原油处理装置及原油处理方法

专利名称：原油处理装置及原油处理方法
技术领域：
本发明涉及用于分离处理原油中的水分的原油处理装置及原油处理方法。
本申请是基于日本国的专利申请(特愿平10-48303及特愿平10-48306)，该日本申请的所述内容作为本说明书的一部分。
背景技术：
原油是以链烷烃类、环烷烃类、芳香族等的碳氢化合物作为主要成分。原油的物理、化学性质由其中所含的各种化合物的组成比所决定，另外，实际上原油的性质因每一个油田及每一个地平而有相当大的不同。
国际上原油的比重大多用API度(API gravity，API=AmericanPetroleum Institute)表示。API度利用下式求得。
API度=(141.5/G)-131.5这里，G表示60°F(15.6℃)下的原油质量和与之同体积的60°F下的水的质量的比。原油按API度大致有如下分类。
粗原油(沥青)API度10以下重油 10以上小于22.3重质油 15-25中质油 24-39轻质油 39-45超轻质油 45以下迄今为止，在生产原油时，首先利用自喷、泵采油、水或气压入法等的方法通过生产井从地球上的各部分油层回收原油。所回收的原油通过埋在地下的管道从各油井源中的称作采油树的分支管送至储油处。储存在储油处的原油被输送到分离装置(分离器)，在这里从原油中分离瓦斯及水分。
图8为显示分离装置之一例。分离装置按其形状大致分为横型、竖型、球型，该例为横型。
该例的分离装置201由密闭的槽构成，在其一端侧的侧壁的中央稍稍上方设有原油入口202，在另一端侧的侧壁的中央稍稍下方设有分离油出口213，在另一端侧的底部设有分离水出口212，在上部设有瓦斯出口214。另外，在分离器201内、原油入口202的近旁设有用于抑制流入的原油起波的挡板203，在另一侧设有隔板215用于仅使原油层204的上层澄清液(分离油)向分离油出口213侧的分离油层206流出。
使用这样构成的分离装置201进行从原油中除去水分的处理时，首先从生产井输送来的原油从原油入口202急剧地流入分离装置201内，在原油入口202附近抑制起波之后，越过挡板203流入下一区段的原油层204。
由原油层204产生的瓦斯储存于分离装置201内部上方的瓦斯层205，从瓦斯出口214适当地排出。另外，原油层204随着时间的经过按比重差分离为油和水，水分储存于下部的分离水层207。这时将原油加热至40-60℃，以降低原油的粘性、提高分离性能。分离水层207的水利用水面控制装置208控制，通过水面控制阀210的开闭，适当地从分离水出口212排出。这样从原油层204分离瓦斯和水分的分离油越过隔板215流入分离油层206。该分离油层206的分离油利用油面控制装置209控制，通过油面控制阀211的开闭，适当地从分离油出口213排出。
但是，使用如上所述的分离装置(分离器)201，利用油和水的比重差而从原油分离除去水分，在该方法中，欲处理的原油量增大必须使设备大型化，存在设备的设置场所问题、设备投资费用、及加热炉的能源消耗等问题。另外，不仅如此而且也存在处理速度及处理能力的限制、水分率降低的限制等问题，使设备大型化而加大原油的处理量是不容易的。
因此，即使是这样分离除去瓦斯和水分的分离油，许多情况下根据原油的性质同样分散并含有微小的水滴及泥质，水分率仍然高。这样的分散状态被称作乳浊液。并且只预先通常放置，不能得到希望的如此细小水滴之间的集聚而形成可以分离的水分。这是由于原油中的水滴的表面张力大，水滴之间难于集聚。
另外，由于含泥质所以存在有分离后的处理设备中的腐蚀等问题，而且有时也存在不适合于精制及生产的组成的情况，在该情况下存在收率低下的问题。
因此，作为用于降低分离油的水分率的方法采用如下的方法(1)人工地使用表面活性剂等破坏水滴的附着膜，使乳浊液状态的水滴结合，得到可分离的水分。或者(2)在水滴乳浊液上施加1万至2万伏特的高电压的交流电流，水滴的附着膜受到电场的影响而改变其排列，碰撞的频率变高，就同时相互吸引，因而由此使乳浊液状态的水滴集聚，得到可分离的水分。
但是，(1)在加入表面活性剂时，需要选定油的温度、油的处理速度、油的成分、油中的盐分浓度所对应的最佳表面活性剂，而且研究加入条件。另外表面活性剂由于受油中或水中的盐分浓度的强烈的限制，所以存在必须研究每一地方、每一地平下的使用条件的问题。
另外，(2)在施加高电压交流电流时存在着设备投资场所、设备投资费用、伴随高电压引火、火灾的防止对策、电源供给方法等问题。
另外，在所述的原油中沥青及重油由于比重特别高、接近于水，所以存在和水分的分离时花费时间的问题。
发明的公开本发明的第1实施例为分离除去原油中的水分的装置，提供一种原油处理装置，其特征在于，在下部设有带排水口的处理槽、设于处理槽内的选择性地透过原油中的油分的膜、对原油加压的装置、抽出透过所述膜的脱水油的取出管。
另外本发明的第1实施例提供一种原油处理方法，其特征在于，将膜模块浸渍于处理槽内的原油中，通过对原油加压而使其透过膜，从集油管取出透过膜而得到的脱水油。
根据该第1实施例，可以不依赖于原油的性质将水分从原油中高效地分离除去，同时也可以分离除去泥质。所以即使不使用表面活性剂及不施加高电压，也可以得到水分率低且不含泥质的脱水油。另外通过对于膜而对原油加压，可以不象以往的那样等待比重差产生的水分的沉降而高效地进行处理。所以，可以利用小型的装置进行大量的原油处理。
本发明的第2实施例为分离除去原油中的水分的装置，提供一种原油处理装置，其特征在于，在下部设有带排水口的处理槽、设于处理槽内的选择性地透过原油中的油分的膜、设有一端连通透过所述膜的脱水油的流路另一端在该处理槽内的原油液面的下方位置开口的取出管。
另外本发明的第2实施例提供一种原油处理方法，其特征在于，将膜模块浸于处理槽内的原油中，通过利用膜重力过滤原油而使其透过膜，从集油管取出透过膜而得到的脱水油。
根据第2实施例，在处理槽内的原油的液面和脱水油的取出管的开口位置之间设有差，利用重力的压力差而在所述膜进行重力过滤，所以对于膜不从外部施加动力，可以利用膜进行原油的油水分离处理。并且，可以不依赖于原油的性质将水分从原油中高效地分离除去，同时也可以分离除去泥质，即使不使用表面活性剂及不施加高电压，也可以得到水分率低不含泥质的脱水油。
附图的简单说明

图1为表示本发明的原油处理装置的第1实施例的结构简图。
图2为用于图1装置的中空丝膜模块的立体图。
图3为表示中空丝膜单元的例子的正面图。
图4为图3的中空丝膜单元的剖面图。
图5为表示本发明的原油处理装置的第2实施例的结构简图。
图6为表示本发明的原油处理装置的第3实施例的结构简图。
图7为表示平膜单元的例子的立体图。
图8为表示用于已有的原油处理的分离器的结构简图。
实施本发明的最佳实施方案本发明的原油处理装置为在下部具有排水口的处理槽内设有选择性地透过原油中的油分的膜的装置，并且该原油处理装置的特征在于，具有对原油施压的装置，或者具有一端连通透过所述膜的脱水油的流路、另一端在该处理槽内的原油液面的下方位置开口的取出管。
作为所述膜只要利用疏水性膜，由于原油中的油分为疏水性所以可容易地通过膜，原油中的水分由于膜表面疏水、就可以高效地进行原油中的油水分离。
所述膜当使用中空丝膜时，对原油的过滤有效的每单位容积的膜面积大，处理效率好。另外利用平膜时，容易进行膜面的清洗，而且适合模块大量生产。
作为所述膜，多根中空丝膜大致平行地排列、只要使用将和中空丝膜内部连通的集油管液封固定在该中空丝膜的至少一个端部而形成的中空丝膜模块，中空丝膜就容易安装。
通过设置使所述处理槽内加热及保温的装置，可以降低处理槽内的原油的粘性、提高膜分离效果，同时，由于热促进水滴乳浊液的破坏，并且使水分从原油中分离，所以优选。
将所述膜可以移动地安装于所述处理槽内，设置驱动该膜的驱动装置，这样在过滤处理中驱动膜，可以更有效地提高膜表面的分离处理效率，同时，在减轻膜的膜孔的网眼堵塞方面有利。
通过在所述处理槽内的所述膜的下方设置泡流发生装置可以在膜的表面附近产生从上向下流动的旋转流，所以，可以不依赖于原油的性质更有效地提高膜表面的分离处理效率，同时，可以减轻膜的膜孔的网眼堵塞。
下面参照附图详细说明本发明。
图1为显示本发明的原油处理装置的第1实施例的一个例子的图。
图1所示的原油处理装置大致由在下部具有排水口5的处理槽7、在处理槽7内设置的中空丝膜模块1、向处理槽7内供给原油的泵8、设于处理槽7内的中空丝膜模块1的下方的泡流发生装置4、连接于该泡流发生装置4的鼓风机9、设于处理槽7的外侧的加热装置6构成。另外，处理槽7具有设置了排气用阀31的盖子32，通过操作排气用阀31，可以自由地进行处理槽7内的密封、开放。
中空丝膜模块，如图2所示，是由多根中空丝膜2大致平行地并列形成的滤网部2a以及其两端固定的集油管3、3构成的。
中空丝膜2优选多孔质的中空纤维、其表面特性为疏水性。例如优选使用疏水性高分子制成的中空丝膜或如果是亲水性高分子组成的中空丝膜、则在其表面赋予疏水机能的物质。
当中空丝膜2的表面为疏水性时，原油中的油分由于具有疏水性容易通过中空丝膜2，原油中的水分由于膜表面拒水而不能通过中空丝膜2，所以可以高效地进行原油中的油水分离。
中空丝膜2的材料可以使用例如聚乙烯类、聚丙烯类、聚砜类、聚四氟乙烯(特氟隆)类、聚碳酸酯类、聚酯类、纤维素类、聚酰胺类、芳香族聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚丙烯腈类、聚甲基丙烯酸甲酯类、聚乙烯醇类、乙烯.乙烯醇共聚物、聚醚类等。
另外，只要中空丝膜2的表面特性为拒水性，就可以进一步降低透过中空丝膜2的油分(本说明书称作脱水油)的水分率，所以优选。例如通过在中空丝膜2的表面涂附氟树脂可以将中空丝膜2的表面做成拒水性。
而且，当原油使用重油或沥青时，由于粘度高比重大，需要设定高的处理装置温度，所以优选使用具有耐热性的中空丝膜。这样的中空丝膜使用特氟隆类的中空丝膜。
中空丝膜2优选的内外径及膜厚为外径2000μm以下、内径1800μm以下、膜厚200μm以下，更优选外径600μm以下、内径400μm以下、膜厚100μm以下。
另外，通过选定多孔质膜的中空丝膜2的孔径可以控制脱水油的水分率，孔径越小脱水油的水分率越低。一般脱水油的水分率优选设定为2.0％以下。只要优选设定中空丝膜2的孔径为1.0μm以下，不仅原油中的水分也可以分离除去水滴乳浊液，所以可以使利用卡尔-费歇法测定的脱水油的水分率达到2.0％以下，更优选的孔径为0.2μm以下。而且中空丝膜2的空孔率优选20-90％。
构成中空丝膜模块1的中空丝膜2的长度越长越可以加大滤网部2a的面积，但是，当过长时中空丝膜管内的阻力大，反而处理效率不好，所以根据所处理的原油的性质优选在100mm-2000mm程度的范围内设定。
由于装置的处理能力随滤网部2a的面积及中空丝膜2的总表面积而改变，所以构成中空丝膜模块1的中空丝膜2的个数根据处理的原油的性质及所要求的处理能力等进行设计。
集油管3,3为脱水油流过其内部的管状物，在其端部形成有脱水油抽出口3a。集油管3,3的材质优选使用机械强度及耐久性好、对脱水油具有耐腐蚀性的物质，例如金属中有不锈钢，塑料中有聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚四氟乙烯(特氟隆)类、聚甲基戊烯树脂、聚甲醛树脂、氯乙烯树脂、聚酰胺树脂、PBT树脂、PPS树脂等。
作为原油处理重油或沥青时，由于粘度高、比重大，需要设定高的处理装置温度，所以优选使用具有耐热性的材质。特别优选使用不锈钢、特氟隆类树脂、PPS树脂等。
另外，在本实施例中集油管3,23剖面形成圆形，但不限于此，可以使用任意形状的管体。
并且，滤网状排列的多个中空丝膜2的两侧的端部插入在集油管3,3的侧面形成的狭缝中(图中略)，在这里通过填充固定构件，将中空丝膜2和集油管3,3液封地固定。在该状态，集油管3,3内部和中空丝膜2的内部连通。另外所述固定构件为将多个中空丝膜2的各端部以保持其开口状态固定于集油管3的构件，可以使用例如使环氧类树脂、不饱和环氧树脂、聚氨酯树脂、硅树脂等液状树脂固化的物质，或使以聚乙烯树脂或聚丙烯树脂为主的聚烯烃类树脂等熔融、冷却固化的物质等。
作为原油处理重油或沥青时，由于粘度高、比重大，需要设定高的处理装置温度，所以优选使用具有耐热性的材质。特别优选使用环氧类树脂、硅树脂等。
中空丝膜2的固定不只是两端部，也可以是一端部。并且只将一端固定于集油管3时，不固定于集油管3的另一端部需要预先密封，以使未处理的原油不从中空丝膜2的开口端流入。或者将中空丝膜2做成U字状，也可以只用一端固定两开放端。
中空丝膜模块1优选装卸自由地安装于处理槽7内，例如优选利用由上方悬挂的方法、或者通过在中空丝膜模块1上安装漂浮自由的浮子等而在处理槽7内漂浮支承的方法等安装。另外，由于中空丝膜模块1自由装卸，便于使用连接器。只要将中空丝膜模块1设置成自由装卸，就可以容易地更换中空丝膜模块1，维护非常简单。
另外，本实施例中，中空丝膜模块1沿着滤网部2a的面的方向及集油管3的长度方向成垂直方向(相对液面垂直方向)配制于处理槽7内。但不限于此，考虑所处理的原油的性质、处理槽7内的原油的流动方向、所要求的处理速度、流量、处理槽7的结构，可以相对水平方向或垂直方向配设于纵方向、横方向、或倾斜方向。
另外，设于处理槽7内的中空丝膜模块1不只是1个，通过在上下左右纵横任意方向配设多个中空丝膜模块1，可以增大膜的总表面积，加大处理能力。例如也可以层叠多个中空丝膜模块1。这时只要将多个中空丝膜模块1存放于1个型体内从而单元化就可以在处理槽7内容易地装卸，因而优选。特别是使用连接器而单元化，提高了安装性，使维护及更换时的操作简单化。
图3及图4为显示8个中空丝膜模块1单元化的中空丝膜单元11的例子的图。图3为正面图，图4为沿图3中的Ⅳ-Ⅳ线的剖面图。在这些图中和图1相同的构件中具有同一符号。该中空丝膜单元11如下简略构成，即在平行配置的2片板状的侧板15,15的四角部分分别固定着相互平行的2根大集油管12,12及2根支承管14,14的两端，从而构成箱型的型体，在该型体中8根中空丝膜模块1,1…优选装卸自由地安装。
8根中空丝膜模块1,1…并排放置，以使集油管3,3…及滤网面2a,2a…相互平行，一端侧的8根集油管3,3…的上端连接于一方的大集油管12，另一端侧的8根集油管3,3…的上端连接于另一方的大集油管12。这样大集油管12和集油管3处于连通的状态。另外，集油管3的下端固定于和大集油管12平行设置的支承管14上。集油管3的下端做成密封状态，也可以在支承管14上只设有插入孔，做成将集油管3的下端插入这里的导轨状态的支承管14，而且也可以做成将支承管作为大集油管而使集油管3的两端连通大集油管的状态。并且在个大集油管12上设有脱水油抽出管13。
在使用这样的中空丝膜单元11时，透过中空丝膜2的脱水油经过集油管3、大集油管12、及脱水油抽出管13而抽到处理槽17外。
另外，在本实施例中，透过中空丝膜2的脱水油介由脱水油阀37储存至脱水油槽34。而且，该构成用反洗用泵33吸引脱水油槽34中的脱水油，介由反洗用阀35可以将脱水油从相对中空丝膜2的相反方向压入，根据需要可以反流清洗中空丝膜2。另外反流洗涤的脱水油的流量可以用反洗用调整阀36调整。
泵8为向处理槽7内供给原油的部件，通过向处理槽7以密封状态供给原油，可以使处理槽7内的原油相对中空丝膜2进行加压。并且，控制中空丝膜2的膜间压差即中空丝膜2的原油侧和脱水侧的压力差保持在所定的值。这样处理槽7内的原油由中空丝膜2定压过滤，通过中空丝膜2的脱水油经由中空丝膜2的内部、及集油管3内部排向处理槽7外。优选的膜间压差因中空丝膜2的孔径而不同，但优选设定在0.003-0.25Mpa范围内。
泵8使用经防爆处理的泵，例如大致有往复泵(定量泵)和旋转泵(rotary pump)。活塞泵例如有活塞泵、隔膜泵、叶片泵等，旋转泵例如有齿轮泵、偏心泵、螺旋泵等。另外材料可以使用公知的金属制泵、衬泵、树脂制泵、陶瓷泵等。这些泵种类不同具有不同的作用原理、结构及特性等，所以优选根据处理对象的原油的性质及处理量选择。
只要是相对中空丝膜2可以加压处理槽7内的原油的装置，也可以使用泵以外的加压方式。例如也可以使用在处理槽7内的液面高度和储存向处理槽7供给前的原油的原油槽(图中无显示)内的液面高度之间设置高度差，从而可以利用两槽之间的水位差而加压的装置，或者例如利用虹吸的原理而加压的装置。
如果利用泵作为加压装置，在处理装置的小型化上有利，如果利用水位差的加压装置或利用虹吸原理的加压装置，不需要电源在节省运转费方面有利。
泡流发生装置4为在中空丝膜模块1的下方使气体冒出的装置，连接在供给气体的鼓风机9上。从泡流发生装置4的任意方向产生起泡，这样在处理槽7内的原油中，产生旋转流，该旋转流如图1中箭头所示沿着滤网部2a的面从下方到上方、并且在中空丝膜模块1和处理槽7内壁的之间从下方到上方流动。这时优选将排气用阀31设置在开状态。
在本实施例的原油处理装置中，可以间歇性的进行加压，在停止加压的其间由泡流发生装置4进行冒泡，这样可以洗涤中空丝膜2的膜面，解除膜孔的堵塞。
并且，为了有效地进行起泡装置的膜面的洗涤，在装置设计时优选进行如下设计，即在中空丝膜模块1的上下左右纵横方面做成用于形成向下流的充足的空间，从而使滤网部2a附近确实形成向上流。另外图中无显示，也可以在泡流发生装置4和中空丝膜模块1之间的周沿附近设置遮挡板，以使由泡流发生装置4产生的起泡不逃到外面，即不逃到中空丝膜模块1和处理层7内壁的之间。
泡流发生装置4为了使中空丝膜模块1的滤网部2a的面均匀地效率高地产生起泡，根据所处理的原油的性质优选起泡发生的孔的位置、孔的直径、泡流发生装置和中空丝膜模块1的位置关系、以及起泡的发生量。
另外，使用的气体优选对所处理的原油没有影响的物质，一般地可以使用例如空气、二氧化碳、氮气、液化石油气(LPG)等气体。另外，也优选在处理槽7内驱动中空丝膜模块，通过在油液加压中产生液流而更优选的提高中空丝膜2表面的分离处理效率，同时，优选地减轻中空丝膜2的膜孔的堵塞。而且在停止加压中洗涤膜面时，也更优选在驱动吹泡的同时驱动中空丝膜模块1。
例如为了使中空丝膜模块1可以在上下左右等适当的方向移动、旋转，可以将中空丝膜模块1可动地安装于处理槽7内，同时设置适当的驱动装置。或者为了摇动或振动中空丝膜模块1可以适当地设置偏向凸轮、超声波振动装置、或振动装置等驱动装置。
在处理槽7的外侧，设有加热或保温处理槽7内的原油的加热装置6。因为这样通过将处理槽内的原油加热保温到适当地温度而降低原油的粘度，可以不依赖于原油的性质提高中空丝膜模块1产生的分离效率，同时也由于热促进水滴乳浊液的破坏及产生水分从原油中分离，所以优选该装置。优选的加热装置的例子例如有水蒸汽管、油套管、温水循环装置、加热线圈等加热装置。另外加热温度过高时，产生气化物(气体)增多，过低时原油粘度高分离效率低，所以优选设定在30℃-80℃，更优选设定在40℃-60℃。当作为原油使用重油及沥青时，进行同样地处理，由于粘度高比重大的情况下有时需要将处理装置的温度设定在通常以上的高温，所以这时也有时设定在80℃以上。
使用这样的原油处理装置进行原油的水分分离处理时，首先将处理槽7设定为密闭状态，驱动泵8而将原油供给至处理槽7内。中空丝膜模块浸于原油中。控制泵8以保持所定的膜间压差。另外优选利用加热装置6将处理槽7内的原油加热、保温到适当的温度。
这样原油中可透过中空丝膜2的油分(脱水油)经由中空丝膜2、集油管3抽取到处理槽7外。一方面原油中的水分不能透过中空丝膜2，随着时间的经过利用比重差沉降，在处理槽7的下部形成分离水层10，所以可以从排水口5进行适当的排水。另外原油中的泥质也不能透过中空丝膜，可以利用重力沉降和分离水层10的水一起从排水口5排出。另外溶存在原油中的天然瓦斯透过中空丝膜2而和脱水油一起抽出，但使也可以将该天然气供给到泡流发生装置4而作为冒泡气再使用，这样有利于降低运转成本。
优选利用泵8间歇地加压，例如优选加压10-60分钟之后，停止1-10分间隔反复进行的运转条件。并且在停止加压中优选开放处理槽7的盖子32的阀31，同时从鼓风机9向泡流发生装置4供给气体，在中空丝膜模块1的下方进行吹泡而进行中空丝膜的膜面洗涤。
另外，在停止加压中将处理槽7至于开放状态，同时也可以相对中空丝膜2从反方向压入脱水油而进行反流洗涤。或者更优选吹泡和反流洗涤同时进行。在进行这样的反流洗涤时，在处理油从中空丝膜模块1排向处理槽7外的途中，也可以设置介由中空丝膜使处理油压入处理槽7内的适当的加压装置。或者，也可以不从反方向压入脱水油，压入空气、二氧化碳气、LPG等。
通过这样间歇性地进行中空丝膜2的膜面洗涤，可以不依赖于原油的性质对利用通常的过滤方法非常难过滤的原油等顺利地进行油水分离处理。另外如果间歇性的进行原油的加压，在停止加压中进行中空丝膜的膜面洗涤，可以除去加压时积于膜表面的微细孔附近的过滤杂质，所以可以进行长时间稳定的处理。
根据这样利用本实施例的装置的原油的处理方法，可以不依赖于原油的性质从原油中高度的分离除去水分，同时也可以除去质，所以可以得到水分率低也不含泥质的脱水油。另外通过相对中空丝膜2对原油加压，由于强制性地过滤原油，不象以前一样等待比重差带来的水分的沉降而高效率地进行处理。所以可以利用小型的装置进行大量的原油的处理。
另外在本实施例中使用的中空丝膜模块1是发挥强韧柔软的中空丝膜2的材质的特性、使用多个中空丝膜2而形成的滤网状的膜面的部件。所以原油和中空丝膜2的实际接触面积大处理效率好。另外由于中空丝膜2之间没有粘合，所以可以减少原油处理中的堆积物产生的膜间闭塞。而且由于使用多个中空丝膜2而模块化，所以中空丝膜2容易安装。
而且所述中空丝膜模块1的特征为使用的中空丝膜2为疏水性膜，处理的相应的流体(原油)为含由油分、水分、及气体的三相流体，透过其中的碳水化合物由于具有不透过水分的性质所以可以进行液-液分离，另外，由于泥质不通过，所以这也可以分离。也就是原油中的油分由于为疏水性所以容易通过中空丝膜2，原油中的水分由于膜表面的拒水所以可以高效率地进行原油中的油水分离。另外拒水性的中空丝膜2由于原油中的溶存气也透过，所以在密闭的处理槽内不储存气体，具有不需要驱动过滤处理中的气体排出操作的优点。
而且，中空丝膜2与其他的中空型的膜相比可以设定为内外径均一、膜厚一定而且薄，所以具有优良的油分透过稳定性，可以降低压力损失及浓度变化。
下面，参照图5及图7利用重力过滤的本发明的原油处理装置的第2实施例进行说明。
图5为显示本发明的原油处理装置的第2实施例的结构简图。在该图中对和图1-4相同组成要素附相同的符号并且有时省略说明。
在本实施例中处理槽7在下部设有排水口，在其内部储存原油，中空丝膜单元11浸渍于该原油中。中空丝膜单元11为将多个中空丝膜模块1单元化的部件，该中空丝膜单元11上连接着用于将透过中空丝膜模块1的脱水油抽出处理槽7外的取出管23。
取出管23一端连通于中空丝膜单元11的脱水油流路，同时另一端介由流量调整阀24连通于处理槽7的外部，该前端23a在处理槽7内的原油的液面L1的下方位置开口。另外该取出管23的前端23a位于脱水油槽25内，在该脱水油槽25内设有将其液面维持一定的溢流管26。
另外取出管23如图5用二虚线(图中符号23b)所示，管的途中部分也可以用位于处理槽7内的原油的液面L1的上方的虹吸管构成。
处理槽7内的中空丝膜单元11的下方设有泡流发生装置4鼓风机9连接在这里。
另外，相邻于处理槽7设有原油槽21，这些介由溢出管22而连通。溢出管22在处理槽7内的中空丝膜单元11更上方的位置开口集液口22a，排出口22b在原油槽21内开口。另外在溢出管22的途中部分形成在上下方向自由伸缩的皱纹部22c，同时设有用于上下驱动集液口22a的钢筒装置27。
原油槽21设有用于将原油供于其中的原油供给管28。另外在原油槽21的底部开有安装循环泵29的循环管30的底端，该循环管30的前端在处理槽7内开口。
另外原油槽21和处理槽7可以介由溢流管22而连通，这些也可以不一定邻接。
所述中空丝膜单元11和所述的图3及图4所述的构成一样。另外构成中空丝膜单元11的各个中空丝膜模块1的构成也和所述的图2所示的构成一样，脱水油的取出管23连通于大集油管12中。
各个中空丝膜模块1优选装卸自由的安装于大集油管12及支承管14，特别是安装使用连接器，非常容易维护。
另外构成中空丝膜单元11的中空丝膜模块1的个数可以任意也可以不单元化单独使用1根中空丝膜模块1。
泡流发生装置4、循环泵29可以分别使用和所述的第1实施例中的泡流发生装置4、泵8具有同样构成的部件。
图中虽无显示，在处理槽7的外侧优选设置用于加热或保温处理槽7内的原油的加热装置。作为这样的加热装置可以使用具有和所述第1实施例中的加热装置6相同的构成的装置。
使用这样的原油处理装置进行原油的水分分离处理时，首先将原油从原油供给管28供给到原油槽21内，并储存于这里的一端。并且驱动泵29通过循环管30将原油供给至处理槽7内。在处理槽7内剩余的原油通过溢流管22回到原油槽21，所以原油的液面L1维持在溢流管22的集液口22a的位置。
一方面将气体从鼓风机供给到泡流发生装置，在中空丝膜单元11的下方进行吹泡。另外，优选利用加热装置(图中无显示)将处理槽7内的原油加热、保温到适当的温度。
在该状态，在处理槽7内的中空丝膜单元11上由于原油的液面L1和取出管23的前端23a的之间具有高度差、因重力作用产生的压力差，为此将作用于中空丝膜单元11的液压作为驱动压力，处理槽7内的原油利用重力过滤而进行油水分离。
也就是，在处理槽7内的原油中可以透过中空丝膜2的油分(脱水油)经过中空丝膜2、集油管3、大集油管12、及取出管23被抽出到处理槽7外，储存于脱水油槽25内。
另一方面原油中的水分不能透过中空丝膜，随时间因比重差沉降，在处理槽7的下部形成分离水层10，所以可以从排水口5适当将其进行排水。另外原油中的泥质也不能通过中空丝膜2，由于重力的作用而沉降，所以和分离水层10的一起可以从排水口5排出。另外溶存于原油中的天然气由于大部分透过中空丝膜2而和脱水油一起抽出，所以脱水油槽25中优选进行脱气处理。并且利用脱气处理抽出的天然气供给到泡流发生装置4也可以作为起泡气再利用，这样处理在降低运转成本方面有利。
另外，利用油压缸装置27使集液口22a升降，可以使处理槽7内的原油的液面L1的高度变化，控制作用于中空丝膜单元11的压力。所以如果初期设定时或驱动压力不足时，根据需要可以调整中空丝膜单元11的透过液流。或者通过操作安装于取出管23上的流量调整阀24，调整中空丝膜单元11施于的反压力，也可以控制中空丝膜单元11的透过流速。
而且，操作安装于取出管23的流量调整阀24，也可以间歇性地进行中空丝膜单元11上的重力过滤，在连续进行过滤时，由于担心在中空丝膜2的表面的微细孔附近过多地堆积过滤杂质，所以优选对此进行防止。也就是，当关闭流量调整阀24而停止过滤时，从泡流发生装置4发生的起泡起到洗涤中空丝膜2的表面的作用，堆积固体物扩散从而膜表面恢复到清洁的状态。所以由于不需要反流洗涤而可以使中空丝膜2表面保持在清洁的状态，所以具有可以减少便于维修的设备及操作的优点。
另外图中虽无显示，将供气管连接于流量调整阀24和中空丝膜单元11的中间的取出管23上，在关闭流量调整阀24而停止过滤的其间供气，这样空气流向中空丝膜单元11可以进行中空丝膜2的反流洗涤。另外不用空气也可以使用二氧化碳、氮气、液化石油气(LPG)等，或不是气体，也可以使油水分离处理后的脱水油反流从而进行反流洗涤。
根据这样利用本实施例的装置的原油的处理方法，可以将处理槽7内的原油的液面L1维持在所定的位置，可以使液面L1和脱水油槽25上的脱水油的液面的差对应的液压作用于中空丝膜单元11上。也就是，由于以依靠重力产生的压力差作为驱动压力而进行原油的重力过滤，所以不用添加其他的动力，可以进行由中空丝膜2进行的原油的油水分离处理。所以可以将处理槽7设定为开放体系，不需要在处理槽7中进行原油中产生的气体的处理。另外重力过滤由于透过膜时的原油的压力变化缓慢，所以只要由膜间压差而来的原油中的溶存气体，其排出量非常少就可以。另外，由于不象以前那样等待比重差带来的水分的沉降，可以高效地进行油水分离处理，所以可以利用小型的装置处理大量的原油。作为原油使用重油及沥青时，虽说可以处理，由于有时粘度高、比重大，所以需要根据处理装置温度加大设定液面差。
而且由于使用中空丝膜2过滤原油，所以可以不依赖于原油的性质从原油中高度的分离除去水分，同时，也可以分离除去泥质，得到水分率低，不含泥质的脱水油。
另外本实施例由于使用中空丝膜2，加大原油过滤中每有效的单位面积的膜面积，处理效果好。另外多个中空丝膜2模块化、而且单元化地被使用，所以易于中空丝膜2的安装。
图6为显示本发明的原油处理装置的第3实施例的结构简图。在该图中对和图1-5相同组成要素附相同的符号并且有时省略说明。
在本实施例中处理槽47在下部设有排水口5，在上部设有利用隔墙分离的液面控制室41。在处理槽47的内部储存这原油，中空丝膜单元11浸渍于该原油中。
中空丝膜单元11沿着滤网部2a的面的方向及集油管3的长度方向形成垂直方向(相对液面而垂直的方向)，大集油管12处于上侧而配置着，取出管40的一端连接于该大集油管12。取出管的另一端由中空丝膜单元11的上端上方的连接位置P连接于连通液面控制室41的头42上。也就是，处理槽47和液面控制室41介由中空丝膜单元11通过所述连接位置连通，在液面控制室41中储存由中空丝膜单元11过滤的脱水油。
另外，在处理槽47内的中空丝膜单元11的下方设有泡流发生装置4，鼓风机9连接于其上。而且在泡流发生装置4及中空丝膜单元11的周围设有筒状的遮挡板48，以防止泡流发生装置4产生的气泡逃到中空丝膜单元11的外面。
在液面控制室41中设有具有在室内的底部开口的扬液管43的泵44，这样可以将液面控制室41内的脱水油排出到脱水油槽49中。另外在液面控制室41上设有液面计46，该液面计46和泵44连接在控制装置45上，通过控制泵44的扬液也可以控制液面控制室41内的液面位置。作为泵44使用经防爆处理的泵，可以使用所述的第1实施例的泵8相同种类的部件。
这里液面控制室41的液面控制维持在所述取出管40和头42的连接位置P上方设定的扬液停止位置L2、和设定于该扬液停止位置L2的上方的适当的位置的扬液起动位置L3之间。
另外和所述第2实施例相同，也可以做成在处理槽47内驱动中空丝膜单元11，而且优选设置加热及保温处理槽47内的原油的加热装置。
另外，在本实施例中相邻处理槽47而设置液面控制室41，但处理槽47及液面控制室41可以在相互离开地位置独立地设置。
利用这样的原油处理装置而进行原油的水分分离处理时，首先将原油供给到处理槽47内，将中空丝膜单元11浸于其中，同时从泡流发生装置4产生气泡。
这时，如果处理槽47内的液面处于液面控制室41内的液面上方位置，将两液面的重力产生的压力差作为驱动力，处理槽47内的原油利用中空丝膜单元11进行重力过滤而进行油水分离。也就是，处理槽47内的原油中可以透过中空丝膜2的油分(脱水油)经过中空丝膜2、集油管3、大集油管12、取出管40、头42、流入液面控制室41。一方面原油中的水分不能通过中空丝膜，随时间的经过利用比重差而沉降，在处理槽47的下部形成分离水层10，所以可以由排水口5适当地将其进行排水。另外原油中的泥质也不能通过中空丝膜2，由于重力而沉降，所以和分离水层10的水一起可以从排水口5排出。另外溶存于原油的天然气由于大部分透过中空丝膜2而和脱水油一起抽出，所以优选在脱水油槽49中进行脱气处理。并且利用脱气处理抽出的天然气供给到泡流发生装置4中，从而也可以作为起泡气体在利用，这样在降低运转成本方面有利。
并且，液面控制室41内的脱水油通过泵44排出到脱水油槽49，同时，通过控制泵44而将液面控制室41内的液面维持在扬液停止位置L2和扬液起动位置L3之间。同样作为原油使用重油及沥青时，粘性高比重大，所以需要根据处理装置温度大幅设定液面差。
另外，停止泵44而使液面控制室41而来的脱水油的排出停止，同时如果停止向处理槽47供给原油，随之液面控制室41和处理槽47的液面相等，中空丝膜单元11中液面差带来的压力作用消失，从而停止中空丝膜2产生的重力过滤。所以这样间歇性地进行过滤，其间由于利用泡流发生装置4发生的气泡洗涤中空丝膜2的膜面，所以在防止堵塞方面优选。
根据这样利用本实施例的装置的原油的处理方法将液面控制室41内的脱水油的液面维持在所定的范围，所以可以将处理槽47内的原油的液面和液面控制室41内的脱水油的液面的差对应的液压作用于中空丝膜单元11上。所以不用添加其他的动力，可以进行由中空丝膜2进行的原油的油水分离处理。另外，可以将处理槽47设定为开放体系，不需要在处理槽47中进行原油中产生的气体的处理。另外重力过滤由于透过膜时的原油的压力变化缓慢，所以由膜间压差而产生的原油中的溶存气体，其排出量就可以非常少。另外，由于可以不象以前那样等待比重差带来的水分的沉降，进行高效地油水分离处理，所以可以利用小型的装置处理大量的原油。
而且，当产生中空丝膜2的堵塞等故障从而中空丝膜2的过滤量减少时，不用担心由于液面控制室41而来的脱水由的排出停止、中空丝膜单元11因而被暴露于大气中。
另外即使在本实施例中，由于使用中空丝膜2进行原油的重力过滤，所以可以高效率地得到水分率低、不含泥质的脱水油等得到和所述第1实施例相同的效果。
另外，在所述第1到第3实施例中使用了中空丝膜2，但是，只要是仅选择性地透过原油中的油分的膜就可以，也可以使用中空丝膜2以外的多孔质膜体。所用的多孔质膜体优选表面特性为疏水性或拒水性的物质。
作为中空丝膜2以外的多孔质膜体例如有SiC、碳、氧化铝、活性氧化铝、玻璃、堇青石、模来石、锂铝硅酸盐、钛酸铝等多孔质陶瓷类、或者Ni、Cu、Al、Ti、Fe、Co及其合金等的多孔质粉末烧结体等。另外优选对这些多孔质体进行拒水处理，例如使用聚硅氧烷树脂、丙烯酸树脂、聚乙烯树脂、氟树脂、各种偶联剂等的拒水剂，可以使这些拒水剂的溶剂稀释液、乳浊液、或液化气分散液中浸渍多孔质体、使其干燥。
或者多孔质膜体也可以使用氟树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、丙烯酸树脂的粉末等烧结成型体。该烧结成型体可以通过在具有目的形状的空间的金属模中充填粉末、将该金属模加热到树脂的熔融温度以上、或者通过将粉末制成一定厚度的片状通过加热炉，从而使粉末例子相互的接触部熔接、然后冷却而得到。
多孔质膜体的形状例如也可以是平膜，可以使用如图7所述的平膜构件部件52及使其多个积层的平膜单元51。
该例的平膜构件部件52平行配有2片平膜53，使该中间的中空部的一边部分连通集油管55，将其他3边密封而设置。机油管55上设有脱水油抽出口54，在该脱水油抽出口54上可以连接取出管23(或40)。
或者除此之外也可以设置成使用管状膜使其中空部和取出管连通。
这样使用平膜53或管状膜的情况，和使用中空丝膜模块1的情况同样可以高效地进行原油的水分分离处理。特别是在平膜的情况，膜面的洗涤容易，具有适于模块批量生产的优点。
另外，原油的液面及脱水油的液面控制方法不限于所述的实施例的方法，可以适当地使用已知的方法。
下面，利用聚体的实施例说明本发明的效果。
实施例1使用图1所示的原油处理装置进行分离原油(轻油)的油分和水分的处理。
中空丝膜2由聚乙烯制成，使用平均孔径为0.1μm、空孔率为72％、内径为360μm、膜厚为90μm的EHF540T(商品名、三菱丽阳(株)制)，将其平行放置排列成滤网状从而使用环氧类浇注封装剂粘接固定两端部，之后使其开口，使两侧的开口端连通于集油管3上固定从而制造中空丝膜模块1(有效长度为800mm、膜面积为4m2)。
使用8根该中空丝膜模块1构成如图3及图4所示的中空丝膜单元11，将其配置于处理槽7内，同时在其下方配设泡流发生装置4。将处理槽7制成密闭状态，使用泵8将原油(轻油、水分率20％)供给到处理槽7内。使膜间压差保持于0.05Mpa，同时加热保温使处理槽7内的原油为60℃。
将这样的加压状态保持60分钟，之后使泵8停止，进行5分钟的膜面洗涤。也就是使处理槽7的密闭状态开放，从鼓风机9将空气送至泡流发生装置4，在中空丝膜模块1的下方进行吹泡。这时的气体供给量额每中空丝膜模块1的水平方向的断面积为75Nm3/m2h。另外，与此同时设置打开反洗用阀35、关闭脱水油阀37的状态，使反洗用泵33启动，调整反洗用调整阀36，连通集油管3从而使脱水油反通过中空丝膜。这时反压为0.07Mpa，进行10-30秒的反流洗涤。
使这样的加压过滤操作和膜面洗涤操作进行100循环，处理开始时和处理结束时测定过滤流量及得到的脱水油的水分率。将该结果示于下表。另外水分率利用三菱化学(株)制、微量水分测定装置、通过CA-06(卡尔-费歇法)测定。
实施例2在所述实施例1中，中空丝膜2由聚丙烯制成，使用平均孔径为0.04μm、空孔率为49％、内径为200μm、膜厚为22μm的KPF190M(商品名、三菱丽阳(株)制)，其他和所述实施例1同样，构成原油处理装置，进行原油处理。
和所述实施例1同样，在处理开始时和处理结束时测定过滤流量及得到的脱水油的水分率。将该结果示于下表1。
表1

根据所述实施例1及实施例2的结果来看，处理开始时和处理结束时的过滤流量没有大幅降低，脱水油的水分率为0.2％及0.02％，而且该水分率的数值在处理开始时和处理结束时没有变化。由此可知即使使用表面活性剂或施加高电压，也可以不仅高度的分离除去原油中的水分，而且可以长时间的稳定地运转。
工业实用性利用本发明的原油处理装置可以不依赖于原油的性质将水分从原油中高效地分离除去，可以得到不含泥质的精制的适于生产的高品质的原油。
本发明的原油处理装置可以高效地处理原油，使处理设备小型化。所以可以减少设备投资及运转成本，不用选择设备的设置地点，通用性高。
权利要求
1.一种原油处理装置，为分离除去原油中的水分的装置，其特征在于，该装置具有在下部设有排水口的处理槽、设于处理槽内的选择性地透过原油中的油分的膜、对原油加压的装置、抽出透过所述膜的脱水油的取出管。
2.一种原油处理装置，为分离除去原油中的水分的装置，其特征在于，该装置具有在下部设有排水口的处理槽、设于处理槽内的选择性地透过原油中的油分的膜、一端连通于透过所述膜的脱水油的流路、另一端在该处理槽内的原油液面下方位置开口的取出管。
3.如权利要求1或2所述的原油处理装置，其中所述原油为重油或沥青。
4.如权利要求1或2所述的原油处理装置，其中所述膜为选自中空丝膜、平膜、及管状膜组成的组中的至少一种。
5.如权利要求4所述的原油处理装置，其中所述膜为疏水性中空丝制成的中空丝膜。
6.如权利要求5所述的原油处理装置，其中所述膜为孔径为1.0μm以下的中空丝膜。
7.如权利要求6所述的原油处理装置，其中所述膜使用多根中空丝膜大致平行排列形成的中空丝膜模块。
8.如权利要求7所述的原油处理装置，其中多根所述中空丝膜模块为单元化。
9.如权利要求1或2所述的原油处理装置，其中具有加热及保温所述处理槽内的装置。
10.如权利要求1或2所述的原油处理装置，其中所述膜可以移动地安装于所述处理槽内、而且具有驱动该膜的驱动装置。
11.如权利要求1或2所述的原油处理装置，其中所述处理槽内的所述膜的下方设有泡流发生装置。
12.一种原油处理方法，其特征在于，将膜模块浸渍于处理槽内的原油中，通过对原油加压而使其透过膜，从集油管中抽出透过膜而得到的脱水油。
13.一种原油处理方法，其特征在于，将膜模块浸渍于处理槽内的原油中，通过对原油进行重力过滤而使其透过膜，从集油管中抽出透过膜而得到的脱水油。
14.如权利要求12或13所述的原油处理装置，其中所述原油为重油或沥青。
全文摘要
一种原油处理方法,其特征在于,将膜模块浸渍于处理槽内的原油中,通过对原油加压或者通过利用膜对原油进行重力过滤,从而使其透过膜,从集油管中抽出透过所得到的脱水油。利用该方法可以不依赖于原油的性质,从原油中高度的分离除去水分,同时也可以分离除去泥质。
文档编号B01D65/08GK1294622SQ9980443
公开日2001年5月9日 申请日期1999年3月1日 优先权日1998年2月27日
发明者矢能学, 菅野道夫, 上原胜, 板仓正则 申请人:三菱丽阳株式会社