на чем основано электрическое обезвоживание

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЕ

Электрическое обезвоживание и обессоливание нефти особенно широко распространено в заводской практике, реже применяется на нефтепромыслах. Возможность при­менения электрического способа в сочетании с другими способами (термическим, химическим) можно отнести к одному из основных его достоинств. Правильно выбранные режимы электрической обработки практически позволяют успешно провести обезвоживание и обессоливание любых эмульсий [36, 39].

Рассмотрим механизм обезвоживания нефтяных эмульсий в электрическом поле.

В результате индукции капли воды вытягиваются вдоль цепи электрического поля с образованием в вершинах элек­трических зарядов. Под действием основного и индивидуаль­ного полей капли приходят в упорядоченное движение и сталкиваются, что приводит к их коалесценции. При прохож­дении эмульсии через электрическое поле, создаваемое пере­менным по величине и направлению током, так же, как и при постоянном токе, капли, имеющие заряд, стремятся к электродам. Однако вследствие изменения напряжения поля капли воды начинают двигаться синхронно основному полю и поэтому все время находятся в колебании. При этом форма капель непрерывно меняется. В связи с этим происхо­дит разрушение адсорбированных оболочек капель, что об­легчает их слияние при столкновениях. Установлено, что деэмульсация нефти в электрическом поле переменной частоты и силы тока в несколько раз эффективнее, чем при исполь­зовании постоянного тока.

На эффективность электродеэмульсации значительно вли­яют вязкость и плотность эмульсии, дисперсность, содержа­ние воды, электропроводность, а также прочность адсорбиро­ванных оболочек. Однако основным фактором является на­пряженность электрического поля. В настоящее время элект­родеэмульсаторы в основном работают на токах промышлен­ной частоты в 50 Гц, реже — на постоянном токе и совсем редко — на токах высокой частоты. Напряжение на электро­дах деэмульсаторов колеблется от 10 000 до 45 000 В.

Источник

Обессоливание нефти

Назначение

Обессоливание нефти — процесс удаления из продукции нефтяных скважин минеральных (в основном хлористых) солей. Последние содержатся в растворённом состоянии в пластовой воде, входящей в состав водонефтяной эмульсии (обводнённая продукция скважин), реже в самой нефти — незначительное количество солей в кристаллическом состоянии.

Степень подготовки нефти, поставляемой на нефтеперерабатывающие заводы, определена ГОСТ 9965-76. В зависимости от содержания в нефти хлоридов и воды установлены три группы сырой нефти:

На заводе нефть подвергается дополнительному обессоливанию.

Все существующие методы деэмульгирования могут быть распределены на основные группы:

Сырье и продукты

В качестве сырья процесса обессоливания обычно выступает сырая нефть с месторождений или с нефтеперекачивающих станций.

Технологии обессоливания

Обычно сырая нефть обессоливается перед загрузкой в колонны атмосферной перегонки. Двумя наиболее типичными методами обессоливания сырой нефти являются:

Термическое и механическое обессоливание на практике встречаются достаточно редко.

Химическое обессоливание

В случае химического обессоливания вода и химические поверхностно-активные вещества добавляются к сырой нефти, а затем она нагревается. Таким образом, соли и другие примеси растворяются в воде и / или присоединяются к молекулам воды. После этого нагретый раствор будет удерживаться в резервуаре, в котором осаждаются примеси. Когда в сырой нефти имеется большое количество взвешенных твердых частиц, в систему добавляют поверхностно-активные вещества, чтобы упростить процедуру очистки.

Электростатическое обессоливание

В случае метода электростатического обессоливания создается электростатическое высокое напряжение, и в результате взвешенные шарики воды концентрируются на дне отстойника.

Технологическая схема

Блок сепарации

Сырая нефть с растворенными в ней газами, водой и солями поступает в сепаратор. На входе в сепаратор установлен каплеотбойник для предотвращения уноса жидких продуктов с газовой фазой. В сепараторе из нефти отделяется нерастворенная вода, а также легкие углеводороды, которые проходят через туманоуловитель для предотвращения уноса жидкой фазы и выходят с верха сепаратора. Сепаратор оснащен антизавихрителями в местах отбора жидкой фазы: воды и сырой нефти.

Антизавихритель – устройство, предотвращающее формирование вихря при сливе жидкости (жидкости или газа) из сосуда, такого как резервуар или парожидкостной сепаратор. Образующиеся вихри могут захватывать газовую фазу в поток жидкости, приводя к плохому разделению на технологических этапах, таких как ректификация или вызывать чрезмерное падение давления, или вызывать кавитацию насосов ниже по потоку.

Нефть и вода имеют разные плотности за счет чего в сепараторе образуется водно-нефтяная эмульсия. Благодаря перегородке внутри сепаратора, отстоявшаяся вода не попадает на прием насосов, перекачивающих нефть.

Далее частично обезвоженная нефть нагревается в блоке теплообменников после чего поступает в электродегидратор.

Блок электродегидрирования

Процесс обессоливания нефти осложняется, когда в нефти имеются сухие соли, не удаляемые обычными методами. Поэтому в таких случаях для собственно обессоливания приходиться прибегать к дополнительной операции промывания нефти водой. С этой целью, предварительно деэмульгированная тем или иным способом нефть вновь эмульгируется с пресной водой, и полученная эмульсия подвергается повторному разложению обычно тем же методом.

Наиболее стойкие мелкодисперсные нефтяные эмульсии разрушаются с помощью электрического тока. При воздействии электрического поля капельки воды, находящиеся в неполярной жидкости, поляризуются, вытягиваются в эллипсы с противоположно заряженными концами и притягиваются друг к другу. При сближении капелек силы притяжения возрастают до величины, позволяющей сдавить и разорвать разделяющую их пленку. На практике используют переменный электрический ток частотой 50 Гц и напряжением 25-35 кВ.

Процессу электрообезвоживания способствуют деэмульгаторы и повышенная температура. Во избежание испарения воды, а также в целях снижения газообразования электродегидраторы ─ аппараты, в которых проводится электрическое обезвоживание и обессоливание нефтей ─ работают при повышенном давлении.

Обессоленная нефть направляется в колонну первичной перегонки на установку АВТ, а вода, используемая в процессе, направляется на блок очистки сточных вод.

Условия обессоливания

Вода существует в сырой нефти в виде испаренных молекул при температуре 75-180 °C. Кроме того, коррозионные газы, такие как H₂S и CO₂, смешиваются с молекулами кипящей воды и создают сильно коррозионную среду. На производительность установки и качество обессоливания влияют различные факторы, такие как:

Как правило, исходную нефть предварительно нагревают до примерно 75-180 °С. Оптимальная температура обессоливания несколько варьируется в зависимости от происхождения сырой нефти, и ограничена давлением паров нефтяного сырья. Высокие температуры, которые возникают по ходу процесса, могут вызвать гидролиз воды, который может привести к образованию едкой соляной кислоты.

Ингибиторы коррозии оборудования

Ингибиторы коррозии применяются, чтобы избежать или минимизировать коррозию стали и других сплавов, вызванных коррозионными примесями из пара или воды, такими как

Аммиак часто используется для уменьшения явлений коррозии и для контроля pH промывной воды, к сырой нефти можно добавлять каустическую соду или кислоту. Из-за недостаточного процесса обессоливания, а также присутствия в сырой нефти сероводорода, хлористого водорода, нафтеновых (органических) кислот и других загрязняющих веществ происходит коррозия, приводящая к отказам оборудования.

Установка обессоливания с хорошими эксплуатационными характеристиками может удалить около 90% соли в сырой нефти. Затем обессоленная сырая нефть непрерывно направляется в колонну установки первичной перегонки (АВТ) для последующего разделения.

Особенности процесса

Материальный баланс

Материальный баланс блока обессоливания установки АВТ производительностью 3 млн тонн в год приведен в таблице.

Существующие установки

На российских НПЗ установки электрообессоливания являются наиболее часто используемым вариантом для подготовки сырой нефти к переработке. Такие блоки носят название ЭЛОУ (электрообессоливающая установка) и используются на большинстве заводов в составе установок АВТ.

Источник

Глава 7.0. Электрическое обезвоживание и обессоливание.

Электрический способ деэмульгирования нефти эффективен и широко распространен в промысловой и особенно в заводской практике. Правильно подобранные режимы оказывают положительное воздействие на любую эмульсию. Как уже отмечалось, эмульсия, то есть вся дисперсная система электрически может находиться в уравновешенном состоянии, и взаимодействующие положительные заряды капель воды стремятся воспрепятствовать сближению их и агрегированию, предавая, таким образом, дополнительную стабильность. При относительном перемещении фаз эмульсии под действием внешних сил дисперсная система становится не нейтральной, так как часть отрицательных зарядов, находящихся на удалении от капель, уносится от них. Начинает превалировать положительный заряд капель воды, которые становятся по отношению к системе электрически заряженным положительным зарядом определенного потенциала. Однако заряд капель может быть не только положительным, а и отрицательным в зависимости от кислотности нефтяной среды. Наиболее эффективно электрическому воздействию поддаются эмульсии (вода в нефти), так как проводимость воды повышает проводимость эмульсии. Электрические способы характеризуются конструктивной особенностью применяемой аппаратуры и электрическим полем. По характеру электрического поля способы разделяют по переменному и постоянному напряжению промышленной и высокой частоты.

При прохождении эмульсии через электрическое поле, созданное током постоянного напряжения, капли воды стремятся располагаться вдоль силовых линий поля. Это объясняется тем, что аналогично железным опилкам в магнитном поле капли воды имеют большую диэлектрическую постоянную, чем нефть. С образованием водяных цепочек резко увеличиваются проводимость эмульсии и количество перетекающего тока, в электрическом поле наблюдаются и явления катафореза и электрофореза, когда диспергированные капли воды, имеющие положительный заряд, устремляются к отрицательному электроду, скапливаясь вокруг него, и наоборот. Это сопровождается разрушением адсорбированного слоя на поверхности капель и их слиянием.

Под воздействием взаимного притяжения форма капель изменяется, в результате – ослабляется поверхностное натяжение. Под действием приведенных факторов капли беспрерывно сливаются, причем, подчиняясь закону Стокса, оседают. Начинается интенсивное расслоение эмульсии. Следует заметить, что по закону Стокса укрупнением капель обуславливает увеличение скорости их движения. В результате создаются благоприятные условия для агрегирования капель.

Рис. 7.1. Расположение глобул воды в нефти.

а – исходная система; б – изменения при помещение системы в электрическое поле; в – взаимодействие глобул воды между собой в электрическом поле;

На эффективность электрического деэмульгирования нефти большое влияние оказывает также процентное содержание воды в нефти и дисперсность системы. Чем больше воды в нефти и выше дисперсность системы, тем эффективнее протекает деэмульгирование. Однако увеличение содержания воды в нефти, может приводить к нарушению режима работы электродегидратора в результате замыкания тока на корпус или между электродами. Поэтому для поддержания нормального режима работы электродегидратора количество воды в эмульсии не должно превышать 2-3%.

7.1. Вертикальные электродегидраторы

На рис.7.2. показан вертикальный электродегидратор, имеющий диаметр 3 м и высоту 6 м. Аппарат рассчитан на работу при температуре 90°С и давлении 3,92·10 5 Н/м 2 с производительностью от 300 до 600 т/сутки.

Эмульсия подается в электродегидратор по горизонтальной 100-мм трубе 2, на которой по оси аппарата установлен стояк 3, оканчивающийся распределительной головкой 4, обеспечивающей поступление эмульсии в межэлектродное пространство в виде веерообразной струи. Щель в распределительной головке 4 может регулироваться специальной тягой 5, выходящей наружу аппарата.

Отстоявшаяся вода удаляется через патрубок 6 в нижнем днище аппарата, а обезвоженная и обессоленная нефть – через патрубок 7.

В средней части аппарата расположены два горизонтальных электрода 8 и 9 диаметром 2,7 м. Каждый электрод подвешен на трех гирляндах изоляторов 10 к шестиугольной звезде 11, закрепленной в крыше аппарата. Расстояние между электродами 8 и 9 может изменяться от 10 до 14 см, в зависимости от чего скорость разложения эмульсии в межэлектродном пространстве также может изменяться. Время пребывания эмульсии в электрическом поле примерно равно от 1 до 3 мин. Электроды питаются от двух высоковольтных трансформаторов 12 мощностью по 5 кВт. Напряжение между электродами колеблется от 15 до 33 кВ.

Описанный электродегидратор имеет ряд недостатков: сравнительно быстрое разрушение подвесных изоляторов 10 из-за местных разрядов, обусловленных оседанием на них различных механических примесей и соленой воды; система тяг 5, регулирующих щель в распределительной головке 4, часто выходит из строя, а сама головка забивается грязью и не поддается перемещению; эффективность работы распределительной головки крайне низка, так как поступление эмульсии в межэлектродное пространство. В связи с увеличением обводненности нефти и темпов роста нефтедобычи вертикальные электродегидратор оказались слишком малопроизводительными.

Рис.7.2. Вертикальный электродегидратор

1 – корпус; 2 – ввод эмульсии; 3 – вертикальный стояк; 4 – распределительная головка; 5 – тяги для регулирования щели в распределительной головке; 6 – спуск воды; 7 – выход нефти; 8 и 9 – электроды; 10 – подвесные изоляторы; 11 – опоры для изоляторов; 12 – трансформатор; 13 – водомерное стекло.

В связи с увеличением обводненности нефти и темпов роста нефтедобычи вертикальные электродегидратор оказались слишком малопроизводительными.

Шаровые электродегидраторы

В связи с увеличением обводненности нефти и темпов роста нефтедобычи вертикальные электродегидратор оказались слишком малопроизводительными.

Рис. 7.3. Шаровой электродегидратор

По принципу действия шаровой электродегидратор (рис.7.3) аналогичен описанной выше конструкции, только вместо одного стояка с распределительной головкой для ввода эмульсии и одной пары электродов в шаровом электродегидраторе их соответственно по три. Распределительные головки стояков расположены симметрично и находятся на расстоянии 3 м от вертикальной оси. Размер щелей в распределительных головках можно регулировать от 0 до 25 мм тягой и штурвалами. Наружная поверхность аппарата теплоизолирована. Расстояние между электродами может регулироваться специальным устройством от 140 до 170 мм. Электроды, имеющие диаметр от 2 до 3 м, питаются током высокого напряжения от шести трансформаторов мощностью 50 кВт каждый, установленных сверху на площадке. Шаровые электродегидраторы. несмотря на их большую производительность, имеют два существенных недостатка: 1) они весьма трудоемки в изготовлении и громоздки; 2) скорость движения эмульсии по сечению изменяется от нуля у стенки, до 5 м/сек в зоне электродов, что крайне неблагоприятно

отражается на разложении и расслоении эмульсии. с вводом эмульсии под водяную подушку

Источник

Обезвоживание нефтепродуктов

Требования к содержанию воды и солей и теоретические основы обезвоживания нефтепродуктов: седиментация капель воды, движение заряженных капель в электрическом поле, процессы их укрупнения и зарядка. Технологические установки для обессоливания нефти.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Петрозаводский государственный университет

Кафедра: электроэнергетика и электротехника

Выполнил: студент 5 курса, группы №3

1. Требования к содержанию воды и солей в нефтепродуктах

2. Теоретические основы обезвоживания нефтепродуктов

2.1 Седиментация капель воды в нефтепродукте

2.2 Движение заряженных капель в электрическом поле в нефтепродукте

2.3 Процессы укрупнения капель воды

2.4 Зарядка капель воды в нефтепродукте

3. Конструкции промышленных технологических установок для обессоливания и обезвоживания нефти и нефтепродуктов

4. Технологии обезвоживания нефтепродуктов

4.1 Глубокое обезвоживание нефтепродуктов

4.2 Сверхглубокое обезвоживание

4.3 Обезвоживание высокообводненных нефтей и аномально стойких эмульсий

1. Требования к содержанию воды и солей в нефтепродуктах

Кроме того, качество сырой нефти определяется содержанием солей, которое может достигать нескольких граммов на литр.

Наличие в нефти воды и солей вызывает целый ряд трудностей в процессе транспортировки и переработки:

1. удовлетворение требований качества поставляемой сырой нефти и нефтепродуктов;

2. повышенная коррозия трубопроводов и элементов технологического оборудования;

3. дополнительные энергозатраты на перекачку и ректификацию;

4. загрязнение элементов технологического оборудования.

Требования ГОСТ к качеству нефти и нефтепродукта перед транспортировкой таковы:

Эффективная вязкость в формуле (2) отличается от вязкости среды (нефтепродукта) из-за того, что движение капли относительно нефтепродукта вызывает циркуляцию воды в капле и это приводит к некоторому уменьшению сопротивления среды по сравнению с движением твердой сферической частицы. Тогда

Приравнивая (1) и (2), получим выражение для скорости седиментации

2.2 Движение заряженных капель в электрическом поле в нефтепродукте

Скорость движения капель в электрическом поле в нефтепродукте определяется из равенства силы, действующей в электрическом поле на каплю, и силы сопротивления среды движению капли.

Допустим, что в нефтепродукте присутствуют ионы одного знака. Тогда в электрическом поле капля приобретает наибольший возможный заряд равный

Соответственно, сила, действующая на каплю в электрическом поле, будет равна

Приравнивая (5) силе сопротивления среды по (2) получим формулу для скорости движения капель в электрическом поле:

Сопоставим скорость движения капель под действием электрического поля и в результате седиментации.

Отношение значений скорости по (6) и (3) записывается в виде:

В табл. 11.1 представлены значения скорости седиментации VC, времени осаждения капель на расстояние 1м t_отс ( L = 1м) в часах и отношения VE/Vс по (7) для следующих условий Е = 3 кВ/см, ѓўѓП =150 кг/м 3 в зависимости от размера капель.

Из табл. 1 следует, что время отстоя для частиц радиусом менее 100 мкм существенно превышает 1 час, которое представляется предельно целесообразным. Для частиц менее 100 мкм движение в электрическом поле может рассматриваться как более предпочтительный механизм удаления капель влаги из объема нефтепродукта. Даже для крупных капель движение в электрическом поле остается достаточно эффективным.

2.3 Процессы укрупнения капель воды

Процессы укрупнения капель воды в нефтепродукте играют очень важную роль, так как приводят к существенному возрастанию скорости седиментации. Процесс слияния капель воды, или коалесценция, может происходить в результате соударения частиц разного размера при седиментации, при взаимодействии поляризованных частиц в электрическом поле или при соударении частиц, участвующих в турбулизированном движении среды.

Число соударений при седиментации растет при увеличении относительной скорости сближения частиц. Как следует из (3)

Таким образом ясно, что эффективность коалесценции растет с увеличением радиуса частиц при одновременном увеличении различия в их размере.

На процесс слияния капель воды при столкновении оказывает влияние слой нефтепродукта, который препятствует этому слиянию.

Основным недостатком процесса удаления влаги за счет седиментации являются:

1. Большая длительность процесса седиментации.

2. Необходимость содержания больших объемов нефти в специальных отстойниках.

Таким образом, эффективность коалесценции капель в электрическом поле существенно растет с увеличением размера частиц и напряженности поля.

На рис. 2 показана зависимость критической напряженности электрического поля от размера капель. В области, находящейся ниже этой кривой, преобладает коалесценция капель воды. Область, лежащая выше кривой, соответствует разрыву капель воды под действием сил поляризации.

2.4 Зарядка капель воды в нефтепродукте

Процесс удаления капель из нефтепродукта под действием электрического поля определяется величиной заряда капель. Для суждения о возможном механизме зарядки капель воды в нефтепродукте рассмотрим ионный состав нефтепродуктов.

Вода и нефтепродукты характеризуются следующими значениями диэлектрической проницаемости ѓГ, удельной проводимости ѓБ и коэффициента динамической вязкости ѓК:

Электрическое поле заставляет двигаться разноименно заряженные ионы в объеме жидкости. В результате около электродов создаются области с избыточным содержанием ионов одного знака. С ростом концентрации ионов в объеме увеличивается вероятность столкновений разноименно заряженных частиц, сопровождающихся рекомбинацией.

Устанавливается динамическое равновесие между образующимися и рекомбинирующими ионами.

Движение ионов в нефти, которая имеет гораздо большую вязкость, чем вода, вызывает движение жидкости и образуются в ее объеме электрогидродинамические потоки. Это происходит потому, что движение ионов в вязкой жидкости передается нейтральным частицам, а это, в свою очередь, приводит к интенсивному перемешиванию жидкости, увеличивая интенсивность взаимодействия капель.

Капли в нефтепродукте могут приобретать заряд по контактному механизму или в результате осаждения ионов в электрическом поле в объеме нефтепродукта.

Капля воды при контакте с электродами в электрическом поле приобретает заряд, совпадающий по знаку с полярностью электрода. Как только капля оторвется от электрода, заряд с нее начинает стекать благодаря проводимости нефти.

Постоянная времени стекания заряда

Для нефти наибольшая величина ѓС равна

Из приведенной оценки видно, что капля воды в нефти быстро теряет свой заряд и в этом случае индукционная зарядка неэффективна.

Для светлых нефтепродуктов оценка времени релаксации дает значение ѓС = 2с. Здесь индукционная зарядка становится эффективной, так как капля не успевает потерять заряд.

Кроме того, известна более точная формула, относящаяся непосредственно к сфере радиуса в

Различие между значениями заряда по (11.9) и (11.10) составляет 12%.

Рассмотрим зарядку капель воды в объеме нефтепродукта в электрическом поле. В общем случае в объеме нефтепродукта находятся и положительные и отрицательные ионы. За счет их осаждения на капле воды происходит зарядка.

В соответствии с теорией ионной зарядки предельный заряд капли воды равен

соответственно положительными и отрицательными ионами. Результирующая проводимость

Подвижности положительных и отрицательных ионов примерно равны, т.е. k+ = k?. Кроме того, представим плотность объемного заряда ионов в следующем виде

ѓП+ =ѓПср и ѓП? =ѓПср +ѓўѓП,

вода соль нефтепродукт обезвоживание

Тогда (11) перепишется в виде:

Учтем увеличение проводимости среды за счет диссоциации в электрическом поле, т.е.

Воспользуемся далее моделью одномерного слоя объемного заряда плотностью ѓўѓП и толщиной h, чтобы записать выражение для напряженности этого слоя

Если напряженность поля, создаваемая избыточным зарядом, соизмерима со средним полем в установке, т.е. Еср= Есл то из (14) и (15) получим

В табл. 11.2 представлены значения заряда по отношению к максимально возможному (предельному) q/qm в зависимости от проводимости среды при следующих условиях h = 0,05 м, Еср = 5?105 В/м, k_ус (Е) = 2,5.

Из представленных в таблице данных следует, что на каплях воды в нефти не может накапливаться сколь-нибудь значительный заряд. Объемная зарядка капель воды эффективна для светлых нефтепродуктов с высоким удельным сопротивлением. Для нефти можно рекомендовать коалесценцию в электрическом поле с участием механизма поляризации.

3. Конструкции промышленных технологических установок для обессоливания и обезвоживания нефти и нефтепродуктов

Рассмотренные выше способы выведения воды из нефти и нефтепродуктов реализованы в конструкцияхтехнологических аппаратов обессоливания и обезвоживания. Рассмотрим схему процесса обессоливания и обезвоживания сырой нефти на нефтеперегонном заводе (НПЗ), показанную на рис. 3.

© 2000 — 2021, ООО «Олбест» Все права защищены

Источник