專利名稱：油/水乳液的破乳的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種方法，用于將含瀝青的油和水組成的乳液破乳為單獨的含瀝青的油和水相。
用水將含瀝青油的乳化使這些油的粘度降低。乳化的結果是使在20℃下的超過300Pa.s的最初粘度降低到12至35Pa.s的粘度范圍內。只有通過該粘度降低過程才能進行瀝青油的提取，運輸和進一步的加工。由于相對較高的瀝青含量，利用傳統的精煉方法不能容易地對含瀝青油進行加工。
目前，含瀝青油乳液被用于火力發電站。瀝青油中的高硫含量(3％至4％)導致較大程度的環境污染，這種程度的環境污染在工業化國家變得越來越不能被接收。可供選擇的辦法是通過對含瀝青油的部分氧化產生去硫可燃氣體，也指氣化，這樣就獲得了主要包含CO和H2的原料氣。隨后這種原料氣被處理，從而獲得適合于在聯合循環發電廠中燃燒的去硫燃氣。含瀝青油的部分氧化同樣適合于產生合成氣或氫，其可被用于費托反應或制備廣泛的化學制品，例如甲醇，氨，氧化產物，甲酸和醋酸。
EP-A-790292描述了一種方法，其中Olinoco焦油和水的乳液，還包含少量磺酸型表面活性劑的起始溫度為20℃至30℃，通過使用間接熱交換將乳液的溫度經兩個階段升高到150℃進行破乳。
US-A-5441548也描述了一種方法，其中通過使用兩個連續的熱交換器將乳液的溫度升高到130℃和170℃之間，從而將含瀝青油/水乳液破乳。隨后水相和含瀝青油相在重力型乳液分離器中通過相分離而分離。根據說明書，不加入用于增進含瀝青油相和水相的分離的另外的化學物質，例如破乳化劑。
上述方法的一個缺點是，當進入第一熱轉換器時，在低于100℃的條件下，起始乳液仍然具有相對較高的粘度。由于具有相對較高的粘度，熱轉換器必須裝備有用于乳液流動的大直徑管道，且/或必須施加一高壓，用于克服熱轉換器的第一部分中的壓降，在此處粘度仍然較高。大直徑管效率較低，且導致熱轉換器變大，這是為了實現理想的升高溫度的效果，或者如US-A-5441548的示例，不得不連續使用多于一個熱交換器。所需要的高壓是不理想的，因為必須使用特種泵。此外，由于顯而易見的安全的原因，熱交換器和位于熱交換器下游的處理設備，例如重力式乳液分離器，必須被設計成適應于這種高壓水平。
這個目的是通過以下方法實現的。用于將含瀝青油和水的乳液分離為液態水相和液態含瀝青油相的方法，其中進行以下步驟(a)將溫度低于100℃的含瀝青油/水乳液的溫度升高到140℃以上，(b)進行相分離，獲得水相和油相，其中步驟(a)中乳液的加熱是通過首先將在步驟(b)中所獲得部分溫度高于140℃的油相和含瀝青油/水乳液相混合，隨后，利用間接熱交換裝置將所獲得的混合物的溫度升高到140℃以上來實施的。
已經發現，通過將乳液料與部分在乳液的相分離中獲得的含瀝青油相混合，溫度能夠被充分地升高，以便降低進入熱交換裝置中的混合物的粘度。這就導致了在熱交換器中的較低壓降必須被克服，從而允許較低的入口壓力。因此，更小的更簡單的泵，更小的熱交換裝置和為較低壓力等級設計的處理設備能夠被用于根據本發明的方法。
申請人還發現，進行步驟(b)的溫度對于方法的效率是重要的。申請人發現，對于這種油-水體系，在溫度低于大約130℃的條件下，水相的密度高于油相的密度。溫度高于大約130℃的條件下，油相的密度高于水相的密度。通過從起始溫度約為130℃增加溫度，密度的差別也增加，這樣重油相和輕水相的分離的容易度也增加。在140℃就獲得了完成相分離的足夠的差別。最好是溫度不高于200℃，因為在更高的溫度下，油在水中和水在油中的可溶解性變高，這是不理想的。更好的范圍是在160℃-200℃的范圍之間，其中密度差足夠高，從而實現高效的相分離，并且水在油中和油在水中的可溶解性在一個可接受的范圍內。更理想的是溫度在160℃-180℃之間。油相和混合的以實現第一次溫度升高的乳液的重量比最好在1比2和1比5之間。
適用于根據本發明的方法的間接熱交換裝置可以是例如在US-A-5441548中公開的裝置。優選的熱交換裝置的一個示例是殼管熱交換器，其中位于殼側的熱介質，例如蒸汽或熱油將其熱量與位于管側的包含乳液的混合物進行交換。熱交換裝置中的溫度升高最好從120℃-150℃之間到160℃-180℃之間。
對于通過本發明的方法獲得的含瀝青油的應用，最好是降低油中的水溶性鹽類的水平。這種鹽類的示例有鎂，鈣，鈉，鉀，包括鹽。這些鹽類可能在例如部分氧化方法的處理設備中而產生嚴重的污染。在US-A-5441548中公開的示例中，這種水溶性鹽類在含瀝青油相中的含量對于應用來說過高。申請人發現通過將在步驟(b)中獲得的水相的PH值降低到低于7的水平，可使這些鹽類留存在油相中的含量變低。PH值最好在4和6之間。優選的是，在相分離期間的壓力足夠高，以保證在步驟(b)中獲得的水相為液態。適宜的壓力在5和20巴之間。獲得的液態水相還保證了大多數鹽類將被從水相中除去。通過降低水相的PH值來提高水溶性鹽類的去除最好與本發明的發明結合使用。更好的是，這種技術措施還可被應用于更多的通用方法中，且并不僅限于本發明的實施例，其中部分油的再循環是一個必要特征。能夠通過上述優選實施例進行處理的典型的乳液的鈣含量高于20ppmw和/或鎂含量高于20ppmw。
典型的含瀝青油/水乳液由于天然形成的和/或加入乳液中的表面活性劑形成的PH值高于7。為了降低PH值，適宜的是在相分離之前加入酸。可以使用的適宜的酸為在水處理設備中不會產生嚴重問題的酸，其中水相在返回到地表水，例如河流，海洋或湖泊之前被進行適宜的進一步處理。這種酸的示例有硫酸，磷酸和醋酸，其中硫酸最理想，因為其有效性高，且例如從水相中去除石膏的能量強。通過測量由該方法獲得的水相的PH值就能夠容易地確定加入酸的量。
相分離可以在本領域已知的任何常規的相分離裝置中進行。這些裝置可以是重力式分離器或重力分離器和處于靜電場中的順流乳液分離器的組合。
含瀝青油可以是在奧里諾科河盆地，特立尼達島，北美洲，和其它地區發現的自然存在的原油資源，在這些地區的含瀝青油以它們的高瀝青含量著稱。含瀝青油還可以是在精煉典型原油時的減壓渣油餾分。由于例如地方環境的原因，這些餾分不能被進一步加工成燃料。理想的是將這些餾分運輸到其被用作氣化給料的地點。由于其粘性性質，適宜的是這種餾分被作為水/油乳液來運輸。
含瀝青油/水乳液還可以包括表面活性劑。可用的表面活性劑的示例有乙氧基化烷基酚，例如壬基酚乙氧基化化合物，乙氧基化醇，水溶性胺化合物，堿性化合物以及它們的組合物。水溶性胺的示例有乙胺，二乙胺，三乙胺，正-丁胺，三異丁胺，二甲胺，甲胺，丙胺，二苯胺，仲丙胺，丁胺，仲丁胺，乙醇胺以及它們的混合物。乙氧基化醇可以包含12-18個碳原子，例如聚乙氧基化十三醇。堿性化合物的示例有氯化鈉，氯化鉀，硝酸鈉，硝酸鉀，硝酸鈣，硝酸鎂，及它們的混合物。乳液典型地包括占重量60％-85％的含瀝青油，占重量0.01％-5％的表面活性劑和占重量10％-40％的水。含瀝青油水乳液的示例可選擇地包括例示的表面活性劑，其可被用于根據本發明的方法，例如在US-A-5419852，US-A-5437693，US-A-5480583，US-A-5503772，US-A-5556574，US-A-5603864，和US-A-5622920中所描述的。最佳的乳液為ORIMULSION和OLIMULSION，即在US-A-4795478或EP-A-790292中分別描述的示例(ORIMULSION為IntevepS.A.Venezuela的商標)(OLIMULSION為Bitumes Olinoco S.A.Venezuela的商標)。
上述方法獲得的含瀝青油最好是被用作氣化方法的給料。該氣化方法可以是本領域已知的任何方法，其適合于處理類似于上述含瀝青油的重給料。這種方法的示例有殼氣化方法，如Heurich et al.的“Partial Oxidation in the Refinery Hydrogen ManagementScheme”AIChE 1993 Spring Meeting，Houston，30 March 1993中所描述的方法，和德士古爐方法，如Petroleum Review June1990，page 311-314中所描述的方法。典型的是含瀝青油和氧氣或空氣被輸送到氣化燃燒爐中。或者緩和氣體例如蒸汽或二氧化碳也可被輸送到燃燒爐中。在燃燒器出口處，反應物被霧化并被混合，在溫度為1300℃和1500℃之間發生放熱部分氧化。典型的壓力在10和90巴之間。產生的燃料或合成氣主要包含CO和H2。其它組分為CO2，CH4，H2O，H2S，COS，N2和Ar。隨后利用水淬或間接熱交換降低熱燃氣的溫度。在EP-A-774103中描述了一種間接熱交換方法，其描述了一種垂直方向殼管式熱交換器，其中溫度被從典型的1300℃-1500℃降低到典型的300℃-350℃。在這種設備中，高壓蒸汽在裝置的殼側產生，而合成氣在熱交換器的管側被降溫。當本發明所獲得的含瀝青油被用于應用這種間接熱交換器的氣化方法中時，本發明的優點更加突出。這是因為，給料中的水溶性鹽會在熱交換器(管道)中產生嚴重的堵塞，而這種鹽類通過本發明的最佳實施例被有效地去除。
附圖的簡要說明下面將參照附
圖1對本發明進行說明。優選實施例描述附圖1描述了一種含瀝青油/水乳液的分離方法及其所獲得的含瀝青油的氣化方法。含瀝青油/水乳液(1)被與含瀝青油(8)的循環液流混合產生液流(2)。該混合物(2)在熱交換器(3)中被加熱到所需溫度，產生被加熱的液流(4)，該液流(4)被供送到重力相分離器(5)中。在重力式分離器(5)中，獲得作為頂相的水相(6)和作為底相的較重的含瀝青油相(7)。部分含瀝青油相(7)經泵(9)被再循環到熱交換器(3)中，在作為循環液流的液流(8)中經液流(10)供給一些酸，從而使PH值降低到理想水平。含瀝青油相(7)的剩余部分被供應給氣化裝置(14)。該反應器裝置包括燃燒器(未示出)，空氣或氧氣被送入通口(12)，可選擇的緩和氣體被送入通口(13)。所獲得的燃氣混合物(15)在殼管式熱交換器(16)中被降溫，鍋爐供送的水被供給通口(17)，產生高壓流(18)。在熱交換器(16)中獲得的燃氣混合氣(19)在下游的單元操作(未示出)中被進一步處理，其中例如灰，煙灰和含硫混合物被清除。
本發明將通過下面的非限定性示例進行說明。
示例1785噸/天的溫度為40℃的ORIMULSION與溫度為170℃的3140噸/天的循環油相在15巴的壓力下接觸，產生溫度為149.5℃的混合物。該混合物在熱交換器中被進一步加熱到170℃，其粘度為179cSt。進行相分離，在10巴的壓力下產生236噸/天的水和3690噸/天的油相，其中3140噸/天的油相被用于加熱Orimulsion，可獲得550噸/天的油產品，其溫度為170℃，粘度為102cSt。利用泵，循環油相的壓力被從10巴升高到15巴。63千克/天的硫酸被加入這種循環混合物。
示例2
為了使獲得的水相的PH值為5，一定量的硫酸被加入到一定重量的典型ORIMULSION(ORIMULSION為US-A-4795478中所描述的含瀝青油和水的乳液及其制備中所說明的Intevep S.A.的商品名稱)中(80mg硫酸每千克乳液)。乳液的水的重量百分含量為30％。相分離在溫度為180℃，壓力為10巴的條件下進行。在相分離期間，保持液相。所獲得的水相為頂相。在表1中示出，所使用的ORIMULSION和獲得的相分離的更多信息。
比較例示例2被重復，所不同的是不加入酸。所獲得的水相的PH值為7.9。見表1。
表權利要求
1.將含瀝青油和水的乳液分離成液態水相和液態含瀝青油相的方法，其中進行以下步驟(a)將溫度低于100℃的含瀝青油/水乳液的溫度升高到140℃以上，(b)進行相分離，獲得水相和油相，其中步驟(a)中乳液的加熱是通過首先將在步驟(b)中所獲得的部分溫度高于140℃的油相和含瀝青油/水乳液相混合，隨后，利用間接熱交換裝置將所獲得的混合物的溫度升高到140℃以上來實施的。
2.根據權利要求1所述的方法，其中在步驟(a)中，溫度升高到140℃-200℃之間的值。
3.根據權利要求2所述的方法，其中在步驟(a)中，溫度升高到160℃-200℃之間的值。
4.根據權利要求3所述的方法，其中通過使用間接熱交換裝置使獲得的混合物的溫度從120℃-150℃之間的值升高到160℃-180℃之間的值。
5.根據權利要求1-4其中任何一個所述方法，其中為了獲得處于液態的兩相，使步驟(b)中的壓力足夠高。
6.根據權利要求5所述的方法，其中在步驟(b)中液態水相的PH值低于7。
7.根據權利要求6所述的方法，其中液態水相的PH值在4到6之間。
8.根據權利要求1-7中任意一項所述的方法，其中起始乳液中水的重量百分含量為10％-40％，表面活性劑的重量百分含量為0.01％-5％，油的重量百分含量為60％-85％，其中單獨油的粘度在20℃高于305Pa.s。
9.根據權利要求8所述的方法，其中乳液為ORIMULSION。
10.根據權利要求1-9中任何一項所述方法獲得的油相的應用，該油相作為氣化處理的給料其溫度高于140℃。
全文摘要
將含瀝青油和水的乳液分離成液態水相和液態含瀝青油相的方法,其中進行以下步驟:(a)將溫度低于100℃的含瀝青油/水乳液的溫度升高到140℃以上,(b)進行相分離,獲得水相和油相,其中步驟(a)中乳液的加熱是通過首先將在步驟(b)中所獲得部分溫度高于140℃的油相和含瀝青油/水乳液相混合,隨后,利用間接熱交換裝置將所獲得的混合物的溫度升高到140℃以上來實施的。
文檔編號E21B43/34GK1364094SQ00810834
公開日2002年8月14日 申請日期2000年7月25日 優先權日1999年7月26日
發明者弗朗西斯庫斯·貢杜爾福斯·安東紐斯·范登堡, 阿里·揚森, 保羅斯·安東·斯坦普斯 申請人:國際殼牌研究有限公司