(12) PATENT (19) NO (11) 329 (13) B1 NORGE (1) Int Cl. CG 31/06 (06.01) CG 33/00 (06.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 1790 (86) Int.inng.dag og søknadsnr (22) Inng.dag 11.0.31 (8) Videreføringsdag (24) Løpedag 11.0.31 () Prioritet (41) Alm.tilgj 12.12.03 (4) Meddelt 14.08.2 (73) Innehaver Aker Process Systems AS, Postboks 403, 1327 LYSAKER, Norge (72) Oppfinner Fatiha Akrour, 168 Christie Park Hill S. W., CA-ABT3H2V CALGARY, Canada (74) Fullmektig Onsagers AS, Postboks 1813 Vika, 0123 OSLO, Norge (4) Benevnelse Apparat og fremgangsmåte for behandling av råoljeemulsjon (6) Anførte publikasjoner US 707 A (7) Sammendrag En fremgangsmåte for å drifte et råoljebehandlingsapparat som omfatter en behandlingsseksjon og en flash-seksjon koblet sammen med et rør og en flash-ventil er tilkjennegjort. Fremgangsmåten omfatter trinnene: - sende våt råolje inn i nevnte behandlingsseksjon, - separere vann fra den våte råoljen i behandlingsseksjonen. - oppnå delvis tørr råolje, - sende delvis tørr råolje via nevnte rør og nevnte flash-ventil til nevnte flash-seksjon i nevnte apparat, - varme opp den delvis tørre råoljen oppstrøms for flash-seksjonen og nedstrøms for flash-ventilen ved varmeveksling med nevnte vann som er separert fra råoljen i behandlingsseksjonen, og - oppnå tørr råolje fra nevnte flash-seksjon. Også angitt er et apparat for utførelse av nevnte fremgangsmåte.
1 Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat og en fremgangsmåte for behandling av råoljeemulsjon, og spesielt et apparat og en fremgangsmåte med forbedret energieffektivitet for flash-behandling av råolje, spesielt råolje med høyt vanninnhold. Bakgrunn for oppfinnelsen Foreliggende oppfinnelse vedrører separasjon av råolje til i hovedsak gass, tørr råolje og vann. 1 2 3 US patent,707, og kanadisk patent 2,179,760 beskriver en oppfinnelse for å forbedre effektiviteten og påliteligheten ved flash-behandling av råolje. Behandlingsapparatet og fremgangsmåten som er tilkjennegjort i figurene 2 og 3 i patentene eliminerte behovet for en flammeoppvarmer i flash-seksjonen når vannandelen assosiert med sloppolje/rag er lav (omtrent til volum%). Ved å benytte kun nedsenkede flammerør eller kveiler i oppvarmings- /behandlingsseksjonen i sloppoljebehandleren (Slop Treater) så blir sloppoljen/ragen dehydrert til spesifikasjoner. I US,707,, i tillegg til i beslektet teknikk, så er behandlerseksjonen en konvensjonell tungoljebehandler som benytter varmetilførsel, mekanisk koalesens for å tyngdekraftseparerer det meste av vannet og de faste stoffene fra sloppoljen/ragen. Her blir emulsjonen oppvarmet under trykk til en temperatur slik at når sloppoljen/ragen og gjenværende vann slippes ut fra behandlingen og blir trykkredusert over en kontrollventil til nært atmosfærisk trykk i flash-seksjonen. En del av den følbare varmen fra den varme råolje/vann-blandingen blir konvertert til latent avdampingsvarme som omdanner vannet til damp ettersom blandingen trykkavlastes over kontrollventilen 7. Råolje/vann-blandingen avkjøles ettersom energien blir absorbert av det avdampende vannet. Temperaturreduksjonen er avhengig av mengden vann som avdampes. I løsningen ifølge US707 må operasjonstemperaturen i behandlerseksjonen være høy nok til at den resulterende temperaturen i flash-seksjonen ligger over kokepunktet for vann for at driftstrykket i flash-seksjonen skal kunne sikre at alt vannet vil omdannes til damp. Her tilveiebringer oppvarmingsmidlene i behandlingsseksjonen all varmen som er nødvendig for at flash-seksjonen skal virke. I US707 er premisset at vanninnholdet i sloppoljen som føres inn i behandlingsseksjonen er lavere enn %, og at den delvis dehydrerte sloppoljen/ragen som kommer ut av behandlingsseksjonen vil inneholde små mengder vann (3 til 4 volum%). Med produksjonen av svært tunge oljer og bitumen fra oljesand ved å benytte assistert tyngdekraftavtapning (SAGD) eller FireFloorteknikker er ikke vanninnhold på til 0 volum% eller høyere uvanlig, noe som
2 krever høyere varmebehov i behandlingsseksjonen i sloppoljebehandleren (Slop Treater). Disse nye produksjonsteknikkene krever kontinuerlig fjerning av rag sjikt (emulsjons sjikt) direkte fra prosesseparasjonsutstyr. Restmengdene av vann i den delvis dehydrerte sloppoljen/ragen som kommer ut av behandlingsseksjonen kan ikke bli redusert til mindre enn 4 volum% i fremgangsmåten ifølge US707. Som forklart i US707 blir mye av vannet separert ved tyngdekraften i behandlingsseksjonen og sluppet ut av beholderen ved utløp 2 og utløpslinje 131. I US707 blir dette utslippsvannet deretter avkjølt med kjøler 132 ved å benytte et uavhengig kjølemedium. Formål med oppfinnelsen 1 2 Målet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for behandling av sloppolje/rag med høyt vanninnhold, og tilveiebringe utstyr for utførelse av denne fremgangsmåten. Spesielt er målet å tilveiebringe en fremgangsmåte som kan tilpasses behandling av sloppolje/rag fra en SAGD-prosess inneholdende svært tunge oljer, bitumen og store mengder vann. Et ytterligere mål er å tilveiebringe en fremgangsmåte som er energieffektiv ved disse forholdene. Det er også et mål å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system uten behov for oppvarming i flash-seksjonen. Ett aspekt av foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for drift av et råoljebehandlingsapparat som omfatter en behandlingsseksjon og en flash-seksjon koblet sammen med et rør og en flash-ventil, som omfatter trinnene: - sende våt råolje inn i nevnte behandlingsseksjon, - separere vann fra den våte råoljen i behandlingsseksjonen, - oppnå delvis tørr råolje, - sende delvis tørr råolje via nevnte rør og nevnte flash-ventil til nevnte flash-seksjon i nevnte apparat, - varme opp den delvis tørre råoljen oppstrøms flash-seksjonen og nedstrøms flash-ventilen ved varmeveksling med nevnte vann separert fra råoljen i behandlingsseksjonen, og - oppnå tørr råolje fra nevnte flash-seksjon.
3 I én utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter fremgangsmåten ytterligere å returnere en del av den oppnådde, tørre råoljen til flash-seksjonen. 1 2 I en annen utførelsesform omfatter fremgangsmåten ytterligere å returnere en del av den oppnådde, tørre råoljen til behandlingsseksjonen. I nok en annen utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse blir all varme til flash-seksjonen tilveiebrakt ved oppvarming av den delvis tørre råoljen oppstrøms for flash-seksjonen. I ett aspekt av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse har råoljen et vanninnhold innenfor området -0 volum%, fortrinnsvis 11-0 volum% eller 1-0 volum%, og i et annet aspekt har råoljen et vanninnhold som er høyere enn 0 volum%. Dermed er foreliggende fremgangsmåte anvendbar på råolje med et vanninnhold på mellom -90 volum%, i tillegg til 11-80 volum%, 1-7 volum%. I en annen utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har den delvis tørre råoljen som kommer ut av behandlingsseksjonen et vanninnhold innenfor området - volum%. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer ytterligere et apparat for behandling av råolje som omfatter: en behandlingsseksjon som omfatter et inntak for våt råolje, et vannutløp, et utløp for delvis tørr råolje og minst ett flammevarmerør, en flash-seksjon uten oppvarmingsmidler som omfatter et inntak for delvis tørr råolje, et utløp for tørr råolje, og et utløp for damp, en flash-ventil og en varmeveksler plassert på et rør som kobler utløpet for delvis tørr råolje sammen med inntaket for den delvis tørre råoljen, der nevnte vannutløp står i fluid kommunikasjon med nevnte varmeveksler. I ett aspekt av foreliggende oppfinnelse omfatter flash-seksjonen ytterligere et resirkuleringsinntak for tørr råolje i fluid kommunikasjon med utløpet for tørr råolje. I et annet aspekt omfatter apparatet ytterligere et rør i fluid kommunikasjon med utløpet for tørr råolje og inntaket for våt råolje. I én utførelsesform av apparatet omfatter flash-seksjonen ytterligere et inntak for kondensert hydrokarbon. Kort beskrivelse av tegningene 3 Foreliggende oppfinnelse er illustrert ved den inkluderte tegningen. Figur 1 er en skjematisk fremstilling av en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.
4 Prinsipiell beskrivelse av oppfinnelsen 1 2 3 Foreliggende oppfinnelse vil nå bli diskutert i ytterligere detalj med referanse til den vedlagte figur 1. Systemet ifølge foreliggende oppfinnelse består av en kappeanordning eller en beholder som har en inntaksbehandlingsseksjon eller behandler 7 som mottar et råoljefluid fra et inntak 1 gjennom linje 2. Fluidet som kommer inn i behandlingsseksjonen er en blanding av olje, vann, gass og faste stoffer. Behandlingsseksjonen 7 opererer ved trykk fra 1,72 barg opp til 6,9 barg eller mer og ved temperaturer på 1 ºC opp til 140 ºC. Behandlingsseksjonen 7 har én eller flere flamme-u-rør-oppvarmerer 17 som kan varme opp inntaksråoljen opp til disse operasjonstemperaturene. På innsiden av behandlingsseksjonen 7 blir det meste av vannet, gassen og de faste stoffene fjernet ved hjelp av tyngdekraften. Den fraseparerte gassen blir sluppet ut fra beholderen via utløp 32, utløpsrør 6 og kontrollventil. Det separerte vannet blir sluppet ut av beholderen via utløp 2, utløpslinje 131, kjøler 132, kontrollventil 133 og linje 134. Faste stoffer som faller til bunns i beholderen blir fjernet med et sandspylings- og avsandningssystem. Spylevann kommer inn i beholderen gjennom flere inntak (ikke vist) og sandslam blir fjernet fra beholderen gjennom flere uttak (ikke vist). Den delvis dehydrerte råoljen som forlater behandlingsseksjonen 7 kan inneholde volum% eller mer vann avhengig av vannet som er inneholdt i sloppoljen som kommer inn i behandlingsseksjonen. Den delvis dehydrerte råoljen blir separert i flash-seksjonen 9. Råoljen slippes ut av behandlingsseksjonen 7 via utløp 8, passerer gjennom kontrollventil 7. Deretter blir den delvis dehydrerte oljen oppvarmet ved varmeveksling med det separerte vannet i kjøler 132. På grunn av det høye vanninnholdet i råoljen er vannstrømmen vesentlig og dermed også varmeenergien i denne. Den oppvarmede råoljen fortsetter deretter via linje 8 og gjennom inntak 9 til flash-seksjonen 9. Flash-seksjonen 9 opererer ved nær atmosfærisk trykk. En del av den merkbare varmen i den varme råolje/vannblandingen blir konvertert til latent avdampingsvarme som omgjør vannet til damp ettersom blandingen mister trykk over kontrollventilen 7. Råolje/vann-blandingen avkjøles ettersom energien blir absorbert av det avdampende vannet. Temperaturreduksjonen er avhengig av mengden vann som dampes av. Operasjonstemperaturen i flash-seksjone 9 er lavere enn i behandlingsseksjonen 7 men ligger fremdeles over kokepunktet for vann. I løpet av denne flash-prosessen blir også en viss mengde hydrokarboner med lavt kokepunkt flashet sammen med vannet. Disse hydrokarbonene med lavt kokepunkt er komponenter i råoljen og blir også avdampet ved trykkreduksjonen og den følbare energien i blandingen. Fluidet som kommer inn i flash-seksjonen 9 ved inntak 9 er råolje, vanndamp og damp av lette hydrokarboner.
1 2 3 40 Flash-seksjonen 9 er en separator der en vanndamp- og hydrokarbondampblanding forlater seksjonen fra toppen gjennom utløp 76. Dampene passerer gjennom en ledning 9 til en kondensator 1 der dampen avkjøles. Kondensert vann, hydrokarbon og noen ikke-kondenserbare gasser føres inn i separatorbeholder 111 der fluidene separeres ved tyngdekraften. Ikke-kondenserbare gasser slippes ut fra toppen av separatoren 111 via en linje 112 mens vannet blir pumpet fra bunnen gjennom linje 117 med en pumpe 118 og slippes inn i en tank via en linje 119. Væsken med lette hydrokarboner blir trukket ut av separatoren 111 fra sonen rett over vannsonen gjennom en linje 113 som fører til en pumpe 114. En del av den lette hydrokarbonvæsken kan bli ledet fra pumpe 114 via en linje 11 til en linje 1 og gjennom kontrollventil 116 tilbake til flash-seksjonen 9 der den kommer inn gjennom et inntak 81. Resten av den lette hydrokarbonvæsken blir sluppet ut gjennom linjen 11 for lagring. De lette hydrokarbonene som resirkuleres tilbake til flash-seksjonen 9 strømmer gjennom et internt rør med dyser som styrer væsken nedover motstrøms i forhold til dampstrømmen fra inntak 9. De lette hydrokarbonene blandes med råoljen og hjelper til med å bryte ned skum på innsiden av flash-seksjonen 9. Dette hjelper til i separasjonen av damp fra råoljen. Tørr, varm råolje blir pumpet fra bunnen av flash-seksjonen 9 gjennom et utløp 80 via en linje 121. En pumpe 122 overfører det meste av råoljen gjennom en linje 123, en kjøler 12 og en linje 126 til tank. En del av den varme råoljen som pumpes av pumpe 122 blir resirkulert via en linje 127. Den resirkulerte, varme oljen strømmer til to ulike steder. Noe av den resirkulerte oljen strømmer tilbake inn i flashseksjonen via en linje 1, gjennom en ventil 129 og via linje 128 der den kommer inn i bunnen av beholderen gjennom et inntak 82. Denne resirkulerte strømmen med olje strømmer gjennom et internt rør 8 og slippes ut gjennom dyser som er rettet mot bunnen av flash-seksjonen. Dette opprettholder sirkulasjon i bunnen av flashseksjon for å holde faste stoffer i suspensjon og forhindre at de tetter til oljeutløpet 80. Den andre resirkulerte strømmen av varm olje strømmer gjennom linje 127 til en ventil 13, og deretter gjennom linje 136 tilbake til inntakslinjen 2 som strømmer til inntaket for behandlingsseksjonen 7. Den resirkulerte, tørre råoljen fra flashseksjonen blandes med råoljen sluppet inn gjennom inntaket. Inne i behandlingsseksjonen 7 blir den resirkulerte oljen varmet opp med flamme-u-røret 17 sammen med den innkommende råoljen. Den resirkulerte oljen passerer gjennom behandlingsseksjonen 7, gjennom den trykkreduserende kontrollventilen 7 og inn i flash-seksjonen 9 igjen. På denne måten tilveiebringer oppvarmingsmiddelet i behandlingsseksjonen 7 all varmen som er nødvendig for at flash-seksjonen 9 skal kunne operere. Ved å tilsette massen med tørr, resirkulert olje kan ytterligere varme bli overført til olje/vann-blandingen fra flammerøret i behandlingsseksjonen og den som flashes/trykkreduseres over kontrollventilen 7. Dette øker kapasiteten til
6 enheten til å avdampe ytterligere vann, noe som er spesielt viktig når korttidsavbrudd oppstår i frontbehandlingsseksjonen 7. 1 Ved å tilføre noe av den resirkulerte oljen til bunnen av flash-seksjonen 9, gjennom inntak 82, så vil olje i flash-seksjonen 9 bli holdt varm i tilfeller der det ikke kommer noen strøm inn gjennom inntaket. Dersom enheten stenges ned i korte tidsperioder kan behandlingsseksjonen bli benyttet til å opprettholde råoljen ved operasjonstemperaturer ved å resirkulere et lite volum med tørr råolje fra bunnen av flash-seksjonen 9 tilbake til behandlingsseksjonen 7 som beskrevet ovenfor. Forbedringen ved den foreliggende oppfinnelsen består i å benytte varmen i den store mengden vann som slippes ut fra behandlingsseksjonen til å redusere den totale mengden varme som tilføres ved flammerør 17 og holde temperaturen i vannet inneholdt i råolje nedstrøms fra kontrollventil 7 høyere enn dets kokepunkt. Som tideligere forklart er temperaturreduksjonen i den delvis dehydrerte sloppoljen/ragen ettersom den flasher gjennom kontrollventilen 7 avhengig av mengden vann i den, der høyere gjenværende vanninnhold i den delvis dehydrerte sloppoljen/ragen betyr at høyere operasjonstemperaturer og trykk er nødvendig i behandlingsseksjonen for å holde høy temperatur i blandingen etter kontrollventil 7. For å minimalisere dette varmebehovet blir den følbare varmen i det varme vannet som slippes ut av behandlerseksjonen benyttet for å tilføre ytterligere varme til den delvis dehydrerte sloppoljen/ragen etter at trykket i blandingen er senket over kontrollventilen 7. Uttakslinjen 8 blir tilført kjøleren 132 der det blir oppvarmet for å få fullstendig avdamping av vannet i råoljen før den tilføres inntaket 19 i flash-seksjonen 9.
7 PATENTKRAV 1 2 1. Fremgangsmåte for drift av et råoljebehandlingsapparat som omfatter en behandlingsseksjon (7) og en flash-seksjon (9) koblet sammen av et rør (8,8 ) og en flash-ventil (7), som omfatter trinnene: - å sende våt råolje inn i nevnte behandlingsseksjon, - å separere vann fra den våte råoljen i behandlingsseksjonen, - å oppnå delvis tørr råolje, - å sende delvis tørr råolje via nevnte rør og nevnte flash-ventil til nevnte flash-seksjon i nevnte apparat, - å varme opp den delvis tørre råoljen oppstrøms flash-seksjonen og nedstrøms flash-ventilen ved varmeveksling med nevnte vann som er separert fra råoljen i behandlingsseksjonen, og - å oppnå tørr råolje fra nevnte flash-seksjon. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der fremgangsmåten ytterligere omfatter å returnere en del av den oppnådde, tørre råoljen til flash-seksjonen. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, der fremgangsmåten ytterligere omfatter å returnere en del av den oppnådde, tørre råoljen til behandlingsseksjonen. 4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-3, der all varme til flashseksjonen blir tilveiebrakt ved oppvarming av den delvis tørre råoljen oppstrøms flash-seksjonen.. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der råoljen har et vanninnhold som ligger innefor området -0 volum%. 6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der råoljen har et vanninnhold som er høyere enn 0 volum%. 7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der den delvis tørre råoljen som forlater behandlingsseksjonen har et vanninnhold innenfor området - volum%. 3 40 8. Apparat for behandling av råolje, som omfatter: - en behandlingsseksjon (7) omfattende et inntak for våt råolje (1), et gassuttak (32), et vannutløp (2), et utløp (8) for delvis tørr råolje og minst ett flammevarmerør (17), - en flash-seksjon (9) uten varmemidler som omfatter et inntak (9) for delvis tørr råolje, et utløp for tørr råolje (80), og et damputløp (76),
8 1 - en flash-ventil (7) og en varmeveksler (132) plassert på et rør (8,8 ) som kobler sammen utløpet (8) for den delvis tørre råoljen og inntaket (9) for den delvis tørre råoljen, der nevnte vannutløp (2) er i fluid kommunikasjon med nevnte varmeveksler (132). 9. Apparat ifølge krav 8, der flash-seksjonen ytterligere omfatter et resirkuleringsinntak (82) for tørr råolje som står i fluid kommunikasjon med utløpet for tørr råolje.. Apparat ifølge krav 8 eller 9, der apparatet ytterligere omfatter et rør (127) i fluid kommunikasjon med utløpet for tørr råolje og inntaket for våt råolje. 11. Apparat ifølge krav 8, der flash-seksjonen ytterligere omfatter et inntak (81) for kondensert hydrokarbon.
1/1