XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Под термином «осушка нефти» понимают обезвоживание и обессоливание водонефтяных эмульсий, образующихся при добыче нефти, т.е. процессы очистки нефти от минеральных солей и воды. Данные процессы позволяют улучшить качество нефтяных фракций, снизить потери от коррозии, уменьшить отложения в аппаратах, а в следствии увеличить межремонтный период работы ректификационных установок. Нефть, подаваемая в колонну ректификации, должна содержать строго определенное количество воды (не более 0,2 %) и солей (не более 5 мг/л,). Несмотря на то что, в момент добычи из скважины, содержание воды в нефти колеблется в пределах от 5 до 90 % и минеральных солей до 10-15 кг/т. В результате промысловой подготовки нефти содержание солей в нефти снижается до 40-1800 мг/л и воды до 0,2-1,0 %.

Вода и нефть, взаимно нерастворимы (лиофобны) и при интенсивном перемешивании образуют эмульсию, т.е. водонефтяную дисперсную смесь. Выделяют два типа нефтяных эмульсий: "нефть в воде" и "вода в нефти". Во многом тип образующейся эмульсии зависит от соотношения объемов двух фаз (воды и нефти), при этом дисперсионной средой станет та жидкость, объем которой больше. Наиболее распространены эмульсии вида "вода в нефти". Устойчивость эмульсии зависит от многих факторов. Среди основных причин, определяющих устойчивость эмульсии вода-нефть можно выделить следующие:

1) физико-химические показатели нефти (вязкость, плотность, размер глобул воды)

2) вид деэмульгатора

3) время «жизни» эмульсии

4) состав пластовой воды

5) температура

Чтобы улучшить процесс обезвоживания, необходимо целенаправленно воздействовать на эти причины. Так, чтобы ускорить осаждение частичек воды нужно увеличить размер капель воды. Размеры частиц определяются гидродинамическими воздействиями на поток нефти, перекачиваемой по нефтепроводу (количество насосов, задвижек и иных местных сопротивлений). Вязкость нефти можно уменьшить путем повышения температуры. Помимо этого, высокая температура окажет воздействие на уменьшение сольватного слоя и повысит растворимость.

Водонефтяные эмульсии весьма стойки, поэтому для их разрушения нужно прибегать к различным воздействиям, направленным на увеличение капель воды, например, снижение вязкости нефти.

Основными методами разрушения водонефтяных эмульсий являются:

1. Введение деэмульгатора в нефть (химическая обработка);

2. Подогрев эмульсии (термообработка);

3. Применение электрического поля (электрообработка);

4. Гравитационный отстой нефти.

Для повышения эффективности расслоения нефти следует применять сочетание выше перечисленных методов.

Метод термической обработки подразумевает выбор оптимальной температуры обессоливания. Температура определяется в зависимости от свойств самой нефти: для легких маловязких нефтей во избежание вскипания применяют более низкие температуры, а для тяжелых – более высокие с повышенным давлением. Рекомендуемый интервал от 100 до 120 °C для легких углеводородов, от 120 °C до 140 °C для тяжелых нефтей. Подогрев водонефтяных эмульсий справляется с рядом задач. Во-первых, снижается вязкость, данный фактор помогает частице воды легче двигаться через нефтяную среду, что способствует более быстрому образованию осадка во время стадии оседания. Во- вторых, с повышением температуры, ускоряется движение водных частиц и увеличивается количество их столкновений (т.е. образуется большее число крупных частиц).

Самый распространённым и простым является метод гравитационного отстоя. Резервуары, заполненные нефтью хранятся в течение строго определенного времени (от 2 суток). В это время в нефтяной эмульсии капли воды коагулируют, а более тяжелые и большие капли воды под действием гравитационных сил оседают на дно в виде донной воды.

Для холодной нефти данный метод непрактичен, поэтому нефть предварительно нагревают до температуры 40-80°С, при этом значительно облегчается процесс расширения капель воды и ускорение обезвоживания нефти в гравитационном осадке. Недостатком данного метода обезвоживания является низкая эффективность. Кроме того, эмульсии «нефть-вода» считаются устойчивыми и в большинстве случаев не расслаиваются под воздействием силы тяжести. Эффективность механического разделения эмульсии можно повысить следующим образом, используя вместо сил гравитации центрифугирование. Тогда, скорость осаждения частицы в центрифуге будет больше, чем скорость свободного осаждения под действием силы тяжести. Но этот метод не нашёл применения на производстве в силу сложности аппаратурного оформления.

Метод химического разрушения нефтяной эмульсии наряду с повышением температуры предполагает использование деэмульгатора. Данный метод требует установления трех факторов:

1. Дестабилизированная межфазная пленка, позволяющая частицам воды сливаться при контакте. Данное условие создается путем добавления правильно подобранного деэмульгатора в нефтяную эмульсию.

2. Наиболее вероятное столкновения между собой диспергированных водных частиц за конкретный промежуток времени. Это условие осуществляется за счет вращательного движения или помешивание системы.

3. Спокойный период оседания, который позволяет крупным частицам воды, сформированным за время коагуляции, образовать осадок. Этого можно добиться за счет «временной паузы», которая дается обработанной и перемешанной эмульсии на выпадение осадка, пока не завершится разделение фаз.

Химический деэмульгатор, адсорбируясь на границе раздела, диспергирует и пептизирует скопившееся вокруг капелек природные эмульгаторы и тем самым резко снижает структурно-механическую прочность бронирующих слоев. При совместном воздействии деэмульгатора и температуры происходит интенсивное слияние капель воды в более крупные капли, способные под действием силы тяжести быстро выпадать в осадок, отделяться от нефти. Но зачастую повышенные температуры приводят к испарению нефти с потерей объема и относительной плотности. Поэтому, для промышленных предприятий выгоднее осуществлять сепарацию при более низких температурах, расходуя большее количество деэмульгатора и применяя отстойники с высокой производительностью.

Современные деэмульгаторы в большинстве случаев представляют собой полигликолевые эфиры и поверхностно активные вещества (ПАВ). ПАВ - коллоиды анионактивные, катионактивные или неионогенные (т.е. не образующие ионов в воде). Большое распространение получили неионогенные ПАВ. Примерами таких веществ служат дисолваны, сепаролы, дипроксилины и др. Их вводят в состав нефти в небольших количествах: от 5–10 до 50–60 г на 1 т нефти.

Глубокая очистка нефти от воды и минеральных солей достигается только электротермохимическим методом, который заключается в интенсивном осаждении мелких частиц воды в электрическом поле в присутствии промывочной пресной воды (до 7 %). При этом создается сильное переменное электрическое поле, с подачей напряжения электродам вид эмульсии изменяется. Капли воды деформируются, вытягиваются вдоль силовых линий поля, и после столкновения с другими молекулами воды, образуют цепочки, соседние капли сливаются в более крупные глобулы, к ним подтягиваются мелкие капли. Скорость слияния частиц зависит от напряженности электрического поля. Данному процессу способствует совместное использование деэмульгатора и повышенной температуры.
Процесс осушки нефти предполагает несколько стадий очистки (2-4) с применением различных методов. Обессоливание начинается при подготовке нефти к транспорту и заканчивается на НПЗ. Заключительной стадией всегда является электрообезвоживание нефти на электродегидраторах НПЗ (ЭЛОУ-6, ЭЛОУ-АТ-8, ЭЛОУ-АВТ-6).

Литература:

Технология переработки нефти: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. О.Ф. Глаголевой, В.М. Капустина. Москва 2005.

Электрокоагуляционная очистка воды от коллоидных ПАВ. Боровская Л.В., Доценко С.П.//Современные наукоемкие технологии. 2010. № 4. С. 76-78.

Биоразложение пав и расчет удельной адсорбции. Рогожева И.И., Шадрина Д.С., Боровская Л.В.Физико-химический анализ свойств многокомпонентных систем. 2009. № 7.

Использование адсорбционных методов очистки нефти от примесей различной природы. Боровская Л.В., Деркач Е.Ю.В сборнике: студенческий научный форум - 2018 2018.

Методы получения эмульсий и термодинамика их стабилизации. Никанов К.К.1, Боровская Л.В. СТУДЕНЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ – 2018. X Международная студенческая электронная научная конференция "Студенческий научный форум"Москва, 15-20 февраля 2018 г.Издательство: ООО "Научно-издательский центр "Академия Естествознания".

Код для цитирования: Скопировать