Проект газоперерабатывающего завода

В настоящее время  из электрических способов деэмульсации широко применяется способ, использующий переменные токи, промышленной частоты 50 Гц. Для осуществления этого процесса разработаны электродегидраторы с открытыми электродами.

2.1.3 Основные факторы, определяющие выход и качество обессоливания нефти [3]

Основной задачей процесса обессоливания является освобождение нефти от водорастворимых примесей, твердых взвесей хлоридов, сульфатов, бикарбонатов, песка, ила и других загрязняющих веществ.

Для разработки мероприятий, способствующих снижению остаточных солей в нефти, поступающей на переработку, целесообразно разобрать влияние отдельных технологических факторов на процесс обессоливания. Основными факторами являются: свойства нефти, эффективность работы электродегидраторов первой и второй ступени, действия деэмульгатора, интенсивность смешения нефти с водой, оптимальное время контакта и другие.

От свойств нефти, поступающей  на НПЗ, зависит устойчивость эмульсии. Легкие и маловязкие нефти с низким содержанием асфальто-смолистых  веществ образуют с пластовой водой менее устойчивые эмульсии, и поэтому введение деэмульгатора прямо на промысле для таких нефтей не обязательно.

На ряде ЭЛОУ НПЗ вместе с промывной водой подают щелочь, это необходимо для подавления сероводородной коррозии, если в нефти содержится свободный сероводород, и для нейтрализации органических кислот, попадающих в нефть при кислотной обработки скважин. В любом другом случае щелочь подавать не рекомендуется, так как она может ухудшить условия деэмульгирования, осаждая соли магния, кальция и других металлов из пластовой воды.

Большое значение для  глубины обессоливания имеет  качество, применяемой на ЭЛОУ воды. Для второй ступени лучше всего  подходит очищенная пресная вода или конденсат.

Кроме того, для получения  более чистой нефти после обессоливания необходимо найти оптимальные условия - температуру и давление в электродегидраторе; эти данные обычно для каждой нефти свои и определяются они опытным путем. Зависимость обессоливания нефти от температуры заключается в следующем: с повышением температуры до определенных пределов снижается вязкость нефти, что облегчает седиментацию глобул воды, уменьшается прочность защитных пленок, за счет их размягчения и большей растворимости в нефтяной среде, а также увеличивается скорость движения глобул, что ведет к их слиянию и в конечном итоге ускоряет разделение нефтяной и водной фаз. В то же время повышение температуры в электродегидраторх связано с некоторым увеличением затрат и эксплуатационных расходов.

На установках обессоливания  с вертикальными и шаровыми электородегидраторами процесс проводится при температуре 80 - 100°С. На современных же ЭЛОУ с горизонтальными электордегидраторами обессоливание происходит при температуре 120 — 150°С.

Поскольку температура  является важным фактором в процессе обессоливания, а ее излишнее повышение  ведет к ненужным затратам представляет интерес проанализировать влияние  температуры на эффективность работы электродегидраторов. Анализ зависимости  вязкости нефти от температуры показывает, что значительное снижение вязкости нефти имеет место при температурах до 80 - 120°С, а при дальнейшем повышении температуры вязкость нефти меняется незначительно.

Также при повышении  температуры снижается устойчивость эмульсии, об этом факте можно судить по уменьшению расхода деэмульгатора. Исследования зависимости расхода деэмульгатора от температуры показывает, что при повышении температуры с 60°С до 120°С требуемый расход деэмульгатора снижается почти в три раза. Однако скорость его снижения по мере повышения температуры все больше уменьшается, а при температуре выше 120°С - практически незначительна.

Следует учесть и то обстоятельство, что при повышении температуры  нефти в электродегидраторе сильно возрастают нагрузки повышающих трансформаторов из - за повышения электрической проводимости нефти.

Испытания по обессоливанию  при разных температурах показали, что сила тока каждого трансформатора увеличивается почти пропорционально  температуре( так например: при повышении  температуры с 75°С до 140°С сила тока в электродегидраторе увеличивается в два раза). Опытным путем доказано, что для многих сортов нефти оптимальная температура находится в диапазоне 120°С- 125°С.

Зависимость удельной трансформаторной мощности (это мощность на единицу площади электродов) от температуры для разных напряженностей поля при обессоливании нефтей, указывает на целесообразность поддержания в электродегидраторах температуры не выше точки, после которой начинается резкий скачек потребляемой мощности.

Из вышеуказанного следует, что нельзя рекомендовать одну и ту же температуру для обессоливания различных нефтей. Для легких нефтей с никой вязкостью, не образующих устойчивых эмульсий, достаточно держать температуру в электродегидраторах 80 - 100°С. А для многих нефтей, таких как мангышлакская, арланская и ромашкинская следует считать температуру обессоливания в пределах 120 - 130°С.

Давление в электродегидраторах  в процессе обессоливания обуславливается  упругостью паров нефти и необходимыми перепадами давления в схеме установки, но не выше 10 - 18 ат. Большое влияние на качество обессоливания нефти оказывает конструкция электродов, интенсивность смешивания промывной воды с нефтью, автоматизация дренирования воды, количество ступеней обессоливания и др.

Опытом работы установлено, что наиболее эффективной является конструкция горизонтальных электродегидраторов типа ЭГ с нижней подачей сырья под электроды. Большой объем электрического поля и относительно небольшая скорость движения нефти вверх по всему сечению аппарата способствуют интенсивной коалесценции и выпадению крупных капель воды, что обеспечивает глубокое обезвоживание нефти при достаточно высокой производительности электродегидратора.

Кроме всего вышеперечисленного, на режим и результаты работы электродегидратора, оказывает существенное влияние уровень отстоявшейся воды. Между зеркалом воды и нижним электродом в электродегидраторе возникает относительно слабое электрическое поле, которое также воздействует на эмульсию и способствует выпадению более крупных капель воды.

При низком уровне воды в  электродегидраторе излишне понижается напряженность электрического поля и его воздействие на эмульсию, а также сокращается время  отстоя воды, что приводит к загрязнению  дренажной воды нефтью. В случае же слишком высокого уровня воды в электродегидраторе резко увеличивается сила тока на нижнем электроде, зачастую граничащая с замыканием на корпус. Такое увеличение силы тока является следствием значительного повышения электропроводности столба жидкости между нижним электродом и зеркалом воды за счет образования между ними токопроводящих цепочек из водяных капель. Поэтому следует поддерживать уровень воды в электродегидраторах возможно выше, не допуская чрезмерного увеличения силы тока на нижнем электроде.

В электродегидраторах с нижней подачей сырья уровень воды выше маточника полезен еще и потому, что при таком уровне поступающая через маточник нефть подвергается дополнительной промывке в слое воды. Для обеспечения оптимального уровня воды в электродегидраторе дренаж воды необходимо проводить автоматически, применяя разработанную Нефтекипом систему СНД — 67. Экспериментальные данные показывают, что при использовании такой системы процесс обессоливания протекает более ровно и содержание солей в нефти после ЭЛОУ ниже.

При рассмотрении результатов обессоливания в электродегидраторах первой и второй ступени обращает внимание относительно низкий эффект обессоливания нефти во второй ступени по сравнению с первой при одних и тех же условиях работы. Если в первой ступени степень обессоливания достигается везде на 95 - 98%, то во второй часто только на 50%. Это объясняется тем, что оставшиеся в нефти после первой ступени мельчайшие глобулы воды очень трудно вымываются промывной водой.

В процесс перемешивания  промывной воды с нефтью капли пресной воды сталкиваются с каплями соленой воды и в присутствии деэмульгатора сливаются с некоторыми из них, потом опять дробятся, вновь сливаются и т.д. Если бы при этом происходило полное слияние всех солевых капель с пресной водой, то произошло бы выравнивание солености всех капель воды в нефти, в таком случае степень обессоливания была бы равна степени обезвоживания. Фактически этого не получается при обессоливании нефти на ЭЛОУ. Так например, в нефти, содержащей 20 мг/л солей и следы воды, промытой 5% пресной воды при интенсивном перемешивании, а затем обезвоженной в электродегидраторе до 0,1% воды, т.е. до остатка в 50 раз меньшего, чем 0,4 мг/л солей, а фактически остается 7 — 12 мг/л. Это свидетельствует о том, что не все глобулы соленой воды, содержащиеся в нефти, при перемешивании сливаются с каплями пресной воды. Такое явление можно объяснить высокой прочностью гидрофобной пленки, образующейся вокруг мельчайших глобул соленой воды, а также недостаточной интенсивностью перемешивания нефти с водой. Укрупнение глобул возможно только тогда, когда возникающие между ними электрические силы притяжения достаточно велики. Между тем в процессе обессоливания с удалением основного количества воды расстояние между оставшимися глобулами увеличивается, и сила притяжения резко снижается.

Сила взаимодействия двух одинаковых глобул воды диаметром d, расположенных во внешнем электричском поле напряженностью Е, равна:

        (1.1)

где k – коэффициент пропорциональности;

      а – расстояние между центрами глобул.

Из формулы следует, что сила взаимодействия глобул прямо  пропорциональна диаметру глобул в  шестой степени и обратно пропорциональна  расстоянию между глобулами в  четвертой степени. Так, например в  монодисперсной 5%-ной эмульсии глобулы воды находятся в среднем на расстоянии 2,5 диаметра друг от друга, и притяжение их в электрополе велико, а в эмульсиях, содержащих 0,5 и 0,05% воды, среднее расстояние между глобулами составляет соответственно 5 и 10 диаметров, и силы притяжения между ними примерно в 20 и 400 раз меньше, чем между такими же глобулами 5%-ной эмульсии.

В полидисперсной эмульсии по мере слияния глобул и их выпадения  под действием силы тяжести, наряду с увеличением расстояния между  оставшимися глобулами происходит уменьшение их среднего радиуса, т.е. остаются самые мелкие глобулы. Это приводит к резкому уменьшению сил взаимодействия между глобулами, и коалесценция их практически прекращается. Как следует из формулы, сила взаимодействия глобул в злектрическом поле пропорциональна квадрату его напряженности, поэтому желательно держать возможно более высокую напряженность электрического поля, не допуская чрезмерного повышения силы тока в электродегидраторах. Для большинства нефтей оптимальным является следующий диапазон напряженности электрического поля: в шаровых и вертикальных электродегидраторах 2-8 кв./см и в горизонтальных типа ЭГ 1-1,5 кв./см..

Как известно повышение  напряженности электрического поля выше 3 - 4 кв./см нежелательно, так как  вызывает интенсивное диспергирование глобул воды и увеличивает содержание мельчайших капелек воды в нефти.

В технологическом режиме обессоливания оптимальное смешение нефти с промывной водой и  деэмульгатором имеет большое значение для полноты вымывания солей. Интенсивность смешения и время контакта должно изменяться в зависимости от свойств нефти и устойчивости эмульсии оставшейся пластовой воды в сырой нефти.

Обычно на существующих установках нефть смешивается с  промывной водой в сырьевых насосах  и смесительных клапанах. Для управления процессом обессоливания необходимо иметь регулируемый смеситель нефти с водой, что позволило бы для каждого отдельного случая устанавливать оптимальную степень смешения. Интенсивность смешения в клапанах можно регулировать в широких пределах изменением перепада давления.

Для каждой нефти, поступающей  на переработку, опытным путем устанавливается  оптимальный перепад давления на клапане, обеспечивающий необходимую  степень смешения, а также время  контакта. Оптимальное время контакта обычно составляет несколько секунд или даже долей секунды. Увеличение времени контактирования деэмульгатора с нефтью может быть решено по разному: или за счет дополнительного трубопровода (петли), устанавливаемого после смесителя, или за счет предварительной подачи деэмульгатора в нефть. Слишком интенсивное смешение нефти с промывной водой может привести к образованию весьма устойчивой эмульсии, плохо разрушаемой в электрическом поле, вследствие чего резко повышается содержание воды и солей в нефти после ЭЛОУ. Как правило, пресную воду добавляют в сырую нефть после нагревания, а в некоторых случаях перед.

Как известно, нефти характеризующиеся  низким рН, содержащейся в них воды, при промывке с подачи одного деэмульгатора  не поддаются глубокому обессоливанию, так как рН водной фазы оказывает значительное влияние на механическую прочность межфазной пленки и стабильность эмульсии. Наименьшее их значение наблюдается при рН=7,5 - 8, поэтому до ЭЛОУ рекомендуется подавать 12%-ный водный раствор щелочи для подщелачивания нефти, при этом, как показали опыты, образуется дренажная вода с величиной рН=5,5.

Важное значение имеет  место ввода и правильное установление норм расхода реагентов. Так, при  более высокой концентрации высоко щелочного раствора не достигается  хорошего смешения, а так же увеличивается опасность щелочного растрескивания металлического оборудования, а в случае более низкой концентрации образуется эмульсия. Можно использовать содовый раствор, но использование щелочного раствора, в отличии от содового, исключает образование отложений карбоната кальция и магния в трубных пучках теплообменного оборудования. Кроме того, приготовление рабочего раствора NаОН менее трудоемко. Используемый деэмульгатор рекомендуется вводить после теплообменников подогрева сырой нефти, перед электродегидраторами с помощью смесителя, скорость движения смеси внутри которого не должна превышать 2 м/с  во избежание увеличения степени диспергирования в нефти, затрудняющего отделение водной фазы. При подаче деэмульгатора непосредственно на прием сырьевых насосов перед теплообменниками коррозионная активность сырой нефти очень сильно возрастает за счет процесса деэмульгации. Для обеспечения содержания солей на выходе с установки ЭЛОУ 1 - 3 мг/л по рекомендации ВНИИНП необходимо подавать деэмульгатор раздельно на первую и вторую ступени обессоливания. В процессе обессоливания большое значение имеет количество ступеней обессоливания; высокая степень обессоливания достигается на ЭЛОУ, работающих по двух и трех ступенчатым схемам.