Разделение нефтяной эмульсии

Водонефтяная эмульсияСырая 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)

Эмульсия "вода в нефти"

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:

Формула Стокса для определения скорости оседания воды в водонефтяной эмульсии, где: dk – диаметр капли, м; pВН- плотность воды и нефти, кг/м3; 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.

Один из вариантов системы очистки сырой нефти от воды

 

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

Отстойники нефти для механического разделения водонефтяной эмульсииНефтяные 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 м3 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.

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