Нафту завжди супроводжує пластова вода. В цих водах розчинені солі, перш за все це хлориди, бікарбонати натрію, кальцію, магнію, рідше карбонати та сульфати. Вміст солей в цих водах коливається в широких межах, від незначних до 30%.
Наявність в нафті, яка потрапляє на переробку, води та солей шкідливо виявляється на роботі нафтопереробних заводів. При великому вмісті води підвищується тиск в апаратурі установок перегонки нафти, знижується їх продуктивність, витрачається зайве тепло на підігрів та випаровування води.
Ще більш негативною дією володіють хлориди. Вони відкладаються в трубах теплообмінників та печей, що призводить до необхідності частої очистки труб, понижує коефіцієнт теплопередачі. Солі, особливо кальцію та магнію, гідролізуються з утворенням соляної кислоти навіть при низьких температурах. Під дією соляної кислоти проходить руйнування (корозія) металу апаратури технологічних установок. Накінець, солі, нокипичуються в залишкових нафтопродуктах – мазуті і гудроні, погіршуючи їх якість.
Виходячи з цього, перед тим, як подати нафту на переробку, її необхідно відділити від води та солі. Їх видаляють безпосередньо після підняття нафти з земних надр (на промислі) та на НПЗ. Існують два типи технологічних процесів видалення води і солі – зневоднення та знесолення. В основі двох процесів лежить руйнування нафтових емульсій. Однак при зневодненні руйнуються природні емульсії, ті які утворились в результаті інтенсивного перемішування нафти з буровою водою. Зневоднення проводиться на промислах та є разом з відокремленням газу від нафти першим етапом підготовки нафти до транспортування та переробки.
При знесоленні зневоднену нафту змішують з прісною водою, створюючи штучну емульсію, яка потім руйнується. Знесолення нафти проводиться на промислах та на НПЗ.
Нафтові емульсії. Нафта і вода взаємно погано розчиняються, тому відділення основної маси води від нафти простим відстоюванням не складає великих труднощів, якщо при видобутку не утворилась водно-нафтова емульсія. Перероблювати обводнену емульсовану нафту не можна. Навіть якщо емульсія не утворилась, то невелика кількість води все ж залишається в нафті в розчиненому вигляді. А разом з водою в нафту потрапляють мінеральні солі, котрі викликають корозію нафтоперегонної апаратури.
Емульсією називається така система двох взаємно нерозчинених або не зовсім розчинених рідин, в яких одна утримується в іншій у зваженому стані у вигляді великої кількості мікроскопічних краплин (глобул). Рідина, в якій знаходяться глобули, називається дисперсним середовищем, а друга рідина, яка розчиняється в дисперсному середовищі – дисперсна фаза.
Нафтові емульсії частіше всього являють собою емульсії типу вода в нафті, в яких дисперсним середовищем є нафта, а дисперсною фазою – вода. Така емульсія гідрофобна: у воді вона спливає, а у бензині чи інших розчинниках рівномірно розподіляється.
Рідше зустрічаються емульсії типу нафти у воді, дисперсним середовищем якої є вода. Така емульсія гідрофільна: у воді вона рівномірно розподіляється, а у бензині – тоне.
Речовини, що сприяють утворенню і стабілізації емульсії, називають емульгаторами. Ними є такі полярні речовини нафти, як смоли, асфальти, асфальтогенні кислоти та їх ангідріди, солі нафтових кислот, а також інші неорганічні домішки.
Характер емульсії залежить від властивостей емульготора. У сирій нафті звичайно утворюється гідрофобні емульсії типу вода а нафті, тому що емульгаторами в цьому випадку є смоли. Вони добре розчиняються в нафті і не розчиняються у воді. Смоли, адсорбуючись на поверхні поділу нафта-вода, потрапляють в поверхневий шар збокунафти і утворюють мічнц оболонку довкола частинок води.
Способи руйнування нафтових емульсій.Механізм руйнування нафтових емульсій складається з декількох стадій:
1. зіткнення глобул (часток) води,
2. злиття глобул у більш великі краплі,
3. випадання крапель.
Для того, щоб зруйнувати емульсії, в промисловій практиці застосовують такі процеси:
1. механічні – фільтрування, ультразвукова обробка.
2. термічні – підігрів і відстоювання нафти від води, промивка гарячою водою.
3. електричні – обробка в електричному полі змінного і постійного струму.
4. хімічні – обробка різними деемульгаторами.
Дія деемульгаторів – поверхнево-активних речовин (ПАР) – послаблює структурно-механічну міцність шарів, що обволікують краплі води. В якості деемульгаторів використовують різноманітні ПАР, але механізм їх дії на емульсії досить складний і мало вивчений. За характером поведінки у водних розчинах деемульгатори поділяються на іоноактивні і неіоногенні. Перші в розчинах дисоціюють на катіони і аніони, другі іонів не утворюють. Найкращою деемульгуючою дією володіють неіоногенні речовини.
На нафтопереробних заводах і промислових устаткуваннях підготовки нафти використовують вітчизняні неіоногенні деемульгатори ОЖК (оксиетиловані жирні кислоти), ОП-10, проксамін, та імпортні – дисольван, прогаліт та ін. Перевага ОЖК в порівнянні з іншими деемульгаторами в тому, що у ОЖК добрий біологічний розпад: при попаданні у водойми він на 50-75% розпадається, в той час як інші деемульгатори такою здатністю не володіють.
Зневоднення нафти.
Найпростіший засіб видалення вади з нафти на промислах – термохімічне обезводнення при атмосферному тиску. До нафти додають деемульгатор, після чого вона підігрівається і подається в резервуар для відстоювання. При такій обробці нафти можливі великі втрати легких нафтопродуктів під час відстоювання в негерметичних резервуарах.
Ці недоліки усуваються при термохімічному відстоюванні під тиском (рис. 4).
| Рисунок 4. – Схема установки термохімічного зневоднення нафти під тиском І – сира нафта, ІІ –зневоднена нафта, ІІІ – вода. |
Сиру нафту, звільнену від газу, забирають з резервуару Е-1 насосом Н-1 і перекачують через тепообмінник Т-1 і паровий підігрівач Т-2 в термовідстійник Е-3. Перед поступленням на насос, в нафту вводять деемульгатор, що надходить з Е-2. В термовідстійнику під тиском біля 1,5 МПа нафта знаходиться на протязі 1-3 год. Обезводнена нафта через теплообмінник Т-1 прямує в резервуар Е-4. В резервуарі нафта додатково відділяється від води.
Відстояна вода скидується в нафтопастку Е-5, а потім закачується в свердловину А-1. Частина стічної води, що видалена з термовідстійника, повертається на прийом сировинного насоса для того, щоб повторна використати деемульготор, що знаходиться в стічній воді. Нафта з пастки знову подається на зневоднення.
Знесолення нафти.При зневодненні на промислових установках підготовки, склад води в нафті знижується до 0,5-1,0%, одночасно відбувається видалення значної кількості солі. Однак більшість нафти потребує додаткового знесолення, яке проводять на промислових і НПЗ. Для видалення солей з нафти використовують спосіб, що поєднує термохімічне відстоювання і обробку емульсії в електричному полі установки електрознесолення (ЕЛЗС) (рисунок 5).