Мұнай эмульсиялары

Кіріспе

 

 

Жер қойнауынан өндірілетін мұнай құрамында  еріген газдар, су және тұз болады. Суаттарда  мұнайды дайындау дегеніміз оны  сепарациялау (қысымды төмендету  арқылы ілеспе газдардың бөлінуі), эмульсияларды  бұзу арқылы сусыздандыру және механикалық  қоспаларды тұндыруды білдіреді.

Кен орындарында  мұнайды екі немесе үш сатылы сепарациялайды. Бірінші сатының газдары 0,6-0,7 МПа  қысымда газ өңдеу зауыттарына; екінші және үшінші сатылы сепарциялау  газдары сығылған соң ГӨЗ бағытталады.

Белгілі бір  кен орны мұнайының физикалық  қасиеттерін байланысты іліспе газдарды толық құрту, сондай-ақ су-мұнай эмульсиясын  жақсы бұзу үшін соңғы сепарациялау сатысы алдында мұнайды қыздырады. Мұндай жағдайда бір жағынан мұнайдың қасиеттері жақсарады (тұтқырлығы кемиді), екінші жағынан – ГЗ өңделуі қажет  бөлінетін газдар көлемі артады.

Мұнай өндірудің  ілеспе газдары мұнай-химиясының бағалы шикізаты болып табылады, өйткені олардың құрамында әжептеуір мөлшерде С₂-С₅ көмірсутектері болады. Дегенмен суаттарда мұнайды сепарациялау жеңіл көмірсутектердің толық бөлінуін қамтамасыз ете бермейді, мұнайда С₁-С₄ көмірсутектері қалады. Бұл көмірсутектер мұнайды сақтағанда және тасымалдағанда бөлінуі мүмкін. Мұнайдың жоғалуын төмендету, сондай-ақ С₃-С₅ көмірсутектерінің қосымша мөлшерін алу мақсатында мұнайды тұрақтандыру процесін қолданады. Бұл жағдайда 2,2-3,2 мас.% С₃-С₅ көмірсутектерін іріктеп болған соң, одан әрі қажетті бензин сапасын қамтамасыз ететіндей мұнайда С₄-С₅ көмірсутектерінің жеткілікті мөлшерін сақтап қалуға болады.

МӨЗ мұнайды  дайындау нәтижесінде құрамындағы  су 0,1%.мас дейін, ал тұздар мөлшері 3-5 мг/л дейін төмендейді. Мұнайдағы су мөлшері 0,1%.мас және одан да төмен болса, онда мұнайда өлшемі 4,3 мкм-ден кем судың ұсақ тамшылары қалады. Мұндай тамшыларды тұндыру уақыты көп, тұндыру жылдамдығы жобамен 1×10^-7 м/с құрайды.

Зауытқа тұздар мөлшері 100 мг/л, су мөлшері 0,5%.мас мұнай түссе, тек 0,1%.мас дейін сусыздандыру құрамындағы тұздар мөлшерін бес есе азайтуға мүмкіндік береді.

 

 

1 Мұнай эмульсиялары

 

 

Су-мұнайлы  эмульсия түзілмеген болса, мұнайдан суды бөлу қиын емес. Эмульсия түзілген мұнайды  өңдеуге болмайды. Эмульсия түзілмегеннің  өзінде мұнайда аздаған су еріген күйде кездеседі. Сумен бірге  мұнайға мұнай айдау аппаратураларының  коррозиясын тудыратын минералды  тұздар да түседі.

Эмульсия  дегеніміз – бір-бірінде ерімейтін  екі жүйе. Бұлардың біреуі екіншісінде  өлшенген күйде микроскопиялық тамшы (глобул) түрінде болады. Сұйықтық –  дисперсті орта, ал екіншісі дисперсті  фаза деп аталады. Мұнай скважина арқылы қозғалғанда бұрғылау суымен араласады. Мұнайды сілтілеу кезінде  көп жағдайда мұнай эмульсиялары түзіледі. Кей жағдайда эмульсиялар  бірнеше жылдай бұзылмауы мүмкін, бірақ көп жағдайда біртіндеп  эмульсиялардың үзілуі жүреді.

Тұрақты эмульсиялар  сырт көрінісі бойынша – қою май  тәрізді масса, түсі ашық сарыдан  қоюға шейін. Эмульсия тұтқырлығы су және мұнайдан жоғары болады.

Мұнай эмульсияларында  көбіне дисперсті орта – мұнай, ал дисперсті фаза- су болады. Мұнай  эмульсиялары гидрофобты: суда қалқиды, ал бензин және т.б. еріткіштерде араласып кетеді.

Сирек мұнай  суда эмульсиясы кездеседі. Мұнда дисперсті  орта – су болады. Мұндай эмульсия гидрофильді, суда араласып, бензинде тұнады. Мұнайлардың  беткі тартылу күші 0,02-0,05 Н/м. Барлық эмульсиялар, соның ішінде мұнай  эмульсиясы да бір-бірінде араласпайтын екі сұйық механикалық әсер нәтижесінде, сұйықтық өте ұсақ бөлшектерге ұнтақталуы нәтижесінде пайда болады. Эмульсияны түзететін және тұрақтандыратын  заттар эмульгатор деп аталады. Оған смола, асфальтен, асфальтоген қышқылдары, оның ангидридтері, бейорганикалық заттар, тағы сол сияқты жатады.

Мұнай эмульсияларын  бұзу әдістері бірнеше сатыдан тұрады:

1)Судың глобулмен түйісуі;

2)Глобулдың ірі тамшыларға қосылуы;

3)Тамшы үзілуі.

Өндіріс практикасында  эмульсияны бұзу үшін келесі процестер  қолданылады:

1)Механикалық – фильтрлеу, ультрадыбыспен өңдеу;

2)Термиялық – мұнайды сумен қыздыру және суыту, ыстық сумен шаю;

3)Электрлік – алмасу немесе үздіксіз токта электр көзімен өңдеу;

4)Химиялық – әр түрлі деэмульгаторлармен өңдеу.

Деэмульгатор  әсерімен қабат бұзылады. Деэмульгатор ретінде әр түрлі жоғары активті  заттар пайдаланылады.

Деэмульгатор 2-ге бөлінеді:

1)Ионды активті;

2)Ионогенсіз.

Ионды эффективті болады. Мысалы, соңғы кездері деэмульгатор ретінде нейтралданған қара контакт (НЧК) қолданылып келеді. Ал, қазіргі  кезде ионогенсіз деэмульгатор көп қолданылады. Олар – оксиэтилденген майлы қышқылдар (ОЖК) және ОП-10 (оксиэтилденген алкилфенолдар)

 

 

1.1 Мұнайды тұзсыздандыру

 

Мұнайға ең күшті теріс әсер ететіндер –  тұздар, оның ішінде хлоридтер. Олар жылу алмастырғыш пен пештің қабырғаларына  отырады, нәтижесінде құбырларды жиі  тазалап тұруға тура келеді, жылу алмастыру  коэффиценттерін төмендетеді.

Хлорлы натрий іс жүзінде гидролизденбейді, хлорлы кальций тиесілі жағдайда HCl түзіп, 10 %-на дейін гидролизге түсуі мүмкін. Хлорлы магний 90 % гидролизденеді,  яғни бұл процесс төмен температурада  жүреді. Сондықтан тұздар мұнай өңдеу  аппараттарының коррозияға ұшырауының негізгі себебі болуы мүмкін. Хлорлы магний гидролизі:

 

MgCl₂ + H₂O  → Mg(OH)Cl + HCl    (1)

 

Мұнайдағы бар  судың әсері мен және хлорлы магнийдің  өзінің кристалды суының әсерімен жүреді.

Аппараттардың гидролиз өнімдерімен бұзылуы жоғары температура аймақтарында (пеш құбырларында, буланғыштарда, ректификациялық бағаналарда) және төмен температурада істейтін аппараттарда да (конденсаторлар және тоңазытқыштар) орын алады. Қалдық өнімдердегі (мазутта және гудронда) кейбір тұздар олардың сапасын төмендетеді.

Мұнайды айдау  кезінде күкіртті қосылыстары ыдырап, күкіртсутегі түзіледі, ол аппараттарды коррозияға түсіреді. Күкіртсутегі жоғары температурада металдармен әрекеттесіп, күкіртті темір түзеді.

 

H₂S + Fe → FeS + H₂↑     (2)

 

FeS тұратын  қорғау металл бетін аздап  болса да одан арғы коррозиядан  қорғайды, бірақ хлоридтің гидролизінен  түзілген хлорлы сутегі болған  жағдайда, FeS тұратын қорғау қабаты  онымен реакцияға түсіп, бұзылады:

 

FeS + 2НCl → FeCl₂ + H₂S    (3)

 

Хлорлы темір  су ерітіндісіне өтеді де, бөлінген күкіртті сутегі темірімен қайтадан реакцияға түседі.

Мұнай өңдеу  зауытында жіберілетін мұнайдағы  тұздар мөлшері 50 мг/л көп емес, ал айдауға берілетін мұнайда 5 мг/л  көп емес болуы қажет.

Сондықтан мұнайды  өңдеуге жіберу алдында оны судан  және тұздардан айыру қажет.

Нәтижесінде су мөлшері 0,05-0,1% дейін, ал тұздар 3-5 мг/л-ге және одан да төмендейді.

Термохимиялық судан айыруда мұнайдағы судың  мөлшері 0,5-1%-ға дейін төмендейді, сонымен  бірге тұздардың едәуір бөлігі бөлінеді. Бірақ мұнайлардың кемшілігі  – судан және тұздардан қосымша  тазалауды қажет етеді. Мұнайды  тазалауды электротермиялық әдіспен,  термохимиялық тұндыру мен эмульсияны электр өрісінде әрекеттеу арқылы жүргізеді. Мұнайдан су мен тұзды бөлудің  электрохимиялық қондырғысын электртұзсыздандырушы (ЭЛТҚ) деп атайды. Қазіргі кезде  ЭЛТҚ іс жүзінде барлық МӨЗ құрамында  бар.

Тұздардан айыру  процесінің температурасы мен қысымы тазаланатын мұнай қасиетіне  байланысты. Тұтқырлығы төмен тұрақты  эмульсия түзбейтін жеңіл мұнайларды тұздардан айыру 80-100⁰С температурада, Маңғыстау мұнайына 130-140⁰С температурада жүргізіледі.

Тұзсыздандыру температурасын көтеру электр ток өткізгіштікті  және ток күшін көтереді, изолятор жұмысын күрделендіреді. Деэмульгаторды мұнайға біркелкі берілуі үшін үлкен  рөл атқарады. Деэмульгаторлардың шығыны 10-30 г/т-ға дейін және ол су мен мұнайдың түзілген эмульсия тұтқырлығына байланысты. Өндірісте деэмульгаторларды органикалық  еріткіштерде концентрациялық ерітінді күйінде шығарады, олардан қолдану  алдында 1-5% судағы ерітіндісін даярлайды. Сілтіні мұнайға бос күкіртті сутегімен жүретін коррозиядан  басу үшін береді. Жуу суы есебінде өзен суы, бу конденсатын және айналма  су жүйесінің суын қолданады.

ЭЛТҚ тәжірибесі көрсеткендей, терең тұзсыздандыру  үшін мұнайға 10-15%-ға дейін ағын суды қосу қажет. Әр тұзсыздандыру сатысында  суды қайта пайдалану желісі нәтижесінде  таза суды пайдалану шығының қондырғы бойынша 2,5%-ға дейін азайтады.

 

2 Мұнай өңдеу зауыттарында мұнайды дайындау

 

 

Мұнайды терең  тұзсыздандыру коррозияны төмендетеді  және апппаратурадағы шөгінділерді кемітеді, қондырғылардағы жөндеу аралық жүрісті арттырады, каталиткалық процестерге  арналған шикізат, сондай-ақ тауарлық өнімдер – отындар, битум және электродты кокс сапасын жақсартады.

Құрамында еріген тұздары бар су жер қабатынан  шығарылған мұнайда өлшемі 1,6-250 мкм  дейінгі ұсақ тамшылар түрінде болады. Тұзды су тамшылары мұнай құрамында  болатын мұнай қышқылдары, асфальтенді-шайырлы  заттар, парафиндердің микрокрис-талдары, механикалық бөгде қоспалар сияқтыны бетте табиғи эмульгаторлар түрінде  сорбциялайды. Бұл тамшылардың қосылуын және іріленуін қиындата түседі. Қазіргі  уақытта мұнайды өңдеуге дайындау екі сатыда өтеді: суатта және тікелей  МӨЗ.

МӨЗ мұнайды  дайындау нәтижесінде құрамындағы  су 0,1%.мас дейін, ал тұздар мөлшері 3-5 мг/л дейін төмендейді. Мұнайдағы су мөлшері 0,1%.мас және одан да төмен болса, онда мұнайда өлшемі 4,3 мкм-ден кем судың ұсақ тамшылары қалады. Мұндай тамшыларды тұндыру уақыты көп, тұндыру жылдамдығы жобамен 1×10^-7 м/с құрайды.

Зауытқа тұздар мөлшері 100 мг/л, су мөлшері 0,5%.мас мұнай түссе, тек 0,1%.мас дейін сусыздандыру құрамындағы тұздар мөлшерін бес есе азайтуға мүмкіндік береді.

Электрмен тұзсыздандыру  қондырғыларынан (ЭЛТҚ) кейін мұнайдағы  никель мен ванадий қосылыстарының мөлшері 1,5-3 есе азаяды.

Электрмен тұзсыздандыру  блогында тұзсыздандырудың төрт зонасын  бөліп көрсетуге болады (сурет 1). Бірінші зонасында мұнай таза шаю суымен және деэмульгатормен араласады. Араластыру қарқыны шаятын су қабат суы тамшыларына дейін дисперсияланатындай дәрежеде болуы тиіс, әйтпесе шаятын су алдымен тұнады да, қабат суымен сұйылтудың пайдасы болмайды. ЭЛТҚ қондырғыларында кең қолданылатыны екі ттипті араластырғыш: инжектор және араластыру клапаны. Шаятын су ретінде өзен суы немесе технологиялық конденсаттар қолданылады. ; құрамындағы тұздар мөлшері ... г/мл аспауы қажет. Екінші зонасында қайта түзілген эмульсиялардың ірірек тамшылары тұнады, ал үшінші зонада электр өрісі әсерінен қақтығысу күшейеді де, ұсақ тамшылар біріге бастайды. Іріленген тамшылар үшінші зонаға жіберіледі. Төртінші зонада екінші зонадан мұнай ағымымен көтеріліп шыққан тамшылар қайтадан тұнады.

Мұнай ағымына І сорап-дозатар 1 көмегімен деэмульгатор беріледі. 2 сораппен мұнайды атмосфералық-вакуумда айдау қондырғысынан 80-120°С температураға дейін дистилляттармен қыздырылатын 3 жылу алмастырғыштар арқылы мұнай айдалады. Жылу алмастырғыштардан кейін мұнайға су рН 7,0-7,5 дейін жеткізу үшін сілті ерітіндісі V қосылады. Сілті ерітіндісін күкіртсутекті коррозияны басу және ұңғымаларды қышқылды ерітінділермен өңдегенде мұнайға түсетін бейорганикалық қышқылдарды бейтараптан-дыру үшін беру қажет. Су рН көтеруге жұмсалатын сілті шығыны бірлігіне 10 г/т құрайды.

 

1 – сорап-дозатор; 2, 6 – сораптар: 3 – жылуалмастырғыш; 4 – инжекторлы араластыр-ғыш; 5, 11 – электрдегидраторлар; 7 – тұндырғыш; 8 – автоматты клапан; 9 – диафраг-малы араластырғыш; 10 – электрод; I – шикі мұнай; II – деэмульгатор; III – тұзсыздан-дырылған мұнай; IV – таза су; V – сілті ерітіндісі; VI – жартылай тұзсыздандырылған мұнай; VII – айналымдағы суы; VIII – судағы мұнай эмульсиясы; IX – зауыт канализациясына берілетін су.

 

Сурет 1 – Электрмен тұзсыздандыру қондырғысының негізді схемасы

 

Инжекторлық араластырғышта 4 мұнай сілті ерітіндісі және айналымдағы сумен VII араласады да, қоспа перфорирленген көлденең шығарылған түтігі бар түтікті үлестіргіш арқылы 5 электрдегидратордың төменгі бөлігіне беріледі. Тұзсыздандырылған мұнай VI электрдегидратордан үстіңгі жағынан құрылысы үлестіргішке ұқсас коллектор арқылы шығарылады. Мұнайды кіргізу және шығару құрылғыларының осылайша орналасуы тұтас аппарат қимасы бойынша ағымның бірқалыпты жүруін қамтамасыз етеді. Тұндырылған су дренажды коллекторлар немесе 7 тұндырғыш (тұндырғыштан су процеске қайта оралады) арқылы шығарылады. Тұндырғыштан судың бір бөлігі тұздар концентрациясын төмендету үшін зауыт канализациясына жіберіледі. Оның орнын екінші сатыдан келетін сумен толтырады.

Электрдегидратордан 5 үстіңгі жағынан толық сусызданбаған  мұнай қысымда екінші сатылы электрдегидраторға 11 түседі. Осы электрдегидратор алдында  мұнай 9 диафрагмалы араластырғышта таза сумен IV араласады. Шаятын су алдын-ала 65-70°С-қа дейін қыздырылады. Тұзсыздандырылған және сусыздандырылған мұнай III екінші сатылы 11 электрдегидратордың жоғарғы бөлігінен қондырғыдан шығарылады.

Деэмульгаторлар (тікелей ионогенді емес, сысалы, пропилен- және этиленоксид-тердің пропиленгликолмен  блоксополимерлері, оксиэтилденген алкиламиндер мен фенолдар, оксиэтилденген май  қышқылдары) мұнайды су тамшысының беттік қабатынан құрылымдық-механикалық беріктіксіз гидрофилді абсорбциялық қабат түзе ығыстырып шығарады. Электрмен тұзсыздандыру қондырғыларында суда да мұнайда да еритін деэмульгаторларды қолданады. Соңғысы азғана мөлшерде сумен жуылады, сондықтан да ағын суларды ластамайды. Оның үстіне бұзылатын эмульсиялар фазаларының бөліну шегінің бетіне оңай түседі де, соның салдарының тиімді болады.