Обессоливание нефтей на НПЗ

Требования к содержанию хлоридов метал­лов в нефтях, поступающих на переработку, постоянно повы­шаются. При снижении содержания хлоридов до 5 мг/л из нефти почти полностью удаляются такие металлы, как железо, каль­ций, магний, натрий и соединения мышьяка, а содержание вана­дия снижается более чем в 2 раза. На современных отечественных НПЗ обессоливание нефтей проводится до содержания хлоридов 3-5 мг/л и воды до 0,1 % масс.

Чистая нефть, не содержащая неуглеводородных примесей, осо­бенно солей металлов, и пресная вода взаимно нерастворимы, и при отстаивании эта смесь легко расслаивается. Однако при наличии в нефти таковых примесей система нефть-вода образует труднораз­делимую нефтяную эмульсию.

Эмульсии представляют собой дисперсные системы из двух вза­имно мало- или нерастворимых жидкостей, в которых одна диспер­гирована в другой в виде мельчайших капель (глобул). Жидкость, в которой распределены глобулы, является дисперсионной средой, а диспергированная жидкость - дисперсной фазой.

Различают два типа нефтяных эмульсий:

1. нефть в воде (Н/В) - гид­рофильная, здесь не­фтяные капли образуют дисперсную фазу внутри водной среды;

2. вода в нефти (В/Н) – гидрофобная, здесь капли воды образуют дисперсную фазу в нефтяной среде.

(Образование эмульсий связано с поверхностными явлениями на границе раздела фаз дисперсной системы, прежде всего поверхност­ным натяжением - силой, с которой жидкость сопротивляется уве­личению своей поверхности. Известно, что поверхностно-активные вещества (ПАВ) обладают способностью понижать поверхностное натяжение. Это свойство обусловливается тем, что добавленное ПАВ избирательно растворяется в одной из фаз дисперсной системы, кон­центрируется и образует адсорбционный слой - пленку ПАВ на гра­нице раздела фаз. Снижение поверхностного натяжения способствует увеличению дисперсности дисперсной фазы, а образование адсорб­ционного слоя - своеобразного панциря на поверхности глобул - препятствует их коалесценции при отстаивании).

Эмульгаторы - вещества, способствующие образованию и стабилизации эмуль­сий.

Деэмульгаторы - вещества, разрушающие поверхно­стную адсорбционную пленку стойких эмульсий.

Эмульгаторами обычно являются полярные вещества нефти, та­кие, как смолы, асфальтены, соли нафтеновых кислот, а также различные органические при­меси. В образовании стойких эмульсий могут принимать участие различные твердые углеводороды - парафины и цере­зины нефтей.

На установках обезвоживания и обессоливания нефти широко применяются водорастворимые, водонефтерастворимые и нефтерастворимые деэмульгаторы.

Нефтерастворимые деэмульгаторы более предпочтительны, по­скольку:

- они легко смешиваются (даже при слабом перемешивании) с нефтью, в меньшей степени вымываются водой и не загрязняют сточ­ные воды;

- их расход практически не зависит от обводненности нефти;

- оставаясь в нефти, предупреждают образование стойких эмуль­сий;

- обладают ингибирующими коррозию металлов свойствами;

- являются легкоподвижными жидкостями с низкой темпе­ратурой застывания и могут применяться без растворителя, удобны для транспортирования и дозировки.

В качестве растворителей нефтерастворимого деэмульгатора применяются низкомолекулярные спирты (метиловый, изопропиловый и др.), ароматические углеводороды и их смеси в различных со­отношениях.

Водорастворимые деэмульгаторы применяют в виде 1-2%-ных водных растворов. Они частично вымываются дренажной водой, что увеличивает их расход на обессоливание.

Требования предъявляемые к деэмульгаторам:

- они должны обладать максимально высокой деэмульгирующей активностью, быть биологически легко разлагаемы (если водораство­римые), нетоксичными, дешевыми, доступными;

- не должны обладать бактерицидной активностью (от которой зависит эффективность биологической очистки сточных вод) и кор­родировать металлы.

Этим требованиям более полно удовлетворяют и потому нашли преобладающее применение неионогенные деэмульгаторы (органические кислоты, спирты, фенолы, слож­ные эфиры, амины и амиды кислот).

В качестве промышленных неио­ногенных деэмульгаторов используются следующие оксиалкенилированные органические соединения:

1) оксиэтилированные жирные кислоты (ОЖК);

2) оксиэтилированные алкилфенолы;

3) сополимеры полиоксиалкиленов являются наибо­лее эффективными и универсальны­ми деэмульгаторами.

(Синтезировано у нас и за рубежом большое число высокоэффек­тивных деэмульгаторов. Из деэмульгаторов ФРГ, применяемых в нашей стране, высокой деэмульгирующей активностью обладают диссольваны 4400,4411,4422 и 4433, представляющие собой 65 %-ные растворы ПАВ в воде или метиловом спирте с молекулярной массой 2500 - 3000, котороые синтезированы на основе алкиленгликолей, а также сепарол, бескол, прокалит и др. Характерно, что деэмульгаторы американских и английских фирм «Петролит», «Третолит» и других в большинстве случаев плохо растворимы в воде, по эффективности близки к диссольвану и применяются в виде растворов в аромати­ческих углеводородах, выкипающих в пределах 160 - 240°С. Высо­кой деэмульгирующей активностью обладают деэмульгаторы Гол­ландии, Франции, Италии, Японии и др.).

Промышленный процесс обезвоживания и обессоливания нефтей осуществляется на установках ЭЛОУ. Процесс основан на при­менении методов химической, электрической, тепло­вой и механической обработок нефтяных эмульсий, направленных на разрушение сольватной оболочки и снижение прочности эмульсий, создание усло­вий для укрупнения капель и ускорения процессов осаждения крупных капель воды.

Электрообработка эмульсий заключается в пропускании нефти через электрическое поле, преимущественно переменное промыш­ленной частоты и высокого напряжения (15-44 кВ.). В результате индукции электрического поля диспергированные капли воды поля­ризуются, деформируются (вытягиваются) с разрушением защитных пленок, и при частой смене полярности электродов (50 раз в секун­ду) увеличивается вероятность их столкновения и укрупнения, и в итоге возрастает скорость осаждения глобул с образованием отдель­ной фазы. Конечное содержание воды в нефти, обработанной в электрическом поле переменного тока, колеблется до 0,1 %.

Тепловая обработка эмульсий заключается в подогреве до опти­мальной для данной нефти температуры (60-150 °С) в зависимости от ее плотности, вязкостно-температурной характеристики, типа эмульсии и давления в электродегидраторе или отстойнике термо­химического обезвоживания. Повышение температуры до определен­ного предела способствует:

1) дестабилизации эмульсий в резуль­тате повышения растворимости природных эмульгаторов в нефти и расплавления бронирующих кристаллов парафинов и асфальтенов;

2) возрастанию скорости осаждения капель воды в резуль­тате снижения вязкости и плотности нефти, тем самым уменьшению требуемого расхода деэмульгатора.

Оптимальной является тем­пература 70 - 90°С, при которой вязкость нефти составляет 2-4 сСт. При повы­шении температуры нагрева нефти приходится одновременно повы­шать и давление, чтобы поддерживать жидкофазное состояние сис­темы и уменьшить потери нефти и пожароопасность. Однако повы­шение давления вызывает необходимость увеличения толщины сте­нок аппаратов. Современные модели электродегидраторов рассчи­таны на давление до 1,8 МПа.

Основным аппаратом ЭЛОУ является электродегидратор, где, кроме электрообработки нефтяной эмульсии, осуществляется и от­стой (осаждение) деэмульгированной нефти, т.е. он является одновременно отстойником. Среди применяемых в промысловых и завод­ских ЭЛОУ различных конструкций (вертикальных, шаровых и гори­зонтальных) более эффективными оказались горизонтальные электродегидраторы. По сравнению с использовавшимися ранее вертикаль­ными и шаровыми горизонтальные электродегидраторы обладают следующими достоинствами (табл.1):

Таблица 1