Мұнай өнімінде түзілетін эмульсиялар

Мұнай эмульсияларын  бұзу бірнеше сатыдан тұрады:

1. Коллоидтық бөлшектерді (су глобулдарының) қақтығысуы;
2. Ұсақ тамшылардың (глобулдарының) ірі тамшыларға бірігуі;
3. Тамшылардың тұнуы

Эмульсияларды бұзатын процестер:

1. Механикалық –тұндыру, центрифугирлеу, ультрадыбыспен өңдеу;
2. Термиялық -  қыздыру және мұнайды ұзақ сақтау арқылы судан ажырату, ыстық сумен шаю;
3. Химиялық – әр түрлі деэмульгаторлармен өңдеу
4. Термохимиялық
5. Электрлік – айнымалы және тұрақты тоқ өрісімен өңдеу.

Эмульсияларды бұзудың механикалық тәсілі тұндыру, центрифугалаумен сүзуді пайдалануға негізделген. Тұндыру тәсілі кең тараған, бірақ ол тұрақсыз эмульсиялар болған жағдайда ғана нәтиже береді. Мұнда жаңа алынған, оңай бұзылатын эмульсиялар ғана қолданылады. Мұнай мен судың қабаттануы эмульсия компоненттері тығыздықтарының әр түрлі мәндеріне негізделген. Центрифугалау мен фильтрлеуді лабороторияларда «ловушкалар» өнімі және мұнайларда құрамындағы суды анықтауға пайдаланылады,[2].

 Термиялық тәсіл жылуды пайдалануға негізделген. Эмульсияны қыздырған кезде эмульгатор қабығы кеңейеді және жарылады да, сұйықтық тамшылары бірігеді. Төменге су тұнады, ал бетіне мұнай жиналады. Әдетте резервуар-тұндырғыштарда мұнайды 60◦С температураға дейін қыздырып тұндырады. Кей жағдайларда 120◦С температураға дейін қыздырғанда бұзылмайтын эмульсиялар кездеседі. Бұл жағдайда эмульсияларды бұзудың

басқа тәсілдерін пайдаланады немесе процесс герметизациямен  өтеді, өйткені

жеңіл фракциялар ұшып кетуі мүмкін.

 

Эмульсияларды бұзудың химиялық тәсілі кеңінен қолданылады. Бұл тәсілде қолданылатын заттар – деэмульгаторлар эффектісі эмульгатордың

әсерін басу немесе оны ерітуде болады, соған  байланысты қабыршақ бұзылып 24 эмульсия бұзылады. Соңғы уақытта ионогенді емес БАЗ (этилен мен пропилен тотықтары негізінде) қолданылады. Бұл демульгаторлар түрі жағынан бұзылатын эмульсияларға қарама- қарсы эмульсиялар түзеді. Бұл эмульсиялардың әрекеттесуі нәтижесінде олардың эмульгаторлық қасиеттері тоқтатылып эмульсия бөлінеді. Деэмульгатор есебінде әртүрлі беттік-активті заттар қолданылады, бірақ олардың эмульсияға әсері өте күрделі және аз зерттелген. Деэмульгаторлардың судағы ерітіндісінің әрекетіне қарап, оларды ион-активті және ионсызактивті деп бөледі. Ионактивтілер ерітіндіде катиондар мен аниондарға диссоциацияланады, ал ионсыз деэмульгаторлар иондар түзбейді. Ең жақсы деэмульгаторлық әсер қазіргі кезде кен орындарында және МӨЗ қолданатын ионсыз деэмульгатор проксамин, диссольван, прогалит, оксиэтилденген май қышқылдары (ОМҚ).

Термохимиялық тәсілдің мәнісі жылытылған мұнайға деэмульгатор енгізілуде. Бұл тәсіл жоғары эффективті деэмульгаторлар пайдаланғанда эффективті. Термохимиялық тәсілдің неғұрлым жетілгені мұнайды герметикаланған аппаратурада сусыздандыру. Мұнда мұнай 9кг/см³ қысымда, алдын-ала 150-155◦С температураға дейін қыздырылып судан тұндырылады. Бұл тәсілді ауыр мұнайлардың тұрақты эмульсияларын бұзуға пайдаланылады.

Электрлік тәсіл кеніштерінде және әсіресе МӨЗ-дарда кеңінен қолданылады. Оның мәнісі: эмульсияға тоқтың жоғарғы кернеуімен жасалған электр өрісінің әсерінен пленка бұзылып эмульсия бұзылады. Электрлік тәсілде мұнайдың сусыздандырылуы мен тұзсыздандырылуы өтетін аппараттар маңызды. Әдетте бұл аппаратты электродегидратор деп атайды. Электорлық деэмулсиялауда темір сауытқа, оның қабырғасына жанаспайтын етіп электрод енгізеді, онымен өтетін электртогынің кернеуі бірнеше мың вольтқа жетеді. Жерге жалғаған және кернеу трансформаторымен қосылған сауыттың қабырғалары екінші электродтың қызметін атқарады,[1].

Жоғары кернеулі тоқ жүріп тұрған электродтардың арасымен айдалған эмульсия бұзылады, босап шыққан су тамшылары тұтасады, сөйтіп, су біртіндеп сауыт астына жиналады. Аталып кеткен деэмулгация әдістері жеке-жеке қолданылмайды десе де болады. Әдетте, құрама әдістер қолданылады, мысалы, жылулық әдіс химиялық әдіспен немесе техникалық әдіс электрлік әдіспен бірге қолданылады.

Өндіріс тәжірибесінде  мұнайдан сумен тұзды бөлу үшін эмульсияларды  бұзудың қосарланған әдістерін  – термохимиялық, электртермохимиялық  және басқа қолданады.

Кен орындарында  эмульсияны құбыр ішінде және термохимиялық бұзу әдістері ең көп тараған.

Эмульсияны  құбыр ішінде бұзу мынаған негізделген. Ұңғының құбыр аралық аумағында  немесе мұнайды жинау коллекторының  кіре берісіне 1 т шикі мұнайға есептегенде 15-20 г эмульгатор беріледі, ол эмульсияны кенжардан мұнайды дайындау қондырғысына дейінгі қозғалу процесінде бұзады. Процесс тиімділігі мына факторларға – эмульсияның деэмульгатормен араластыруды жеделдетуі мен жүргізу уақытына, ағым температурасына, эмульсиядағы судың мөлшеріне байланысты. Эмульсияны құбыр ішінде бұзу әдісін қолдану мұнайды дайындау қондырғыларының қуатын арттырады, дайындау сапасын жақсартады.

Термохимиялық судан айыруда мұнайдағы судың  мөлшері 0,5-1,0% дейін төмендейді, сонымен  бірге тұздардың едәуір бөлігі бөлінеді. Бірақ мұнайлардың көпшілігі қосымша судан және тұздардан тазалауды қажет етеді.

Мұндай тазалауды  электротермохимиялық әдіспен, термохимиялық  тұндырумен эмульсияны электр өрісінде әрекеттеу арқылы жүргізеді. Мұнайдан су мен тұздарды бөлудің электртермохимиялық  қондырғысын электртұссыздандырушы (ЭТТК) деп атайды, оларды кен орындарында да және МӨЗ да пайдаланады. Қазіргі кезде ЭТТК іс жүзінде барлық МӨЗ құрамында бар. Көптеген зауыттарда электртұссыздандыру қондырғыларымен біріктіріліп тұрғызылады да олардың бір бөлігін құрайды. Мұнайдан судың және тұздардың (олардың мөлшері 8-10 рет төмендейді) негізгі бөлігі бөлінеді. 5 дегидратордан мұнай 6 электрдегидратордың екінші сатысына қайтадан әрекеттеу үшін түседі. 6 дегидраторға беру алдында мұнайға тағы да су береді. 6 дегидратордан судан айырылған мұнай 2 жылуалмастырғыш, 8 тоңазытқыштан өтеді де судан айырылған мұнай резервуарларына беріледі. Электрдегидраторларда бөлінген су 9 мұнай айырғышқа, қосымша тұндыру үшін жіберіледі. Ұсталынған мұнай 12 сыйымдылық арқылы шикі зат сорабының қабылдау бөлігіне қайта түседі, ал бөлінген су суытылғаннан кейін, канализацияға түсіріліп, тазалауға жіберіледі,[3].

 

2. Мұнайды тұзсыздандыру

 

Тұзсыздандыру кезінде сусыздандырылған мұнайды  тұщы сумен араластырады да, тағы эмульсия алады. Сонан соң ол эмульсияны қайтадан бұзады. Мұнайды шапшаң түрде сумен араластырғанда тұрақты эмульсиялар түзіледі.

Өндірісте мұнайдан су мен тұзды бөлу үшін эмульсияларды  бұзудың қосарланған әдістерін  – термохимиялық, электртермохимиялық  және басқа қолданылады.

Термохимиялық судан айыруда мұнайдағы судың мөлшері 0,5-1,0% дейін төмендейді, сонымен бірге тұздардың едәуір бөлігі бөлінеді. Бірақ мұнайлардың көпшілігі қосымша судан және тұздардан тазалауды қажет етеді. Мұнай тазалауды электротермиялық әдіспен, термохимиялық тұндырумен эмульсияны электр өрісінде әрекеттесу арқылы жүргізеді.

Мұнайдан су мен тұздарды бөлудің электртермохимиялық қондырғысын  электртұзсыздандырушы (ЭТҚ) деп атайды. Оларды кен орындарында да және МӨЗ-да пайдаланады. Қазіргі кезде ЭТҚ іс жүзінде барлық МӨЗ құрамында бар. Көптеген заводтарда электртұзсыздандыру қондырғыларымен біріктіріліп тұрғызылады да олардың бір бөлігін құрайды.

Қондырғының ең негізгі аппараты электрдегидратор-электродтармен жабдықталған сыйымдылық, оларға жоғары кернеулі айнымалы ток қосылады. МӨЗ-да 3 түрлі конструкциялы ЭТҚ электрогидраторлары қолданылады: тік орналасқан, шар тәрізді және горизонталді.

1. ЭДГ шар тәрізді                              V=600m³     P=6÷7 атм;            
2. ЭДГ цилиндрлі вертикаліді            V=30m³       P=16 атм;
3. ЭДГ цилиндрлі горизонтальіді      V=160 m³    P=16 атм.

Тік цилиндр  тәрізді электрогидраторлардың  қуаты көп емес және сондықтан  оларды барлық жерлерде жаңа конструкциялы  аппараттарымен ауыстыруда.

Шар тәрізді  электрогидраторлардағы есепті қысым – 1,0 МПа. Шар тәрізді электрогидраторлар өте үлкен және оларды жасау көп металл шығымын талап етеді.

Горизонтальды электрогидраторлар экономикалық жағынан тиімді, сондықтан ЭТҚ қазір барлығы тегіс осындай электро-гидраторларды пайдалануда.

Горизонтальды электрогидраторлардың жақсы жағы – мұнайдың жүру жолы ұзындау, аппараттардағы мұнайдың болу уақыты көптеу, себебі шикізатты өндіретін жер басқа конструкциялы жабдықтарға қарағанда төмен орналасқан. Одан бөлек горизонтальды электрогидраторларда мұнайда тұнған тұз ерітіндісінің қабатына төменгі электрод астына бергенде, мұнайдың осы ерітіндімен әрекеттесуі болады және судың үлкен бөлшектері, мұнай электродтар арасындағы электр кеңістігіне түспей жатып, тұнып бөліне бастайды.

Нәтижесінде қондырғыдан  шыққан тұзсызданған мұнайдың құрамында: су мөлшері W<0.05%, ал тұз мөлшері Р<20 мг/л болады.

Мұнай эмульсиясын  бөлу әдісі мұнайдағы дисперсті  судың концентрациясына байланысты болады. Сондықтан судың мөлшеріне  байланысты:

• Терең тұзсыздандыру;
• Өте терең тұзсыздандыру;
• Су мөлшері өте жоғары мұнайды тұзсыздандыру жүргізіледі.

Терең тұзсыздандыру. Мұнай өнімдерін терең тұзсыздандыру  деп – судың бастапқы концентрациясының W_су≥0.1% соңғы концентрациясы W_су≤0.05% болатын өзгерісті айтады.

Тұздардан айыру  процесінің температурасы мен қысым тазаланатын мұнай қасиетіне байланысты. Тұтқырлығы төмен тұрақты эмульсия түзбейтұғын жеңіл мұнайларды тұздардан айыруды 80-100⁰С, бірақ мынадай мұнайлар, мысалы, Ромашка, Арлан, Маңғыстау үшін 130-140⁰С оптималды болып есептелінеді. Тұзсыздандыру температурасын көтеру электр ток өткізгішті және ток күшін көтереді, изоляторлар жұмысын күрделендіреді. Деэмульгаторды мұнайға біркелкі беру үлкен мән атқарады. Деэмульгаторлардың шығыны 10-нан 30г/т 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  коррозияны басу үшін береді, тағы да ұңғыны қышқыл ерітіндімен әрекеттегенде, мұнаймен араласып кететін анорганикалық қышқылдарды нейтралдау үшін береді. Жуу суы есебінде өзен суын, бу конденсатын және айналма су жүйесінің суын қолданады.

ЭТТҚ тәжірибесі көрсеткендей терең тұзсыздандыру үшін мұнайға 10-15% дейін ағын суды қосу қажет. Осының нәтижесінде ағын мөлшері де сондай болады, оны көпбаспалдақты тазалаудан кейін жиынды су қоймасына жібереді. Тұщы судың шығынын азайту мақсатында және ағынды пайдаланаған судың көлемін азайту үшін көп МӨЗ тұзсыздандырудың екінші баспалдағынан жуынды суды бірінші баспалдаққа қайта беру, әрбір тұзсыздандыру сатысында суды қайтадан пайдалану желісі қолдану табуда. Соңғы вариант таза суды пайдалану шығынын қондырғы бойынша 2,5% дейін азайтады. Кейбір зауыттарда, әсіресе таза суға тапшы жерде, ағын суды термиялық зиянсыздандыру қондырғылары (АТЗҚ) іске қосыла бастады,[2].

 

 

 

Қорытынды

Мұнай өңдеу  технологиясында мұнай және мұнай  өнімдерін сусыздандыру және тұзсыздандыру  маңызды мәселелердің бірі болып келеді. Жалпы, мұнай және мұнай өнімдерін сусыздандырудың екі бағыты белгілі. Олар, мұнайды сусыздандыру және мұнай өнімдерін өңдеудің әр түрлі деңгейінде сусыздандыру. 

Мұндай бөліну сұйықтың әр түрлі физика-химиялық қасиеттерімен түсіндіріледі. Сондықтан мұнай және мұнай өнімдерін сусыздандырудың және тұзсыздандырудың оңтайлы әдістерін таңдау үшін негізгі деректерді ескерген жөн:

1. Дисперсті фаза мен дисперсті ортаның физика-химиялық құрамы;
2. Көмірсутектердің суда ерігіштігі, сонымен қатар көмірсутектердің температура қатысында суда ерігіштігінің диаграммасы, графиктері
3. Аппараттардың дұрыс орналасуын таңдай білу, яғни аппараттар шикізаттың минималды температурасындағы тұтынушы өнімінен алыс орналаспауы. Мұндай орналасу судың қажетті бөлігін бос суға ауыстыруға ыңғайлы.

Мұнайды сусыздандыру мен  тұзсыздандырудың экономикалық тиімділігі. Айдауға түсетін мұнайдағы тұздардың  мөлшерін 8-14-тен 3 мг/л дейін азайту, алғашқы айдау қондырғыларының жөндеу аралық уақытын 1-2-ден 3-5 жылға дейін ұзартып қоймай, сонымен қабат кейінгі өңдеу қондырғыларының да жөндеу аралық уақытын ұзартады, отын, реактивтер, катализаторлар шығынын кемітеді. Мұнайдағы хлоридтердің мөлшерін бар болғаны 1 мг төмендету алғашқы айдау қондырғыларында 1 т өңделетін мұнайға есептегенде 1,1 тиын экономикалық эффект береді.

Соңғы жылдары кен орындарынан  МӨЗ түсетін мұнайдағы тұздар мөлшері күрт кеми бастады: егер 1973ж. МӨЗ берілетін мұнай көлемі құрамында  тұздар мөлшері 300 мг/л тек 31,4% ғана болса, қазір бұл көрсеткіш 90% жетті. МӨЗ  жақсы дайындалған мұнайдың түсуі, оның зауыт ЭТТҚ тұзсыздануын тереңдетуді жеңілдетеді, сондықтан тұзсыздандыру баспалдақтары кемиді, ағынды су мен су қоймаларына түсетін тұздар мөлшері азаяды, бұл қоршаған ортаны қорғауда үлкен мән атқарады.

Кен орындардан түсетін мұнайдағы тұздар мөлшерін кеміту, тиімді деэмульгаторларды және жетік электрдегидраторларды қолдану зауыт ЭТТК мұнайды терең тұзсыздандыруға мүмкіндік береді. Мысалы, 1982ж. МӨЗ 40% астам мұнай 3,0мг/л және одан да төмен дәрежеге дейін тұзсыздандырылды,[4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қолданылған әдебиеттер тізімі

1. Мұнайды. http://stud24.ru/metallography/mnajdy/466842-1770289-page1.html
2. Бишімбаева Г.Қ., Букетова А.Е. Мұнай және газ химиясы мен технологиясы: Оқу құралы.- Алматы: «Бастау», 2007. 242б.
3. Құбырлар-орнату-мұнай-мен-газды-экспорттау. http://www.diplomkaz.kz/wp-content/uploads/2013/02/
4. Обезвоживание нефтепродуктов http://www.eemkzn.ru/filters/obezvozhivanie/