Способы разделения нефти с водой

ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ОТДЕЛЕНИЯ ВОДЫ ОТ НЕФТИ

Для правильного выбора способов обезвоживания нефти (деэмульсации) необходимо знать механизм образования эмуль­сий и их свойства. Образование эмульсий уже начинается при движении нефти к устью скважины и продолжается при дальнейшем движении по промысловым коммуникациям, т.е. эмульсии образуются там, где происходит непрерывное пере­мешивание нефти и воды. Интенсивность образования эмуль­сий в скважине во многом зависит от способа добычи нефти, которая, в свою очередь, определяется характером месторож­дения, периодом его эксплуатации и физико-химическими свойствами нефти. В настоящее время любое месторождение эксплуатируется одним из известных способов: фонтанным, компрессорным или глубинно-насосным.

При фонтанном способе, который характерен для началь­ного периода эксплуатации залежи нефти, происходит интенсивный отбор жидкости из скважины. Интенсивность пере­мешивания нефти с водой в подъемных трубах скважины увеличивается из-за выделения растворенных газов, что при­водит к образованию эмульсий уже на ранней стадии движе­ния смеси нефти с водой.

В компрессорных скважинах причины образования эмуль­сий те же, что и при фонтанной добыче. Особенно отрица­тельно влияет воздух, закачиваемый иногда вместо газа в скважину, который окисляет часть тяжелых углеводородов с образованием асфальтосмолистых веществ.

При глубинно-насосной добыче нефти эмульгирование про­исходит в клапанных коробках, цилиндре насоса, подъемных трубах при возвратно-поступательном движении насосных штанг. При использовании электропогружных насосов вода с нефтью перемешивается на рабочих колесах насоса и в подъем­ных трубах.

В эмульсиях принято различать две фазы — внутреннюю и внешнюю. Внешняя фаза — это жидкость, в которой размещаются мельчайшие капли другой жидкости. Внешнюю фазу называют также дисперсионной средой, а внутренняя фаза — это жидкость, находящаяся в виде мелких капель в дисперсионной среде [9, 22].

По характеру внешней среды и внутренней фазы различа­ют эмульсии двух типов: нефть в воде (н/в) и вода в нефти (в/н). Тип образующейся эмульсии в основном зависит от соотношения объемов двух фаз; внешней средой стремится стать та жидкость, объем которой больше. На практике наи­более часто встречаются эмульсии типа в/н (95 %). Реже, чем эмульсии типа н/в, встречаются эмульсии третьего типа — вода в нефти в воде.

Нефтяные эмульсии характеризуются вязкостью, стойкос­тью, плотностью, электрическими свойствами и дисперсностью.

Вязкость нефтяной эмульсии изменяется в широких диапа­зонах и зависит от собственной вязкости нефти, температуры образования эмульсии, соотношения количеств нефти и воды.

Электропроводность чистых нефтей колеблется от 10 -9 до 10 -14 Ом/м, а электропроводность воды в чистом виде — от 10 -6 до 10 -7 Ом/м, т. е. смесь из этих двух компонентов является хорошим диэлектриком. Однако при растворении в воде незначительного количества солей или кислот резко повышается электропроводность воды, а следовательно, и эмуль­сии. Электропроводность нефтяных эмульсий увеличивается в несколько раз при нахождении их в электрическом поле. Это объясняется различной диэлектрической проницаемостью воды и нефти и ориентацией капель воды в нефти вдоль силовых линий электрического поля.

Стойкость (устойчивость) эмульсий, т. е. способность в течение определенного времени не разделяться на составные компоненты, является наиболее важным показателем для водонефтяных смесей. Чем выше устойчивость эмульсий, тем труднее процесс деэмульсации. Нефтяные эмульсии обладают различной стойкостью. При прочих равных условиях устой­чивость эмульсий тем выше, чем больше дисперсность. В большой степени устойчивость эмульсий зависит от состава компонентов, входящих в защитную оболочку, которая обра­зуется на поверхности капли.

На поверхности капли также адсорбируются, покрывая ее бронирующим слоем, стабилизирующие вещества, называемые эмульгаторами. В дальнейшем этот слой препятствует слиянию капель, т. е. затрудняет деэмульсацию и способствует образо­ванию стойкой эмульсии. В процессе существования эмульсий происходит упрочнение бронирующей оболочки, так называе­мое «старение» эмульсии. Установлено, что поверхностные слои обладают аномальной вязкостью и со временем вязкость бро­нирующего слоя возрастает в десятки раз. Так, после суток формирования поверхностные слои эмульсий приобретали вяз­кость, соответствующую вязкости таких веществ, как битумы, которые практически по своим реологическим (текучим) свой­ствам приближаются к твердым веществам.

Наличие электрических зарядов на поверхности глобул эмуль­сий увеличивает их стойкость. Чем больше поверхностный заряд капель, тем труднее их слияние и тем выше стойкость эмульсии. В статических условиях дисперсная система элект­рически уравновешена, что повышает стойкость эмульсии.

С повышением температуры уменьшаются вязкость нефти и механическая прочность бронирующего слоя, что снижает устойчивость эмульсии. Особенно резко прослеживается вли­яние температуры на устойчивость эмульсий высокопарафинистых нефтей. С понижением температуры в нефти выпада­ют кристаллы парафина, которые легко адсорбируются на поверхности капель воды, создавая высокопрочную брониру­ющую оболочку.

Существенно влияет на устойчивость нефтяных эмульсий состав пластовой воды. Пластовые воды разнообразны по химическому составу, но все они могут быть разделены на две основные группы: первая группа — жесткая вода, кото­рая содержит хлоркальциевые или хлоркальциево-магниевые соединения; вторая группа — щелочная или гидрокарбонатно-натриевая вода. Увеличение кислотности пластовых вод приводит к получению более стойких эмульсий. Умень­шение кислотности пластовых вод достигается введением в эмульсию щелочи, способствующей снижению прочности бро­нирующих слоев.

Основные из указанных факторов, влияющих на устойчи­вость эмульсий, следующие: соотношение плотностей фаз, вязкость нефти, а также прочность защитных слоев на кап­лях воды. Свежие эмульсии легче поддаются разрушению, поэтому обезвоживание и обессоливание целесообразнее про­водить на промысле.

При проектировании сооружений обезвоживания нефти для конкретных производственных условий необходимо иметь экспериментальные данные об обводненности, качественном и количественном составе примесей, ожидаемом состоянии эмульсии. Одновременно с обезвоживанием нефти происхо­дит и ее обессоливание, поскольку вода отделяется от нефти вместе с растворенными в ней минеральными примесями. При необходимости, для более полного обессоливания, мож­но дополнительно в нефть подавать пресную воду, которая растворяет кристаллы минеральных солей, и при последую­щем отделении минерализованной воды происходит углуб­ленное обессоливание нефти.

Источник

Новая мембрана с лёгкостью разделяет нефть и воду

Разделение воды и бензина

Учёные из Университета Южной Австралии разработали гидрофильное покрытие мембран для разделения нефти и воды, которое принципиально улучшает свойства фильтра и позволяет легко очищать его после использования.

Чем больше мусора выбрасывают жители Земли ежесекундно, тем приятнее встречать новости об изобретении нового способа сделать планету чище. Например, вовсю развивается проект по избавлению Мирового океана от пластика. Вот вам, кстати, видео в тему: кит просит рыбаков помочь ему с застрявшим в пасти пакетом:

Не менее страшные последствия имеет и нефть, разлитая по поверхности воды. Все помнят ужасающую аварию в Мексиканском заливе, где добывала нефть одна из крупнейших нефтегазовых гигантов, британская компания BP. В результате аварии по подсчётам экологов только птиц погибло более полумиллиона.

Учёные уже придумали, как уменьшить поверхность нефтяного пятна. Но после этого нефтяную плёнку всё равно необходимо убрать с поверхности воды. Для этого применяют несколько различных методов — разделение нефти и воды при помощи центробежных сил, фильтрация, адсорбция, механический сбор.

Существующие мембраны, разделяющие воду и нефть, делятся на два типа. Одни – гидрофобные и олеофильные, отталкивающие воду и пропускающие нефть. Но такие фильтры довольно быстро загрязняются нефтью, после чего их нужно либо очищать вредными химическими реагентами, либо использовать новые.

Другие, которые в настоящий момент получают всё больше признания, олеофобные – в смоченном водой состоянии они отталкивают нефть и свободно пропускают воду. Их недостаток – необходимость в аккуратном и полном смачивании перед использованием. Если нефть попадёт на сухой участок фильтра (а это может легко произойти при борьбе с нефтяным пятном), он покроется ею и потеряет свои полезные свойства, и его нужно будет чистить специальными моющими средствами.

Уничтожение нефти после локализации

Но австралийские учёные создали мембрану из металлической сетки, покрытой гидрофильным полимером на основе фосфорилхолина. Он, в частности, применяется в медицине для изготовления стентов – каркасов, помещаемых в просвет полых органов (например, сосудов).

Молекулы фосфорилхолина являются цвиттер-ионами, или биполярными ионами. Они электрически нейтральны, но в их структуре есть части, несущие как отрицательный, так и положительный заряды, локализованные на несоседних атомах. Такие молекулы просто «обожают» воду – в биологических системах они создают водный слой на внешней стороне клеток, препятствующий их загрязнению.

Его свойства позволили создать такую мембрану, которая позволяет легко снимать слой нефти с поверхности воды. Для демонстрации её свойств исследователи изготовили пробирку с такой мембраной в крышке и погрузили её в стакан с водой, на поверхности которой был 4-сантиметровый слой нефти. При погружении в нефть та свободно проникает в пробирку, поскольку мембрана изначально была сухой.

Разделение сырой нефти и морской воды (видео вставить не удалось)

Когда мембрана сталкивается с водой, то вода очищает мембрану от нефти, она смачивается и приобретает олеофобные свойства. В результате при поднятии обратно вся нефть остаётся в пробирке, а вода свободно выходит.

По утверждению учёных, такие мембраны можно будет использовать также и в качестве фильтров для производственных предприятий для предотвращения выбросов маслянистых жидкостей в окружающую среду.

Источник

Разделение нефтяной эмульсии

10 Сентября 2020 г.

Продолжаем серию информационных статей о технологических процессах, которые проходят нефтепродукты, прежде чем уже поступать уже на конечную переработку. В данной публикации мы рассмотрим технические аспекты разделения водонефтяной эмульсии с применением специальных отстойников, фильтров и центрифуг.

Сырая нефть представляет собой эмульсию, то есть жидкость, в которой присутствуют нефть, вода, соли и механические примеси. Одним из этапов подготовки нефти к первичной переработке является разделение водонефтяной эмульсии на ее составляющие, обезвоживание, обессоливание и очистка, что позволяет получить очищенную от воды, солей и механических веществ нефть.

Понятие водонефтяной эмульсии

Эмульсия имеет двухкомпонентный состав, который представляет собой нерастворимые друг в друге жидкости. Это может быть как «вода в нефти», так и «нефть в воде»: отличие заключается в преобладающей среде, то есть одна является сплошной, а вторая — дисперсной, и наоборот. Молекулы дисперсной среды как бы обволакивают молекулы сплошной.

(1-нефть, дисперсная среда, 2- вода, дисперсная фаза, 3-оболочка)

Нефтяная эмульсия является нестабильным составом, склонным к расслоению. Разделение ее может происходить как естественным путем, так и при обязательном применении технологий ее разрушения в связи с присутствием в ней эмульгаторов — веществ, расположенных на «оболочке» и препятствующих коалесценции частиц. Это могут быть как естественные эмульгаторы, так и твердые взвешенные включения, которые снижают эффективность расслоения.

На скорость и темп разделения эмульсии влияет диаметр частиц воды (чем они больше, тем быстрее отделятся от капель нефти) и от плотности нефти.

Для справки: скорость оседания воды определяется формулой Стокса:

, где: d_k – диаметр капли, м; p_В-р_Н— плотность воды и нефти, кг/м 3 ; μ – динамическая вязкость нефти, Па·с.

Так, в современной отрасли выделяют механические, термические, химические и электрические методы разрушения нефтяной эмульсии. Выбор зависит от объемов добываемого сырья, степени ее обводненности, состава и количества примесей, требований к скорости очистки и производительности.

Механические способы разделения нефтяной эмульсии: отстойники, центрифуги, фильтры

Для механического разделения водонефтяной эмульсии применяются сепараторы, отстойники, центрифуги и фильтры. Этот способ относится к одним из наиболее простых в техническом плане. Для его осуществления не требуется сложных производственных решений: процесс основывается на физических свойствах жидкостей и силе гравитации. Наиболее широко применяется с обводненной нефтью, но не является эффективным для ее глубокого обезвоживания и эксплуатации с мелкодисперсными эмульсиями.

Отстойники нефти: принцип действия и устройство

Нефтяные отстойники составляют основное оборудование, которое применяется для отделения воды от нефти без применения подогрева и дополнительных устройств. Благодаря этому они выступают в качестве первого этапа очистки нефти и ее обезвоживания.

Принцип работы отстойников заключается в осаждении дисперсной влаги за счет действия гравитационных сил: вода и нефть имеют разный удельный вес, за счет чего более тяжелые и крупные частицы (капли воды) оседают внизу емкости, а уже обезвоженная нефть поднимается и выводится через верхнюю часть корпуса.

На эффективность отстаивания нефти влияют такие факторы, как:

• физико-химические свойства водонефтяной эмульсии: плотность, вязкость, диаметр дисперсных частиц
• скорость движения потока
• площадь поверхности отстаивания

Процесс отделения воды от нефти может происходить как непрерывно, так и периодически. В первом случае рабочая жидкость постоянно проходит через отстойник. Во втором — отстаивание осуществляется в сырьевых резервуарах, в которых осаждение воды происходит по факту наполнения.

В зависимости от технического оснащения нефтеперерабатывающего предприятия нефтяная эмульсия подается в емкость по горизонтали или по вертикали. При этом принцип действия не меняется. Лишь при вертикальном движении создается большой напор и давление.

Саратовский резервуарный завод производит горизонтальные нефтяные отстойники* производительностью до 15000 м 3 в сутки:

*(описание и технические характеристики оборудования смотрите в соответствующих разделах Каталога продукции)

Горизонтальный способ размещения наиболее распространен благодаря высокой производительности и площади отстаивания. Дополнительно в некоторых типах оборудования может выполняться обессоливание нефти, например, в аппаратах типа БОН. Осевшие примеси и шлам удаляются механическим или гидравлическим способом в зависимости от степени оснащенности оборудованием и степенью автоматизации.

Внутри нефтяные отстойники разделены перегородками на отсеки, в которых происходит постепенное осаждение дисперсной жидкости и отделение нефти при давлении от 0,6 МПа до 2,5 МПа. Внутреннее устройство агрегатов позволяет равномерно распределять эмульсию, что препятствует созданию возмущения из-за входящей струи.

Центрифуги и фильтры для разделения водонефтяной эмульсии

Процесс расслоения проходит более интенсивно в центрифугах (по сравнению с отстойниками), в которых создаются центробежные силы. Данный способ используется только с нестойкими эмульсиями, является энергозатратным из-за высокого электропотребления для создания высокоскоростных центробежных ускорений, превышающих свободное падение. Кроме того, наличие в рабочей среде механических примесей замедляет скорость движения потока и, следовательно, снижает производительность установки.

Фильтрация не обладает высокой производительностью и требует достаточных затрат на смену фильтрующего гидрофобного или гидрофильного элемента. В гидрофобных фильтрах применяются материалы, которые не накапливают на себе молекулы воды, а лишь задерживают их и пропускают нефть. Гидрофильные элементы состоят из материалов, которые впитывают в себя взвешенные частицы воды, тем самым задерживая ее и пропуская уже обезвоженную нефть.

Особенности процесса механического разделения водонефтяной эмульсии требуют использование дополнительных методов обезвоживания нефти. Например, при нагреве жидкости в деэмульгаторах до 100ºС снижается ее вязкость и плотность. А при прохождении эмульсии через электрическое поле переменной частоты и при высоком напряжении в электродегидраторах происходит разрушение эмульгированной оболочки и поляризация частиц воды.

Совместное использование всех методов обезвоживания нефти позволяет получить нефть глубокой очистки с содержанием воды до 0,1%.

Источник