JP2013533365A - 電圧調整を利用する石油脱塩 - Google Patents

Abstract

注入原油流れから混入した塩分を含む水を除去する方法であって、細長い脱塩容器（１０）内に収納された複数の水平に方向付けられた離間する電極（１２，１４，１６）のうちの少なくとも一つの電極へ電気エネルギを提供するステップと、注入原油流れを電極に間へ分散するステップとを有している。複数の電極のそれぞれの電極は、脱塩容器の上部に収納され、第一、第二、及び第三の変圧器（４２，４４，４６）のそれぞれに接続されて良い。電気エネルギは、単一の周波数の単一の電圧又は調整された電圧であって良い。または、電気エネルギは、調整された周波数の単一の電圧又は調整された電圧であっても良い。淡水が容器の外側又は内側のいずれかにおいて注入原油流れに混入されて良い。

Description

本発明は、全体的に、原油の脱塩及び脱水容器、特に、一組の電極を利用する脱塩及び脱水容器に関する。

世界の精製業者の多くにより使用されている一般的な原油の脱塩及び脱水器は、１９８０年にペトレコ(Petreco)社により発明され、米国特許第４，１４９，９５８号明細書、同４，１８２，６７２号明細書、同４，１８８，２７７号明細書、及び、同４，２０９，３７４号明細書（ペトレコ特許）に図示及び説明されている。これらペトレコ特許の下で販売されている脱塩及び脱水器は、ビレクトリック（BILECTRIC）（登録商標）脱塩器（以下、ビレクトリック脱塩器）と呼ばれている。ビレクトリック脱塩器は、水平な容器内に水平方向に配置された一組の二つ又は三つの平行な電極を利用する。塩分を含む原油が淡水を加えて準備された後、この油及び水の混合液は、容器内へこれら電極の間に水平方向に導入される。この脱塩技術は、分散した水分を強電界において凝集し、迅速で高効率な小滴化凝集分離を実現する利点を有している。

歴史的に、ビレクトリック脱塩器は、単一の電圧において作動するように設計された二つ又は三つの交流電源装置（変圧器）を利用する。それぞれの電源装置は、分離して水平に方向付けられた電極に接続される。最も下側の電極の電源装置は、油と水との境界面と、電圧印加された電極との間の交流電界を発生する。この最も下側の電極は、油と水との境界面における不要層（rag layer）の形成を抑制及び制御するのに十分な電圧を提供することが意図されている。もし、提供された電圧が効果的なものでないならば、境界面の不要層は積み上がる可能性があり、これは、次に、電源装置へ電力増加の要求を出すことになる。これは、効果的に、提供電圧を低減し、不要層を制御するのに、より少ない効果的な処理を結果としてもたらす。

中間（又は上側）の電極は、それ自身と最も下側の電極との間の電界を発生する。この電界は、不要層が電極の間の領域へ侵入して提供電圧を弱めなければ、効果的なままである。最後に、上側の電極は、中間の電極とそれ自身との間に電界を発生する。この電界の効果は、めったに境界面の不要層の形成によって弱められることはない。

分離されていない油と水との乳濁液から成る境界面の不要層が、油と水との境界面において積み上がると、境界面の不要層は電界の強さを損ない、これは、次に、水分が繋がって電極の短絡を引き起こす。水分の繋がりによる有害な作用を回避するために、交流電圧は、下げられる必要があるかもしれない。この電圧の低下は、さらに、不要層の減少を促進するためのビレクトリック脱塩器の能力を損なう。この交流電界の強さもまた、混入水の含有量を１０％未満へ制限する。水分の含有量が１０％を超えて増加する時には、水滴が繋がって電界の短絡を促進する。

原油は脱塩及び脱水がより難しく困難であるために、より安定で電界の存在においても崩壊しようもない不要層を形成する傾向がある。これらの「不要層を生成する」油は、ビレクトリック脱塩器の全体的な脱水及び脱塩性能を損なう。

米国特許第４，１４９，９５８号明細書 米国特許第４，１８２，６７２号明細書 米国特許第４，１８８，２７７号明細書 米国特許第４，２０９，３７４号明細書

注入原油流れから混入した塩分を含む水を除去する方法は、細長い容器内に収納された一つ以上の水平に方向付けられた離間する電極へ電圧及び周波数を提供するステップ（１）と、容器へ流入する注入原油流れを弱められた電界へ晒すステップ（２）とを有している。以下の表１の２×２行列に示されたように、周波数と電圧との四つの異なる組み合わせ（以下のＩからＩＶ）が、一つ以上の電極へ提供可能である。

複数の電極におけるそれぞれの電極は容器の上部に収納され、少なくとも一つの電極は変圧器に接続される。変圧器は、それぞれの電極へ多周波数の電気エネルギを提供する。淡水が容器の外側又は内側のいずれかにおいて注入原油流れへ混入されても良い。容器は、容器の下部に設置された公知の種類のマッド洗浄装置を有している。

高周波数の交流電界の調整を利用することは、不要層の形成を制御及び防止に役立つエネルギを増大させることができ、ビレクトリック脱塩器の脱塩及び脱水能力を回復することができる。一つから三つの調整する高周波数電源装置の利用により、静電力は最大の不要層の崩壊と水の小滴化への成長とを促進するのに最適化可能である。さらに、電界の調整は、非常に僅かに混入された水分（＜３％）を有する原油において効果的な凝集を促進するために、１０％に匹敵するＢＳ＆Ｗ（基本的な堆積物と水として知られている）を含有する原油でのより顕著な凝集を実現する。また、調整される電界は、１０％よりかなり大きく削減された混入水を処理し、それにより、混入する塩の除去が改善されるようにより多くの水の使用を可能にする。

本発明の目的は、重質原油を処理するために効果的な電界を提供して重質原油流れから混入した塩分を含む水を除去し、同時に、不要層の形成を防止して、任意に形成された不要層を制御及び安定化させ、水分の繋がり及び電極の短絡を回避するための改良された装置及び方法を提供することである。

本発明の装置及び方法を実現するのに使用可能な種類の細長い水平な容器の断面図である。図１は、本発明の装置及び方法を実現するのに使用可能な種類の細長い水平な容器の断面図であり、細長い容器１０は参照番号１２、１４、及び１６により示された三つの離間する水平な電極を有しており、容器１０の外側へ延在する導体１８、２０、及び２２によって電圧が三つの電極へ提供される。 図１の装置の基本概念を使用する装置及び方法を示す。図２の装置は、導体１８、２０、及び２２によって電気エネルギが提供される下側、中間、上側の電極１２、１４、及び１６を有する細長い水平な容器１０と、それぞれに水平な液体出口部２９及び３０を有する鉛直な管２６を備える原油入口部２４と、出口収集部３２と、容器１０の底部に集められる塩分を含む水３４とを含む。図１の方法と図２の方法との間の本質的な違いは、図１の方法において、塩分は淡水を使用しない静電脱水によって原油から除去されるが、図２の方法において、原油が容器１０へ流入する前に淡水が塩分を含む原油に混入されることである。

先ず、図１を参照すると、本発明を実施する一つの方法においては、淡水が容器１０の外側の塩分を含む原油へ混入される。原油入口部２４は、水平方向に液体を排出する出口部２８及び３０を有する垂直な管２６へ入口弁２７（図２参照）を通して接続している。一般的には塩水の形で過剰な塩分を含有する原油は、入口部２４から管２６を上方向に通過し、出口部２８及び３０を通して水平方向に排出され、それにより、この到来する原油と水との混合液を電極１２と１４との間、及び、電極１４と１６との間のそれぞれに広げる。電極１２、１４、及び１６へ提供された電圧によって、塩分を含む水３４は、容器１０内の原油から凝集され、容器１０の底部へ沈む。実質的に水分が除去された原油は、出口収集部３２及び原油排出部３３を通して容器から流出する。水出口排出制御装置は、図１に示されておらず、このような装置は、浮き又は高さ制御装置によって提供可能である。

図２を参照すると、本発明を実施するもう一つの方法において、原油が原油入口部２４を通して容器５０へ流入する前に、淡水入口管５０を通過する淡水が原油に混入される。淡水は原油から塩分を希釈し、容器１０の底部へ沈むことが意図された塩分を含む水３４を形成する。高さ制御装置（図示せず）によって、塩分を含む水３４の高さは、容器内において維持され、一方、実質的に塩分除去された原油は、出口収集部３２及び原油排出部３３を通して容器から流出する。

図２の装置は、全てが図１を参照して図示及び説明されたように、導体１８、２０、及び２２によって電気エネルギが提供される下側、中間、及び、上側の電極１２、１４、及び１６を、その内部に有する細長い水平な容器１０と、水平な液体出口部２９及び３０をそれぞれに有する複数の鉛直な管２６を備えた原油入口部２４と、出口収集部３と、容器の底部に収集された塩分を含む水３４とを有している。

図２の装置において、塩分を含む原油は、原油入口管２４を通して容器１０へ供給される。淡水は、淡水入口管５０を通して容器１０へ導入される。混合された原油及び淡水は、混合弁２７を通過し、水平な分配管２５を通して容器１０の内部へ流入し、鉛直な分配管２６へ流入し、複数の下側及び上側の液体出口部２９及び３０を通過する。原油の塩分は、淡水により希釈され、それにより、原油と混合する塩水を形成し、原油から塩分が少なくとも実質的に除去される。混合された原油及び淡水は、電極１２、１４、及び１６に提供された電界に晒される。電界は、原油と水との分離、塩分を含む水３４の容器１０の下部への沈殿、及び、原油の上部への上昇を促進する。水の層３４上に浮かぶ原油は、未分離の油と水の混合液から成る不要層４８を形成する。不要層４８は、原油から容器内の水を分けている。

管２４へ分配された原油に含まれた塩分は、管５０を通過して容器へ流入する生成水と接触して希釈される。塩分を含む水３４は、次に、容器の上部内において、静電作用によって原油から分離され、この静電作用は電極１２、１４、及び１６によって提供される。少なくとも大部分の塩分が除去された原油は、容器の上部に集合し、出口収集部３２を通して容器から流出し、出口収集部からは、減塩含有原油は精製のために運搬されることができる。

水は二つの源から容器１０の下部へ集められる。第一は原油入口部２４へ流入する原油に一般的に含まれる塩水である。第二は入口部５０を通して容器内へ流入する淡水である。水は水排出管５６に連通する開口部５４を通して容器１０から流出する。高さ制御装置６０によって作動させられる制御弁５８は、不要層４８の高さによって示される容器内の水境界面の高さを維持する。

図２に示された脱塩装置は、石油産業において、しばしば、「マッド」と呼ばれる固体堆積物を容器１０から除去し続ける装置を有している。このために、図２の脱塩装置は、タンク１０の内側の底部に隣接して位置する水平な穴開きマッド洗浄管６２を利用するマッド洗浄装置を有している。穴開きマッド洗浄管６２の一端部は、マッド洗浄配管４０によってポンプ２８の出口部に接続され、一方、ポンプ２８の吸入部は、水排出又は出口管５６に接続されている。こうして、ポンプ２８は、タンク１０の底部へ沈殿するマッドをかき混ぜて運ぶように塩分を含む水３４を循環する。同時に、塩分を含む水は制御弁５８を通して装置から水出口管５６を介して排出される。

図１の装置及び方法と、図２の装置及び方法のとの間の本質的な違いは、図１の装置及び方法において、塩分は淡水を使用することなく静電脱水によって原油から除去されるが、図２において、原油が容器１０へ流入する以前に淡水が塩分を含む原油へ混合されることである。両方の装置において、混合された原油及び淡水は容器内の電界に晒され、電極１２、１４、及び１６の電荷の影響によって、塩水が原油から分離することを引き起こす。

図２には、電極１２，１４、及び１６へ電圧を印加する導体１８、２０、及び２２を有する変圧器４２、４４、及び４６が図示されている。本発明の実施において、変圧器１８、２０、及び２２は、電極１２、１４、及び１６へ多周波数の電気エネルギ（以下の表における四分割領域ＩからＩＶ参照）を提供し、これは、原油自身から原油内に含まれる水分の静電分離を実質的に改善する。二つの周波数の静電凝集を利用するという考え方は、引用することによりここに組み入れられる米国特許第６，８６０，９７９号明細書及び同７，３５１，３２０号明細書に詳細に記載されている。変圧器４２，４４、及び４６により提供される独特な電圧によって実現される改善された静電凝集の結果として、原油からの塩水の分離は、実質的に高められ、それにより、塩分はより効果的に原油から除去される。以下の表２の２×２行列に図示されたように、四つの異なる周波数と電圧との組み合わせ（以下のＩからＩＶ）が、一つ又は複数の電極へ提供可能である。好ましくは、容器１０には四分割領域ＩＩ及びＩＩＩの組み合わせを使用する。

前述したように、静電分離を使用する種類の脱塩において直面する問題は、図２の参照番号４８によって示される不要層の形成である。もし、この装置において提供された電圧が効果的でないならば、境界面の不要層４８が積み上がる可能性があり、電源装置へより大きな要求を強いることとなる。多周波数の静電凝集が使用される本発明の装置によれば、好ましくない境界面の不要層の発生の影響は、実質的に低減される。

１０ 容器
１２ 下側の電極
１４ 中間の電極
１６ 上側の電極
１８ １２に接続する導体
２０ １４に接続する導体
２２ １６に接続する導体
２４ 原油入口部
２５ 水平な分配管
２６ 鉛直な分配管
２７ 入口弁
２８ ポンプ
２９ 水平な液体出口部
３０ 水平な液体出口部
３２ 出口収集部
３３ 原油排出部
３４ 塩分を含む水
４２ １８に接続する変圧器
４４ ２０に接続する変圧器
４６ ２２に接続する変圧器
４８ 不要層
５０ 淡水入口管
５４ 開口部
５６ 水排出管
５８ 制御弁
６０ 高さ制御装置
６２ マッド洗浄管

Claims (10)

1. 注入原油流れから混入した塩分を含む水を除去する方法であって、前記注入原油流れは複数の電極を収納する水平な容器内へ供給され、前記方法が、
   前記複数の電極のうちの少なくとも一つの電極へ、６０Ｈｚより高い周波数を有する電気エネルギを提供するステップと、
   前記注入原油流れを、前記複数の電極における隣接する対の電極の間へ、前記電極と実質的に平行な方向に分散するステップと、
   分散された前記注入原油流れを前記隣接する対の電極の提供された前記電気エネルギによって発生する電界に晒すステップとを有し、
   前記複数の電極の各電極は、水平に方向付けられ、任意の隣接する電極に対して離間されて平行に配置されている、注入原油流れから混入した塩分を含む水を除去する方法。
2. 前記複数の電極のうちの少なくとも一つの電極への前記電気エネルギの振幅を調整するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の電極のうちの少なくとも一つの電極への前記電気エネルギの前記周波数を、調整するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記複数の電極のうちの一つの電極は、接地電極である、請求項１に記載の方法。
5. 前記注入原油流れを、淡水によって希釈するステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
6. 希釈された前記注入原油流れにおける前記淡水の量は、混合された注入原油及び淡水流れの３％より多く、１０％より少ない、請求項５に記載の方法。
7. 前記注入原油流れに混入した塩分を含む水は、３％より少ない、請求項１に記載の方法。
8. 前記注入原油流れに混入した塩分を含む水は、０．１％から１％の範囲内である、請求項７に記載の方法。
9. 細長い水平な容器であって、
   それぞれが一つの水平面にあるように方向付けられて同じ鉛直面を共有する下側、上側、及び、中間の電極と、
   下側、上側、及び、中間の前記電極の少なくとも一つに接続する少なくとも一つの変圧器と、
   原油流れ入口部に連通する鉛直に方向付けられた管とを具備し、
   少なくとも一つの前記変圧器は、６０Ｈｚより高い周波数を有する電気エネルギを提供し、
   鉛直に方向付けられた前記管は、前記下側の電極と前記中間の電極との間、及び前記中間の電極と前記上側の電極との間へ、水平方向に原油流れを分散するための手段を有している、細長い水平な容器。
10. 前記原油流れ入口部に連通する淡水入口部を、さらに具備する、請求項９に記載の細長い水平な容器。

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