Методы обессоливания нефти и нефтяного

Методы обессоливания нефти и нефтяного

Методы обессоливания нефти и нефтяного

сырья (тяжелых остатков).

fМинистерство общего и профессионального

Образования Российской Федерации

Казанский Государственный Технологический

Университет

Кафедра аналитической химии, сертификации и

Менеджмента качества

Курсовая работа

По аналитической химии

На тему:

Методы обессоливания нефти и нефтяного

сырья (тяжелых остатков).

Выполнил студент гр.47-41

Принял с оценкой :доцент

Казань 2000

Содержание:

страницы:

Содержание.

Введение.

1.Причины появления солей в нефти и их влияние на

использование нефти и нефтяного сырья:

1. Минерализация пластовых вод и неорганические

вещества в нефти.

2. Влияние солей на использование нефти и нефтяного

сырья.

2.Эмулси нефти с водой. Эмульгаторы.

3.Основные методы обессоливания нефтей:

3.1. Общее описание методов обессоливания.

3.2. Механические методы.

3.3. Физико-химические методы.

3.4. Электрические методы. ЭЛОУ.

4. обессоливание битуминозной нефти.

5. Обессоливание мазутов.

Заключение.

Литература.

Реферативные журналы.

Введение.

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 м/л; 2 группа – воды 1% и солей не более 300 м/г; 3 группа – воды 1% и

солей не более 1800 м/г.. На заводе нефть подвергается дополнительному

обессоливанию.

По моему мнению , для того чтобы полностью разобраться в методах

обессоливания нефти и нефтяного сырья , надо знать причины появления солей

в нефти, также какое вредное влияние оказывают соли при добыче,

переработке, транспортировки и использовании нефтепродуктов. Необходимо

знать основные свойства водонефтяных эмульсий, какие методы больше подходят

при обессоливании данного вида в нефти, прикладное применение этих методов

на нефтеперерабатывающих предприятиях. Наличие в методах обессоливания

легкой, битуминозной и других видов нефти, тяжелых остатков.

Проблема обессоливания нефти особенно актуальна в Татарстане,

так как добываемая здесь нефть отличается высоким содержанием солей.

1. Причины появления солей в нефти и нефтяного сырья.

1. Минерализация пластовых вод и неорганические вещества в нефти.

Пластовые воды, добываемые с нефтью и образующие с ней

диспереную систему, содержат как правило, значительное количество

растворимых минеральных солей. По химическому составу пластовые воды

делят на хлоркальцевые, состоящие в основном из смеси растворов хлорида

натрия, магния и кальция, и щелочные. Последние в свою очередь можно

разделить на хлориднощелочные и хлоридно-сульфатщелочные.

Общая минерализация пластовых вод измеряется в еденицах массы

растворенного вещества на еденицу объема воды и может изменяться в сотни

раз. Так, в Ставрополбском крае встречаются пластовые воды, содержащие

менее 1 м/г растворенного вещества, а на отдельных месторождениях

Татарстана содержание их достигает 300 м/г.

Помимо солей, образующих истинные растворы, в пластовой воде

содержаться растворенные газы, химические соединения, образующие

неустойчивые коллоидные растворы (золи), такие, как SiO2 Fe2O3 Al2O3 ;

твердые неорганические вещества, нерастворимые в воде и находящиеся во

взвешенном состоянии.

Результаты многочисленных исследований минерального состава

пластовых вод показывают , что основную долю растворенных веществ

составляют хлориды натрия

Магния и кальция. Кроме них ( в зависимости от месторождения) могут

присутствовать йодистые и бромистые соли щелочных и щелочноземельных

металлов, сульфиды натрия, железа, кальция, соли ванадия мышьяка, германия

и других. Но в отличии от хлоридов, содержание которых исчисляется

процентами и десятками процентов от общего количества растворенного

вещества, содержание остальных солей исчисляется сотыми, тысячными и еще

меньшими долями процентов. В связи с этим минерализацию пластовой воды

часто измеряют по содержанию ионов хлора в единице объема с последующим

пересчетом на эквивалент натриевых солей.

Помимо измерения минерализации свободной пластовой воды при

подготовке нефти и переработке измеряют содержание солей в единице объема

нефти. Сама нефть не содержит хлорных солей. Они попадают в нее вместе с

эмульгированной водой. И хотя отдельные исследователи обнаруживали в

безводной нефти так называемые кристаллические соли , это не опровергает

сделанного утверждения и может быть объяснено.. Количество кристаллических

солей обычно, незначительно и изменяется в пределах тот нескольких

миллиграмм до 10-15 мг/л нефти. Подобные ситуации возможны в двух случаях:

либо при добыче нефть проходит соляные отложения и кристаллы солей попадают

в нее как механические примеси, либо первоначально в нефти содержится мало

мелкодиспереной и сильно минерализованной пластовой воды, которая затем

растворяется в нефти , а соли остаются в виде микрокристаллов.

Абсолютное содержание хлоридов в обводненной нефти не дает

представления о степени минерализаци пластовых вод. Поэтому одновременно с

солями в нефти определяют и ее обводненность. Последнюю принято измерять

в %.

Содержание солей в 1 л нефти при ее обводненности 1 % , численно

равное количеству солей, растворенных в 10 см эмульгированной воды, удобно

использовать для сравнения нефтей по минерализации пластовых вод, которая

может изменяться в довольно широких пределах.

Помимо хлоридов пластовые воды могут содержать значительное

количество бикарбонатов кальция и магния, которых часто называют солями

временной жесткости.

.Неорганические вещества находятся не только в пластовой воде . Некоторые

из них могут растворятся в нефти или образовывать с ней некомплексные

соединения. К ним относятся различные соединения серы, ванадия, никеля,

фосфора и другие.

2. Влияние солей на использование нефти и нефтяного сырья.

Наличие солей в нефти причиняют особенно тяжелые и разнообразные

осложнения при переработке. Содержание солей в нефти нередко достигает2000-

3000мг/л и в отдельных случаях доходит до 0,4-0,3 %. Нормальная

переработка таких нефтей оказывается совершенно невозможной.

Засорение аппаратуры. Соли отлагаются , главным образом, в горячей

аппаратуре. Растворенные в воде соли выделяются при испарении воды .

Поскольку последнее происходит в основном на поверхности нагрева или в

непосредственной близости от нее, часть выкристаллизовавшихся солей

прилипает к этим поверхностям, оседая на ней в виде прочной корки. Иногда

эти соляные корки отламываются , извлекаются потоком нефти далее и

осаждаются в последующей аппаратуре.

Коррозия аппаратуры.. Коррозия т.е. разъедание нефтеперегонной

аппаратуры при переработке соленных нефтей вызывается выделением свободной

соляной кислоты в процессе гидролиза некоторых хлористых солей.

Мазут в котором остается значительная часть солей, содержащихся в

сырой нефти, обладает также сильными коррозионными свойствами, что приводит

к преждевременному выходу из строя топочной аппаратуры электростанций и

турбинных двигателей .

Понижение производительности установок . Отложение солей в трубах,

уменьшающие их проходные сечения, обусловливает резкое понижение

производительности. Мазуты с содержанием хлоридов от 800-2200мг/л имели

простой за счет остановок на промывку сырья до 20 % календарного времени.

Уменьшение ассортимента вырабатываемых продуктов. Соли в основном ,

так же как и при наличии механических примесей, концентрируются только при

перегоне в мазутах и гудронах. По имеющимся наблюдениям в аппаратуре

осаждается толькот10-20% солей, содержащихся в исходном сырье.

Концентрация солей в гудронах и мазутах лишает возможности выработки

из них качественных остаточных продуктов. Так, например, битумы при этом

не выдерживают нормы на растворимость в сероуглероде, и кроме того,

содержат водорастворимые примеси-соли, что в частности, для дорожных

битумов недопустимо.. Остаточные масла из полумазутов, содержащих соли и

продукты коррозии- эрозии, имеют повышенную зольность. Мазуты содержащие

соли, непригодны для выработки моторной продукции. При переработке

засоленных нефтей приводятся следующие данные при переработке сызранской

нефти содержание хлоридов в мазуте достигает 10000 мг/л, т.е. 1%.

Зольность гудрона после переработки небитдагской нефти на масла повышается

до 0.3%. Также мазуты и гудроны не пригодны не только на производство

каких-либо остаточных продуктов, но даже и в качестве топлива, так как соли

вызывают засорение форсунок , дымоходов, образуют осаждения на обогревочной

поверхности и вызывают их коррозию.

Таким образом часто при переработке нефтей с повышенным содержанием солей

приходится отказываться от получения из них указанных остаточных продуктов,

т.е. снижать ассортимент вырабатываемой продукции. Мазуты и гудроны,

предназначеные на использование в качестве топлива, приходится, если есть

возможность смешивать с другими, более чистыми нефтепродуктами в целях

понижения зольности.

Соли мышьяка остающиеся в первичных нефтепродуктах, которые служат

сырьем для нателитических процессов, являются одной из основных причин

отравления дорогостоящих катализаторов.

2.Эмульси нефти с водой. Эмульгаторы.

В научно-технической литературе существует несколько определений

понятия «эмульсия»,но наиболее общим является следующее; эмульсия - это

гетерогенная система, состоящая из двух несмешивающихся или

малосмешивающихся жидкостей, одна из которых диспергированна в другой в

виде мелких капелек ( глобул) диаметром превышающим 0.1 мкт. Дисперсная

система с более мелкими частицами принадлежит уже коллоидному раствору.

Эмульсии относятся к микрогетерогенным системам , частицы которых

видны в обычный оптический микроскоп, а коллоидные растворы принадлежат к

ультрамикрогенным системам , их частицы не видны в обычный микроскоп. Хотя

по своей природе они близки , но физико-химические их свойства различны и

зависят в значительной степени от дисперсности. При образовании эмульсий

образуется огромная поверхность дисперсной фазы. Так ,количество глобул в

одном литре воды 1%-высокодисперсной эмульсии исчисляется триллионами , а

общая площадь поверхности- десятками квадратных метров. На такой огромной

метфазной поверхности может адсорбироваться большое количество,

стабилизирующих эмульсию.Эти вещества называются эмульгаторами,

адсорбируясь на границе раздела фаз, снижают метфазное поверхностное

натяжение, а следовательно уменьшают свободную энергию системы и повышают

ее устойчивость.

Оригинальный метод выделения эмульгаторов из нефтяной эмульсии

впервые разработан в нашей стране В.Г.Беньковским с сотрудниками. Они

выделяли эмульгаторы из эмульсий туркменский и мангышленских нефтей и

исследовали их состав и свойства. Позже воспользовавшись этим методом,

многие исследователи выделяли и исследовали эмульгаторы содержащиеся в

нефтях различных месторождений.

А.А.Петров с сотрудниками разработали методику выделения

асфальтенов и экстракционного разделения нефтей на фракции, применяя

растворители с различной полярностью. Экспериментально они установили , что

основными эмульгаторами и стабилизаторами эмульсий являются

высокомолекулярные соединения нефти (асфальтены, смолы и высокоплавные

парафины) и высокодиспергированные твердые минеральные и углистие частицы.

Экстракционным методом эмульгаторы были разделены на фракции;

парафины, смолы, асфальтены, вещества с высокой температурой плавления, и

твердые минеральные и углистые частицы.

Результаты исследования составов смол и асфальтенов современными

инструментальными методами показали, что эти вещества представляют собой

полициклические конденсированные соединения, содержащие гетероциклы с серой

и азотом. Структурной единицей смол и асфальтенов являются конденсированные

бензольные кольца с включением гетероциклов. Считают, что устойчивость

образующихся эмульсий зависит не сколько от концентрации эмульгаторов

(асфальтенов, смол и др.) в нефти, сколько от их коллоидного состояния,

которое в свою очередь определяется содержанием в нефти парафиновых и

ароматических углеводородов и наличием в них веществ,

обладающихдефлонулирующим действием.

Так же, эмульгаторами служат и микрокристаллы парафина, и

высокодисперсные минеральные и углеродистые частицы. Скопление твердых

частиц на границе раздела фаз обусловлено избирательным смачиванием

отдельных участков их поверхности в результате адсорбции на ней ПВА

асфальтосмолистых. Устойчивость эмульсий , стабилизированных твердыми

частицами , количественно связана с работой смачивания ее маслом и водой и

их воздействием на частицу(на границе двух жидких фаз)

3.Основные методы обессоливания нефтей.

3.1.Общее описание методов обессоливания.

Для деэмульсации и обессоливания нефти применяется большое

количество различных методов. Одной из основных причин обилия методов

считается разнообразие качеств эмульсий. Одни из них например легко

поддаются отстою, другие – не отстаиваются совершенно, но разлагаются

химическими методами, третьи- электрогидратацией и т. д.

Вторым обстоятельством нередко определяющим выбор метода

деэмульсации, оказываются местные условия на заводах и промыслах.

При наличии на заводе какого-либо отхода производства, способного в

большей или меньшей степени разбивать эмульсию, он нередко используется для

деэмульсации, даже если и дает малоудовлетворяющие результаты. Наоборот, от

применения деэмульгаторов хотя и высокоэффективных, но требующих дальнего

перевоза, часто отказываются, вследствии необеспеченности нормального

снабжения ими. При отсутствии на заводе или промысле пресной воды

приходится отказываться от применения методов обессоливания, требующих

промывки водой.

Существует мнение, что благодаря отмеченным обстоятельством, нет и

не может быть единого , универсального метода, применимого для всех или во

всяком случае для большинства эмульсий.

Такое мнение по видимому, следует считать устаревшими. На основании

уже имеющихся данных и результатов применения некоторых высокоэффективных

деэмульгаторов можно рассчитывать на то, что с их помощью удастся разлагать

любые эмульсии

Для достижения обессоливания, при достаточно высокой минерализации

эмульсионной воды, необходимо удаление ее по крайней мере до 0.1 %

Положение еще больше осложняется , когда в нефти имеются «сухие» соли

совершенно не удаляемые обычными методами. Поэтому в таких случаях для

собственно обессоливания приходиться прибегать к дополнительной операции –

промывание 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.

Наличие значительного количества и разнообразия методов

деэмульсации нефти крайне осложняет и затрудняет выявление наиболее

рациональных из них.

Все существующие методы деэмульсации могут быть распределены на три

основные группы:

1.Механические методы.

2. Физико-химические методы.

3. Электрические методы.

3.2.Механические методы.

К этой группе относятся способы разложения эмульсий естественным

путем или же с применением таких мероприятий , которые способствовали бы

механическому разрушению защитных пленок.

Водонефтяные эмульсии являются весьма стойкими системами, и, как

правило, под действием одной только силы тяжести не расслаиваются. Для их

разрушения требуются определенные условия ,способствующие столкновению и

слиянию диспергированных в нефти капелек воды , и выделению последних з

нефтяной среды . Как сближение капелек воды, предшествующие их слиянию, так

и выделению капель из эмульсий связано с их перемещением в нефтяной среде,

обладающий определенной вязностью и тормозящей это перемещение. Чем

благоприятнее условия для неразвития капелек, тем легче разрушаются

эмульсии. Поэтому рассмотрим факторы от которых зависит скорость движения

взвешенной нефти капельки воды.

Оказавшей под воздействием определенной силы, капля сначала

движения ускоренно, так как действующая на нее сила превышает тормозящую

силу трения. По мере повышения скорости движения сила трения все больше

увеличивается, и при определенной скорости обе силы уравновешиваются:

движение капли уравновешивается . Принимая в первом приближении что капля

имеет сферическую форму, воспользуемся известной формулой Стокса

Согласно этой формуле, установившаяся под действием силы F и вязкости

жидкой среды n равномерная скорость движения U сферической капли

радиусом r равна :.

U=F/6пnr

В частности, скорость оседания в нефти сферической капли воды под действием

силы тяжести с учетом Архимедовой потери в массе составляет:

U=4/3 r3(p-d)g / 6 nr=2/9 r2(p-d)g / n (2)

Где 4/3 r3 -объем капли; p d соответственно плотность воды и

нефти ;g ускорение свободного падения..

Из формулы(2) видно, что скорость оседания капель воды в нефтяной

среде прямо пропорциональна квадрату их радиуса, разности плотностей воды и

нефти, ускорению силы тяжести и обратно пропорционально вязкости нефти.

.Следовательно, если размеры капель и разность плотностей воды и нефти

незначительны, а вязность нефти высокая, то скорость выпадения капель

весьма низкая, и практически эмульсия не расслаивается даже в течении

длительного времени. Наоборот , при большом размере капель, значительной

разности плотностей и низкой вязности расслоение эмульсии идет очень

быстро.

Поэтому для ускорения процессаразрушения эмульсий наряду с отстоем

одновременно подвергают и другим мерам воздействия , направленным на

укрупнение капель воды. Основными мерами являются : подогрев эмульсии

(термообработка) ; введение в нее деэмульгатора (химическая обработка) ;

применение электрического поля ( электрообработка)..

Существуют и другие меры воздействия на эмульсию, например

перемешивание, вибрация ,обработка ультразвуком, фильтрация, способствующие

в основном укрупнению капелек воды,

В некоторых случаях для интенфикации расслоения особо стойких

высокодисперсных эмульсий прибегают к использованию более эффективных

центробежных сил, превосходящих гравитационные силы в десятки тысяч раз.

Для этого эмульсию подвергают обработке в центрифугах или сепараторах .

Несмотря на высокую разделяющую способность, этот способ для

деэмульгирования нефти применяют лишь иногда - при обезвоживании

флотского мазута, масел и другие . Основными причинами ограниченного

применения центрифугирования является низкая производительность

сепараторов и значительные сложности их эксплуатации.

Для разрушения эмульсии в процессах обезвоживания и обессоливания

нефти широкое применение, совместно с отстоем, нашли перечисленные выше

первые четыре меры воздействия на эмульсию : подогрев, добавка

деэмульгатора, электрообработка, перемешивание. При этом обычно применяют

одновременно несколько мер воздействия. Такое комбинированное сочетание

ряда факторов воздействия на эмульсию обеспечивает быстрое и эффективное

ее расслоение. Так, при обезвоживании нефти на промыслах методом так

называемого»трубного деэмульгирования» используют в присутствии

деэмульгатора гидрозинемические эффекты, возникающие при турбулентном

движении эмульсионной нефти по трубопроводам, успешно сочетая их с отстоем

в трубопроводах, с ламинерным движением жидкости.

3.3. Физико-химические методы.

К этой группе относится применение различного рода регентов-

деэмульгаторов, влияющих тем или иным путем на защитные пленки эмульсии

или на частицы воды. Благоприятное влияние некоторых деэмульгаторов на

разложение эмульсий настолько эффективно, что многие из них находят

широкое применение для деэмульгации и обессоливания нефтей в промышленных

условиях.

Такое широкое применение деэмульгаторов обусловливается целым

рядом преимуществ их перед другими методами. Одним из основных преимуществ

является простота применения деэмульгаторов. Для некоторых, особенно

эффективных препаратов все необходимое оборудование установок

ограничивается бачком для хранения и дозировки деэмульгатора и насосом

для подкачки его в эмульсию. Наряду с этим достигается хорошее

обезвоживание и обессоливание нефти, даже без применения промывки водой.

Старение нефтяных эмульсий имеет большое практическое значение

для подготовки нефти и переработке, так как свежие эмульсии разрушаются

значительно легче и при меньших затратах , чем после старения.

Для снижения или прекращения процесса старения эмульсии, необходимо

как можно быстрее смешать свежеполученные эмульсии с эффективным

деэмульгатором , если невозможно предупредить их образование, например

подачей деэмульгатора в скважину. Деэмульгатор – вещество с высокой

поверхностной активностью, адсорбируясь, на поверхности глобулы воды , он

не только способствует разрушению гелеобразного слоя, но и препятствует

дальнейшему его упрочнению. Поэтому процесс старения высокодисперсной

эмульсии, оставшейся в нефти после обезвоживания в присутствии

деэмульгатора, должен значительно замедлиться или полностью прекратиться.

Это имеет большое значение для дальнейшего полного удаления солей из нефти.

Исходя из многочисленного промышленного опыта, можно заключить, что нефть с

небольшим содержанием воды в виде высокодисперсной эмульсии, прошедший

стадию старения, почти невозможно полностью обессолить существующими

способами. Та же нефть, подвергнуться на нефтепромысле глубокому

обезвоживанию и обессоливанию с применением деэмульгатора до остаточного

содержание солей 40-50 мг/л, легко практически полностью обессоливается на

электрообессоливающих установках НПЗ.

При способе термохимической деэмульгации факторами, обеспечивающими

приемлемые для нефтепромыслов время и качество отстоя эмульсии являются

небольшой подогрев нефти до 30-60 градусов и подаче деэмульгатора. В

качестве деэмульгаторов используются , в основном , неоногенные, натионные

и анионые поверхностно-активные вещества.

В настоящее время за границей и у нас наибольшее применение

Страницы: 1, 2