NO311705B1 - Anordning for behandling av en emulsjon - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en anordning for behandling av en emulsjon, spesielt en emulsjon omfattende vanndråper i olje, samt anvendelse av en slik anordning, ifølge kravinnledningene.

Anordningen omfatter et koaliserende medium anordnet i kontakt med emulsjonen for å fremme en separasjon av den første komponent fra den andre komponent, hvor det koaliserende medium er generelt gjennomsiktig for elektromagnetisk stråling.

I tilfelle vanndråper som blir separert fra olje, er elektromagnetisk stråling referert til som mikrobølgestråling, fortrinnsvis i området fra 300 MHz til 100 GHz.

I petroleumsindustrien, er det meste av råoljen som produseres blandet med vann og gass. Det er derfor nødvendig å frembringe en anordning for tilstrekkelig og økonomisk separasjon av olje, gass og vann for separate utganger. Vanligvis blir det separerte vann returnert til en underjordisk formasjon inneholdende olje, eller sjøen, som er tilfelle i offshore-industrien, og den separerte oljen blir ledet til en rørledning eller liknende for endelig transport til et raffineri og sluttbruk. Med den stigende verdi av petroleumsprodukter, blir det av økende viktighet at separatorutstyret som brukes i petroleumsindustrien trekker ut det maksimalt mulige av gjenvunnet petroleumsprodukter fra olje- og vannemulsjoner og dispersjoner. For dette formål, har bedre separasjonsbeholdere vært utviklet over årene. Fra begynnelsen, var separatorene bare åpne kar som frembrakte en stille sone med den intensjon at vannet ville synke ned og bli trukket ut av bunnen av karet, og at petroleum som fløt på vannet skulle trekkes ut fra toppen av karet. Mens dette systemet til en grad er tilfredsstillende, resulterer det ikke desto mindre i at en del olje forblir i form av en emulsjon eller en dispersjon sammen med det uttrukne vann, og at vannet blir innfanget i oljen som trekkes ut fra toppen av karet. Videre, slike gravitasjons-synkningsprosedyrer er langsomme og krever kar med stort volum. Spesielt i offshore-industrien, hvor det er en anstrengelse for å redusere den totale vekt av utstyret som er nødvendig på plattformene, med bruken av bare gravitasjonsseparatorer for den beskrevne gravitasjonssynkning ugunstig fra et vekt- og effektivitetssynspunkt. Derfor har tidligere teknikk foreslått bruken av såkalte koaliseringsanlegg i hvilke, ved siden av et koaliseringsmedium som begunstiger feste av separate vanndråper til hverandre, at emulsjonen behandles med mikrobølger. Ved hjelp av mikrobølgestråling, vil temperaturen i emulsjonen bli øket, og dette vil i sin tur resultere i at separasjon av vann fra oljen blir fremmet. For å senke kraftforbruket av selektiv oppvarming av vanndråpene vært foreslått.

Forskjellige typer av mikrobølgeapplikatorer har vært foreslått. En slik applikator er beskrevet i US 4 853 119. Applikatorer som er beskrevet i dette dokument omfatter et kammer gjennom hvilket emulsjonen flyter. Inne i kammeret er det anordnet et koaliseringsmedium, slik at emulsjonen eller dispersjonen som utsettes for mikrobølgeenergi i applikatoren samtidig vil være i kontakt med koaliseringsmediet. Koaliseringsmediet kan være av hvilket som helst passende stort arealoverflatekonfigurasjon, så som excelsior eller korrugert polypropylen. Andre store overflatearealsmaterialer kan brukes, forutsatt at de har en lav di-elektrisk konstant og lav tapsfaktor, hvilket gjør den gjennomsiktig for mikrobølger. En kombinasjon av mikrobølge-basert emulsjonsbryter og koaliseringsmedium i mikrobølgeapplikatoren frembringer et synergistisk resultat, hvor mengden av vann som gjenvinnes er mer enn den tilsatte mengde av vann separert ved bruken av mikrobølgestråling og koaliseringsmedium separat.

Bortsett fra å påpeke viktigheten av å bruke materiale med stort overflateareal som koaliseringsmedium, viser imidlertid ikke dette dokumentet noen ytterligere viktige trekk ved koaliseringsmediet, bortsett fra at det er mikrobølge-gjennomsiktig.

Målet med den foreliggende oppfinnelse er å foreslå en anordning ifølge innledningen til krav 1, som tillater og fremmer en effektiv separasjon av en første emulsjonskomponent fra en annen emulsjonskomponent, spesielt separasjon av vanndråper og olje. Anordningen skulle utnytte de iboende egenskaper av et koaliseringsmedium anordnet i kontakt med emulsjonen. Spesielt foreslår oppfinnelsen å best mulig utnytte mikrobølgebehandling av emulsjonen ved å foreslå et passende koaliseringsmedium. Koaliseringsmediet bør også være fordelaktig fra et økonomisk standpunkt.

Det foran nevnte mål oppnås med en anordning ifølge forliggende oppfinnelse,

samt anvendelse av en slik anordning, som definert med de i kravene angitte trekk.

Ved å utnytte polariteten av koaliseringsmediet, kan en økende koalisering av den første komponent fa koaliseringsmediet oppnådd. For visse typer av emulsjonskomponenter, vil veting av den første komponent på koaliseringsmediet bli fremmet hvis emulsjonen også blir samtidig utsatt for elektromagnetisk stråling. I tilfelle av en emulsjon som inneholder dråper av den første komponent, vil koaliseringsmediet fremme en forstørrelse av dråpene, . mens koaliseringsmediumstråling vil destabilisere de interfasiale lag, og således oppnår man dråpekoalisering og hurtigere separasjon.

Ifølge en foretrukken utførelse av oppfinnelsen, omfatter den første komponent vanndråper, og den andre komponent omfatter olje. Den elektromagnetiske stråling skulle da fortrinnsvis være mikrobølgestråling, siden det har vist seg at vann når det utsettes for stråling av slike sekvenser, har en elevert tendens til å omforme mikrobølgeenergi til varme. En slik oppvarming av vannet vil fremme koalisering av vanndråper, og dermed separasjon av vannet fra oljen. I dette tilfelle, bør koaliseringsmediet generelt være gjennomsiktig for mikrobølgestråling. Koaliseringsmediet, eller i det minste en overflate på dette i kontakt med emulsjonen, for å fremme separasjon av dette, bør så ha en slik polaritet at den tiltrekker seg vann mer enn den tiltrekker seg olje. Spesielt, bør det ha en slik polaritet at det tiltrekker seg den første komponent, det vil si vann, mer enn en andre komponent, det vil si olje, tiltrekker seg den første komponent. Dermed vil en meget effektiv separasjon av den første komponent fra den andre komponent bli fremmet. I tilfelle med vanndråper som blir separert fra olje, kunne polariteten, definert som overflateenergi, av koaliseringsmediet med den nevnte overflate av dette, være minst 25 mN/m (milliNewton per meter), fortrinnsvis 30 mN/m, og aller helst mer enn 35 mN/m. Følgelig, er polare polymerer, så som PA og PMMA foretrukket for koaliseringsmedium. Det kunne imidlertid også være mulig å frembringe en oxid-film, som i seg selv er polar, på et substrat av et materiale som er mer eller mindre polart, men gjennomsiktig for den aktuelle stråling. En corona-behandlet ikke-polar polymer er et eksempel på et slikt substrat. Det er også viktig at den valgte polymer er tilstrekkelig inert for råoljen og i noen tilfeller til høye temperaturer og trykk. Innretningen omfatter fortrinnsvis en anordning for å tilføre en elektromagnetisk stråling, spesielt mikrobølgestråling, på emulsjonen. Forskjellige typer av mikrobølgeapplikatorer kunne brukes for dette formål. Koaliseringsmediet burde så anordnes generelt i et område hvor emulsjonen blir utsatt for en elektromagnetisk stråling fra en slik applikator. Det er å foretrekke at koaliseringsmediet omfatter et materiale med stort overflateareal, for eksempel har et stort overflateareal i forhold til dets volum. Koaliseringsmediet omfatter derfor én eller flere komponenter anordnet i emulsjonen, og har et forholdsvis stort kontaktareal mot emulsjonen. Et antall forskjellige former er mulig, så som korrugerte plater, små rør, nettinger osv., anordnet i koaliseringsmediet, fortrinnsvis på et sted hvor det er en strømning av emulsjon forbi koaliseringsmediet. Et slikt sted er fortrinnsvis inne i et rør for transport av emulsjonen, og mest å foretrekke oppstrøms og nær en gravitasjonsseparator, hvorved separasjonen i sistnevnte blir sterkt fremmet ved plasseringen av anordningen ifølge oppfinnelsen.

Ifølge en alternativ utførelse, er anordningen ifølge oppfinnelsen plassert inne i en gravitasjonsseparator ved et innstilt nivå i denne. Fortrinnsvis, er anordningen plassert over nivået av kontinuerlig vann, og helst et sted mellom nivået for kontinuerlig vann og kontinuerlig olje.

Ytterligere trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse skal beskrives i den detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelser, og i kravene.

En foretrukken utførelse av anordningen ifølge oppfinnelsen skal i det følgende beskrives gjennom et eksempel, og under henvisning til tegningene, hvor figur 1 er et skjematisk perspektivriss av anordningen ifølge oppfinnelsen, plassert oppstrøms fra en gravitasjonsseparator. Figur 2 er et sideriss i snitt av anordningen ifølge oppfinnelsen, hvor figur 3 er et tverrsnittsriss av anordningen fra en retning perpendikulært med retningen på figur 2.

Anordningen ifølge oppfinnelsen omfatter en mikrobølgeapplikator 1 for å rette mikrobølger mot en emulsjon omfattende olje og vann. Innholdet av vann kunne være hva som helst fra 0 til 90 %, selv om et mer normalt innhold vil være i området fra 1 til 20 %. Vannet er fordelt som vanndråper i en mer eller mindre kontinuerlig oljefase.

Ved å utsette emulsjonen for mikrobølgestråling, oppnår man en oppvarming av vanndråpene, fortrinnsvis en separat oppvarming av bare vanndråpene og ikke oljen, slik at en koalisering av vanndråpene blir fremmet. Takket være en slik koalisering, vil vanndråpene danne større dråper eller konglomerater, som vil separeres fra oljefasen hurtigere enn de finere fordelte vanndråper vil gjøre i en gravitasjonsseparator 2 anordnet nedstrøms fra anordningen ifølge oppfinnelsen i prosesseirngslinjen betegnet 3 på figur 1. Fortrinnsvis omfatter linjen 3 et rør eller en kanal 4 gjennom hvilken emulsjonen blir ført fra anordningen ifølge oppfinnelsen til separatoren 2. Anordningen ifølge oppfinnelsen kunne imidlertid plasseres på et annet sted langs en slik linje, som et alternativ til den foreslåtte plassering.

Her har applikatoren 1 konstruksjon av en ring som omgir røret eller kanalen 4 for å rette mikrobølgeenergien jevnt inn i emulsjonen som strømmer gjennom røret eller kanalen 4. Strålingen blir rettet generelt sett perpendikulært med strømningsretningen for emulsjonen. Inne i røret eller kanalen 4, er et koaliseringsmedium 5 anordnet. Fortrinnsvis bør også de indre vegger av røret 4 som er i kontakt med emulsjonen omfatte det nevnte koaliseringsmedium. Koaliseringsmediet 5 omfatter et materiale som er generelt gjennomsiktig for mikrobølgestrålingen og har en polaritet, slik at vannet blir tiltrukket overflaten av koaliseringsmediet i større grad enn oljen. Fortrinnsvis har koaliseringsmediet en overflateenergi på minst 25 mN/m, passende på minst mN/m, og helst mer enn 35 mN/m. Her omfatter det foretrukne koaliseringsmedium en polar polymer, fortrinnsvis polyamid PA eller polymetyl metakrylat PMMA, eller polyeter eterketon PEEK. For å være tilstrekkelig gjennomsiktig for mikrobølger, bør koaliseringsmediet ta en di elektrisk konstant ved 2450 MHz fra omkring 0,1 til omkring 15, og en tapsfaktor fra nær 0 til omkring 2.

Koaliseringsmediet er anordnet som ett eller flere legemer som har et stort overflate/volum-forhold og som er jevnt fordelt over et tverrsnitt av kanalen eller røret, gjennom hvilket emulsjonen skal flyte. Utførelsen ifølge figurene 2 og 3 presenterer et koaliseringsmedium bestående av korrugerte plater laget av polyamid eller polymetyl metakrylat. Hovedplanet for platene er generelt parallelt med strømningsretningen for emulsjonen, det vil si i lengderetningen av røret eller kanalen 4. Et antall alternative koaliseringsmedium/legemer er imidlertid mulig. For eksempel kunne koaliseringsmediet 5 være anordnet som et antall små rør anordnet inne i røret eller kanalen 4 og løpende i lengderetningen for sistnevnte, jevnt fordelt over tverrsnittet for røret eller kanalen 4. Andre muligheter er nettinger eller bikakestrukturer.

Her er det foreslått å bruke anordningen ifølge oppfinnelsen som et koaliseringsmedium oppstrøms fra en gravitasjonsseparator. Et alternativ vil imidlertid være å anordne anordningen ifølge oppfinnelsen inne i en slik gravitasjonsseparator. Fortrinnsvis ville koaliseringsmediet da bli anordnet på et nivå ovenfor nivået for den gravimetrisk generelt separerte førstekomponent. I dette tilfelle ville dette bety ovenfor nivå for den kontinuerlige vannfase. Fortrinnsvis bør den anordnes på et nivå et sted mellom de kontinuerlige faser for den første og den andre komponent. I dette tilfelle, vil det bety mellom den kontinuerlige vannfase og den kontinuerlige oljefase. Det må forstås, at i en slik anvendelse, kunne mikrobølge-applikatoren ha en helt annen konstruksjon enn den som er vist på figurene 1-3.

Det er klart at et antall alternative utførelser vil være åpenbare for en fagmann i teknikken, uten å forlate omfanget av oppfinnelsen som definert i kravene, understøttet av beskrivelsen og tegningene.

Claims (11)

1. Anordning for behandling av en emulsjon, spesielt en emulsjon omfattende vanndråper i olje, omfattende en første komponent og en annen komponent som har forskjellige polaritetsegenskaper, hvor anordningen omfatter et koaliseringsmedium (5) anordnet i kontakt med emulsjonen for å fremme en separasjon av den første komponent fra den andre komponent, hvor koaliseringsmediet (5) er generelt gjennomsiktig for elektromagnetisk stråling, karakterisert ved at koaliseringsmediet, i det minste hvor det er i kontakt med emulsjonen, har slike polaritetsegenskaper at det tiltrekker seg vannet i den første komponent vesentlig mer enn det tiltrekker seg oljen i den andre komponent, og at polariteten, definert som overflateenergi, er minst 25 mN/m.

2. Anordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at den første komponent har en vesentlig større tendens til å overføre mikrobølgeenergi som den er utsatt for, til oppvarming, enn den andre komponenten.

3. Anordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at koaliseringsmediet (5) er generelt gjennomtrengelig for mikrobølgestråling.

4. Anordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at koaliseringsmediet omfatter en polar polymer, fortrinnsvis polyamid eller polymetylmetakrylat.

5. Anordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at koaliseringsmediet omfatter en oksidfilm, i kontakt med emulsjonen.

6. Anordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at det omfatter en anordning (1) for å tilføre elektromagnetisk stråling, fortrinnsvis mikrobølger, til emulsjonen.

7. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at koaliseringsmediet (5) er anordnet generelt i et område hvor emulsjonen utsettes for den elektromagnetiske stråling.

8. Anordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at den omfatter en kanal (4) gjennom hvilken emulsjonen flyter, og at koaliseringsmediet (5) er anordnet i og tvers over kanalen (4).

9. Anordning ifølge foregående krav, karakterisert ved at den omfatter en gravitasjonsseparator (2) til hvilken emulsjonen blir ledet, og at koaliseringsmediet (5) er anordnet til å bli passert av emulsjonen oppstrøms fra gravitasjonsseparatoren (2).

10. Anvendelse av en anordning ifølge foregående krav inne i en gravitasjonsseparator (2) til hvilken emulsjonen blir ledet, og hvor koaliseringsmediet (5) blir passert av emulsjonen oppstrøms for gravitasjonsseparatoren (2).

11. Anvendelse av anordningen ifølge krav 10, hvor anordningen er plassert i det minste over nivået av en kontinuerlig vannfase, fortrinnsvis mellom en kontinuerlig vannfase og en kontinuerlig oljefase.