Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Прикладная химия. Химия и технология подготовки нефти. Учебное пособие
.pdf
увеличению дисперсности дисперсной фазы, а образование адсорбционного слоя – своеобразного панциря на поверхности глобул – препятствует их коалесценции при отстаивании.
Вещества, способствующие образованию и стабилизации
эмульсий, называются эмульгаторами. Вещества, способные понижать поверхностное натяжение - деэмульгаторами.
Деэмульгаторы, которые в процессах обезвоживания нефти
играют практически основную роль, должны удовлетворять следующим требованиям:
- обеспечивать высокую деэмульгирующую активность при
небольших расходах;
- не взаимодействовать с химическими веществами, входящи-
ми в состав нефти;
- не вызывать коррозию оборудования;
- легко извлекаться из сточных вод, отделенных от нефти;
- иметь низкую стоимость и быть недефицитными.
2.2.2 Разрушение нефтяных эмульсий
Механизм разрушения эмульсий можно разбить на три стадии:
- столкновение глобул воды;
- слияние их в более крупные капли;
- выпадение капель в виде сплошной водной фазы.
Для обеспечения максимального столкновения глобул в нефти
необходимо увеличить скорость их хаотичного движения, что достигается интенсивным перемешиванием в мешалках или центрифугах, а
также подогревом. При подогреве разность плотностей нефти и воды
возрастает, но плотность нефти снижается значительно быстрее, чем
воды, что приводит к снижению устойчивости эмульсии. Добавление
в систему деэмульгаторов, способствует ослаблению структурномеханической прочности слоев нефти, обволакивающих глобулы воды.
В нефтяной промышленности наиболее широко используются
следующие способы разрушения нефтяных эмульсий:
-механические – это фильтрация, центрифугирование, обра-
ботка ультразвуком;
- термические – подогрев и отстаивание при атмосферном или
избыточном давлении, промывка нефти горячей водой;
31
- электрические – обработка в электрическом поле переменно-
го или постоянного тока;
- химические – разрушение эмульсий с применением деэмуль-
гаторов;
- комбинированные способы, в частности, термохимический
метод – отстаивание с применением деэмульгаторов.
Механические способы разрушения нефтяных эмульсий применяются на промыслах реже, поскольку при значительных эксплуатационных затратах имеют довольно низкую производительность. В
частности:
- центрифугирование предусматривает отделение воды и ме-
ханических примесей от нефти за счет центробежных сил в центрифугах или сепараторах при скорости вращения от 3000 до 50000 об/мин.,
но при этом производительность их мала.
- фильтрование производится в насадочных аппаратах колон-
ного типа. Сущность метода состоит в том, что капли воды оседая на
насадке, агломерируют в крупные капли и стекают в кубовую часть
колонны. К недостаткам следует отнести быструю забивку насадки
механическими примесями, имеющимися в эмульсии.
Для удаления солей из нефти применяется способ, сочетающий термохимическое отстаивание с обработкой эмульсии в электрическом поле. Установки носят название электрообессоливающих
(ЭЛОУ).
На нефтяных месторождениях эксплуатируются установки
обезвоживания и обессоливания нефти в двух вариантах:
- термохимические установки обезвоживания (ТХУ) (рисунок
2.3)
- электрообессоливающие установки (ЭЛОУ) (рисунок 2.4).
В термохимической установке обезвоживания нефти (рисунок
2.3) сырую нефть (нефтяную эмульсию) I из сырьевого резервуара 1
насосом 2 через теплообменник 3 подают в трубчатую печь 4. Перед
насосом 2 в нефть закачивают реагент-деэмульгатор II. В теплообменнике 3 и трубчатой печи 4 нефтяная эмульсия подогревается, и в процессе ее турбулентного перемешивания в насосе, а также при движении по трубному змеевику в печи происходит доведение реагентадеэмульгатора до капель пластовой воды и разрушение бронирующих
слоев асфальто-смолистых веществ. Нагрев в трубчатой печи осуществляется при необходимости нагрева нефтяной эмульсии до тем-
32
пературы выше 120 °С (при повышенном давлении, чтобы не допустить вскипания воды). При меньших температурах нагрева вместо
трубчатой печи 4 можно использовать пароподогреватель.
33
Рисунок 2.3 - Технологическая схема термохимической установки обезв
о-
I — сырая нефть; II — деэмульгатор; III — товарная нефть; IV — пластовая вода
34
Оптимальной температурой нагрева считается такая, при которой кинематическая вязкость нефтяной эмульсии составляет 4 * 10
-6
2
м
/с.
Неустойчивая эмульсия из трубчатой печи 4 поступает в отстойник 5,
где расслаивается на нефть и воду. Обезвоженная нефть выводится
сверху из отстойника 5, проходит через теплообменник 3, где отдает
часть тепла поступающей на деэмульсацию сырой нефти и поступает
в резервуар 6, из которого товарная нефть III насосом откачивается в
магистральный нефтепровод. Отделившаяся в отстойнике 5 пластовая
вода IV направляется на установку по подготовке сточных вод.
Очистка нефти в двухступенчатых ЭЛОУ осуществляется следующим образом (рисунок 2.4). На 1-й ступени сырая нефть подается
насосом 13 через теплообменник 10, где она нагревается, в смеситель
8, в котором смешивается с промывной водой и деэмульгатором; в
электродегидраторе 1 образовавшаяся водно-нефтяная эмульсия разделяется на две фазы. Обезвоженная и частично обессоленная нефть
поступает во 2-ю ступень; сначала в смеситель 8, а затем в виде
эмульсии с водой - на окончательную очистку в электродегидратор 1;
обезвоженная и обессоленная нефть направляется на дистилляционную установку. Пресная промывная вода насосом 15 подается в теплообменник 10, подогревается до 60-70 °С и смешивается с нефтью
перед смесителем 8. Отстоявшаяся в электродегидраторе 1 дренажная
вода с помощью клапана 9 поступает в емкость 12, откуда насосом 14
направляется для смешения с нефтью перед 1-й и частично перед 2-й
ступенями. Дренажная вода, отстоявшаяся в электродегидраторе 1,
через клапан 9 подается в отстойник 11, из которого после отстаивания и отделения от эмульгированной нефти частично отводится в канализацию, а частично используется для промывки нефти в 1-й ступени. Нефть, отстоявшаяся в емкости 11, смешивается с сырой нефтью
на приеме сырьевого насоса 13. В схеме предусмотрены две возможные точки ввода промывной воды в нефть перед 1-й ступенью: на
приеме насоса 13 и после насоса 10 перед смесителем 8. Основные
параметры процесса приведены в таблице 2.1.
35
Рисунок 2.4 - Принципиальная схема электрообессоливающей установки (позиции со
штрихом - оборудование 2-й ступени): 1-электродегидраторы; 2-подвесные изолято-
ры; 3 -высоковольтные трансформаторы;
4, 7-коллекторы обессоленной нефти и др
е-
нажной воды; 5-электроды; 6 - распределитель ввода сырья;
8- смесители; 9-клапаны
автоматич. отвода дренажной воды;
10-теплообменники; 11, 12-отстойник и проме-
жуточная емкость дренажной воды;
13, 15-насосы сырья и пресной воды;
14- насосы
дренажной воды
36
Таблица 2.1 - Характеристики сырья и работы ЭЛОУ
Типичная
нефть
Сырье
ЭЛОУ
Плот-ность при
20
0
С, кг/м
3
Содержание
хлори-дов, мг/л
Температура
подог-рева,
0
С
Чис-ло сту-пе-
ней
Давле-ние в
электродегид-
раторе, МПа
Уд. производи-
тель-ность,
м
3
/(м
2
*ч)
Расход
воды, % по объ-
ему
деэмульгатора,
г/т
щело-чи, г/т
Западно-
Сибир-
ская
850
≤
300
60-
80
2
0,4-
1,2
1-3
3-5
5-10
-
Ромаш-
кинская
865
≤
300
80100
2
0,4-
1,2
0,75-
2,25
5-
10
10-
15
-
865
≥
300
80-
100
3
0,4-
1,2
0,75-
2,0
4-7
10-
25
-
Арлан-
ская
890
≤
100
80-
120
2
0,4-
1,4
0,5-1,5
5-
10
10-
20
30
890
100
80-
120
3
0,4-
1,4
0,5-
1,25
4-7
15-
25
30
Мордово-
Камальс-
кая (биту-
минозная)
940
≤
300
150
3
1,0-
1,5
0,33
4-7
До
50
-
37
Основным аппаратом на установках ЭЛОУ, где осуществля-
ется разрушение нефтяных эмульсий под действием электрического
поля является электродегидратор. По конструкции в промышленности
различают вертикальный, горизонтальный и шаровой, которые представляют собой цилиндрический или шаровой сосуд, внутри которого
находятся электроды – металлические пластинки, имеющие форму
прямоугольных рам и подвешенные на фарфоровых изоляторах. Электроды подвешены горизонтально друг над другом на расстоянии 25–
40 см. Напряжение подается к электродам от двух повышающих
трансформаторов мощностью по 5 кВ А. В электродегидраторах
совмещены два процесса: обработка эмульсии в электрическом поле,
отстой воды от нефти и в отдельных случаях процессы разрушения
эмульсий проводят при нагреве.
Наибольшее широкое распространение получили горизонтальные электродегидраторы (рисунок 2.5), где напряжение между
электродами составляет 32–33 кВ.
Ввод эмульсии в электродегидратор осуществляется через
расположенные вдоль аппарата горизонтальные трубчатые перфорированные распределители (маточники), обеспечивающие равномерное
распределение ее по всему сечению аппарата.
Нефтяная эмульсия проходит через три зоны обработки. В
первой зоне эмульсия проходит слой отстоявшейся воды, содержащей
деэмульгатор. Здесь происходит термохимическая обработка эмульсии и отделение наиболее крупных капель воды. Уровень воды поддерживается автоматически на 20–30 см выше маточника. В этой зоне
эмульсия подвергается водной промывке от содержащихся в ней минеральных солей.
Затем, поднимаясь в вертикальном направлении с небольшой
скоростью, эмульсия последовательно подвергается обработке сначала в зоне слабой напряженности электрического поля между уровнем
отстоявшейся воды и нижним электродом, а затем в зоне сильной
напряженности между электродами. В верхней части электродегидратора располагаются выкидные коллекторы обработанной нефти.
Преимуществом горизонтального электродегидратора является
большой путь движения нефти, а, следовательно, значительное время
пребывания ее в аппарате, так как ввод сырья расположен значительно
ниже, чем в других электродегидраторах, при этом крупные частицы
воды выпадают из нефти до попадания в зону сильного электрическо-
38
го поля. Поэтому в нем можно обрабатывать нефть с большим содер-
Рисунок 2.5 - Сечение горизонтального электродегидратора
с вводом эмульсии пол водяную подушку:
жанием воды, не опасаясь чрезмерного увеличения силы тока между
электродами.
1,2 – электроды; 3 – раздаточный коллектор (маточник)
39
Следует отметить, что горизонтальный электродегидратор отличается простотой конструкции, меньшим количеством электрооборудования при большей площади электродов, удобством монтажа, обслуживания и ремонта; способностью работать при повышенных давлениях и температурах.
На рисунке 2.6 представлен вертикальный электродегидратор.
Электродегидратор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, предназначенный для обессоливания нефти на
блоке ЭЛОУ.
В нижней части корпуса размещена система ввода сырья,
включая коллектор с отводами. Коллектор соединен с входным штуцером.
Электрическое поле в электродегидраторе создается системой
двух заземленных и двух высокопотенциальных электродов, размещенных в верхней части аппарата. Заземленные электроды представляют собой решетчатый настил, состоящий из трех секций. Высокопотенциальные электроды включают горизонтальную решетку из прутков O 12 мм. Несущими элементами высокопотенциальных электродов являются сдвоенные балки из труб сечением 40х25х3. Высокопотенциальные электроды подвешены на 3-х подвесках O 16 мм, к одному из которых присоединена клемма токоведущего тросика; другой
конец тросика закреплен в муфте, навертываемой на конец проходного изолятора и законтриваемой гайкой М 16.
Нефть с поданной в нее промывочной водой вводят в аппарат
через штуцер. Она проходит по коллектору и отводам, истекая из отверстий. По мере подъема нефти из нее оседают капли воды; количество и размер оставшихся в нефти капель уменьшаются по высоте аппарата. До уровня нижней решетки электродной системы доходят
только мелкие капли воды; поскольку под этой решеткой, находящейся под высоким напряжением, существует электрическое поле, в его
объеме происходит коалесценция капель воды, их укрупнение и осаждение. Однако напряженности электрического поля под нижней решеткой недостаточно для коалесценции наиболее мелких капель воды,
которые заносятся потоком нефти в область сильного электрического
поля, создаваемого в объеме между прутками электродной системы.
Нефть, проходя через электродную систему, окончательно обезвоживается. Вместе с водой из нефти удаляются и содержащиеся в ней соли.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]