Нефть. Состав нефти (стр. 5 из 8)
Высокое содержание воды в нефти редко увеличивает вязкость потока, отсюда трудность перекачки, большие энергозатраты. Переработка обводненной нефти нарушает технологический режим колонн, требуются большие энергозатраты на нагрев и конденсацию обводненного продукта. В воде растворены различные соли - хлориды (Na, Ca, Mg) или щелочные (сульфаты, карбонаты). Эти соли к усилению коррозии оборудования, особенно хлориды 2-х валентных металлов – CaCl2, MgCl2.
Хлористый кальций в соответствующих условиях может гидролизоваться в количестве до 10% с образованием HCl. Хлористый магний гидролизуется на 90%, причем гидролиз протекает и при низких температурах. Поэтому соли могут быть причиной коррозии нефтяной аппаратуры. Гидролиз хлористого магния
Mg Cl2 + H2O MgOHCl + HCl (1)может происходить под действием воды, содержащейся в нефти, а также за счет кристаллизационной воды хлористого магния. Разъедание аппаратуры продуктами гидролиза происходит как в зонах высокой температуры (трубы печей, испарители, ректификационные колонны), так и в аппаратах с низкой температурой (конденсаторы и холодильники).
При перегонке нефти в результате разложения сернистых соединений образуется сероводород, который является причиной наиболее сильной коррозии аппаратуры. Сероводород в присутствии воды или при повышенных температурах реагирует с металлом аппаратов, образуя сернистое железо.
Fe + H2SFeS +H2 (2)Покрывающая поверхность металла защитная пленка из FeS частично предохраняет металл от дальнейшей коррозии, но при наличии хлористого водорода защитная пленка разрушается, так как сернистое железо вступает в реакцию:
FeS + 2HClFeCl2 + H2S (3)Хлористое железо переходит в водный раствор, а освобождающийся сероводород вновь реагирует с железом.
При нагреве нефти соли выпадают в осадок, забивается оборудование, особенно трубы печей, и резко ухудшается коэффициент теплопередачи, что приводит к прогару труб.
Поэтому для создания нормальных условий эксплуатации объектов транспорта, хранения и переработки нефтей необходимо, чтобы в выдаваемых с промыслов нефтях содержалось, по возможности, минимальное количество воды и солей. То есть необходимо провести обезвоживание и обессоливание нефти.
Но не только в обезвоживании и обессоливании заключается процесс подготовки нефти к переработке. Необходима также стабилизация нефти пред выдачей ее с промысла, так как при сборе, транспортировке и хранении этих нефтей в промысловых условиях растворенные газы часто полностью теряются, кроме того, значительны потери легких нефтяных фракций, так как при испарении таких компонентов, как метан, этан и частично пропан, из нефти извлекаются также и более тяжелые углеводороды. Эти углеводороды, как известно, являются ценнейшими компонентами авиабензинов и, что особенно важно, в настоящее время являются исходным сырьем для промышленности нефтехимического синтеза. Также газы, растворенные в нефти, затрудняют перекачку нефти по трубопроводам из-за образования газовых пробок.
Таким образом, как следует из изложенного, технологическая и экономическая стороны рациональной организации подготовки нефти к переработке состоят в сосредоточении всего комплекса процессов (обезвоживание, обессоливание и стабилизация) подготовки нефтей в одном пункте в непосредственной близости к месту их добычи.
3.2. Типы эмульсий
Вода и нефть часть образуют трудно разделимую нефтяную эмульсию. В общем случае эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых жидкостей, В которых одна распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Та жидкость, которая образует взвешенные капли, называется дисперсной фазой, а та, в которой взвешены капли, - дисперсной средой. Смолистые нефти, содержащие нафтеновые кислоты или сернистые соединения, отличаются большей склонностью к образованию эмульсий. Эмульгированию нефти способствует также интенсивное перемешивание ее с водой при добыче.
Различают два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде, или гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия.
В первом случае нефтяные капли образуют дисперсную фазу внутри водной среды, во втором - капли воды образуют дисперсную фазу в нефтяной среде.
Образованию стойкой эмульсии предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют в системе третьи вещества – эмульгаторы. Растворимые в воде (гидрофильные) эмульгаторы способствуют образованию эмульсий типа нефть в воде, а растворимые в нефтепродуктах (гидрофобные) – вода в нефти. Последний тип эмульсий чаще всего встречается в промысловой практике. К гидрофильным эмульгаторам относятся такие поверхностно-активные вещества, как щелочные мыла, желатин крахмал. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах щелочноземельные соли органических кислот, смолы, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, окислов металлов и т.п., легче смачиваемые нефтью, чем водой. Введение в эмульсию данного типа эмульгатора, способствующего образованию эмульсии противоположного типа, облегчает ее расслоение.
Чтобы узнать, какая жидкость составляет дисперсную фазу, в эмульсию вводят некоторое количество красящих веществ, растворимых либо в воде (красители метиловый оранжевый, фуксин, метиленовый синий), либо в нефти (судан, сафранин). Для эмульсии типа вода в нефти растворимое в воде красящее вещество наблюдается в виде мельчайших точек. Этот метод применим для светлых эмульсий. Второй способ основан на электропроводимости эмульсий. Если дисперсионной средой является нефть, эмульсия тока не проводит (нефть- плохой проводник проводник тока). Метод можно применять для темных эмульсий типа вода в нефти. Третий способ основан на разбавлении эмульсии водой или углеводородным растворителем. Гидрофильная эмульсия легко разрушается в воде, гидрофобная – в бензине или в бензоле.
Основными факторами, определяющими стойкость нефтяных эмульсий, являются физико-химические свойства нефти, степень дисперсности (размер частиц), температура и время существования эмульсии. Чем выше плотность и вязкость нефти, тем устойчивее эмульсия. Степень дисперсности зависит от условий образования эмульсий и для системы вода в нефти колеблется в пределах 0,2-100 мк. При размерах капель до 20 мк эмульсия считается мелкодисперсной , в пределах 20-50 мк – среднедисперсной и свыше 50 мк – грубодисперсной. Труднее поддаются разрушению мелкодисперсные эмульсии. Чем выше температура, тем менее устойчива нефтяная эмульсия. Эмульсии способны «стареть», т. е. повышать свою устойчивость со временем. При этом поверхностные слои приобретают аномалию вязкости, возрастающую со временем в сотни и даже тысячи раз. Свежие эмульсии легче поддаютяся разрушению и поэтому обезвоживание и обессоливание нефтей необходимо проводить на промыслах.
На поверхность нефть поступает в виде нефтяной эмульсии – смеси нефти с минеральной водой. Эмульсия типа «вода в нефти». Вода в виде мельчайших глобул размеры которых 0,1-100 мк (10-5 – 10-2 см.).
Добываемая эмульсия является очень устойчивой и в состоянии покоя вода не отстаивается от нефти, несмотря на большую плотность. Это связано с тем что, в нефтях находятся природные эмульгаторы – это тяжелые компоненты нефти – смолы, асфальтены. В этих соединениях есть гетероатомы, отсюда неподеленная пара электронов. Поэтому молекулы этих эмульгаторов являются полярными и за счет этого имеют сродство с водой, т.е. в их составе есть гидрофильная часть и гидрофобная. Отсюда при смешении с водой гидрофильная часть смол и асфальтенов устремляется в водную фазу, гидрофобная остается на месте в нефти. За счёт этого на поверхности образуется адсорбционный слой (смолы, асфальтены). Этот слой не разрушается при столкновении глобул и вода не отстаивается. Кроме смол и асфальтенов к природным эмульгаторам относятся высокомолекулярные парафины. Они адсорбируются на слоя природных смол и асфальтенов и оболочка получается многослойной.
3.2. Разрушение нефтяной эмульсии.
В этих процессах необходимо добиться столкновения глобул между собой, разрушения их оболочек, за счет этого слияние в более крупные капли фазы.
Известные способы:
1. механический.
2. химический.
3. термический.
4. электрический.
5. комбинированный.
3.2.1. Механический способ.
К механическим методам относятся:
- отстаивание (за счёт разности плотности);
- центрифугирование (под действием центробежных сил);
- фильтрование (за счёт использования специальных гидрофильных фильтров, которые впитывают в себя воду).
Отстаивание применимо к свежим нестойким эмульсиям, способным расслаиваться на нефть и воду вследствие разности плотностей компонентов, составляющих эмульсию.
Центрифугирование – в центрифугах вода за счет центробежной силы отбрасывается к стенкам аппарата и из аппарата нефть и вода отводятся по разным патрубкам, вода более тяжелая. Процесс не применим на промыслах из-за огромного объема эмульсий. Применяется для осушки масел.
Фильтрация пропускание нефтяных эмульсий через слой гидрофильных фильтров (стекловата, гравий, битое стекло). Этот способ не эффективен в виду частой замены фильтров.
3.2.2. Термический способ.
Нагрев эмульсий до 50-80 0С
При нагреве уменьшается вязкость нефти и увеличивается разность плотностей. Происходит оседание глобул воды определяется согласно формуле Стокса: