Мұнай өнімінде түзілетін эмульсиялар

Мазмұны

І   Кіріспе..................................................................................................................3

ІІ  Негізгі бөлім

1. Мұнай өнімінде түзілетін эмульсиялар
1. Мұнай эмульсияларының түрлері................................................................5
2. Мұнай және мұнай өнімдерін сусыздандыру және тұзсыздандыру
1. Мұнайды сусыздандыру...............................................................................8
2. Мұнайды тұзсыздандыру............................................................................11

ІІІ Қорытынды.......................................................................................................14

ІV Қолданылған әдебиеттер.................................................................................16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

Ұңғымадан алынған  мұнай – қара-қоңыр түсті, өткір  иісті, тез оталатын май тәрізді  сұйықтық. Мұнай ірі резервуарларда сақталады, өңдеу заводтарына танкерлер немесе құбырлар арқылы жеткізіледі.

Әдетте, жер  қойнауынан өндірілген мұнайдың құрамында:

• Серіктес газдар
• Қаттық (жер қыртысы) сулары
• Минералды тұздар
• Әр түрлі механикалық қоспалар (құм, топырақ және т.б.)

Жер қойнауынан жер бетіне шыққан мұнайдың құрамында ілеспе газ (50-100м³/т), су (200-300кг/т), минералды тұздар (10-15кг/т), механикалық қоспалар болады. Оны тасымалдау және өңдеуге беру алдында газдардан, механикалық қоспалардан, судың және тұздардың негізгі бөлігінен тазарту қажет. Сонымен мұнай жер бетіне шығу кезінде қысымның төмендеуіне байланысты мұнайдан газ бөлінеді, олар мұнайға ілеспе газ деп аталады. Мұндай мұнайды өңдеу қиын әрі тиімсіз. Тұздар мен механикалық қоспалардың болуы жылуалмастырғыштар құбырларының эрозиясы мен

ластануын шақырып, жылу өткізгіштік коэффициентін  төмендетіп, мазуттар

мен гудрондардың күлділігін жоғарылатады. Су болуы қондырғының өнімділігінің күрт төмендеуіне әкеп соқтырып, отын мен су шығынын

арттырады, алдымен  суды буландыруға, ал кейіннен оны конденсациялауға.

Сол кезде ректификация дәлдігі бұзылады, сонымен қатар мұнай құрамындағы еріген тұздар аппаратура коррозиясын шақырады. Аппаратура коррозиясы, бірінші кезекте бензиндік конденсаторлар мен тоңазытқыштардың, күкіртті мұнайларды өңдегенде үдейді. Алдымен ылғал

әсерінен күкіртті темір түзіледі, ол қорғаушы қабыршақ (пленка, қабат) түрінде болады:

Fe + H2S = FeS + H2,

Ал тұз қышқылы бар болған жағдайда, ол хлорлы темірге айналады, ал ол

өз алдына суда ериді де, темірдің жаңа қабатын ашып, H2S–тің темірмен

реакцияға түсуін тездетеді.

FeS + 2НСℓ = FeCℓ2 + H2S

Бұл айтылғаннан көріп отырғандай мұнайларды дайындықсыз өңдеуге

болмайды. Демек мұнайларды тек қана мұнай кеніштерінде емес, мұнай өңдеу зауыттарында да дайындау керек.

Алғашқы өңдеуге берілген мұнай құрамында 2-6мг/л аспайтын мөлшерде

механикалық қоспалар болған жағдайда 1-0,2% артық су болмау керек.

Сондықтан мұнайларды кеніштен тасымалдамастан бұрын дайындау керек,[1].

Даярлау мынадай  сатылардан тұрады:

• Мұнайдан газды сепарация және тұрақтандыру арқылы бөлу;
• Механикалық қоспалардан тазалау;
• Сусыздандыру және жартылай тұзсыздандыру

Тасымалдау  алдында мұнай мен мұнай өнімдерінің  сапасына қойылатын ГОСТ-тың талабы мынандай:

• Судың массалық үлесі, W_су< 0.5%
• Тұздың массалық үлесі, P_тұз< 200 мг/л.

Мұнайды ректификациялау  алдында қойылатын келесі талап  мынандай:

• Судың массалық үлесі, W_су< 0.05%
• Тұздың массалық үлесі, P_тұз< 20 мг/л.

Соңғы өнімге өте  қатаң талап қойылатындықтан  кейде қосымша айдау жүргізіледі. Мұнайдың құрамындағы тұздарды толық  еріту үшін, шикі мұнайға таза су қосып 2-3 сатымен сусыздандырады.

Өндірілетін мұнайдың әр тоннасына – 50-100 м³ серіктес газдар, құрамында еріген тұздар бар 200-300 кг су, 1,5 масс. %-ке дейін ерімеген қатты қоспалар сәйкес келеді.

Мұнайды өңдеуде шығынды азайту үшін оны арнайы өңдеуден өткізеді. Мұнайдағы газды бөлу үшін сепарациялау және тұрақтандыру процестері жүргізіледі. Мұнайдағы механикалық қоспалар мен суларды тұзсыздандыру және сусыздандыру процестер арқылы келтіреді.

 

1. Мұнай эмульсияларының түрлері

Эмульсия дегеніміз  бір-бірінде ерімейтін немесе аз еритін екі сұйықтық қоспасы. Мұнай эмульсиялары екі типті болады: «мұнай суда» (гидрофильді эмульсия) және «су мұнайда» (гидрофобты эмульсия). Эмульсия түсі сарыдан - қою қоңыр түске дейін, консистенциясы – қаймақ тәріздестен май тәріздеске дейін. Эмульсия да неғұрлым су көп болса, соғұрлым оның қозғалғыштығы төмен болады.

Көлемінде коллоидтық бөлшектер таралған сұйықты дисперстік орта деп, ал коллоидтық бөлшектердің өзін дисперстік фаза деп атайды.

Эмульсиялар, оның ішінде мұнай эмульсиялары, өзара  ерімейтін екі сұйықты қатты  араластырғанда біреуі екіншісінде дисперленетін, яғни ұсақ тамшылар түрінде таралатын болғанда түзіледі.

Ұзақ уақыт  сақталу кезінде кәдімгі жағдайда мұнай эмульсиялары екі сұйық  фазаға өздігінен бөлінуі мүмкін. Алайда көп жағдайда екі сұйық  фазаға бөліну жартылай жүреді де, су мен мұнай қабаттарының арасында аралық эмульсиялық қабаттар қалады. Эмульсиялардың тұтқырлығы су мен мұнайдың тұтқырлықтарынан әлдеқайда жоғары болып келеді.

Мұнай эмульсиялары көбінесе кері эмульсиялар, яғни су мұнайдың көлемінде тамшылар түрінде таралған системалар, түрінде кездеседі. Мұндай системаларда дисперстік орта – мұнай, дисперстік фаза – су. Эмульсиялардың бұл түрі гидрофобты деп саналады: суда оның бетіне қалқып шығады, бензин мен басқа да органикалық еріткіштерде біркелкі таралады.

Тура эмульсиялар, яғни мұнай тамшылары сулы ортада біркелкі таралған системалар, сирек кездеседі. Мұндай эмульсиялар гидрофильді деп саналады: суда біркелкі таралады, ал бензин мен басқа да органикалық еріткіштерде батып кетеді (1 кесте).

Мұнай эмульсияларының  түрлері

Мұнай эмульсиялары
Құрамы	Су мұнайда  таралған эмульсия түрі	Мұнай суда таралған эмульсия түрі
Дисперстік  орта	Мұнай	Су
Дисперстік  фаза	Су	Мұнай
Қасиеттері	Гидробофты: суда қалқып шығады, бензинде біркелкі таралады	Гидрофильді: суда біркелкі таралады, бензинде батады.

 

Гидрофильді эмульгаторға (олар суда жақсы ериді де мұнайда  ерімейді) нафтен қышқылдарының натрий тұздары, сульфоқышқылдар және т.б. жатады. Гидрофобты эмульгаторларға (олар мұнайда жақсы ериді де суда ерімейді) нафтенаттар, саздың ұнтақталған бөлшектері, металдардың, әсіресе кальций, магний, темір, күмістердің тотықтары, асфальтты және шайырлы заттар және т.б. жатады. Эмульсиялардың тұрақтылығының басқа себебі – су тамшылары мен қатты сүзінділерде статикалық электр зарядтарының жиналуы. Статикалық электр зарядтарының әсерінен өзара тебілу пайда болады, ол өз алдына су бөлшектерінің бірігуіне кедергі жасайды,[2].

Эмульсия түрін  анықтаудың екі тәсілі бар. Бірінші эмульсияны су мен

бензинде еріту. Гидрофильді эмульсия суда ериді  де, бензин түбіне тұнады.

Кері құбылыс  гидрофобты эмульсияда байқалады. Екінші тәсіл электр тоғын өткізгіштікке  негізделген. Электр тоғын тек қана гидрофильді эмульсия өткізеді.

Эмульсиялардың  түзілуі беттік құбылыстармен тығыз  байланысты. Сұйықтың ауамен немесе екінші сұйықпен жанасқан беті беттік керілу мәнімен сипатталады. Беттік керілу мәні бірлік фазааралық бөлу бетін жасау үшін қажетті энергияның шамасына тең. Мұнай мен мұнай өнімдерінің беттік керілуі 0,02-0,05 Н/м аралығында жатады.

Кейбір заттарды шикі мұнайға қосқанда мұнай мен су арасындағы беттік керілудің шамасы төмендейді. Бұл барлық мұнайға қатысты құбылыс. Іс жүзінде белгілі заттарды өте аз мөлшерде қосқанда еріткіштің беттік керілу шамасы күшті кемиді. Осындай заттар беттік – активті заттар (БАЗ) деп атайды.

Кез келген эмульсия сұйықтықтың дисперленуі (бөлшектенуі) мүмкін болатын жағдайда ғана түзіледі. Сондықтан, беттік керулі неғұрлым аз болса, яғни сұйықтықтың өзінің айдыны ұлғаюына қарсыласуы неғұрлым аз болса, соғұрлым тамшылардың түзілуі оңай жүреді.

 

Бірақ екі таза бір-бірінде  ерімейтін сұйықтықтарды араластырудан  кейін алынған эмульсия тұрақтығы  жоғары болмайды. Ауырлау сұйықтық түбіне отырады, дисперс фазасының  тамшылары бір-бірімен соқтығысын үлкейеді. Бұл екі процесте эмульсияның  екі қабатқа бөлінуіне алып келіп соғады. Тек қана дисперстігі өте жоғары дәрежеде, дисперс фазасының тамшысының диаметрі микрометрдің ондық бөлшегімен (10^-7 м) өлшенгенде және молекулааралық күшті графитациялық күштер теңестіргенде эмульсияны бұзу қиындайды.

Егер екі бір бірінде ерімейтін сұйықтықтар қоспасы дисперстенуге қабілетті жағдайда болса және онда адсорбция қабатын түзу арқылы беттік кернеуде төмендететін беттік – активті зат болса, жағдай басқаша болады. Біріншіден, бұл тамшының бөлінуіне жағдай туады, ал екіншіден (бұл өте шешуші рөл атқарады), тамшы дисперс ортаның молекуласымен емес, ол күшті адсорбциялық қабатымен қапталады. Мұндай жағдайда тұрақты, қиын бөлінетін эмульсия түзіледі, себебі дисперс фазасының тамшысы - өзіндік өте тұрақты қабатымен қапталғандықтан, олар бір-бірімен қосыла алмайды. Кейбір кездерде адсорбция қабатының қалыңдығы микроскоппен байқауға болатындай дәрежеде болады.

Эмульсияның түзілуі  мен тұрақтануына жәрдемдесетін  заттарды эмульгаторлар дейді. Оларға мұнайдың шайырлары, асфальтендері, асфальтоген қышқылдары және олардың ангидридтері, нафтен қышқылының тұздары, тағы да әр түрлі анорганикалық қоспалар жатады.

Тұрақты мұнай  эмульсияларының түзілуіне әртүрлі  қатты көмірсутектері – парафиндер, церезиндер және қоспа алкансақинаалкан көмірсутектерінің микрокристалдары қатысады, олар эмульсия глобуласының бетіне адсорбцияланып, тұрақты қабат түзеді. Шикі мұнайда эмульгатор болып көбінесе шайырлар саналады. Олар мұнайда жақсы ериді және суда ерімейді. Шайырлар мұнай-су шекарасындағы бетке адсорбцияланып, мұнай жағынан беттік қабатқа түседі де су бөлшегінің айналасында тұрақты қабат түзеді.

Мұнай қышқылдарының  алюминий, кальций, магний және темір  сабынтұздары мұнайдың және оның дистилляттарында жақсы ериді және сондықтан олар гидрофобты эмульсиялар түзуге көмектеседі. Керісінше мұнай қышқылдарының натрий сабынтұзы суда және көмірсутектерінде жақсы ериді. Сондықтан олар су фазасы жағындағы беттік қабатқа, мұнай мұнай тамшыларын қоршап, адсорбцияланады да, мұнайдың судағы гидрофильді эмульсиясының түзілуіне жәрдемдеседі.

Эмульгаторлардың  екі түрі де болған жағдайда эмульсиялардың айналуы, яғни бір түрінен екінші түріне өтуі мүмкін. Осы құбылысты  кейбір кездерде эмульсияларды бұзуда пайдаланады.

Мұнай эмульсияларының  қасиеттері. Мұнай эмульсияларына мынадай физика-химиялық қасиеттер тән: дисперстік, тұтқырлық, тығыздық, электр қасиеті, тұрақтылық. Дисперстік деп дисперс фазасының дисперс ортадағы бөлуін атайды. Дисперс фазаның эмульсиялардағы мөлшері 0,1-нан 100 мкм дейін өзгереді. Мұнай эмульсияларының тұтқырлығы су мен мұнай тұтқырлығынан жоғары. Эмульсиялардың электр тогының өткізгіштігі судың, эмульсия дисперстігінен, тағы да суда еріген тұздар мен қышқылдар мөлшеріне байланысты.

Мұнай эмульсияларының  тұрақтылығына, яғни белгілі уақытта  мұнай мен суға  бөлінбейтін, дисперстік, араласушы сұйықтықтар температурасы, эмульсия құрамында эмульгаторлардың болуы әсер етеді.Мұнай эмульсияларын бұзу әдістері. Мұнай эмульсияларын бұзу тетігі бірнеше сатыдан тұрады: 1) су глобулдарының қақтығысуы; 2) глобулдардың үлкендеу тамшыларға бірігуі; 3) тамшылардың тұнуы,[3].

 

2.1 Мұнайды  сусыздандыру

Мұнайдың құрамындағы  су мен тұздарды бөліп алуды –  сусыздандыру және тұзсыздандыру деп  атайды. Екі процесс те мұнай эмульсияларын  бұзуға негізделген. Алайда сусыздандыру барысында мұнайды бұрғылау ерітіндісімен  шапшаң түрде араластырғанда түзілген табиғи эмульсиялар бұзылады. Сусыздандырғанда мұнайдағы су мөлшері 1-2%-ке жеткізіледі.

Эмульсияларды бұзу үшін сусыздандырады (деэмульсация), яғни тамшылардың бір-бірімен соқтығысуына жағдай туғызу қажет. Нәтижесінде олар бір-бірімен бірігіп ірі тамшыларға айналып және сұйықтардың қабаттарға бөлінуіне мүмкіндік жасайды. Бұл үшін өндіріс практикасында келесі бұзу тәсілдерін қолданады: