細書に組み込まれる２００８年３月２７日出願の米国仮出願６１／０３９，８９７の優先権及び利益を請求するものである。

本発明は、原油を脱塩させる方法及びシステムに関する。

原油の脱塩に関する典型的な処理は、原油の流れに新鮮な水を混合することと、混合バルブにわたる減圧を用いることとを含む。原油と水とが混合されると、その混合物を静電式脱水機に通すことで水分が抽出される。静電場によって処理できないエマルジョンが作られることを防ぐために、混合バルブをわたる圧力の低下は一般的に１５ｐｓｉ（１．０バール）以下に制限される。原油の生成及び処理に関する技術の進化とともに、これらの技術において原油の中に塩の結晶を形成させることが普及された。これらの結晶は静電的処理では直接取り除くことができないため、まず新鮮な水に結晶を溶かすか、湿潤させる必要がある。しかし、結晶は油によって覆われているため、水に溶かすことは困難である。したがって、静電場による抽出の前に塩を溶かして油から取り出すためには、１５ｐｓｉ（１．０バール）以上の減圧が必要となる。

より多く起こる第２の問題としては腐食及び触媒汚染を回避するために塩の量を極めて低いレベルまで低減させる必要がある製油所において発生する。製油所に届く油は、製油所の合格仕様を満たすように前処理されているが、塩を含む残留水が微細分散液として残っており、取り除くことはとても難しい。したがって、このような油も大きい圧力低下を用いる混合システムによってさらに精製できる。

最後に、混合バルブにわたってより大きい圧力低下を用いることは、原油チャージポンプにより高い逆圧をかけることになる。この逆圧はポンプの性能を低下させ、原油のチャージ速度に影響を及ぼす。したがって、混合条件に達するためには高圧混合システムが必要となるが、そのようなシステムは原油チャ−ジ速度の低下を回避するために自分の圧力低下を克服するようにデザインされなければならない。

表１に示されているように、塩の限度である１ｐｔｂ（１０００バレル当たりの塩、パウンド、０．４５ｋｇ／バレル）を満たすために４５ｐｓｉ（３．１バール）以上の圧力低下が必要であることが結晶塩を含む原油のテストから明らかになっている。通常の原油には結晶塩が含まれないことと、１つの混合ステージを用いること（１５ｐｓｉ（１．０バール）の減圧につながる）とを前提とすると、原油における０．３％のＢＳＷ容量は１ｐｔｂの塩分をもたらすはずである。テストによると、４５ｐｓｉ（３．１バール）につながる３つの混合ステージ用いて、二重極性静電場に原油を通すことでは、１ｐｔｂ（０．４５ｋｇ／バレル）のレベルに至ることはできなかったことが明らかになっている。より高い混合エネルギは、二重周波数処理のようなより強力な静電脱水技術を必要とした。二重周波数は新たな静電技術であり、二重極性は古い技術である。このデータは、結晶塩を溶かすためにはより高い混合機エネルギが必要であることを支持するが、解決し難いエマルジョンを同時につくってしまう。このテストは、混合エネルギの一部はポンプによって提供され得ることを示唆している（表１）。

原油の流れの塩分を低減させる方法及びシステムは、クイールを用いて水流を原油の中に分散させることと、混合された原油／水の流れを複数の混合ステージを通るように送ることとを含む。該水流は排出される回収水で前処理された洗浄水を含み得る。各混合ステージは、混合された油／水の流れ均質性を増加させる。第１混合ステージは、原油チャージポンプが克服するべき唯一の逆圧を発生させる。第４段階を出ると、該混合された原油／水の流れは分離容器において静電的に処理される。分離容器は二重周波数分離容器又は二重極性分離容器（脱塩機）であり得る。脱塩された油は、容器の上部から取り除かれ、排出水は容器の底部から抽出される。第１及び第３の混合ステージにおける圧力低下は３〜５ｐｓｉ（０．２〜０．３バール）であり得る。第２の混合手段は、混合された油／水の流れを第３及び第４の混合手段を通すために効果的な圧力増加を提供する。この第２の段階は好ましくはブーストポンプを含み、約２５ｐｓｉ（１．７バール）の圧力増加を提供する。第４の混合ステージは混合バルブを含み、第３段階より高い混合エネルギを提供することができる。バルブにわたる圧力低下は５〜２０ｐｓｉ（０．３〜１．４バール）の範囲であり得る。

脱塩の条件によって、１つ以上の４段階混合システム及び分離容器を直列で用いることが必要であり得る。同様に、第１及び第２混合ステージはバイパスされ得る。

水流は排出水で前処理された洗浄水を含み得る。分離容器から抽出された排出水は回収され、前処理工程で使用され得る。洗浄水と排出水とを混合することで、静的混合機を用いて洗浄水を前処理し得る。回収された排出水の一部は第２の４段階混合システム及び分離容器に送られ得る。

本発明の方法及びシステムの更なる理解は、次の好ましい実施形態の詳細な説明と図面、及び添付された請求の範囲から得られる。

水混合機と、水注入クイールと、ブーストポンプと、ブーストポンプの上流及び下流に配置された２つのオイル／水混合機と、混合バルブとを含む混合システムを示す図である。 ２段階の脱塩過程を示す図である。第１の点線輪郭で表わされた、混合バルブを含む図１の第１混合システムは、第１の分離容器の前に配置される。第２の点線輪郭で表わされた、洗浄水及び混合バルブを含む図１の第２混合システムは、第２の分離容器の前に配置される。 １つの混合システムを用いる１段階脱塩過程を示す図である。混合システムは、洗浄水と混合バルブとを含む点線輪郭で表わされている。 混合システムの様々な要素を接続させるように設定された配管システムの構成を示している。圧力ゲージ、分離バルブ、及びバイパス配管が提供されている。

まず図１を引用すると、油／水混合システム１０はブーストポンプ３６と、静的混合機２４，２８、３８と、混合バルブ４６とを含む。原油チャージポンプ１２は、所定の速度で熱交換器１６を通り、水注入クイール１８に入る原油の流れを提供する。クイール１８は、原油に水を分散することにおいては周知のものである。クイール１８の主な機能は、水混合機２４から受け取った水を原油の流れの中央に分散させ、最大限の混合効果を得ることである。

水混合機２４は、２つの水２０、２２が原油の流れに注入される前に回収水２２と洗浄水２０とを混合させる。水混合機２４は、好ましくは実質的に均等な水流が作られるように構成されている。回収水２２は、好ましくは脱塩容器（図２を参照）の底部から引かれている。回収水２２の塩分が低い場合は、原油の流れに含まれる追加的な塩を効果的に抽出及び希釈するために用いられる。洗浄水２０は好ましくは新鮮な水であり、如何なる数の水源から得られる。洗浄水２０は新鮮な水であるため、原油において回収水２２のように素早く分散され、結晶塩に接触することはできない。回収水２２は、既に原油に接触したことがあるためより早く分散され得るため、原油に対してより適合している。注入の前に２つの水源２０及び２２を混合することは、洗浄水２０を前処理し、洗浄水２０が原油の中に分散し、結晶塩に接触やすくする。水滴と結晶との接触効率を改善させるために洗浄水２０に湿潤剤を加え得る。混合機２４における圧力低下は好ましくは３〜５ｐｓｉ（０．２〜０．３バール）の範囲内である。

水混合機２４から出る水流は、注入クイール１８を通り、油／水混合機２８に至るように送られる。混合機２８はこの分野では周知のものであり、好ましくは直列に配置された、いくつかの固定された短い羽根を含む。各羽根は油／水エマルジョンの流れを９０°回転させ、次にくる羽は、流れを分裂させるために９０°の角度で設定される。混合機２８は油／水のエマルジョンの均質性を増加させるための第１混合ステージを提供する。混合機２８における圧力低下は好ましくは３〜５ｐｓｉ（０．２〜０．３バール）の範囲内である。この圧力低下は、原油チャージポンプ１２が克服しなければならない唯一の減圧である。

混合機２８を出る油／水エマルジョンの流れは遠心ブーストポンプ３６に送られる。ポンプ３６はこの分野において周知のものであり、配管における圧力を増加させるために通常用いられる。ポンプ３６は好ましくは可変周波数ドライブポンプであり、ポンプ３６における差圧は好ましくは２５ｐｓｉ（１．７バール）である。ポンプ３６は、混合システム１０に主に２つの機能を提供する。最初に、ポンプ３６原油と、実質的に均質である水２０及び２２とを混合する第２段階を提供する。過剰なせん断を避けるために、ポンプ３６はクローズド（ｃｌｏｓｅｄ）インペラータイプのポンプが用いられるが、ポンプ３８は混合と同時にポンプも行うため、オープンインペラの方が場合によってより適合であり得る。二番目に、ポンプ３６は、流れる油／水のエマルジョンの圧力を増加させる。この圧力の増加は、エマルジョンを第２混合機２８に通過させ混合バルブ４６に届くように押す。混合機３８（好ましくは混合機２８に類似している）は、油／水エマルジョンをさらに均質化（ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅ）する。ポンプ３６によって原油から水２０及び２２が遠心分離される恐れがあるため、混合機３８は必要である。混合機３８は混合の第３段階に相当する。

混合機３８から出る油／水エマルジョンは混合バルブ４６に送られる。混合バルブ４６はこの分野では周知のものであり、典型的にシングル又はダブルのポートグローブバルブ又はボールバルブである。用いられるバルブの種類は工程において重要ではないが、好ましくは混合バルブ４６は５〜２０ｐｓｉ（０．３〜１．４バール）の範囲の圧力低下をもたらすために適したものである。混合バルブ４６は混合の最終段階である第４段階に相当する。

図２の参照すると、上記に説明された混合システム１０は、２段階の脱塩過程の各段階の前に用いられ得る。第１段階は、混合バルブ４６につながっている分離容器４８を含む。分離容器４８はこの分野において周知のものであり、静電的過程を用いる（and oys an electrostatic process）。本発明のシステムをテストする際には、分離容器４８としてナショナルタンクコンパニーのＤＵＡＬ ＰＯＬＡＲＩＴＹ（登録商標）が用いられた。第１段階で洗浄水を使用しない場合もあるため、第１段階の水混合機２４は混合システム１０から排除又は隔離され得る。回収ポンプ６２は、第２分離容器５８の底部から引かれた回収水２２を提供する。容器４８から抽出された塩水は放出下水管に送られ得る。容器４８の上部から抽出された原油は、第２段階容器５８の前に配置された第２混合システム１０に送られる。

第２段階は、第２混合バルブ４６につながっている分離容器５８を含む。分離容器５８は好ましくは容器４８に類似している。第２段階は一般的に洗浄水２０及び回収水２２を用いるため、第２混合システム１０には水混合機２４（不図示９）が含まれる。脱塩された油は容器５８の上部から放出される。

図３を参照すると、混合システム１０は１つの段階の脱塩過程の前においても使用され得る。回収ポンプ６２は、分離容器４８の底部から引かれた回収水２２を提供する。洗浄水２０も提供されるため、混合システム１０は好ましくは水混合機２４を含む。脱塩された油は容器４８の上部から放出される。容器４８は好ましくはナショナルタンクコンパニーのＤＵＡＬ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ（登録商標）の静電的過程のような二重周波数分離過程を含む。

図４を参照すると、第１の油／水混合機２８およびポンプ３８を、クイール１８を出る油／水エマルジョンから隔離するための隔離バルブ２６及び４０のセットが提供され得る。次に、油／水エマルジョンはバイパス配管６４を通り、第２の油／水混合機３８に送られる。オイル／水エマルジョンの流れはバイパスバルブ３２によって制御される。圧力ゲージ３０及び３４は、バイパスバルブ３２の上流及び下流のバイパス配管６４内の圧力を監視する。圧力ゲージ４２はポンプ３６における圧力を監視する。追加的に、洗浄水２０及び回収水２２をそれぞれ混合機２４から隔離するために隔離バルブ５０及び５２が提供され得る。

上記の説明は本発明のある好ましい実施形態を詳細に説明したものであり、考えられた最良の形態を説明している。しかし、記載の意図及び範囲から離れることなく、構成要素の構成及び配置の詳細を変更させることが可能である。したがって、ここに示された説明は限定ではなく例として考えられるべきであり、本発明の真の範囲は次に来る特許請求の範囲及び各要素の全ての同等物によって定義される。

上記に説明された発明の応用は、添付の図面に示された具体例に限られない。本発明は他の形態で実施でき、様々な形で実行され得る。ここに使われている表現は、説明を目的としており、限定を目的とするものではない。図面に示された要素は次の符号で同定されている。
１０ 油／水混合システム
１２ 原油チャージポンプ
１６ 熱交換機
１８ クイール
２０ 洗浄水
２２ 回収水
２４ 静的水混合機
２６ 隔離バルブ
２８ 油／水静的混合機
３０ 圧力ゲージ
３２ バイパスバルブ
３４ 圧力ゲージ
３６ ＡＰＩブーストポンプ
３８ 油／水静的混合機
４０ 隔離バルブ
４２ 圧力ゲージ
４６ 混合バルブ
４８ 分離容器
５０ 隔離バルブ
５２ 隔離バルブ
５８ 分離容器
６２ 回収ポンプ
６４ バイパス配管

Claims (19)

1. 原油の流れに含まれる塩分を低減させる方法であって、
   混合された油／水の流れを生成するために、水流を前記原油の流れの中に分散させる工程と、
   前記混合された油／水の流れの均質性を増加させるために、前記混合された油／水の流れを複数の混合ステージに送る工程と、
   前記混合された油／水の流れを分離容器に送る工程と、
   前記分離容器において前記混合された油／水の流れを静電的に処理する工程と、
   前記分離容器の下部から水を抽出する工程と、
   前記分離容器の上部から処理された油を抽出する工程と、を含み、
   前記分離容器に送る工程によって少なくとも前記塩分の実質的な部分は前記混合された油／水の流れに含まれる水に吸収されることを特徴とする、方法。
2. 少なくとも１つの前記混合ステージには３乃至５ｐｓｉ（０．２乃至０．３バール）の範囲内の差圧があることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも１つの前記混合ステージには約２５ｐｓｉ（１．７バール）の差圧があることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記混合ステージはブーストポンプを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記混合ステージの１つには、５乃至２０Ｐｓｉ（０．３乃至１．４バール）の差圧があることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記水流を排出水の流れで前処理する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 前記分離容器から抽出された前記水の一部を前記水流に回収し、前記油／水の流れを生産することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 前記複数の混合ステージは、第１混合ステージ、第２混合ステージ、第３混合ステージ、及び第４混合ステージを含み、各混合ステージは前記混合された油／水の流れの均質性を増加させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 前記分離容器において前記混合された油／水の流れを静電的に処理する前記工程は、二重極性分離容器及び二重周波数分離容器から選択された分離容器を用いることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 湿潤剤を前記水流に加える工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
11. 炭化水素を脱塩させるシステムであって、
    原油の流れと、
    水流と、
    クイールと、
    第１混合ステージ、第２混合ステージ、第３混合ステージ、及び第４混合ステージと、
    前記第４混合ステージの下流に位置する分離容器と、を含み、
    前記分離容器は、二重極性分離容器と二重周波数分離容器とのグループから選択され、
    前記混合ステージの各々は、混合された油／水の流れの均質性を増加させるために効果的であり、
    前記第１混合ステージ及び前記第３混合ステージは静的混合機を含み、前記第２混合ステージよりそれぞれ圧力の低い混合ステージであり、
    前記第２混合ステージは、前記混合された油／水の流れを前記第３段階及び前記第４段階に通すために効果的な圧力上昇を提供し、
    前記第４混合ステージは混合バルブを含み、前記第３混合ステージより比較的に増加された混合エネルギを提供可能である、
    ことを特徴とする、システム。
12. 洗浄水及び排出水を含む前記水流をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
13. 静的混合機を含む水混合ステージをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
14. ３乃至５Ｐｓｉ（０．２乃至０．３バール）の範囲内の差圧がある、前記第１混合ステージ及び前記第３混合ステージの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
15. ブーストポンプを含む前記第２混合ステージをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
16. 約２５Ｐｓｉ（１．７バール）の差圧がある前記第２混合ステージをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
17. ５乃至２０Ｐｓｉ（０．３乃至１．４バール）の範囲内の差圧がある前記第２混合ステージをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
18. 前記第１混合ステージ及び前記第２混合ステージを回避するためのバイパス配管をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
19. 湿潤剤を含む前記水流をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。

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