Меню Рубрики

Установка разделение воды и нефти

Разделение нефтяной эмульсии

Сырая нефть представляет собой эмульсию, то есть жидкость, в которой присутствуют нефть, вода, соли и механические примеси. Одним из этапов подготовки нефти к первичной переработке является разделение водонефтяной эмульсии на ее составляющие, обезвоживание, обессоливание и очистка, что позволяет получить очищенную от воды, солей и механических веществ нефть.

Понятие водонефтяной эмульсии

Эмульсия имеет двухкомпонентный состав, который представляет собой нерастворимые друг в друге жидкости. Это может быть как «вода в нефти», так и «нефть в воде»: отличие заключается в преобладающей среде, то есть одна является сплошной, а вторая — дисперсной, и наоборот. Молекулы дисперсной среды как бы обволакивают молекулы сплошной.

(1-нефть, дисперсная среда, 2- вода, дисперсная фаза, 3-оболочка)

Нефтяная эмульсия является нестабильным составом, склонным к расслоению. Разделение ее может происходить как естественным путем, так и при обязательном применении технологий ее разрушения в связи с присутствием в ней эмульгаторов — веществ, расположенных на «оболочке» и препятствующих коалесценции частиц. Это могут быть как естественные эмульгаторы, так и твердые взвешенные включения, которые снижают эффективность расслоения.

На скорость и темп разделения эмульсии влияет диаметр частиц воды (чем они больше, тем быстрее отделятся от капель нефти) и от плотности нефти.

Для справки: скорость оседания воды определяется формулой Стокса:

, где: dk – диаметр капли, м; pВН— плотность воды и нефти, кг/м 3 ; μ – динамическая вязкость нефти, Па·с.

Так, в современной отрасли выделяют механические, термические, химические и электрические методы разрушения нефтяной эмульсии. Выбор зависит от объемов добываемого сырья, степени ее обводненности, состава и количества примесей, требований к скорости очистки и производительности.

Механические способы разделения нефтяной эмульсии: отстойники, центрифуги, фильтры

Для механического разделения водонефтяной эмульсии применяются сепараторы, отстойники, центрифуги и фильтры. Этот способ относится к одним из наиболее простых в техническом плане. Для его осуществления не требуется сложных производственных решений: процесс основывается на физических свойствах жидкостей и силе гравитации. Наиболее широко применяется с обводненной нефтью, но не является эффективным для ее глубокого обезвоживания и эксплуатации с мелкодисперсными эмульсиями.

Отстойники нефти: принцип действия и устройство

Нефтяные отстойники составляют основное оборудование, которое применяется для отделения воды от нефти без применения подогрева и дополнительных устройств. Благодаря этому они выступают в качестве первого этапа очистки нефти и ее обезвоживания.

Принцип работы отстойников заключается в осаждении дисперсной влаги за счет действия гравитационных сил: вода и нефть имеют разный удельный вес, за счет чего более тяжелые и крупные частицы (капли воды) оседают внизу емкости, а уже обезвоженная нефть поднимается и выводится через верхнюю часть корпуса.

На эффективность отстаивания нефти влияют такие факторы, как:

  • физико-химические свойства водонефтяной эмульсии: плотность, вязкость, диаметр дисперсных частиц
  • скорость движения потока
  • площадь поверхности отстаивания

Процесс отделения воды от нефти может происходить как непрерывно, так и периодически. В первом случае рабочая жидкость постоянно проходит через отстойник. Во втором — отстаивание осуществляется в сырьевых резервуарах, в которых осаждение воды происходит по факту наполнения.

В зависимости от технического оснащения нефтеперерабатывающего предприятия нефтяная эмульсия подается в емкость по горизонтали или по вертикали. При этом принцип действия не меняется. Лишь при вертикальном движении создается большой напор и давление.

Саратовский резервуарный завод производит горизонтальные нефтяные отстойники* производительностью до 15000 м 3 в сутки:

*(описание и технические характеристики оборудования смотрите в соответствующих разделах Каталога продукции)

Горизонтальный способ размещения наиболее распространен благодаря высокой производительности и площади отстаивания. Дополнительно в некоторых типах оборудования может выполняться обессоливание нефти, например, в аппаратах типа БОН. Осевшие примеси и шлам удаляются механическим или гидравлическим способом в зависимости от степени оснащенности оборудованием и степенью автоматизации.

Внутри нефтяные отстойники разделены перегородками на отсеки, в которых происходит постепенное осаждение дисперсной жидкости и отделение нефти при давлении от 0,6 МПа до 2,5 МПа. Внутреннее устройство агрегатов позволяет равномерно распределять эмульсию, что препятствует созданию возмущения из-за входящей струи.

Центрифуги и фильтры для разделения водонефтяной эмульсии

Процесс расслоения проходит более интенсивно в центрифугах (по сравнению с отстойниками), в которых создаются центробежные силы. Данный способ используется только с нестойкими эмульсиями, является энергозатратным из-за высокого электропотребления для создания высокоскоростных центробежных ускорений, превышающих свободное падение. Кроме того, наличие в рабочей среде механических примесей замедляет скорость движения потока и, следовательно, снижает производительность установки.

Фильтрация не обладает высокой производительностью и требует достаточных затрат на смену фильтрующего гидрофобного или гидрофильного элемента. В гидрофобных фильтрах применяются материалы, которые не накапливают на себе молекулы воды, а лишь задерживают их и пропускают нефть. Гидрофильные элементы состоят из материалов, которые впитывают в себя взвешенные частицы воды, тем самым задерживая ее и пропуская уже обезвоженную нефть.

Особенности процесса механического разделения водонефтяной эмульсии требуют использование дополнительных методов обезвоживания нефти. Например, при нагреве жидкости в деэмульгаторах до 100ºС снижается ее вязкость и плотность. А при прохождении эмульсии через электрическое поле переменной частоты и при высоком напряжении в электродегидраторах происходит разрушение эмульгированной оболочки и поляризация частиц воды.

Читайте также:  Установка застежек на куртку

Совместное использование всех методов обезвоживания нефти позволяет получить нефть глубокой очистки с содержанием воды до 0,1%.

источник

Обессоливание нефти

Назначение

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

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.

Обессоленная нефть направляется в колонну первичной перегонки на установку АВТ, а вода, используемая в процессе, направляется на блок очистки сточных вод.

Условия обессоливания

Вода существует в сырой нефти в виде испаренных молекул при температуре 75-180 °C. Кроме того, коррозионные газы, такие как H2S и CO2, смешиваются с молекулами кипящей воды и создают сильно коррозионную среду. На производительность установки и качество обессоливания влияют различные факторы, такие как:

  • скорость подачи сырой нефти и ее качество,
  • температура, вязкость и отношения плотности сырой нефти и добавленных материалов,
  • скорость промывной воды, качество и конфигурация потока,
  • контроль уровня воды и слоев эмульсии.

Как правило, исходную нефть предварительно нагревают до примерно 75-180 °С. Оптимальная температура обессоливания несколько варьируется в зависимости от происхождения сырой нефти, и ограничена давлением паров нефтяного сырья. Высокие температуры, которые возникают по ходу процесса, могут вызвать гидролиз воды, который может привести к образованию едкой соляной кислоты.

Читайте также:  Установка проводки на оку

Ингибиторы коррозии оборудования

Ингибиторы коррозии применяются, чтобы избежать или минимизировать коррозию стали и других сплавов, вызванных коррозионными примесями из пара или воды, такими как

  • хлориды,
  • едкие, неорганические и органические кислоты,
  • карбонаты,
  • сульфаты,
  • сероводород и их смеси

Аммиак часто используется для уменьшения явлений коррозии и для контроля pH промывной воды, к сырой нефти можно добавлять каустическую соду или кислоту. Из-за недостаточного процесса обессоливания, а также присутствия в сырой нефти сероводорода, хлористого водорода, нафтеновых (органических) кислот и других загрязняющих веществ происходит коррозия, приводящая к отказам оборудования.

Установка обессоливания с хорошими эксплуатационными характеристиками может удалить около 90% соли в сырой нефти. Затем обессоленная сырая нефть непрерывно направляется в колонну установки первичной перегонки (АВТ) для последующего разделения.

Особенности процесса

  1. Использование труб из углеродистой стали с достаточной толщиной, подходящим составом и неоднородной микроструктурой без какой-либо текстуры из-за сохраняющегося напряжения холодной обработки для необходимой коррозионной стойкости. Кроме того, нержавеющие стали, содержащие элементы Ni, Cr и Ti, могут быть хорошими вариантами для агрессивных сред. Наиболее часто используемым материалом является нержавеющая сталь типа 316.
  1. Поскольку нецелесообразно использовать материал с высокой коррозионной стойкостью против агрессивных газов в нефтяной промышленности, логичным решением может быть нанесение защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубы.
  2. Катодная защита трубки может решить проблему в том случае, если нанесение защитного покрытия невозможно или неэкономично.
  3. Предполагается, что промывка выходной трубки водой, содержащей ингибиторы на основе имидазолинов, может привести к образованию многослойной пленочной структуры, которая может повысить антикоррозионные характеристики чешуек побочного продукта. Контроль уровня загрузки газов и предотвращение значительной флуктуации потока газа в узле выпуска.

Материальный баланс

Материальный баланс блока обессоливания установки АВТ производительностью 3 млн тонн в год приведен в таблице.

% тыс.т/год
1 ступень
Взято
Нефть 100 3000
Газ 2 60
Вода и соли 2 60
Вода из 2-й ступени обессоливания 5 150
Итого: 109 3270
Частично обессоленная нефть 102,8 3084
Соляной раствор 6,2 186
Итого: 109 3270
2-я ступень
Взято:
Частично обессоленная нефть 102,8 3084
Свежая вода 5 150
Итого: 107,8 3234
Обессоленная нефть 102 3060
Соляной раствор 5,8 174
Итого: 107,8 3234

Существующие установки

На российских НПЗ установки электрообессоливания являются наиболее часто используемым вариантом для подготовки сырой нефти к переработке. Такие блоки носят название ЭЛОУ (электрообессоливающая установка) и используются на большинстве заводов в составе установок АВТ.

источник

Способ разделения воды и нефти или нефтепродукта

Владельцы патента RU 2424843:

Изобретение относится к гравитационным способам разделения воды и нефти или нефтепродукта, в частности обводненного топочного мазута. Способ включает гравитационный отстой смеси в емкости и отвод разделенных продуктов. В смесь добавляют раствор соли или сухую соль в количестве, необходимом для создания градиента плотностей воды и нефти или нефтепродукта не менее 20 кг/м 3 , затем перемешивают и отстаивают. Необходимое количество соли определяют по формуле, при введенной в тексте описания. Технический результат состоит в повышении эффективности отстоя путем увеличения градиента плотностей разделяемых продуктов. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к гравитационным способам разделения воды и нефти или нефтепродукта, в частности обводненного топочного мазута.

Известны способы разделения воды и нефти или нефтепродуктов путем отстоя в нефтеловушках различного типа: горизонтальных, радиальных, с параллельными пластинами (Справочник нефтепереработчика. Ленинград, изд. «Химия», 1986 г., стр.574-576).

Общим недостатком этих способов является недостаточно эффективное разделение, зависящее от разности (градиента) плотностей воды и нефти или нефтепродукта.

Известен способ разделения несмешивающихся жидкостей с различным удельным весом, согласно которому разделение ведут путем гравитационного отстоя смеси в емкости с последующим отводом разделенных фаз (продуктов) за пределы емкости (Пат. РФ № 2048644, опубл. 20.11.95, БИ № 32, МПК E02B 15/04).

Недостатком известного способа также является то обстоятельство, что при приближении плотности легкой фазы (нефти) к плотности тяжелой фазы (воды), т.е. при уменьшении градиента плотностей между компонентами смеси, эффективность процесса разделения снижается.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности отстоя путем увеличения градиента плотностей разделяемых продуктов.

Указанная задача решается тем, что в способе разделения воды и нефти или нефтепродукта, включающем гравитационный отстой смеси в емкости и отвод разделенных продуктов, согласно изобретению в смесь добавляют раствор соли или сухую соль в количестве, необходимом для создания градиента плотностей воды и нефти или нефтепродукта не менее 20 кг/м 3 , затем перемешивают и отстаивают.

Необходимое количество соли рассчитывают по формуле

,

где Рс — вес добавляемого крепкого раствора соли или сухая соль, кг;

Рв — вес подслойной воды, содержащейся в емкости обводненной нефти или нефтепродукта, кг;

Скр — концентрация крепкого раствора соли или сухая соль, %;

Сз — заданная концентрация раствора соли в подслойной воде, %.

Целесообразно в качестве соли использовать хлористый натрий. В качестве хлористого натрия может быть использован нейтральный раствор хлористого натрия — отхода производства с блока подготовки воды для котлов ТЭЦ.

Целесообразно крепкий раствор соли готовить в отдельной емкости с использованием слива отстоявшейся воды от предыдущего цикла процесса разделения.

Читайте также:  Установка raid контроллера adaptec

Восстановление первоначальной концентрации раствора соли возможно путем испарения (упаривания) излишков воды от слитой отстоявшейся воды или нейтрального раствора хлористого натрия (отхода производства) с блока подготовки воды для котлов ТЭЦ.

Способ разделения воды и нефти или нефтепродукта гравитационным методом осуществляют следующим образом. После приема обводненного нефтепродукта, например топочного мазута, в емкость-сепаратор отбирают пробу продукта для анализа и контрольного опыта по отделению воды от топочного мазута с определением величины показателей процесса разделения, в частности количества воды (Рв), содержащейся в пробе; требуемой концентрации раствора соли для добавления в обводненный топочный мазут (Сз), в частности, для поваренной соли не менее 3% (3 г на 100 г раствора); с учетом концентрации имеющегося запаса раствора соли — разбавителя (Скр) определяют по вышеприведенной формуле расчетное количество этого раствора (Рс).

С учетом полученных результатов анализа и контрольного опыта проводят соответствующие мероприятия в масштабе полученной партии топочного мазута, т.е. в приемную емкость-сепаратор, имеющую нижнее днище конического типа, закачивают расчетное количество раствора соли, смесь в емкости перемешивают, например, путем ее циркуляции и проводят отстой обводненного топочного мазута. В процессе отстоя через штуцер (пробоотборник) в нижнем коническом днище емкости периодически проводят отбор подслойной воды для определения концентрации (плотности) раствора соли и содержания нефтепродукта. По результатам анализа, при необходимости коррекции показателей, проводят закачку второй порции крепкого раствора соли, ее перемешивание и продолжают процесс отстоя обводненного текущего мазута до получения требуемых показателей по качеству отстоявшейся воды, в частности допустимого содержания нефтепродуктов (≤300 мг/л). Для повышения эффективности процесса отстоя повышают концентрацию (плотность) раствора соли в подслойнной воде, а также регулируют температуру, которая не должна превышать температуру вспышки нефтепродукта (80-100°C). По окончании процесса отстоя обводненного топочного мазута проводят последовательно слив через патрубок с нижнего конического днища сначала подслойной воды в промежуточную емкость (бак), а затем нефтепродукта — топочного мазута в емкость готового продукта. Последний по мере необходимости направляют к потребителю.

Ниже приведен конкретный пример реализации предлагаемого способа.

Получили партию обводненного нефтепродукта — топочного мазута в количестве 50 т. Определили содержание воды в смеси, которое составило 10%. Определили плотность топочного мазута, она составила 1000 кг/м 3 . Отобранная проба обводненного топочного мазута отстаивается очень медленно, более 72 часов.

Для повышения эффективности отстоя необходимо повысить плотность подслойной воды за счет прибавления крепкого раствора соли до величины не менее 1020 кг/м 3 (1020-1000=20), что, например, для хлористого натрия соответствует 3%-ному раствору (Справочник химика, т.3, М.-Л.: Химия, 1964 г., стр.541).

Контрольный опыт отстоя пробы обводненного топочного мазута за счет повышения концентрации (плотности) поваренной соли в подслойной воде до 3% (1020 кг/см 3 ) путем добавления в нее 26%-ного (1197 кг/м 3 ) крепкого раствора соли, сопровождается образованием в верхней части делительной воронки слоя (пятна) нефтепродукта в течение 60 минут, с четкой границей раздела фаз: нефтепродукт — вода. Полученные положительные результаты анализа и контрольного опыта позволяют перейти на расчеты показателей процесса отстоя в масштабе поступившей партии (50 т) обводненного нефтепродукта -топочного мазута.

Определяем необходимое количество крепкого раствора поваренной соли, которое необходимо добавить в обводненный топочный мазут, для получения 3%-ного раствора соли в подслойной воде по вышеприведенной формуле:

где Ркр — вес крепкого раствора соли в кг или (575/1197=0,480 м 3 или 480 литров)в л;

Рв=5000 кг — вес подслойной воды, содержащейся в обводненном топочном мазуте (50000·10/100=5000 кг);

Сз=3%-ная заданная концентрация раствора соли в подслойной воде;

Скр=26%-ная концентрация крепкого раствора (разбавителя) соли, имеющегося в емкости на данный момент.

После отстоя в течение 24 часов определили содержание нефтепродукта в подслойной воде, которое составило 270 мг/л.

Таким образом, увеличение градиента плотностей между водой и нефтепродуктом — топочным мазутом за счет добавления крепкого раствора соли позволяет повысить эффективность процесса отстоя несмешивающихся жидкостей.

1. Способ разделения воды и нефти или нефтепродукта, включающий гравитационный отстой смеси в емкости и отвод разделенных продуктов, отличающийся тем, что в смесь добавляют раствор соли или сухую соль в количестве, необходимом для создания градиента плотностей воды и нефти или нефтепродукта не менее 20 кг/м 3 , затем перемешивают и отстаивают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что необходимое количество соли определяют по формуле:
Рсв·Сзкр,
где Рс — вес добавляемого крепкого раствора соли или сухая соль, кг;
Рв — вес подслойной воды, кг;
Скр — концентрация крепкого раствора соли или сухая соль, %;
Сз — заданная концентрация раствора соли в подслойной воде, %.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли используют хлористый натрий.

4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве хлористого натрия используют нейтральный раствор хлористого натрия — отход производства с блока подготовки воды для котлов ТЭЦ.

источник

Добавить комментарий