Обессоливание и обезвоживание нефти

Нефть, извлекаемая из скважин, всегда содержит попутный газ, механические примеси и пластовую воду, в которой растворены различные соли. Обычно в начальный период эксплуатации месторождения добывается безводная или малообводненная нефть, но по мере добычи ее обводненность увеличивается и достигает 90-98%. Очевидно, что такую нефть нельзя транспортировать и перерабатывать ее на НПЗ без тщательной промысловой подготовки.

Обычно промысловая подготовка включает в себя стабилизацию, обессоливание и обезвоживание нефти и удаление механических примесей.

Присутствие пластовой воды существенно удорожает транспортировку нефти и ее переработку. Механические примеси способствуют образованию стойких эмульсий нефти с водой, что затрудняет отстаивание и приводит к потере части нефти с отстоявшейся водой.

Ещё более вредное воздействие, чем вода и механические примеси, оказывают на работу установок промысловой подготовки и переработки нефти хлористые соли, содержащиеся в нефти. Хлориды, в особенности кальция и магния, гидролизуются с образованием соляной кислоты даже при низких температурах. Под действием соляной кислоты происходит разрушение (коррозия) металла аппаратуры технологических установок. Особенно интенсивно разъедаются продуктами гидролиза хлоридов конденсационно-холодильная аппаратура перегонных установок. Соли, накапливаясь в остаточных нефтепродуктах - мазуте, гудроне и коксе, ухудшают их качество.

При переработке сернистых соединений, образуется сероводород, который в сочетании с хлористым водородом является причиной наиболее сильной коррозии нефтеаппаратуры.

Хлористое железо переходит в раствор (FeCl₂), а выделяющийся сероводород вновь реагирует с железом

Fe + Н2S → FeS + Н₂

FeS+2HCl →FeCl₂+H₂S

Таким образом, при совместном присутствии в нефтях хлоридов металлов и сероводорода во влажной среде происходит взаимно инициируемая цепная реакция разъедания металла. При отсутствии или малом содержании в нефтях хлористых солей интенсивность коррозии значительно ниже, поскольку образующаяся защитная плёнка из сульфида железа частично предохраняет металл от дальнейшей коррозии.

 

В соответствии с ГОСТ, поставляемые с промыслов на НПЗ нефти, по содержанию хлористых солей и воды делятся на 3 группы:

1                 2                      3

Содержание воды, % масс.                0,5              1,0                    1,0

Содержание хлористых солей,

мг/л,                                                          до 100    100 - 130        300 - 900

Содержание механических примесей,

% масс.                                                     менее 0,05  0,05                0,05

 

Подготовленная на промыслах нефть на НПЗ подвергается более глубокой очистке до содержания солей менее 5 мг/л, воды менее 0,1 %.

 

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 примесей система «нефть - вода» образует трудноразделимую нефтяную эмульсию.

Различают два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде (Н/В) - гидрофильная и вода в нефти (В/Н) - гидрофобная. В первом случае нефтяные капли образуют дисперсную фазу внутри водной среды, во втором - 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.

В основе процесса обезвоживания лежит разрушение (дестабилизация) нефтяных эмульсий.

Промышленный процесс обезвоживания и обессоливания нефтей осуществляется на установках ЭЛОУ, в которых применяются не только химическая, но и электрическая, тепловая и механическая обработка нефти.

Химическая обработка нефти подразумевает применение различных деэмульгаторов для разрушения нефтяных эмульсий.

Электрообработка нефти заключается в пропускании ее через переменное электрическое поле промышленной частоты и высокого напряжения (15-44 кВт), в результате чего диспергированные капли воды поляризуются, деформируются, и при частой смене полярности электродов (до 50 раз в секунду), увеличивается вероятность их столкновения и укрупнения. Тепловая обработка заключается в оптимальном для данного вида нефти нагревании, что способствует интенсификации деэмульгирования.

Тепловая обработка эмульсий заключается в подогреве до оптимальной для данной нефти температуры (60…150°С) в зависимости от ее плотности, вязкостно-температурной характеристики, типa эмульсии и давления в электродегидраторе или отстойнике термохимического обезвоживания. Повышение температуры до определенного предела способствует  интенсификации всех стадий процесса деэмульгирования: во-первых, дестабилизации эмульсий в результате повышения растворимости природных эмульгаторов в нефти и расплавления бронирующих кристаллов парафинов и асфальтенов и, во-вторых, возрастанию скорости осаждения капель воды в результате снижения вязкости и плотности нефти, тем самым уменьшению требуемого расхода деэмульгатора.

Количество оставшихся в нефти солей зависит как от содержания остаточной воды, так и от ее засоленности. С целью достижения глубокого обессоливания осуществляют промывку нефти подачей оптимального количества пресной воды.

Принципиальная технологическая схема установки (секции) электрообессоливания нефти приведена на рисунке 1. Смесь сырой нефти, деэмульгатора и содово-щелочного раствора (последний вводится для подавления сероводородной коррозии) нагревается в теплообменниках до оптимальной температуры, смешивается в инжекторном смесителе промывной водой из электродегидратора второй ступени и подается в два последовательно работающих электродегидратора ЭГ-1 и ЭГ-2. На входе в ЭГ-2 в поток частично обессоленной нефти подается свежая вода (речная, оборотная или паровой конденсат) в количестве 5…10 % мас. на нефть. Электродегидратор представляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат, внутри которого посередине горизонтально параллельно друг другу на расстоянии 25…40 см

 

 

Рисунок 1 - Принципиальная схема установки электрообессоливания нефти: I - сырая нефть; II – деэмульгатор; III – содо-щелочной раствор; IV – свежая вода; V – обессоленная нефть; VI -  вода из электродегидратора 2-й ступени; VII – соленая вода из электродегидратора 1-й ступени

 

установлены 3 пары электродов, между которыми поддерживается напряжение 32…33 кВ. Ввод сырья в ЭГ и вывод из него осуществляются через расположенные в нижней и верхней частях аппарата трубчатые перфорированные распределители (маточники), обеспечивающие равномерное распределение восходящего потока нефти.