Добыча нефти и газа
Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!
Основные методы разрушения нефтяных эмульсий
Деэмульгирование нефтяных эмульсий лежит в основе обоих процессов подготовки нефти к переработке — её обезвоживания и обессоливания.
При обезвоживании деэмульгированию подвергают исходную эмульсионную нефть, при обессоливании — искусственную эмульсию, создаваемую при перемешивании нефти с промывной водой. Механизм разрушения нефтяных эмульсий можно разбить на три элементарных стадии: столкновение глобул воды; слияние их в более крупные капли; выпадение капель или выделение в виде сплошной водной фазы. Чтобы обеспечить максимальную возможность столкновения глобул воды, увеличивают скорость их движения в нефти различными способами: перемешиванием в смесителях, мешалках, при помощи подогрева, электрического поля, центробежных сил и др.
Однако для слияния капель воды одного столкновения недостаточно, нужно при помощи деэмульгаторов или другим способом ослабить структурно- механическую прочность слоев, создать наилучшие условия для быстрого и полного отстоя крупных капель воды от нефти. Согласно закону Стокса, скорость движения выпадающих частиц прямо пропорциональна квадрату их радиуса, разности плотностей диспергированных частиц и среды, ускорению силы тяжести и обратно пропорциональна вязкости среды, окружающей частицы. Следовательно, ускорить выпадение капелек воды можно, увеличив их размер, разность воды и нефти и уменьшив вязкость нефти. Разность плотностей можно увеличить, повысив температуру, так как коэффициент расширения воды при температуре примерно до 100°С меньше коэффициента расширения нефти. Вязкость нефти с повышением температуры уменьшается. Способы деэмульгирования нефтяных эмульсий условно можно разделить на следующие группы: • механические -фильтрация, центрифугирование, обработка ультразвуком и др. • термические — подогрев и отстаивание при атмосферном давлении и под избыточном давлением; промывка нефти горячей водой • электрические — обработка в электрическом поле переменного или постоянного тока • химические — обработка эмульсий различными реагентами — деэмульгаторами. В промышленности наибольшее применение нашли комбинированные способы разрушения нефтяных эмульсий.
Основным современным способом деэмульгирования и обезвоживания нефти на промыслах является термохимический отстой под давлением до 15 ат с применением эффективных реагентов — деэмульгаторов. Для обессоливания нефти, главным образом на нефтеперабатывающих заводах, применяют способ, сочетающий термохимический отстой под избыточным давлением с обработкой эмульсии в электрическом поле высокой напряженности. Широко применяется на промыслах электрический способ обезвоживания и обессоливания. Электрический способ обессоливания включает две операции: 1) введение в частично обезвоженную нефть горячей воды для растворения солей и превращения нефти в эмульсию (расход воды на промывку эмульсии 10-15% от объёма нефти); 2) разрушение образовавшейся эмульсии в электрическом поле. При этом вода, выделяющаяся из эмульсии, уносит с собой соли. Обычно при использовании этого способа остаточное содержание воды в нефти 0-2,5%; количество удаляемых из неё солей — 95% и более. Выделение воды из эмульсии подчиняется закону Стокса. Однако основную роль в разрушении эмульсии играет не скорость выпадающих капель диспергированной фазы, а разрушение защитных плёнок глобул и соединение их в крупные капли, которые выпадают с линейной скоростью, определяемой законом Стокса. На этом основании электрический метод — разрушение эмульсии в электрическом силовом поле между электродами. Гидрофобные эмульсии, состоящие из глобул воды в нефтяной среде, разлагаются электрическим током достаточно эффективно. Это обусловлено значительно более высокой электрической проводимостью воды (да ещё содержащей соли) по сравнению с проводимостью нефти (проводимость чистой воды 4*10-8, проводимость нефти 3*10-13). В электрическом поле постоянного напряжения все глобулы эмульсии стремятся расположиться воль силовых линий поля, так как вода имеет большую диэлектрическую постоянную, чем нефть (для нефти она равна примерно 2, для воды — около 80). Элементарные глобулы образуют между электродами водяные нити-цепочки, что вызывает увеличение проводимости эмульсии и увеличение протекающего через неё тока. Между цепочками глобул возникают свои электрические поля, ведущие к пробою и разрыву оболочек и к слиянию глобул в капли, которые начинают быстрее оседать.
При помещении эмульсии в электрическое поле, созданное переменным током, скорость слияния глобул и расслоения эмульсии в 5 раз больше. Это объясняется большей вероятностью столкновения глобул при наличии переменного тока. При этом разрыв оболочек адсорбированного на глобулах эмульгатора облегчается возникающим в них натяжением и перенапряжением. Для обезвоживания малоустойчивых нефтяных эмульсий на нефтепромыслах применяют обычный способ отстаивания воды в резервуарах после смешения с деэмульгатором без подогрева или при подогреве до 30-50°С. Большой эффект даёт также в сочетании с отстаиванием промывка нефтяной эмульсии пластовой водой с деэмульгатором. В зависимости от устойчивости эмульсии опытным путём устанавливается технологический режим (температура, время отстаивания, расход деэмульгатора и др.) обработки полученных на промыслах нефтяных эмульсий. Более быстрое разделение фаз нефтяной эмульсии достигается центрифугированием, при котором силы гравитационного поля заменены в десятки тысяч раз большими центробежными силами. Основным недостатком центрифугирования является относительно низкая производительность сложного аппарата, требующего высококвалифицированного обслуживания.
Источник
Добыча нефти и газа
Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!
Основные методы разрушения нефтяных эмульсий
Деэмульгирование нефтяных эмульсий лежит в основе обоих процессов подготовки нефти к переработке — её обезвоживания и обессоливания.
При обезвоживании деэмульгированию подвергают исходную эмульсионную нефть, при обессоливании — искусственную эмульсию, создаваемую при перемешивании нефти с промывной водой. Механизм разрушения нефтяных эмульсий можно разбить на три элементарных стадии: столкновение глобул воды; слияние их в более крупные капли; выпадение капель или выделение в виде сплошной водной фазы. Чтобы обеспечить максимальную возможность столкновения глобул воды, увеличивают скорость их движения в нефти различными способами: перемешиванием в смесителях, мешалках, при помощи подогрева, электрического поля, центробежных сил и др.
Однако для слияния капель воды одного столкновения недостаточно, нужно при помощи деэмульгаторов или другим способом ослабить структурно- механическую прочность слоев, создать наилучшие условия для быстрого и полного отстоя крупных капель воды от нефти. Согласно закону Стокса, скорость движения выпадающих частиц прямо пропорциональна квадрату их радиуса, разности плотностей диспергированных частиц и среды, ускорению силы тяжести и обратно пропорциональна вязкости среды, окружающей частицы. Следовательно, ускорить выпадение капелек воды можно, увеличив их размер, разность воды и нефти и уменьшив вязкость нефти. Разность плотностей можно увеличить, повысив температуру, так как коэффициент расширения воды при температуре примерно до 100°С меньше коэффициента расширения нефти. Вязкость нефти с повышением температуры уменьшается. Способы деэмульгирования нефтяных эмульсий условно можно разделить на следующие группы: • механические -фильтрация, центрифугирование, обработка ультразвуком и др. • термические — подогрев и отстаивание при атмосферном давлении и под избыточном давлением; промывка нефти горячей водой • электрические — обработка в электрическом поле переменного или постоянного тока • химические — обработка эмульсий различными реагентами — деэмульгаторами. В промышленности наибольшее применение нашли комбинированные способы разрушения нефтяных эмульсий.
Основным современным способом деэмульгирования и обезвоживания нефти на промыслах является термохимический отстой под давлением до 15 ат с применением эффективных реагентов — деэмульгаторов. Для обессоливания нефти, главным образом на нефтеперабатывающих заводах, применяют способ, сочетающий термохимический отстой под избыточным давлением с обработкой эмульсии в электрическом поле высокой напряженности. Широко применяется на промыслах электрический способ обезвоживания и обессоливания. Электрический способ обессоливания включает две операции: 1) введение в частично обезвоженную нефть горячей воды для растворения солей и превращения нефти в эмульсию (расход воды на промывку эмульсии 10-15% от объёма нефти); 2) разрушение образовавшейся эмульсии в электрическом поле. При этом вода, выделяющаяся из эмульсии, уносит с собой соли. Обычно при использовании этого способа остаточное содержание воды в нефти 0-2,5%; количество удаляемых из неё солей — 95% и более. Выделение воды из эмульсии подчиняется закону Стокса. Однако основную роль в разрушении эмульсии играет не скорость выпадающих капель диспергированной фазы, а разрушение защитных плёнок глобул и соединение их в крупные капли, которые выпадают с линейной скоростью, определяемой законом Стокса. На этом основании электрический метод — разрушение эмульсии в электрическом силовом поле между электродами. Гидрофобные эмульсии, состоящие из глобул воды в нефтяной среде, разлагаются электрическим током достаточно эффективно. Это обусловлено значительно более высокой электрической проводимостью воды (да ещё содержащей соли) по сравнению с проводимостью нефти (проводимость чистой воды 4*10-8, проводимость нефти 3*10-13). В электрическом поле постоянного напряжения все глобулы эмульсии стремятся расположиться воль силовых линий поля, так как вода имеет большую диэлектрическую постоянную, чем нефть (для нефти она равна примерно 2, для воды — около 80). Элементарные глобулы образуют между электродами водяные нити-цепочки, что вызывает увеличение проводимости эмульсии и увеличение протекающего через неё тока. Между цепочками глобул возникают свои электрические поля, ведущие к пробою и разрыву оболочек и к слиянию глобул в капли, которые начинают быстрее оседать.
При помещении эмульсии в электрическое поле, созданное переменным током, скорость слияния глобул и расслоения эмульсии в 5 раз больше. Это объясняется большей вероятностью столкновения глобул при наличии переменного тока. При этом разрыв оболочек адсорбированного на глобулах эмульгатора облегчается возникающим в них натяжением и перенапряжением. Для обезвоживания малоустойчивых нефтяных эмульсий на нефтепромыслах применяют обычный способ отстаивания воды в резервуарах после смешения с деэмульгатором без подогрева или при подогреве до 30-50°С. Большой эффект даёт также в сочетании с отстаиванием промывка нефтяной эмульсии пластовой водой с деэмульгатором. В зависимости от устойчивости эмульсии опытным путём устанавливается технологический режим (температура, время отстаивания, расход деэмульгатора и др.) обработки полученных на промыслах нефтяных эмульсий. Более быстрое разделение фаз нефтяной эмульсии достигается центрифугированием, при котором силы гравитационного поля заменены в десятки тысяч раз большими центробежными силами. Основным недостатком центрифугирования является относительно низкая производительность сложного аппарата, требующего высококвалифицированного обслуживания.
Источник
Методы разрушения нефтяных эмульсий
Для разрушения эмульсии используют следующие методы : механический способ, малоэффективен (гравитационный отстой), несколько лучше использование центробежной силы, т.е. центрифугирование нефти- за счет разности плотностей нефти и воды, чем больше эта разность и размеры водяных капель и чем меньше вязкость среды, тем лучше расслоение. При отстое одновременно удаляется основная масса механических примесей-песка, глины.
Термохимический метод – это метод разрушения путем нагрева нефти и ввода деэмульгатора (хим.вещество), разрушающего сольватную оболочку.
Повышение температуры повышает скорость диффузии эмульгатора в нефти, снижает прочность и толщину сольватной оболочки, снижает вязкость нефти и увеличивает разность плотностей нефти и глобул. Снижение вязкости может достигать до 1% от ее первоначального значения. Все это способствует возрастанию скорости оседания частиц воды.
Деэмульгаторы – это ПАВ, которые воздействуют на сольватную оболочку за счет:
— абсорбционного вытеснения эмульгатором сольватной оболочки;
— химического взаимодействия с компонентами эмульгатора и разрушения сольватного слоя.
При выборе деэмульгатора следует учитывать тип нефти (смолистая, парафинистая), содержание в ней воды, интенсивность перемешивания, температуру, стоимость реагента. В подогретую нефть вводят от 0,5-2% ДЭ в зависимости от группы нефти.
| № | Группа нефти | Плотность нефти, кг/м 3 | Уд.расход,г/т |
| легкая | 760-840 | Не более 5 | |
| средняя | 840-880 | Не более 10 | |
| тяжелая | 880-920 | Не более 30 | |
| высокосмолистая | 0,86-1,05 | Не более 50 |
Требования к деэмульгаторам — деэмульгаторы должны:
-хорошо растворяться в одной из фаз эмульсии (нефти или воде);
-иметь достаточную поверхностную активность, чтобы вытеснить молекулу эмульгатора;
-образовывать на границе раздела нефти и воды адсорбированные слои с низкими структурно-механическими свойствами;
— не коагулировать в пластовых водах;
— инертны по отношению к металлу;
— при малых расходах обеспечить максимальное снижение межфазового натяжения на границе нефть-вода;
— не ухудшать качества нефти после ее обработки;
— легко извлекаться из сточных вод;
Различают ДЭ – ионогенные и неионогенные, т.е. диссоциирующие и не диссоциирующие на ионы в водных растворах.
Неионогенные имеют преимущества: меньший расход, реагируют с компонентами пластовой воды и нефти и не дают осадков, в разы дешевле (4-6 раз), не вызывают инверсии эмульсии (при избытке ДЭ, когда дисперсная фаза становится дисперсионной средой, т.е. В/НßàН/В).
1. органические вещества – спирты, бензол, керосин, бензиновая фр. – их применяют при экспериментальных исследования, т.к. это дорогостоящие вещества, их трудно отделить от нефти после удаления воды и необходим большой их расход.
2. ПАВ коллоидного типа – наиболее распространены в промышленности: анионоактивные – в воде диссоциируют на Ме + n или Н + и R — (угл.радикал),катионоактивные – в воде дают R + и Аn — .
Электрическое деэмульгирование. Использование электрического поля для целей обезвоживания нефти впервые было осуществлено в 1909г. Механизм в том, что между электродами возникает однородное Эл. поле, силовые линии параллельны. При замене чистой нефти эмульсией В/Н однородность Эл. поля нарушается, капельки воды располагаются вдоль силовых линий. В результате индукции Эл. поля диспергированные капли воды поляризуются и вытягиваются вдоль силовых линий с образованием на концах зарядов: (+) — по направлению поля, (-) — в противоположном направлении. При сближении капель сила притяжения возрастает и адсорбированные сольватные оболочки сдавливаются и разрушаются.
Эффективность в поле постоянного тока меньше, чем переменного за счет циклического изменения направления движения тока и напряженности поля, капли находятся постоянно в состоянии колебания. Принцип действия переменного электрического поля на нефтяную эмульсию следующий: при попадании частицы эмульсии в электрическое поле капли воды, заряженные отрицательно, перемещаются внутри элементарной капли, придавая ей грушевидную форму, острый конец которой обращен к положительно заряженному электроду. С переменой полярности электродов, капля острым концом вытягивается в противоположную сторону. При частоте переменного тока 50 гц, капля будет менять свою конфигурацию 50 раз/с. При движении капли будут сталкиваться, ДЭ, разрушая диэлектрическую оболочку, способствует тому, что при достаточно высоком потенциале заряда происходит пробой диэлектрической оболочки, капли сливаются в крупные и осаждаются в электродегидраторе. Обычно напряжение между электродами 27,3 или 33 кв.
На эффективность электрического деэмульгирования влияет содержание воды в нефти: чем больше, тем лучше. Однако. увеличение воды грозит нарушением режима работы электродегидратора (замыкание тока на корпус или между электродами). Поэтому содержание воды не более 2-3%.
Электротермохимический метод – сочетание термохимического с осаждением частиц воды в сильном электрическом поле и с интенсивной водной промывкой нефти. В электротермохимическом методе разрушения эмульсии нефти действуют все факторы, повышающие скорость осаждения капель эмульсии- снижены r, n за счет повышения температуры, разрушены или ослаблены сольватные оболочки за сче ввода ДЭ, создана принудительная вибрация капель, способствующая их интенсивной коалесценции (т.е. росту dк. Это позволяет достичь глубокой очистки нефти от воды (до 0,1%) и минеральных солей (до 3-5 г/т).
Рисунок 2.1 – Схема электротермохимического обезвоживания и обессоливания
Н-1 – насос; П-1 – печь; СМ – смеситель
h1 – зона барботажа через слой воды, где отделяются крупные капли воды;
h2 – зона подэлектродного пространства, где в слабом электрическом поле начинается коалесценция средних капель воды;
h3 – зона сильного электрического поля (напряженность 3-4 кВ/см) коалесцирует самые мелкие капли
— распределитель, который находится под уровнем воды. Нефть, поднимаясь от него струями вверх, проходит три зоны.
Источник
