Промышленный процесс
обезвоживания и обессоливания
нефтей, который основан на применении
методов не только химической, но и
электрической, тепловой и механической
обработок нефтяных эмульсий, направленных
на разрушение сольватной оболочки и
снижение структурно-механической прочности
эмульсий, создание более благоприятных
условий для коалесценции и укрупнения
капель и ускорения процессов
осаждения крупных глобул воды, осуществляется
на установках ЭЛОУ.
Электрообработка эмульсий
заключается в пропускании нефти
через электрическое поле, преимущественно
переменное промышленной частоты и
высокого напряжения (15…44 кВ). В результате
индукции электрического поля диспергированные
капли воды поляризуются, деформируются
(вытягиваются) с разрушением защитных
пленок, и при частой смене полярности
электродов (50 раз в секунду) увеличивается
вероятность их столкновения и укрупнения,
и в итоге возрастает скорость
осаждения глобул с образованием
отдельной фазы. По мере увеличения
глубины обезвоживания расстояния
между оставшимися каплями увеличиваются
и коалесценция замедляется. Поэтому
конечное содержание воды в нефти, обработанной
в электрическом поле переменного
тока, колеблется от следов до 0,1 %. Коалесценцию
оставшихся капель воды можно усилить
повышением напряженности электрического
поля до определенного предела. При
дальнейшем повышении напряженности
поля ускоряются нежелательные процессы
электрического диспергирования капель
и коалесценция снова замедляется.
Поэтому применительно к конкретному
типу эмульсий целесообразно подбирать
оптимальные размеры электродов
и расстояния между ними. Количество
оставшихся в нефтях солей зависит
как от содержания остаточной воды,
так и от ее засоленности. Поэтому
с целью достижения глубокого
обессоливания осуществляют промывку
солей подачей в нефть оптимального
количества промывной (пресной) воды. При
чрезмерном увеличении количества промывной
воды растут затраты на обессоливание
нефти и количество образующихся
стоков. В этой связи, с целью экономии
пресной воды, на электрообессоливающих
установках многих нефтеперерабатывающих
заводов успешно применяют двухступенчатые
схемы с противоточной подачей
промывной воды.
Тепловая обработка эмульсий
заключается в подогреве до оптимальной
для данной нефти температуры (60…150
°С) в зависимости от ее плотности,
вязкостно-температурной характеристики,
типа эмульсии и давления в электродегидраторе
или отстойнике термохимического обезвоживания.
Повышение температуры до определенного
предела способствует интенсификации
всех стадий процесса деэмульгирования:
во-первых, дестабилизации эмульсий в
результате повышения растворимости
природных эмульгаторов в нефти
и расплавления бронирующих кристаллов
парафинов и асфальтенов и, во-вторых,
возрастанию скорости осаждения
капель воды в результате снижения
вязкости и плотности нефти, тем
самым уменьшению требуемого расхода
деэмульгатора. Обычно как оптимальную
в дегидраторах подбирают такую
температуру, при которой вязкость
нефти составляет 2…4 сСт. Многие нефти
достаточно хорошо обессоливаются при
70…90 °С. При повышении температуры
нагрева нефти приходится одновременно
повышать и давление, чтобы поддерживать
жидкофазное состояние системы
и уменьшить потери нефти и
пожароопасность. Однако повышение
давления вызывает необходимость увеличения
толщины стенок аппаратов. Современные
модели электродегидраторов рассчитаны
на давление до 1,8 МПа. На технико-экономические
показатели электрообессоливающей
установки влияют также интенсивность
и продолжительность перемешивания
эмульсионной нефти с раствором
деэмульгаторов. Так, для деэмульгаторов
с малой поверхностной активностью,
особенно когда они плохо растворимы
в нефти, требуется более интенсивное
и продолжительное перемешивание,
но не настолько, чтобы образовалась
высокодисперсная система, которая
плохо осаждается. Обычно перемешивание
нефти с деэмульгатором осуществляют
в сырьевом центробежном насосе. Однако
лучше иметь такие специальные смесительные
устройства, как диафрагмы, клапаны, вращающиеся
роторы и т. д. Целесообразно также иметь
на электрообессоливающей установке дозировочные
насосы малой производительности.
Основным аппаратом электрообессоливающей
установки является электродегидратор,
где, кроме электрообработки нефтяной
эмульсии, осуществляется и отстой
(осаждение) деэмульгированной нефти,
т. е. он является одновременно отстойником.
Среди применяемых в промысловых
и заводских электрообессоливающих
установках различных конструкций
(вертикальных, шаровых и горизонтальных)
более эффективными оказались горизонтальные
электродегидраторы. По сравнению с
использовавшимися ранее вертикальными
и шаровыми горизонтальные электродегидраторы
обладают следующими достоинствами:
— более благоприятными
условиями для осаждения капель
воды, которые можно оценить удельной
площадью горизонтального сечения
(зеркала отстоя) и линейной скоростью
движения нефти;
— примерно в 3 раза большей
удельной производительностью при
приблизительно в 1,5 раза меньшей удельной
массе и стоимости аппарата;
— простотой конструкции,
меньшим количеством электрооборудования
при большей площади электродов,
удобством монтажа, обслуживания и
ремонта;
— способностью работать при
повышенных давлении и температуре.
Электродегидратор представляет
собой горизонтальный цилиндрический
аппарат, внутри которого посередине горизонтально
параллельно друг другу на расстоянии
25…40 см установлены 3 пары электродов,
между которыми поддерживается напряжение
32…33 кВ. Ввод сырья в электродегидратор
и вывод из него осуществляются через
расположенные в нижней и верхней
частях аппарата трубчатые перфорированные
распределители (маточники), обеспечивающие
равномерное распределение восходящего
потока нефти. В нижней части электродегидратора
между распределителем и электродами
поддерживается определенный уровень
воды, содержащей деэмульгатор, где
происходит термохимическая обработка
эмульсии и отделение наиболее крупных
капель воды. В зоне между зеркалом
воды и плоскостью нижнего электрода
нефтяная эмульсия подвергается воздействию
слабого электрического поля, а в
зоне между электродами — воздействию
электрического поля высокого напряжения.
Технико-экономические показатели
электрообессоливающей установки
значительно улучшаются при применении
более высокопроизводительных электродегидраторов
за счет уменьшения количества теплообменников,
сырьевых насосов, резервуаров, приборов
КИПиА и т. д. (экономический эффект
от укрупнения) и при комбинировании
с установками прямой перегонки
нефти за счет снижения капитальных
и энергозатрат, увеличения производительности
труда и т. д. (эффект от комбинирования).
Так, электрообессоливающая установка
с горизонтальными электродегидраторами
типа 2ЭГ-160, комбинированная с установкой
первичной перегонки нефти (атмосферно-вакуумная
трубчатка), по сравнению с отдельно
стоящей электрообессоливающей
установкой с шаровыми, при одинаковой
производительности (6 млн т/г) имеет
примерно в 1,5 раза меньшие капитальные
затраты, эксплуатационные расходы
и себестоимость обессоливания.
В последние годы за рубежом
и в нашей стране новые атмосферно-вакуумные
трубчатки или комбинированые установки
(типа ЛК-6у) строятся только с встроенными
горизонтальными электродегидраторами
высокой единичной мощности. В
настоящее время разработан и
внедряется горизонтальный электродегидратор
объемом 200 м3 типа 2ЭГ-200 производительностью
? 560 м3/ч (D = 3,4 м и L = 23,5 м) и разрабатывается
перспективная его модель с объемом
450 м3 с улучшенной конструкцией электродов.
Смесь сырой нефти, деэмульгатора
и содово-щелочного раствора (последний
вводится для подавления сероводородной
коррозии) нагревается в темплообменнике
(в отдельно стоящей электрообессоливающей
установке дополнительно в пароподогревателе)
до оптимальной температуры, смешивается
в инжекторном смесителе промывной
водой из электродегидратора второй
ступени и подается в два после
довательно работающих электродегидраторов
ЭГ-1 и ЭГ-2. На входе в ЭГ-2 в поток
частично обессоленной нефти подается
свежая вода (речная, оборотная или
паровой конденсат) в количестве
5…10 % мас. на нефть. После охлаждения
в теплообменнике обессоленная и
обезвоженная нефть отводится в
резервуары подготовленной нефти, а
на секции электрообессоливающих комбинированных
установок она без охлаждения
подается на установки первичной
перегонки нефти.