Нефть и основные способы ее переработки

3) химического растворения  адсорбционной пленки.

В результате на поверхности  глобул воды образуется гидрофильный адсорбционный слой со слабой структурно-механической прочностью, т. е. происходит дестабилизация водонефтяной эмульсии.

Образовавшиеся  из стойких нестойкие эмульсии затем легко коалесцируют в крупные глобулы воды и осаждаются из дисперсионной среды (нефти). Именно стадия дестабилизации является лимитирующей суммарный процесс обезвоживания и обессоливания нефти.

На установках обезвоживания  и обессоливания нефти (Электрообессоливающая  установка (ЭЛОУ) широко применяются  водорастворимые, водонефтерастворимые и нефтерастворимые деэмульгаторы. Последние 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 и их «старение»;

— обладают ингибирующими  коррозию металлов свойствами;

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

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

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

К современным деэмульгаторам предъявляются следующие основные требования:

— 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 чаще всего применяются неионогенные деэмульгаторы. Они почти полностью вытеснили ранее широко применявшиеся ионоактивные (в основном анионоактивные) деэмульгаторы, такие как отечественный нейтрализованный черный контакт.

Их расход на установках обессоливания нефти составлял  десятки кг/т. К тому же они биологически не разлагаются, и применение их приводило к значительным загрязнениям водоемов.

Неионогенные поверхностно-активные вещества в водных растворах не распадаются  на ионы. Их получают присоединением окиси  алкилена (этилена или пропилена) к органическим соединениям с подвижным атомом водорода, т. е. содержит различные функциональные группы, такие как карбоксильная, гидроксильная, аминная, амидная и др. В качестве таковых соединений наибольшее применение нашли органические кислоты, спирты, фенолы, сложные эфиры, aмины и амиды кислот.

В нашей стране широкое  применение получили следующие неионогенные деэмульгаторы:

— ОЖК — оксиэтилированные жирные кислоты;

— ОП-10 — окиэтилированные алкифенолы;

— блоксополимеры полиоксиалкиленов следующих типов: 186 и 305 — на основе пропиленгликоля; 157, 385 — на основе этилендиамина (дипроксамин 157); 116 и 226 — на основе синтетических жирных кислот и 145 и 295 — на основе двух-атомных фенолов.

Блоксополимеры оксиалкиленов являются более эффективными и универсальными деэмульгаторами, характеризующимися малым расходом (10–30 г/т) в процессах обезвоживания и обессоливания.

У нас и за рубежом  синтезировано большое число  высокоэффективных деэмульгаторов. Из деэмульгаторовров ФРГ, применяемых в нашей стране, высокой деэмульгирующей активностью обладают диссольваны 4400, 4411, 4422 и 4433, представляющие собой 65%-е растворы поверхностно-активных веществ в воде или метиловом спирте с молекулярной массой 2500…3000, которые синтезированы на основе алкиленгликолей, а также сепарол, бескол, прохалит и др. Характерно, что деэмульгаторы американских и английских фирм «Петролит», «Третолит» и др. в большинстве случаев плохо растворимы в воде, по эффективности близки к диссольвану и применяются в виде растворов в ароматических углеводах, выкипающих в пределах 160…240 °С. Высокой деэмульгирующей активностью обладают деэмульгаторы Голландии, Франции, Италии, Японии и др.

Промышленный процесс  обезвоживания и обессоливания  нефтей, который основан на применении методов не только химической, но и электрической, тепловой и механической обработок нефтяных эмульсий, направленных на разрушение сольватной оболочки и снижение структурно-механической прочности эмульсий, создание более благоприятных условий для коалесценции и укрупнения капель и ускорения процессов осаждения крупных глобул воды, осуществляется на установках ЭЛОУ.

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. По мере увеличения глубины обезвоживания расстояния между оставшимися каплями увеличиваются и коалесценция замедляется. Поэтому конечное содержание воды в нефти, обработанной в электрическом поле переменного тока, колеблется от следов до 0,1 %. Коалесценцию оставшихся капель воды можно усилить повышением напряженности электрического поля до определенного предела. При дальнейшем повышении напряженности поля ускоряются нежелательные процессы электрического диспергирования капель и коалесценция снова замедляется. Поэтому применительно к конкретному типу эмульсий целесообразно подбирать оптимальные размеры электродов и расстояния между ними. Количество оставшихся в нефтях солей зависит как от содержания остаточной воды, так и от ее засоленности. Поэтому с целью достижения глубокого обессоливания осуществляют промывку солей подачей в нефть оптимального количества промывной (пресной) воды. При чрезмерном увеличении количества промывной воды растут затраты на обессоливание нефти и количество образующихся стоков. В этой связи, с целью экономии пресной воды, на электрообессоливающих установках многих нефтеперерабатывающих заводов успешно применяют двухступенчатые схемы с противоточной подачей промывной воды.

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 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. Обычно как оптимальную в дегидраторах подбирают такую температуру, при которой вязкость нефти составляет 2…4 сСт. Многие нефти достаточно хорошо обессоливаются при 70…90 °С. 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. На технико-экономические показатели электрообессоливающей установки влияют также интенсивность и продолжительность перемешивания эмульсионной нефти с раствором деэмульгаторов. Так, для деэмульгаторов с малой поверхностной активностью, особенно когда они плохо растворимы в нефти, требуется более интенсивное и продолжительное перемешивание, но не настолько, чтобы образовалась высокодисперсная система, которая плохо осаждается. Обычно перемешивание нефти с деэмульгатором осуществляют в сырьевом центробежном насосе. Однако лучше иметь такие специальные смесительные устройства, как диафрагмы, клапаны, вращающиеся роторы и т. д. Целесообразно также иметь на электрообессоливающей установке дозировочные насосы малой производительности.

Основным аппаратом  электрообессоливающей установки  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 электрообессоливающих установках различных конструкций (вертикальных, шаровых и горизонтальных) более эффективными оказались горизонтальные электродегидраторы. По сравнению с использовавшимися ранее вертикальными и шаровыми горизонтальные электродегидраторы обладают следующими достоинствами:

— более благоприятными условиями для осаждения капель воды, которые можно оценить удельной площадью горизонтального сечения (зеркала отстоя) и линейной скоростью  движения нефти;

— примерно в 3 раза большей удельной производительностью  при приблизительно в 1,5 раза меньшей удельной массе и стоимости аппарата;

— простотой конструкции, меньшим количеством электрооборудования  при большей площади электродов, удобством монтажа, обслуживания и  ремонта;

— способностью работать при повышенных давлении и температуре.

Электродегидратор представляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат, внутри которого посередине горизонтально параллельно друг другу на расстоянии 25…40 см установлены 3 пары электродов, между которыми поддерживается напряжение 32…33 кВ. Ввод сырья в электродегидратор и вывод из него осуществляются через расположенные в нижней и верхней частях аппарата трубчатые перфорированные распределители (маточники), обеспечивающие равномерное распределение восходящего потока нефти. В нижней части электродегидратора между распределителем и электродами поддерживается определенный уровень воды, содержащей деэмульгатор, где происходит термохимическая обработка эмульсии и отделение наиболее крупных капель воды. В зоне между зеркалом воды и плоскостью нижнего электрода нефтяная эмульсия подвергается воздействию слабого электрического поля, а в зоне между электродами — воздействию электрического поля высокого напряжения.

Технико-экономические  показатели электрообессоливающей  установки значительно улучшаются при применении более высокопроизводительных электродегидраторов за счет уменьшения количества теплообменников, сырьевых насосов, резервуаров, приборов КИПиА и т. д. (экономический эффект от укрупнения) и при комбинировании с установками прямой перегонки нефти за счет снижения капитальных и энергозатрат, увеличения производительности труда и т. д. (эффект от комбинирования). Так, электрообессоливающая установка с горизонтальными электродегидраторами типа 2ЭГ-160, комбинированная с установкой первичной перегонки нефти (атмосферно-вакуумная трубчатка), по сравнению с отдельно стоящей электрообессоливающей установкой с шаровыми, при одинаковой производительности (6 млн т/г) имеет примерно в 1,5 раза меньшие капитальные затраты, эксплуатационные расходы и себестоимость обессоливания.

В последние годы за рубежом и в нашей стране новые атмосферно-вакуумные трубчатки  или комбинированые установки (типа ЛК-6у) строятся только с встроенными горизонтальными электродегидраторами высокой единичной мощности. В настоящее время разработан и внедряется горизонтальный электродегидратор объемом 200 м3 типа 2ЭГ-200 производительностью ? 560 м3/ч (D = 3,4 м и L = 23,5 м) и разрабатывается перспективная его модель с объемом 450 м3 с улучшенной конструкцией электродов. Смесь сырой нефти, деэмульгатора и содово-щелочного раствора (последний вводится для подавления сероводородной коррозии) нагревается в темплообменнике (в отдельно стоящей электрообессоливающей установке дополнительно в пароподогревателе) до оптимальной температуры, смешивается в инжекторном смесителе промывной водой из электродегидратора второй ступени и подается в два после довательно работающих электродегидраторов 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. После охлаждения в теплообменнике обессоленная и обезвоженная нефть отводится в резервуары подготовленной нефти, а на секции электрообессоливающих комбинированных установок она без охлаждения подается на установки первичной перегонки нефти.

Теоретические основы процессов перегонки нефти

С основными закономерностями процессов физической переработки  нефти и газов, в частности  перегонки и ректификации, а также  конструкцией и принципами работы их аппаратов студенты ознакомились в  курсе «Процессы и аппараты нефтепереработки». В этой связи ниже будут изложены лишь обобщающие сведения по теоретическим  основам процессов, получивших в  нефтепереработке наименование первичной (прямой) перегонки (переработки), подразумевая, что продукты этих головных на нефтеперерабатывающем  заводе процессов будут подвергаться далее вторичной (физической или  химической) переработке с получением товарных нефтепродуктов или их компонентов.

Общие сведения о перегонке и ректификации нефти

Перегонка (фракционирование) — это процесс физического  разделения нефти и газов на фракции (компоненты), отличающиеся друг от друга  и от исходной смеси по температурным  пределам (или t) кипения.

Перегонка с ректификацией  — наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный  процесс, осуществляемый в аппаратах  — ректификационных колоннах —  путем многократногопротивоточного контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости может производиться либо непрерывно (в насадочных колоннах), либо ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах). При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактирования (тарелке или слое насадки) между ними происходит тепло- и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящими, а жидкость — высококипящими компонентами. При достаточно длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, т. е. температуры потоков станут одинаковыми и при этом их составы будут связаны уравнениями равновесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса (температурный режим, давление, соотношение потоков, флегмовое число и др.), можно обеспечить любую требуемую четкость фракционирования нефтяных смесей. Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая — нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока, — отгонной, или исчерпывающей, секцией.