RU2163622C1

RU2163622C1 - Method of dehydrating natural bitumens and high-viscosity crude oils

Info

Publication number: RU2163622C1
Application number: RU99122396A
Authority: RU
Inventors: И.Ш. Хуснутдинов; В.Г. Козин; А.Ю. Копылов
Original assignee: Хуснутдинов Исмагил Шакирович; Козин Виктор Георгиевич; Копылов Александр Юрьевич
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2001-02-27

Abstract

FIELD: petroleum processing. SUBSTANCE: extensive dehydration of natural bitumens and high-viscosity crude oils to residual water content below 0.5% ensures compatibility with natural bitumen deasphalting process. Dehydration is accomplished by mixing water-bitumen emulsion with solvent at weight ratio from 1:0.5 to 1:2, respectively, followed by settling working mixture to form two-phase system and separating phases. Extraction with acetone is effected as 1- to 4-contact step process. EFFECT: reduced consumption of demulsifiers, simplified technology, and increased dehydration efficiency. 2 dwg, 11 tbl

Description

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для обезвоживания тяжелого углеводородного сырья типа природных битумов (ПБ) и высоковязких нефтей (ВВН). The invention relates to the refining industry and can be used for dehydration of heavy hydrocarbons such as natural bitumen (PB) and high viscosity oils (BBH).

В настоящее время для подготовки к переработке тяжелых нефтей применяется традиционная технология - термохимическое обезвоживание и обессоливание с применением реагентов-деэмульгаторов (см.1. Батуева И.Ю., Гайле А.А., Поконова Ю.В. и др. Химия нефти - Л.: Химия, 1984.- 359 с.). Этот процесс осуществляют при температуре в интервале 20-80^oC, при этом расход реагента составляет 50-600 г/т сырья в зависимости от типа деэмульгатора и состава нефти.Currently, traditional technology is used to prepare for the processing of heavy oils - thermochemical dehydration and desalination using demulsifiers (see 1. Batueva I.Yu., Gaile A.A., Pokonova Yu.V. et al. Chemistry of oil - L .: Chemistry, 1984.- 359 p.). This process is carried out at a temperature in the range of 20-80 ^o C, while the reagent consumption is 50-600 g / t of raw material, depending on the type of demulsifier and the composition of the oil.

Особенности химического состава ПБ и ВВН, связанные с наличием в них большого количества природных эмульгаторов - смол и асфальтенов, затрудняют проведение процесса обезвоживания по традиционной схеме. Наличие природных ПАВ, а также высокая вязкость и плотность ПБ требуют разработки методов, учитывающих эти особенности физико- химических свойств сырья. Как показали исследования, даже значительное повышение расхода реагента и температуры проведения процесса термохимического обезвоживания не позволяет достичь содержания остаточной воды в ПБ ниже 5 мас.%. The chemical composition of PB and BBH associated with the presence of a large number of natural emulsifiers - resins and asphaltenes in them makes it difficult to carry out the dehydration process according to the traditional scheme. The presence of natural surfactants, as well as the high viscosity and density of PB, require the development of methods that take into account these characteristics of the physicochemical properties of the raw materials. As studies have shown, even a significant increase in reagent consumption and the temperature of the process of thermochemical dehydration does not allow to achieve a residual water content in PB below 5 wt.%.

Известен эффективный способ обезвоживания природного битума смешением частично обезвоженного (за счет удаления свободно выделившейся воды при нагревании эмульсии до 40-50^oC) битума с деэмульгатором (неионогенное ПАВ) в количестве до 400 г/т сырья и углеводородным разбавителем (растворителем) - дистиллятной фракцией ПБ в соотношении 1:0.5-1:2, который в данном случае вводят для снижения вязкости, плотности сырья и повышения эффективности действия деэмульгатора. Затем происходит отстаивание смеси эмульсии и дистиллята при температуре 70-80^oC в течение 8-12 часов и удаление выделившейся воды, при этом содержание остаточной воды в обезвоженном битуме не превышает 0.5% (см.2 Исмагилов И.Х., Тронов В.П. и др. Экспериментальные исследования и разработка технологий обезвоживания природных битумов месторождений Татарии//серия "Нефтепромысловое дело" М.: ВНИИОЭНГ, 1992, с.47-48).There is an effective method for dehydration of natural bitumen by mixing partially dehydrated (by removing freely released water when the emulsion is heated to 40-50 ^o C) bitumen with a demulsifier (nonionic surfactant) in an amount of up to 400 g / t of raw material and a hydrocarbon diluent (solvent) - distillate fraction PB in a ratio of 1: 0.5-1: 2, which in this case is introduced to reduce the viscosity, density of the raw materials and increase the effectiveness of the demulsifier. Then the mixture of emulsion and distillate is sedimented at a temperature of 70-80 ^o C for 8-12 hours and the released water is removed, while the residual water content in dehydrated bitumen does not exceed 0.5% (see 2 Ismagilov I.Kh., Tronov V. P. et al. Experimental research and development of technologies for dehydration of natural bitumen from deposits in Tatarstan // series "Oilfield business" M .: VNIIOENG, 1992, p. 47-48).

Этот способ имеет ряд недостатков: значительный расход дорогостоящих высокоэффективных деэмульгаторов: добавление дистиллятной фракции к ПБ изменяет его состав, следствием чего является снижение эффективности процесса деасфальтизации с помощью растворителей, который часто используется для повышения глубины разделения тяжелого нефтяного сырья (см.3 Казакова Л.П., Крейн С.Э. Физико-химические основы производства нефтяных масел// М.: Химия, 1978. -320 с. ). Кроме того, значительно увеличивается нагрузка на ректификационное оборудование. This method has several disadvantages: a significant consumption of expensive high-performance demulsifiers: adding a distillate fraction to PB changes its composition, which results in a decrease in the efficiency of the deasphalting process with solvents, which is often used to increase the depth of separation of heavy oil raw materials (see 3 Kazakova L.P. ., Krein S.E. Physicochemical principles for the production of petroleum oils // M .: Chemistry, 1978. -320 p.). In addition, significantly increases the load on the distillation equipment.

Задачей изобретения является разработка технологии глубокого обезвоживания ПБ и ВВН (содержание остаточной воды менее 0.5 %), совместимой с процессом деасфальтизации ПБ. The objective of the invention is to develop a technology for deep dehydration of PB and BBH (residual water content of less than 0.5%), compatible with the process of deasphalting PB.

Поставленная задача решается способом обезвоживания природных битумов и высоковязких нефтей, включающим смешение водобитумной эмульсии с растворителем в массовом соотношении (1:0.5)-(1:2) соответственно, отстаивание рабочей смеси до образования двухфазной системы и разделение полученных фаз. Причем обезвоживание проводят экстракцией, а в качестве растворителя-экстрагента используют ацетон при числе ступеней контакта от 1 до 4. The problem is solved by the method of dehydration of natural bitumen and high-viscosity oils, including mixing a water-bitumen emulsion with a solvent in a mass ratio (1: 0.5) - (1: 2), respectively, settling the working mixture to form a two-phase system and separating the phases obtained. Moreover, dehydration is carried out by extraction, and acetone is used as the solvent extractant with the number of contact steps from 1 to 4.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Берут 50 г сырья - (водобитумная эмульсия Ашальчинского природного битума с содержанием воды 20 мас.%) и проводят 1-ступенчатое обезвоживание с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 0,5. Перемешивание нефти с растворителем осуществляли электромешалкой до наступления равновесия. После отстаивания образуется двухфазная система: раствор экстракта, состоящий из основного количества растворителя и растворенных в нем основной массы воды и небольшой части ПБ, и раствор рафината, состоящего из основной части ПБ, меньшей части растворителя и неудаленной воды. После разделения полученных фаз от растворов экстракта и рафината отгоняют водный раствор ацетона. У полученного после перегонки водного раствора ацетона определяют плотность, по которой находят содержание воды в рафинате с помощью таблицы (см.4 Перельман В.И. Краткий справочник химика - М., "Химия", 1964, с.416). Материальный баланс процесса приведен в табл. 1. Example 1. Take 50 g of raw materials - (water-bitumen emulsion of Ashalchinsky natural bitumen with a water content of 20 wt.%) And carry out 1-stage dehydration with acetone (mass ratio of solvent to raw material - 0.5. Stirring of the oil with the solvent was carried out by an electric mixer until After settling, a two-phase system is formed: an extract solution consisting of the main amount of solvent and the bulk of water and a small part of PB dissolved in it, and a raffinate solution consisting of the main part of PB, smaller parts of the solvent and non-removed water. After separation of the obtained phases, an aqueous solution of acetone is distilled off from the solutions of the extract and the raffinate. The density obtained from the distillation of the aqueous solution of acetone is used to determine the density by which the water content in the raffinate is determined using the table (see 4 Perelman V.I. Brief reference chemist - M., "Chemistry", 1964, s.416). The material balance of the process is given in table 1.

Пример 2. Берут 50 г сырья - (водобитумная эмульсия Ашальчинского природного битума с содержанием воды 20 мас.%) и проводят 1-ступенчатое обезвоживание с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 0,75). Процесс идет аналогично примеру 1. Материальный баланс процесса приведен в табл. 2. Example 2. Take 50 g of raw materials - (water-bitumen emulsion of Ashalchinsky natural bitumen with a water content of 20 wt.%) And carry out 1-stage dehydration with acetone (mass ratio of solvent to raw material - 0.75). The process is carried out analogously to example 1. The material balance of the process is given in table. 2.

Пример 3. Берут 50 г сырья - (водобитумная эмульсия Ашальчинского природного битума с содержанием воды 20 мас.%) и проводят 1- ступенчатое обезвоживание с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 1). Процесс идет аналогично примеру 1. Материальный баланс процесса приведен в табл. 3. Example 3. Take 50 g of raw material - (water-bitumen emulsion of Ashalchinsky natural bitumen with a water content of 20 wt.%) And carry out 1-stage dehydration with acetone (mass ratio of solvent to raw material - 1). The process is carried out analogously to example 1. The material balance of the process is given in table. 3.

Пример 4. Берут 45 г сырья - (водобитумная эмульсия Ашальчинского природного битума с содержанием воды 20 мас.%) и проводят 1-ступенчатое обезвоживание с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 2). Процесс идет аналогично примеру 1. Материальный баланс процесса приведен в табл. 4. Example 4. Take 45 g of raw material - (water-bitumen emulsion of Ashalchinsky natural bitumen with a water content of 20 wt.%) And carry out 1-stage dehydration with acetone (mass ratio of solvent to raw material - 2). The process is carried out analogously to example 1. The material balance of the process is given in table. 4.

Пример 5. Берут 50 г сырья - (водобитумная эмульсия Ашальчинского природного битума с содержанием воды 12,5 мас.%) и проводят 1-ступенчатое обезвоживание с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 0,75). Процесс идет аналогично примеру 1. Материальный баланс процесса приведен в табл. 5. Example 5. Take 50 g of raw materials - (water-bitumen emulsion of Ashalchinsky natural bitumen with a water content of 12.5 wt.%) And carry out 1-stage dehydration with acetone (mass ratio of solvent to raw material - 0.75). The process is carried out analogously to example 1. The material balance of the process is given in table. 5.

Пример 6. Берут 50 г сырья - (водобитумная эмульсия Ашальчинского природного битума с содержанием воды 5 мас.%) и проводят 1-ступенчатое обезвоживание с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 0,75). Процесс идет аналогично примеру 1. Материальный баланс процесса приведен в табл. 6. Example 6. Take 50 g of raw materials - (water-bitumen emulsion of Ashalchinsky natural bitumen with a water content of 5 wt.%) And carry out 1-stage dehydration with acetone (mass ratio of solvent to raw material - 0.75). The process is carried out analogously to example 1. The material balance of the process is given in table. 6.

Пример 7. Процесс противоточной экстракции с числом ступеней 4 был смоделирован по схеме Нэша (фиг. 1, см. 5. Альдерс Л. Жидкостная экстракция - М. , Изд-во ин. лит-ры, 1962, с. 155). Стационарное состояние установилось в системе после 4 цикла. Количество сырья и растворителя, подаваемое на каждый цикл, было одинаково и составило: водобитумная эмульсия Ашальчинского природного битума (содержание воды 20 мас.%) - 50 г; ацетон (массовая кратность растворителя к сырью - 0,5) - 25 г. Example 7. The process of countercurrent extraction with the number of stages 4 was modeled according to the Nash scheme (Fig. 1, see 5. Alders L. Liquid extraction - M., Publishing house of literature, 1962, p. 155). The stationary state was established in the system after 4 cycles. The amount of raw material and solvent supplied for each cycle was the same and amounted to: water-bitumen emulsion of Ashalchinsky natural bitumen (water content 20 wt.%) - 50 g; acetone (mass ratio of solvent to raw material - 0.5) - 25 g.

Материальный баланс 5-го цикла (табл.7) соответствует материальному балансу цикла 6, 7 и т.д. Обозначенный на схеме (фиг. 1) цикл 5 соответствует схеме работы противоточной экстракционной колонны с 4 ступенями контакта (фиг.2). The material balance of the 5th cycle (Table 7) corresponds to the material balance of cycle 6, 7, etc. Designated in the diagram (Fig. 1), cycle 5 corresponds to the scheme of operation of a countercurrent extraction column with 4 contact levels (Fig. 2).

Пример 8. Берут 50 г сырья - (водобитумная эмульсия Ашальчинского природного битума с содержанием воды 20 мас.%) и проводят обезвоживание по схеме противоточной 4-ступенчатой экстракции с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 0.75). Процесс идет аналогично примеру 7. Схема проведения процесса приведена на фиг. 1. Материальный баланс приведен в табл. 8. Example 8. Take 50 g of raw materials - (water-bitumen emulsion of Ashalchinsky natural bitumen with a water content of 20 wt.%) And carry out dehydration according to the scheme of countercurrent 4-stage extraction with acetone (mass ratio of solvent to raw material - 0.75). The process proceeds analogously to example 7. The process flow chart is shown in FIG. 1. The material balance is given in table. 8.

Пример 9. Берут 50 г сырья - (водобитумная эмульсия Ашальчинского природного битума с содержанием воды 20 мас.%) и проводят обезвоживание по схеме противоточной 4-ступенчатой экстракции с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 1,0). Процесс идет аналогично примеру 7. Схема проведения процесса приведена на фиг. 1. Материальный баланс приведен в табл. 9. Example 9. Take 50 g of raw materials - (water-bitumen emulsion of Ashalchinsky natural bitumen with a water content of 20 wt.%) And carry out dehydration according to the scheme of countercurrent 4-stage extraction with acetone (mass ratio of solvent to raw material - 1.0). The process proceeds analogously to example 7. The process flow chart is shown in FIG. 1. The material balance is given in table. 9.

Пример 10. Берут 50 г сырья - (водобитумная эмульсия Ашальчинского природного битума с содержанием воды 12,5 мас.%) и проводят обезвоживание по схеме противоточной 4-ступенчатой экстракции с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 0,75). Процесс идет аналогично примеру 7. Схема проведения процесса приведена на фиг. 1. Материальный баланс процесса приведен в табл. 10. Example 10. Take 50 g of raw material - (water-bitumen emulsion of Ashalchinsky natural bitumen with a water content of 12.5 wt.%) And carry out dehydration according to the scheme of countercurrent 4-stage extraction with acetone (mass ratio of solvent to raw material - 0.75). The process proceeds analogously to example 7. The process flow chart is shown in FIG. 1. The material balance of the process is given in table. 10.

Пример 11. Берут 50 г сырья - (водобитумная эмульсия Ашальчинского природного битума с содержанием воды 5 мас.%) и проводят обезвоживание по схеме противоточной 4-ступенчатой экстракции с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 0,75). Процесс идет аналогично примеру 7. Схема проведения процесса приведена на фиг. 1. Материальный баланс процесса приведен в табл. 11. Example 11. Take 50 g of raw materials - (water-bitumen emulsion of Ashalchinsky natural bitumen with a water content of 5 wt.%) And carry out dehydration according to the scheme of countercurrent 4-stage extraction with acetone (mass ratio of solvent to raw material - 0.75). The process proceeds analogously to example 7. The process flow chart is shown in FIG. 1. The material balance of the process is given in table. eleven.

Предложенный способ обезвоживания позволяет получить природный битум с содержанием остаточной воды до 0,1 мас.%, изменяя кратность растворитель:ПБ в зависимости от исходного содержания воды в водобитумной эмульсии. При этом следует учитывать, что при значениях кратности выше 2,0 эффективность обезвоживания не увеличивается, а выход обезвоженного ПБ резко снижается. При значениях кратности ниже минимальной (0,5) эффективность процесса обезвоживания становится низкой (более 4% при обводненности исходной эмульсии 20%). The proposed method of dehydration allows you to get natural bitumen with a residual water content of up to 0.1 wt.%, Changing the multiplicity of the solvent: PB depending on the initial water content in the water-bitumen emulsion. It should be borne in mind that when the values of the multiplicity above 2.0, the efficiency of dehydration does not increase, and the yield of dehydrated PB sharply decreases. When the values of the multiplicity are below the minimum (0.5), the efficiency of the dehydration process becomes low (more than 4% when the water content of the initial emulsion is 20%).

Предложенный способ позволяет резко увеличить глубину обезвоживания высоковязкого сырья, при этом соотношение растворитель:сырье не превышает 1: 1. Процесс мало зависит от температуры и не требует ее точного поддержания. Это упрощает требования к аппаратурному оформлению процесса, снижает энергетические затраты на нагрев сырья. The proposed method allows to sharply increase the depth of dehydration of highly viscous raw materials, while the ratio of solvent: raw material does not exceed 1: 1. The process is little dependent on temperature and does not require its exact maintenance. This simplifies the requirements for the hardware design of the process, reduces the energy costs of heating the raw materials.

Применение полярного водорастворимого растворителя типа ацетона для обезвоживания водобитумной эмульсии целесообразно, если в схему переработки ПБ включается процесс деасфальтизации тем же растворителем. Предложенный способ обезвоживания можно совместить со способом сольватационного фракционирования ПБ и ВВН (см.6 патент РФ N 2055858, С 10 С 3/08, БИ N7, 1996), т. к. в этом процессе используется тот же растворитель. При переработке методом ректификации необходима предварительная регенерация растворителя из раствора обезвоженного сырья. The use of a polar water-soluble solvent such as acetone for dehydration of a water-bitumen emulsion is advisable if the deasphalting process with the same solvent is included in the PB processing scheme. The proposed method of dehydration can be combined with the method of solvation fractionation of PB and BBH (see 6 RF patent N 2055858, C 10 C 3/08, BI N7, 1996), because the same solvent is used in this process. When processing by rectification, preliminary regeneration of the solvent from a solution of dehydrated raw materials is necessary.

Для осуществления процесса выбраны недефицитные и достаточно дешевые реагенты. To implement the process, non-deficient and reasonably cheap reagents were selected.

Claims

The method of dehydration of natural bitumen and high viscosity oils, including mixing a water-bitumen emulsion with a solvent in a mass ratio (1: 0.5) - (1: 2), respectively, settling the working mixture to form a two-phase system and separating the phases obtained, characterized in that the dehydration is carried out by extraction, and acetone is used as the solvent-extractant with the number of contact steps from 1 to 4.