Обессоливание и обезвоживание нефти кратко

Обновлено: 17.07.2024

В основе процесса обезвоживания лежит разрушение нефтяных эмульсий, которые образуются при добыче нефти за счет закачки воды в пласт. Обезвоженную и обессоленную нефть смешивают с пресной водой, создавая искусственную эмульсию (но с низкой соленостью), которую также подвергают расслаиванию. Вода очищается на установке и снова закачивается в пласт для поддержания пластового давления и вытеснения нефти. ЭМУЛЬСИИ НЕФТИ с водой, типы ЭМУЛЬСИЙ Нефть и вода нерастворимы друг в друге и образуют эмульсии, часто трудно разделимые.

УСТОЙЧИВОСТЬ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Различные нефти обладают разной склонностью к образованию эмульсии вода—нефть (эмульсионность) и по этому показателю, измеря¬емому в %, они разделяются на три группы. Группы эмульсий вода — нефть Оценка эмульсионности нефти позволяет выбирать оптимальный режим и схему процесса их обезвоживания и обессоливания. При оценке стойкости нефтяных эмульсий к расслоению на фазы следует различать кинетическую и агрегативную устойчивость. Для разбавленных эмульсий при содержании дисперсной фазы менее 3 % кинетическая устойчивость (Ку) эмульсии выражается зависимостью Ку = 1/v, где V — скорость оседания частиц воды.

Скорость оседания капли воды радиусом г под действием силы тяжести может быть найдена по уравнению Стокса v = 2/9*r2(Pв-Pн) /n*g где Pв и Pн — соответственно плотность воды и нефти; n — вязкость жидкой среды; g — ускорение свободного падения. Очевидно, что если размеры капель и разность плотностей воды и нефти незначительны (тяжелая нефть), а вязкость нефти высокая, то скорость оседания капель весьма низкая и эмульсия практически не расслаивается даже в течение длительного времени. Напротив, при большом размере капель, значительной разности плотностей и низкой вязкости нефти расслоение эмульсии идет очень быстро. Поэтому для ускорения процесса разрушения эмульсии наряду с отстоем необходимо подвергать ее другим мерам воздействия, направленным на укрупнение капель воды, увеличение разности плотностей, снижение вязкости нефти.

ПРИРОДНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ЭМУЛЬСИИ ВОДА-НЕФТЬ

ФАКТОРЫ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ СТАБИЛИЗАЦИИ И РАЗРУШЕНИЮ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИИ

Основными факторами, определяющими устойчивость эмульсии вода — нефть, являются:

Целенаправленное воздействие на эти факторы улучшает результаты обезвоживания нефти.

МЕТОДЫ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Водонефтяные эмульсии являются весьма стойкими и в большинстве случаев не расслаиваются под действием одной только силы тяжести. Поэтому необходимо создавать условия, при которых возможно укрупнение, слияние глобул воды при их столкновении и выделение из нефтяной среды. Чем благоприятнее условия для передвижения капель, тем легче разрушаются эмульсии.

Эмульсии подвергают различным воздействиям, направленным на укрупнение капель воды, увеличение разности плотностей (движущая сила расслоения), снижение вязкости нефти. Основными методами воздействия являются: подогрев эмульсии (термообработка); введение в нее деэмульгатора (химическая обработка); применение электрического поля (электрообработка). Обычно применяют сочетание ряда методов воздействия на эмульсию. Такое комбинирование обеспечивает наиболее быстрое и эффективное расслоение эмульсии.

На практике применяется в основном сочетание термохимического и электрического способов разрушения эмульсий.

Было установлено, что даже при умеренном повышении температуры до 30—60 °С весьма существенно снижается вязкость нефти, значительно увеличивается разность плотности воды и нефти и, что очень важно, уменьшается прочность защитной пленки, окружающей капельки воды, в результате повышения ее растворимости в нефти и ослабления физических межмолекулярных взаимодействий. Выбор температуры определяется в первую очередь свойствами самой нефти: для легких маловязких нефтей во избежание вскипания нефти применяют более низкие температуры, а для тяжелых — более высокие в сочетании с повышенным давлением. Для таких нефти, как прикамская, мангышлакская, туркменская, оптимальной температурой обессоливания следует считать 100—120 «С. Подогрев до более высоких температур (120—140 °С) можно рекомендовать лишь для некоторых тяжелых и вязких нефтей, образующих устойчивые эмульсии (например, арланской). Давление в электродегидраторах обусловливается давлением паров нефти, гидравлическим сопротивлением участков технологической схемы и др. Нефть при повышенных температурах процесса должна находиться в жидком состоянии, испарение легких фракций недопустимо. В зависимости от свойств нефти давление поддерживается в интервале 0,6-1,8 МПа. Наряду с повышением температуры используют и введение деэмульгатора, который, адсорбируясь на границе раздела, диспергирует и пептизирует скопившиеся вокруг капелек природные эмульгаторы и тем самым резко снижает структурно-механическую прочность бронирующих слоев. Действие вводимого деэмульгатора может быть основано и на адсорбционном вытеснении (замещении) эмульгаторов из сольватного слоя, на химическом взаимодействии с компонентами слоя, на образовании эмульсии противоположного типа (инверсия фаз). При совместном воздействии температуры и деэмульгаторов происходит интенсивное слияние капелек воды в более крупные капли, способные под действием силы тяжести достаточно быстро выпадать в осадок и отделяться от нефти.

Деэмульгаторы — это специально синтезированные химические соединения, к которым предъявляются следующие требования: способность не изменять свойства нефти и не реагировать с молекулами воды; высокая деэмульгирующая способность при малых расходах; простота извлечения из сточной воды, отделенной от нефти; не токсичность, инертность по отношению к оборудованию, невысокая стоимость и доступность. Наиболее широко в промышленности используются поверхностно- активные вещества (ПАВ) — коллоиды (анионактивные, катионактивные и неионогенные, т. е. не образующие ионов в воде). Большое распространение получили неионогенные деэмульгаторы, из которых можно выделить водорастворимые, нефтерастворимые и водонефтерастворимые. К водорастворимым относятся оксиэтилированные жидкие органические кислоты (ОЖК), алкилфенолы (ОП-Ю и ОП-ЗО), органические спирты (неонол, оксанол). Эти вещества на 75—85 % растворимы в воде. К водонефтерастворимым относятся блоксополимеры этилен- и пропиленоксидов (диссольван, проксанолы, сепарол). Они на 30—60 % переходят в дренажную воду. Нефтерастворимые ПАБ образуют в нефти истинные или коллоидные растворы. Они на 10—15 % переходят в воду. К таким деэмульгаторам относятся дипроксамин 157, оксафоры 1107 и 43, прохинор 2258, прогалит. Все эти деэмульгаторы имеют высокую молекулярную массу (1,5—3,0 тыс.), высокую плотность (около 1000 кг/м3) и высокую вязкость (300—1150 мм2/с). Многое делается в России и за рубежом для создания новых более эффективных деэмульгаторов. Замена таких деэмульгаторов, как прогалит, диссольван, широко применявшихся ранее (в 70—80-е годы), деэмульгаторами нового поколения — сепарол, геркулес, кемеликс паров и др. — позволила уменьшить расход реагента с 10—25 до 2—15 г/т. Термохимический метод разрушения эмульсии применяется в сочетании с электрохимическим, т. е. созданием сильного электрического поля. Частота переменного тока равна 50 с-1. С такой же частотой меняется картина деформации капель в электрическом поле, что повышает вероятность их соударения и, следовательно, их коалесценции. С помощью киносъемки было установлено, что в отсутствие электрического поля капельки воды распределяются в нефти хаотически. С подачей напряжения к электродам вид эмульсии изменяется. Капельки воды вытягиваются вдоль силовых линий поля, образуя цепочки, смежные капли сливаются в более крупные, а к ним притягиваются расположенные рядом мелкие капли. Скорость слияния капель зависит от напряженности электрического поля: с повышением напряженности от 1 до 5 кВт/см скорость коалесценции капель возрастает в десятки раз. При этом в неоднородном переменном электрическом поле она значительно выше, чем в однородном. В электрическом поле капли воды поляризуются, вытягиваются, защитные пленки разрушаются. При частой смене полярности электродов (50 раз в секунду) увеличивается вероятность их столкновения и укрупнения, в результате чего возрастает скорость осаждения глобул воды и расслоения системы. Тепловая обработка эмульсии вызывает ее дестабилизацию в результате повышения растворимости природных эмульгаторов нефти и расплавления бронирующих кристаллов тугоплавких парафинов и асфальтенов. Кроме того, с повышением температуры снижаются вязкость и плотность нефти, что также ускоряет процесс осаждения воды. К тому же повышенные температуры позволяют снижать расход деэмульгаторов. Обычно как оптимальную подбирают такую температуру, при ко¬ торой вязкость нефти составляет 2—4сСт. Многие нефти достаточно хорошо обезвоживаются и обессоливаются при 70—90 °С. Однако следует учитывать, что при повышении температуры приходится повышать давление в аппарате, чтобы обеспечивалось жидкофазное состояние системы. При этом необходимо увеличивать толщину стенок электроде- гидратора. Современные модели электродегидраторов рассчитаны на давление до 1,8 МПа. Наряду с обезвоживанием необходимо глубокое обессоливание нефти. Для этой цели используют промывку нефти свежей пресной водой, которая не только вымывает соли, но и оказывает гидромеханическое воздействие на эмульсию, турбулизирует поток. При этом подается до 1 % пресной воды и 4—5 % рециркулирующей, уже использованной воды. С целью сокращения потребления пресной промывной воды и снижения объема соле- и нефтесодержащих стоков рекомендуется применение схемы промывки нефти с повторным использованием промывной воды со ступени на ступень и ее рециркуляции внутри ступеней. Это позволяет получить значительную экономию и повысить экологические показатели процесса. Число ступеней (1, 2 или 3) обессоливания нефти определяется свойствами исходной эмульсии и содержанием в ней солей. Сочетание указанных методов позволяет достигать глубокого обезвоживания и обессоливания нефти.

ТЕХНОЛОГИЯ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ И ОБЕССОЛИВАНИЯ НЕФТИ

Как уже отмечалось, основная масса промысловой воды и растворенных в ней солей, а также механические примеси отделяются на промыслах. Окончательное же обезвоживание и обессоливание проводят на НПЗ на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ). Основными аппаратами этих установок являются электродегидраторы.

ТИПЫ И РЕЖИМ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДЕГИДРАТОРОВ

Обессоливание нефти — процесс удаления из продукции нефтяных скважин минеральных (в основном хлористых) солей. Последние содержатся в растворённом состоянии в пластовой воде, входящей в состав водонефтяной эмульсии (обводнённая продукция скважин), реже в самой нефти — незначительное количество солей в кристаллическом состоянии.

Степень подготовки нефти, поставляемой на нефтеперерабатывающие заводы, определена ГОСТ 9965-76. В зависимости от содержания в нефти хлоридов и воды установлены три группы сырой нефти:

  • 1 группа – содержание воды 0,5 %, солей не более 100 мг/л;
  • 2 группа – воды 1% и солей не более 300 мг/л;
  • 3 группа – воды 1% и солей не более 1800 мг/л.

На заводе нефть подвергается дополнительному обессоливанию.


Все существующие методы деэмульгирования могут быть распределены на основные группы:

  1. Химический
  2. Электрический
  3. Термический
  4. Механический

Сырье и продукты

В качестве сырья процесса обессоливания обычно выступает сырая нефть с месторождений или с нефтеперекачивающих станций.

Технологии обессоливания

Обычно сырая нефть обессоливается перед загрузкой в колонны атмосферной перегонки. Двумя наиболее типичными методами обессоливания сырой нефти являются:

  • химическое обессоливание
  • электростатическое разделение с использованием горячей воды в качестве агента удаления.

Термическое и механическое обессоливание на практике встречаются достаточно редко.

Химическое обессоливание

В случае химического обессоливания вода и химические поверхностно-активные вещества добавляются к сырой нефти, а затем она нагревается. Таким образом, соли и другие примеси растворяются в воде и / или присоединяются к молекулам воды. После этого нагретый раствор будет удерживаться в резервуаре, в котором осаждаются примеси. Когда в сырой нефти имеется большое количество взвешенных твердых частиц, в систему добавляют поверхностно-активные вещества, чтобы упростить процедуру очистки.

Электростатическое обессоливание

В случае метода электростатического обессоливания создается электростатическое высокое напряжение, и в результате взвешенные шарики воды концентрируются на дне отстойника.

Технологическая схема

Принципиальная схема типичной установки обессоливания нефти

Рисунок 1 – Принципиальная схема типичной установки обессоливания нефти

Блок сепарации

Сырая нефть с растворенными в ней газами, водой и солями поступает в сепаратор. На входе в сепаратор установлен каплеотбойник для предотвращения уноса жидких продуктов с газовой фазой. В сепараторе из нефти отделяется нерастворенная вода, а также легкие углеводороды, которые проходят через туманоуловитель для предотвращения уноса жидкой фазы и выходят с верха сепаратора. Сепаратор оснащен антизавихрителями в местах отбора жидкой фазы: воды и сырой нефти.

Антизавихритель – устройство, предотвращающее формирование вихря при сливе жидкости (жидкости или газа) из сосуда, такого как резервуар или парожидкостной сепаратор. Образующиеся вихри могут захватывать газовую фазу в поток жидкости, приводя к плохому разделению на технологических этапах, таких как ректификация или вызывать чрезмерное падение давления, или вызывать кавитацию насосов ниже по потоку.

Нефть и вода имеют разные плотности за счет чего в сепараторе образуется водно-нефтяная эмульсия. Благодаря перегородке внутри сепаратора, отстоявшаяся вода не попадает на прием насосов, перекачивающих нефть.

Далее частично обезвоженная нефть нагревается в блоке теплообменников после чего поступает в электродегидратор.

Блок электродегидрирования

Процесс обессоливания нефти осложняется, когда в нефти имеются сухие соли, не удаляемые обычными методами. Поэтому в таких случаях для собственно обессоливания приходиться прибегать к дополнительной операции промывания нефти водой. С этой целью, предварительно деэмульгированная тем или иным способом нефть вновь эмульгируется с пресной водой, и полученная эмульсия подвергается повторному разложению обычно тем же методом.

Наиболее стойкие мелкодисперсные нефтяные эмульсии разрушаются с помощью электрического тока. При воздействии электрического поля капельки воды, находящиеся в неполярной жидкости, поляризуются, вытягиваются в эллипсы с противоположно заряженными концами и притягиваются друг к другу. При сближении капелек силы притяжения возрастают до величины, позволяющей сдавить и разорвать разделяющую их пленку. На практике используют переменный электрический ток частотой 50 Гц и напряжением 25-35 кВ.

Процессу электрообезвоживания способствуют деэмульгаторы и повышенная температура. Во избежание испарения воды, а также в целях снижения газообразования электродегидраторы ─ аппараты, в которых проводится электрическое обезвоживание и обессоливание нефтей ─ работают при повышенном давлении.

Обезвоживание нефтей - технологический процесс, проводимый в целях освобождения нефтей от излишнего балласта (воды и растворенных в ней веществ) перед транспортировкой и переработкой.

Обезвоживание нефти проводят путем разрушения (расслоения) водно-нефтяной эмульсии с применением деэмульгаторов, которые, адсорбируясь на границе раздела фаз, способствуют разрушению капель диспергированной в нефти воды.

Деэмульгаторы - это синтезированные химические соединения.

  • способны не изменять свойства нефти и не реагировать с молекулами воды;
  • просто извлекаются из сточной воды, отделённой от нефти;
  • нетоксичны, инертны по отношению к оборудованию.

Неэлектролитные деэмульгаторы - органические вещества (бензол, спирты, керосин), растворяющие эмульгаторы нефти и снижающие ее вязкость.

Обезвоживание и обессоливание нефти - взаимосвязанные процессы, т.к. основная масса солей сосредоточе­на в пластовой воде, и удаление воды приводит одновременно к обессоливанию нефти. Обезвоживание нефти затруднено тем, что нефть и вода образуют стойкие эмульсии типа "вода в нефти". В этом случае вода диспергирует в нефтяной среде на мельчайшие капли, образуя стойкую эмульсию. Следовательно, для обезвоживания и обессоливания нефти необходимо отделить от нее эти мельчайшие капли воды и удалить воду из нефти. Для обезвоживания и обессоливания нефти используют следующие технологические процессы:

· гравитационный отстой нефти;

· горячий отстой нефти;

· электрообессоливание и электрообезвоживание нефти.




5.1. Последовательность процесса подготовки нефти.

Процесс подготовки нефти включает в себя несколько последовательных стадий:

1. сепарация нефти;

2. предварительное обезвоживание с доведением остаточной воды в нефти до величины не более 10%;

3. глубокое обезвоживание и обессоливание, после которого содержание остаточной воды не более 1,0%.

4. стабилизация нефти.

Сепарация нефти (отделение газа) осуществляется на дожимных насосных станциях и установках предварительного сброса воды, на УПСВ также производят предварительное обезвоживание нефти. Окончательная сепарация, глубокое обезвоживание и обессоливание и стабилизация нефти осуществляется на установках подготовки нефти. Схема подготовки нефти определяется конкретно для каждого месторождения, в зависимости от свойств нефти, расположения объектов подготовки и т.д.

Технология сепарации нефти.

В процессе подъема жидкости из скважин и транспорта ее до центрального пункта сбора и подготовки нефти, газа и воды, постепенно снижается давление и из нефти выделяется газ. Объем выделившегося газа по мере снижения давления в системе увеличивается и обычно в несколько десятков раз превышает объем жидкости. Поэтому при низких давлениях их совместное хранение, а иногда и сбор становятся нецелесообразными. Приходиться осуществлять их раздельный сбор и хранение. Процесс отделения от нефти легких углеводородов и сопутствующих газов называется сепарацией. Сепарация происходит при снижении давления в аппарате, в котором происходит отделение газа от продукции нефтяных скважин. Данный аппарат называют газосепаратором.

Читайте также: