Зневоднення та знесолення нафти

Нафту завжди супроводжує пластова вода. В цих водах розчинені солі, перш за все це хлориди, бікарбонати натрію, кальцію, магнію, рідше карбонати та сульфати. Вміст солей в цих водах коливається в широких межах, від незначних до 30%.

Наявність в нафті, яка потрапляє на переробку, води та солей шкідливо виявляється на роботі нафтопереробних заводів. При великому вмісті води підвищується тиск в апаратурі установок перегонки нафти, знижується їх продуктивність, витрачається зайве тепло на підігрів та випаровування води.

Ще більш негативною дією володіють хлориди. Вони відкладаються в трубах теплообмінників та печей, що призводить до необхідності частої очистки труб, понижує коефіцієнт теплопередачі. Солі, особливо кальцію та магнію, гідролізуються з утворенням соляної кислоти навіть при низьких температурах. Під дією соляної кислоти проходить руйнування (корозія) металу апаратури технологічних установок. Накінець, солі, нокипичуються в залишкових нафтопродуктах – мазуті і гудроні, погіршуючи їх якість.

Виходячи з цього, перед тим, як подати нафту на переробку, її необхідно відділити від води та солі. Їх видаляють безпосередньо після підняття нафти з земних надр (на промислі) та на НПЗ. Існують два типи технологічних процесів видалення води і солі – зневоднення та знесолення. В основі двох процесів лежить руйнування нафтових емульсій. Однак при зневодненні руйнуються природні емульсії, ті які утворились в результаті інтенсивного перемішування нафти з буровою водою. Зневоднення проводиться на промислах та є разом з відокремленням газу від нафти першим етапом підготовки нафти до транспортування та переробки.

При знесоленні зневоднену нафту змішують з прісною водою, створюючи штучну емульсію, яка потім руйнується. Знесолення нафти проводиться на промислах та на НПЗ.

Нафтові емульсії. Нафта і вода взаємно погано розчиняються, тому відділення основної маси води від нафти простим відстоюванням не складає великих труднощів, якщо при видобутку не утворилась водно-нафтова емульсія. Перероблювати обводнену емульсовану нафту не можна. Навіть якщо емульсія не утворилась, то невелика кількість води все ж залишається в нафті в розчиненому вигляді. А разом з водою в нафту потрапляють мінеральні солі, котрі викликають корозію нафтоперегонної апаратури.

Емульсією називається така система двох взаємно нерозчинених або не зовсім розчинених рідин, в яких одна утримується в іншій у зваженому стані у вигляді великої кількості мікроскопічних краплин (глобул). Рідина, в якій знаходяться глобули, називається дисперсним середовищем, а друга рідина, яка розчиняється в дисперсному середовищі – дисперсна фаза.

Нафтові емульсії частіше всього являють собою емульсії типу вода в нафті, в яких дисперсним середовищем є нафта, а дисперсною фазою – вода. Така емульсія гідрофобна: у воді вона спливає, а у бензині чи інших розчинниках рівномірно розподіляється.

Рідше зустрічаються емульсії типу нафти у воді, дисперсним середовищем якої є вода. Така емульсія гідрофільна: у воді вона рівномірно розподіляється, а у бензині – тоне.

Речовини, що сприяють утворенню і стабілізації емульсії, називають емульгаторами. Ними є такі полярні речовини нафти, як смоли, асфальти, асфальтогенні кислоти та їх ангідріди, солі нафтових кислот, а також інші неорганічні домішки.

Характер емульсії залежить від властивостей емульготора. У сирій нафті звичайно утворюється гідрофобні емульсії типу вода а нафті, тому що емульгаторами в цьому випадку є смоли. Вони добре розчиняються в нафті і не розчиняються у воді. Смоли, адсорбуючись на поверхні поділу нафта-вода, потрапляють в поверхневий шар збокунафти і утворюють мічнц оболонку довкола частинок води.

Способи руйнування нафтових емульсій. Механізм руйнування нафтових емульсій складається з декількох стадій:

1. зіткнення глобул (часток) води,

2. злиття глобул у більш великі краплі,

3. випадання крапель.

Для того, щоб зруйнувати емульсії, в промисловій практиці застосовують такі процеси:

1. механічні – фільтрування, ультразвукова обробка.

2. термічні – підігрів і відстоювання нафти від води, промивка гарячою водою.

3. електричні – обробка в електричному полі змінного і постійного струму.

4. хімічні – обробка різними деемульгаторами.

Дія деемульгаторів – поверхнево-активних речовин (ПАР) – послаблює структурно-механічну міцність шарів, що обволікують краплі води. В якості деемульгаторів використовують різноманітні ПАР, але механізм їх дії на емульсії досить складний і мало вивчений. За характером поведінки у водних розчинах деемульгатори поділяються на іоноактивні і неіоногенні. Перші в розчинах дисоціюють на катіони і аніони, другі іонів не утворюють. Найкращою деемульгуючою дією володіють неіоногенні речовини.

На нафтопереробних заводах і промислових устаткуваннях підготовки нафти використовують вітчизняні неіоногенні деемульгатори ОЖК (оксиетиловані жирні кислоти), ОП-10, проксамін, та імпортні – дисольван, прогаліт та ін. Перевага ОЖК в порівнянні з іншими деемульгаторами в тому, що у ОЖК добрий біологічний розпад: при попаданні у водойми він на 50-75% розпадається, в той час як інші деемульгатори такою здатністю не володіють.

Зневоднення нафти.

Найпростіший засіб видалення вади з нафти на промислах – термохімічне обезводнення при атмосферному тиску. До нафти додають деемульгатор, після чого вона підігрівається і подається в резервуар для відстоювання. При такій обробці нафти можливі великі втрати легких нафтопродуктів під час відстоювання в негерметичних резервуарах.

Ці недоліки усуваються при термохімічному відстоюванні під тиском (рис. 4).

Рисунок 4. – Схема установки термохімічного зневоднення нафти під тиском   І – сира нафта, ІІ –зневоднена нафта, ІІІ – вода.

Сиру нафту, звільнену від газу, забирають з резервуару Е-1 насосом Н-1 і перекачують через тепообмінник Т-1 і паровий підігрівач Т-2 в термовідстійник Е-3. Перед поступленням на насос, в нафту вводять деемульгатор, що надходить з Е-2. В термовідстійнику під тиском біля 1,5 МПа нафта знаходиться на протязі 1-3 год. Обезводнена нафта через теплообмінник Т-1 прямує в резервуар Е-4. В резервуарі нафта додатково відділяється від води.

Відстояна вода скидується в нафтопастку Е-5, а потім закачується в свердловину А-1. Частина стічної води, що видалена з термовідстійника, повертається на прийом сировинного насоса для того, щоб повторна використати деемульготор, що знаходиться в стічній воді. Нафта з пастки знову подається на зневоднення.

Знесолення нафти. При зневодненні на промислових установках підготовки, склад води в нафті знижується до 0,5-1,0%, одночасно відбувається видалення значної кількості солі. Однак більшість нафти потребує додаткового знесолення, яке проводять на промислових і НПЗ. Для видалення солей з нафти використовують спосіб, що поєднує термохімічне відстоювання і обробку емульсії в електричному полі установки електрознесолення (ЕЛЗС) (рисунок 5).

Рисунок 5. – Схема установки електрообезсолювання нафти

І.-сира нафта; ІІ.-деемульгатор; ІІІ.-луг; ІV.-свіжа вода; V.-обезсолена нафта; VІ.-стічна вода.

Нафта, до якої введено промивочну воду, деемульгатор і луг, насосом Н-1 прокачується через теплообмінник Т-1 і паропідігрівач Т-2 в електродегідратор першого ступеня Є-1. Тут виділяється основна маса води і солі (вміст їх знижується в 8-10 раз). На деяких установках ЕЛЗС перед Є-1 знаходиться термохімічна ступінь. З Є-1 нафта надходить в електродегідратор другого ступеня Є-2 для вторинної обробки. Перед Є-2 до нафти знову попадає вода. Загальна витрата води на обезсолення складає 10% від нафти, що підлягає знесоленню. На деяких устаткуваннях свіжа вода потрапляє тільки на другий ступінь знесолення, а перед першою ступеню з нафтою змішують промивні води другого ступеня.

Знесолена нафта з Є-2 проходить через теплдообмінник Т-1, холодильник і подається в резервуари обезсоленої нафти. Вода, яка відділена а електродегідраторах, прямує в нафтовідділювач Е-1 для додаткового відстою. Виловлена нафта повертається на прийом сировинного насоса, а вода вкидується в промислову каналізацію і подається для очищення.

Головним апаратом устаткування ЕЛЗС є – електродегідратор – ємність, обладнана електродами, до яких підведений змінний струм високої напруги. В експлуатації на промислових і заводських установках ЕЛЗС використовують електродегідратори різних конструкцій: вертикальні, кульові, горизонтальні.

Режим знесолення. Температура і тиск процесу знесолення багато в чому зумовлені конструкцією апарата. Велике значення мають властивості знесоленої нафти. Легкі нафти з низькою в’язкістю, які не утворють стійких емульсій, знесолюються при 80-100˚С, але для більшості нафт оптимальною вважається температура 120-130˚С. Слід взяти до уваги, що підвищення температури знесолення збільшує електричну провідність і силу струму, погіршує умови роботи ізоляторів.

Важливе значення має рівномірна подача до нафти деемульгатора. Витрата деемульгатора до НПЗ коливається від 10 до 30 г/т і залежить від стійкості утвореної емульсії води і нафти. Промисловість випускає деемульгатори у вигляді розчинів в органічних розчинниках, з яких перед застосуванням готують 1-5% водні розчини.

Іноді до нафти також додають луг, який необхідний для припинення корозії у випадку знаходження в нафті вільного сірководню, а також для нейтралізації неорганічних кислот, що потрапили до нафти внаслідок кислотної обробки свердловини. В якості промивочної води застосовується свіжа річкова вода, паровий конденсат і вода з системи водопостачання. Перед подачею до нафти воду підігрівають.

Глибоке знесолення нафти дозволяє значно збільшити роботу установок переробки нафти, зменшити витрату металу на заміну обладнання, зменшити енергетичні витрати.

На промислових знесолюючих установках з нафти виділяються найбільш великі глобули емульсії. При перекачках та зберіганні нафти водно-нафтова емульсія додатково стабілізується і її важко руйнувати, що ускладнює рішення проблеми знесолення нафти на нафтопереробних заводах.