NO176337B - Fremgangsmåte og apparat for bestemmelse av flokkulerings-terskelverdien til et petroleumprodukt - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat for bestemmelse av flokkuleringsterskelverdien for et petroleumprodukt inneholdende en viss andel av asfaltener. Bestemmelse av flokkuleringsterskelverdien gjør det mulig å oppnå xylen-ekvivalenten, utfellingsevnen og stabilitets-verdiene samt oppløsningsmiddelevnen til produktet.

Asfaltener kan defineres som de komponenter i en råolje, brennolje eller destillasjonsrest som er uoppløselige i heptan ved dens kokepunkt og oppløselig i benzen ved dens kokepunkt.

Flokkuleringsterskelverdien defineres vanligvis som den minimummengde av en alkan slik som heptan som må tilsettes til en spesifikk mengde av petroleumproduktet ved en spesifikk fortynning for å initiere flokkulering. Artikkelen av G. Eotier og M. Robin i French Petroleum Institute Journal (vol. 38 nr. 1, januar/februar 1983) gir detaljer om disse definisjoner og foreslår en eksperimentell måleanordning som detekterer strålingen som transmitteres i det nære infrarøde. Anordningen benytter en sirkulerende celle inneholdende en mengde av en petroleumprøve fortynnet med et oppløsnings-middel og en kontinuerlig injeksjonsanordning som tillater at økende mengder av flokkuleringsmidlet gradvis kan tilsettes. Målingen foretas ved detektering av transmisjonen til nærinfrarød-stråling i en celle som har et speil, idet lyset ledes og returneres av en Y-formet optisk fiberanordning.

Denne laboratorieanordning har den ulempe at den må foreta målinger med et variabelt fortynningsnivå fordi volumet av den innledende petroleumrestprøven forblir konstant uansett hvilket volum av flokkuleringsmiddel som tilsettes.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og apparat for bestemmelse av flokkuleringsterskelverdien som kan benyttes ikke bare i laboratoriet, men også on-line for industriell anleggsprosess-styring. Oppfinnelsen muliggjør at flokkuleringsterskelverdien for et petroleumprodukt kan bestemmes ved konstant fortynning.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte for bestemmelse av flokkuleringsterskelverdien til et petroleumprodukt inneholdende asfaltener, ved å måle den nære infrarøde strålingen som transmitteres gjennom en prøve av produktet i oppløsning i et oppløsningsmiddel i forhold til mengden av utfellingsmiddel som kontinuerlig tilsettes prøven, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at en blanding av oppløsningsmiddel og utf ellingsmiddel

kontinuerlig dannes ved variable konsentrasjoner,

at blandingen og petroleumproduktet mates ved konstante

mengdeforhold inn i et homogeniseringskammer, og

at den nære infrarøde stråling som transmitteres gjennom det homogene produktet måles kontinuerlig nedstrøms homogeniseringskammeret.

For å oppnå resultater ved forskjellige trykk kan trykket i homogeniseringskammeret også varieres ved omkring 15 bar. Likeledes, for å oppnå resultater ved forskjellige temperaturer kan pumpen, de forskjellige ledningene og homogeniseringskammeret opprettholdes ved en konstant temperatur som kan variere, f.eks. mellom 20 og 150°C.

Videre er det ifølge oppfinnelsen tilveiebragt et apparat som gjør det mulig å utføre den ovenfor angitte fremgangsmåte for bestemmelse av flokkuleringsterskelverdien til et petroleumprodukt inneholdende asfaltener, ved måling av den nære infrarøde stråling som transmitteres gjennom en produktprøve i oppløsning i et oppløsningsmiddel i forhold til mengden av utfellingsmiddel som kontinuerlig tilsettes til prøven, omfattende et blandekammer inneholdende en røreanordning og en målecelle for nærinfrarød-stråling, kjennetegnet ved

a) en variabel utleveringspumpe for oppløsningsmidlet, en variabel utleveringspumpe for utfellingsmidlet og en

programmeringsanordning som styrer de respektive utlever-

inger fra de to pumpene mens den holder den totale utlevering av blandingen av oppløsningsmiddel og utfellingsmiddel konstant,

b) en pumpe for produktet, og

c) et homogeniseringskammer, som mates med både produktet og blandingen av oppløsningsmiddel og utfellingsmiddel og

har homogeniseringsanordninger som kan oppløse petroleumproduktet og homogenisere blandingen,

idet målecellen befinner seg på en utløpsledning nedstrøms homogeniseringskammeret.

Homogeniseringskammeret er fortrinnsvis utstyrt med en aksial homogeniseringsrotor som fyller størstedelen av dets indre rom, og etterlater praktisk talt intet dødvolum. Produktet og oppløsningsmiddel/utfellingsmiddel-blandingen mates fortrinnsvis til fronten av homogeniseringskammeret, mens den oppløste, homogeniserte blandingen fjernes gjennom et utløp i sideveggen.

En trykkreguleringsanordning er fortrinnsvis anordnet på utløpsledningen, nedstrøms for målecellen, og gjør det således mulig å variere trykket i måleanordningen og spesielt å opprettholde trykket ved et tilstrekkelig høyt nivå for at utfellingsmidlet, f.eks. heptan, skal forbli væskeformig.

Målecellen omfatter fortrinnsvis en nærinfrarød-fiberoptisk kilde, en åpning som tillater den homogeniserte blandingen som forlater blandekammeret å passere gjennom og en avfølende eller detekterende optisk fiber anordnet på den andre siden av åpningen motsatt kilden.

For å gjøre det mulig å foreta målinger som en funksjon av temperatur, omfattende homogeniseringskammeret anordninger for å holde det ved konstant temperatur, mens denne temperatur gis anledning til å bli variert. Likeledes kan produktpumpen også holdes ved den samme temperaturen for derved å fremme regelmessigheten av produktstrømmen.

En girpumpe blir fortrinnsvis benyttet for produkter av høy viskositet, som nesten er faste ved omgivelsestemperatur.

Dersom en måling skal foretas ved et forskjellig fortynningsnivå, kan produktstrømmen varieres ved bruk av en variabel utleveringspumpe. Det samme resultatet kan også oppnås ved å holde produktstrømmen konstant og variere utleveringen av blandingen dannet av oppløsningsmidlet og utfellingsmidlet.

Systemet omfatter fortrinnsvis en styringsdatamaskin som mottar data direkte fra programmeringsanordningen og føleren for transmittert stråling, og gjør det således mulig å styre stengingen av pumpen automatisk så snart som asfalten-flokkuleringsterskelverdien er detektert og å levere de ønskede resultater direkte. Datamaskinen kan styre hele systemet, spesielt pumpeutleveringen, temperaturen til de forskjellige komponentene og trykket i systemet.

Oppfinnelsen illustreres under henvisning til figurene 1-3 på de medfølgende tegninger hvor: Figur 1 er et skjematisk riss av de forskjellige komponentene

i målesystemet,

figur 2 er et frontriss i snitt av blandings- og homogeniseringskammeret og

figur 3 er et snitt av homogeniseringsrotoren som skal

anordnes i homogeniseringskammeret.

Systemet som er illustrert på figur 1 omfatter en fast utleveringspumpe 1 holdt ved et høyt trykk inne i et termostatregulert kammer 2. Pumpen 1, fortrinnsvis en girpumpe, anvendes for å pumpe en brennolje tilført fra lagertanken (ikke vist på illustrasjonen) ved hjelp av en mateledning 3. Det pumpede produkt mates gjennom ledningen 4 holdt en konstant temperatur inntil det når et blandings- og homogeniseringskammer 5 som også er holdt ved konstant temperatur som kan justeres. Systemet omfatter videre en første variabel utleveringspumpe 6 for et oppløsningsmiddel slik som xylen og en annen variabel -utleveringspumpe 7 for et flokkulerende utfellingsmiddel slik som heptan. De to pumpene 6 og 7 er målepumper hvis utleveringsjustering reguleres av en programmeringsanordning 8 som igjen styres av en mikro-datamaskin 9. Programmerings anordn i ngen 8 er i stand til å variere de respektive konsentrasjoner av oppløsningsmiddel og utfellingsmiddel lineært og kontinuerlig ved å påvirke den variable utlevering til de to pumpene 6 og 7 på en slik måte at den totale utlevering av det blandede oppløsningsmiddel og utfellingsmiddel fra de to pumpene 6 og 7 holdes konstant. De to ledningene 10 og 11 som leder fra de to pumpene 6 og 7, respektivt, møtes ved 12 i en enkelt blandingstilførsels-ledning 13. Ledningen 13, som holdes ved konstant temperatur, er forbundet med ledningen 4 som mater produktet fra pumpe 1. Produktet og blandingen dannet av oppløsningsmidlet og utfellingsmidlet blandes og homogeniseres i kammeret 5 som innbefatter en homogeniseringsanordning dannet av et fast bur 36 med vertikale stangelementer og en høyhastighetsrotor 37 anordnet inne i buret 36.

Blandingen som er homogenisert ved konstant temperatur inne i kammeret 5 forlater kammeret gjennom ledningen 14 som er forbundet med målecellen 15 som har en åpning 16 mellom to parallelle, transparente slides gjennom hvilke blandingen for analyse passerer. En trykkreguleringsanordning 17 er anordnet på utløpsledningen 16 nedstrøms for målecellen 15. Trykket i systemet måles med en trykkmåler 17a. Målecellen omfatter en ledende optisk fiber 19 for nærinfrarød-stråling og en detekterende optisk fiber 20 plassert på den andre siden av vinduet 16 og forbundet ved hjelp av en forsterker 21 med datamaskinen 9 via kobling 22. Resultatene som behandles av datamaskinen 9 oppnås automatisk på en avbildningsskriver 23. Siden programmeringsanordningen 8 også er forbundet med registreringsanordningen via datamaskinen 9, er det mulig på direkte måte gjennom hele måleprosessen å oppnå kurver for konsentrasjonen av xylen og heptan og resultatet av nær-inf rarød-strålingsdetektering i målecellen 15. Således, så snart som en utfelling viser seg i målecellen 15 blir denne detektert eller avfølt ved en endring i hellingen på den transmitterte intensitetskurven, og de nøyaktige prosent-andeler av oppløsningsmiddel og utfellingsmiddel for flokkuleringsterskelverdien kan bestemmes. Så snart som flokkuleringsterskelverdien er detektert, kan mikrodata-maskinen 9 gi ordre om å stenge pumpene 6 og 7.

Målingen foretas ved hvert øyeblikk å bestemme xylen-ekvivalenten som en funksjon av den prosent av oppløsnings-middel/utfellingsmiddel-blandingen som gjør det mulig å bestemme en terskelverdi for utfellbarheten av asfaltenene i produktet i forhold til en konstant mengde av en blanding i variable mengdeforhold av oppløsningsmidlet slik som xylen og utfellingsmidlet slik som heptan. Fortynningen i blandings-og homogeniseringskammeret 5 holdes konstant gjennom hele målingen.

Dersom det skal foretas en blanding ved et forskjellig fortynningsnivå, er det mulig å variere utleveringen fra pumpe 1 ved bruk av en variabel utleveringspumpe. Det er også mulig å variere fortynningsnivået mens produktutleveringen holdes konstant og den totale utlevering fra de to pumpene 6 og 7 varieres.

Blandekammeret som illustrert på figur 2 er representert i diagramform med et termostatisk regulert hus 24 med tykk yttervegg. Temperaturen kan holdes konstant ved å sirkulere væske, som representert ved skraveringene på figur 2, inne i veggen til blandekammeret 5 og rundt tilførselsledningene 4 og 13. Temperaturen som skal reguleres måles med termo-elementer anbragt i skaftlegemet 25. Det vil fremgå at ledning 26 som fører restblandingen fra ledning 4 og xylenen og heptanen fra ledning 13 kommer inn gjennom dets bunn-frontvegg. Ledningen 14 går på den annen side ut gjennom sideveggen til det indre kammeret 27. Homogeni seringsanordningen er festet til enden av stanglegemet 28 som trenger inn på innsiden av kolonnen 27 i kammeret 5. Stanglegemet 28 er festet inne i et gjenget deksel 29 som er skrudd på den ytre veggen til kammeret 5 og er i kontakt med et avstandsstykke 30 som utøver trykk på o—ringen 31 og sikrer således en tetning for det indre kammeret 27. Det indre kammeret 27 rommer buret 36 som er fast festet til innsiden av nevnte indre kammer 27. Buret 36 omfatter en rekke vertikale stigerør 36a, hvis frie ender er nær bunnen av kammeret 5. Inne i buret 36 er det anordnet en aksial rotor 37, ikke vist på figur 2, men i snitt på figur 3, som omfatter to blad 39 direkte motstilt hverandre. Rotoren 37 dreies inne i buret 36 hvilket forårsaker homogenisering av produktblandingen og blandingen av oppløsningsmiddel og utfellingsmiddel som kommer inn gjennom ledningen 26.

En homogenisator solgt under varebetegnelsen "Ultra Turax" kan benyttes. I denne tilsvarer de totale dimensjonene på buret 36 omtrent de til det indre volum 27 i kammeret 5 slik at det praktisk talt ikke er noe dødrom igjen inne i kammeret. Under disse forhold blir produktet som går ut gjennom ledning 14 fullstendig homogenisert og målingen i cellen 15 foretas på et fullstendig homogenisert produkt.

Temperaturen i blandings- og homogeniseringskammeret 5 kan holdes ved en temperatur på opptil omkring 150°C. Trykket i systemet kan også holdes ved et høyt nivå, tilstrekkelig til å sikre at heptanen forblir væskeformig.

Fremgangsmåten og apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse kan gjøre det mulig å styre og optimalisere viskositets-nedbrytningsoperasjoner ikke bare off-line i laboratoriet, men også on-line dersom målesystemet er montert ved et pilotanlegg eller industrienhet og benyttes direkte for prosess-styring. Oppfinnelsen kan også benyttes for å regulere og korrigere stabiliteten til brennoljer og til å regulere transporten av råpetroleumprodukter i rørledninger ved å bestemme egenskapene til blandingen som føres ved enhver tid. Oppfinnelsen kan også benyttes for å regulere og optimalisere avasfalteringsprosesser.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av flokkuleringsterskelverdien til et petroleumprodukt inneholdende asfaltener, ved å måle den nære infrarøde strålingen som transmitteres gjennom en prøve av produktet i oppløsning i et oppløsningsmiddel i forhold til mengden av utfellingsmiddel som kontinuerlig tilsettes prøven, karakterisert ved at en blanding av oppløsningsmiddel og utfellingsmiddel kontinuerlig dannes ved variable konsentrasjoner, at blandingen og petroleumproduktet mates ved konstante mengdeforhold inn i et homogeniseringskammer, og at den nære infrarøde stråling som transmitteres gjennom det homogene produktet måles kontinuerlig nedstrøms homogeniseringskammeret.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trykket i homogeniseringskammeret kan varieres for å oppnå målinger ved forskjellige trykk.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at produktet og homogeniseringskammeret holdes ved en konstant temperatur som kan varieres for å oppnå målinger ved forskjellige temperaturer.

4. Apparat for bestemmelse av flokkuleringsterskelverdien til et petroleumprodukt inneholdende asfaltener, ved måling av den nære infrarøde stråling som transmitteres gjennom en produktprøve i oppløsning i et oppløsningsmiddel i forhold til mengden av utfellingsmiddel som kontinuerlig tilsettes til prøven, omfattende et blandekammer (5) inneholdende en røreanordning (39) og en målecelle (15) for nærinfrarød-stråling, karakterisert veda) en variabel utleveringspumpe (6) for oppløsningsmidlet, en variabel utleveringspumpe (7) for utfellingsmidlet og en programmeringsanordning (8) som styrer de respektive utleveringer fra de to pumpene (6 og 7) mens den holder den totale utlevering av blandingen av oppløsningsmiddel og utfellingsmiddel konstant, b) en pumpe (1) for produktet, og c) et homogeniseringskammer (5), som mates med både produktet og blandingen av oppløsningsmiddel og utfellingsmiddel og har homogeniseringsanordninger (36, 37) som kan oppløse petroleumproduktet og homogenisere blandingen, idet målecellen (15) befinner seg på en utløpsledning (14) nedstrøms homogeniseringskammeret (5).

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at homogeniseringskammeret opptas av en aksial homogeniseringsrotor (36, 37), idet inntaket for petroleumprodukt og blanding av oppløsningsmiddel og utfellingsmiddel er i fronten av kammeret og uttaket for blandingen er i sideveggen.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 4 og 5, karakterisert ved at en trykkreguleringsanordning (17) er festet på utløpsledningen (14) nedstrøms målecellen (15).

7. Apparat ifølge et hvilket som helst av kravene 4-6, karakterisert ved at målecellen (15) omfatter en optisk fiber (19) som leder i det nære infrarøde spektrum, en åpning (16) gjennom hvilken blandingen passerer og en detekterende optisk fiber (20) på den andre siden av åpningen.

8. Apparat ifølge krav 4-7, karakterisert ved. at homogeniseringskammeret (5) og produktpumpen (1) er termostatstyrt.

9. Apparat ifølge et hvilket som helst av kravene 4-8, karakterisert ved at produktpumpen (1) er en girpumpe.

10. Apparat ifølge et hvilket som helst av kravene 4-9, karakterisert ved at produktpumpen (1) er en variabel utleveringspumpe som gjør det mulig å måle flokkuleringsterskelverdien i forhold til fortynningsnivået.

11. Apparat ifølge et hvilket som helst av kravene 4-10, karakterisert ved at det omfatter en styringsdatamaskin (9) som mottar data direkte fra programmeringsanordningen (8) og målecellen (15) for å styre stengingen av pumpene (6, 7) så snart asfalten-flokkuleringsterskelverdien oppstår og gir resultatene umiddelbart.