Tehnologija desalinizacije ulja: opis i principi

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Rafinerije nafte primaju proizvode iz ležišta bušotina kao sirovinu. U osnovi, to su naftni i plinski resursi koji se ekstrahiraju u obliku emulzije s nečistoćama i mineralnim solima. Bez prethodne obrade, takve smjese mogu oštetiti procesnu opremu čak i u ranim fazama obrade sirovina, pa se koriste metode dehidracije ulja i desalinizacije, koje se po učincima mogu usporediti s filtracijom.

Opći principi tehnologije odvodnjavanja i odsoljavanja

Mješavina ulja i pripadajućih nečistoća, u pravilu, nastaje iz nekoliko vrsta tekućina, koje mogu uključivati i čvrste čestice. U najjednostavnijim emulzijama, vodena komponenta se miješa sa sirovim uljem u tankim kapima duž molekularne strukture. Treba napomenuti da se procesi dehidracije i odsoljavanja nafte mogu povezati ne samo s prirodnim onečišćenjem i razrjeđivanjem ciljaproizvoda u bušotini i tijekom proizvodnje. Tehnologija zračnog rada bušotina predviđa namjerno razrjeđivanje resursa kako bi se pod pritiskom iz bušotine izvukao na površinu. Kao aktivni podizni medij mogu djelovati zrak ili ugljikovodični plinovi, pa je daljnja rafinacija nafte obvezna tehnološka mjera za pripremu resursa. Druga stvar je da nizak sadržaj kisika u tehnici airlifta olakšava proces odvajanja sirovina.

Najčešća primjena tehnologija rafiniranja nafte uključuje odvajanje soli i vode na molekularnoj razini. Konkretno, najjednostavnije tehnologije za desalinizaciju ulja uključuju učinak elektrostatičkog polja koje stvaraju elektrode s transformatorskim napajanjem na napon od 12-25 kV. Elektrostatičko polje uzrokuje pomicanje molekula vode, sudaranje i lijepljenje. Kako se tekućina nakuplja, postaje moguće istaložiti se s naknadnim odvajanjem od uljne faze. Ovo je jedan od općih principa rada metoda dehidracije i desalinizacije, ali se široko koriste i tehnologije koje uključuju dodavanje različitih aktivnih komponenti koje ubrzavaju i optimiziraju procese odvajanja.

Sirova nafta i njene karakteristike

Sirovo proizvedeno ulje također sadrži prirodne emulgatore s dispergiranim nečistoćama i mineraliziranim kloridima. U nekim slučajevima, ovisno o tehnologiji razvoja bušotine, mogu se sačuvati i komponente plina - hlapljive ianorganski. Sve su te komponente aktivne i mogu se smatrati obveznima za konzervaciju ili nepoželjnim - njihov status određen je zahtjevima za konačni proizvod i u fazama prerade određuje popis prihvatljivih metoda za dehidraciju i odsoljavanje ulja, što će također utjecati na izbor opreme za rafinerije nafte. Odnosno, čak i neke od korisnih komponenti mogu naštetiti tehnološkim jedinicama, stoga se u određenim fazama obrade također isključuju, a zatim ponovno uvode.

Proces dehidracije smatra se jednim od osnovnih. Provodi se uništavanjem vodeno-uljnog medija uz dodatak demulgatora koji tijekom adsorpcije na granici razdvajanja faza odvajaju kapljice tekućine u ulju. Kao aktivnu komponentu treba koristiti sastav koji će se sam po sebi lako odvojiti od ciljanog proizvoda. Na primjer, demulgatori koji se koriste za dehidraciju i odsoljavanje nafte ne utječu na svojstva sirovine koja se pročišćava i ne reagiraju s vodom. To su sintetizirani spojevi koji su također inertni na opremu i ekološki prihvatljivi. Demulgatori iz skupine topivih u ulju lako se miješaju s emulzijama koje sadrže ulje i istovremeno se slabo ispiru vodom. Postoje i organski neelektrolitski demulgatori, čije značajke uključuju funkciju otapanja u odnosu na uljne emulgatore. Kao rezultat kemijskog djelovanja, smanjuje se i viskoznost sirovine.

Opravdanje potrebe za desalinizacijom ulja

Korisnost smanjenja koncentracije soli u sirovoj nafti nadilazi štetu koju procesi korozije uzrokuju na opremi. Treba uzeti u obzir da se u proizvodnim procesima i opskrbi prometne infrastrukture koriste naftni derivati s određenim skupovima fizičkih i kemijskih svojstava utvrđenih strogim propisima. Stoga je desalinizacija ulja u principu potpuno racionalan postupak – druga stvar je što se za obavljanje ovog zadatka mogu koristiti različite tehnologije, a da ne govorimo o razlikama u stupnju smanjenja koncentracije. Na primjer, u područjima gdje se planira očuvanje vode, može se uvesti dvostupanjski proces desalinacije.

Na koje se načine razlikuju pristupi gospodarenju soli? Ovisi o osnovnoj tehnici. Dakle, u električnim metodama bit će bitni trenutni parametri, a u okviru kemijske obrade za dehidraciju i odsoljavanje ulja koristi se širok raspon aktivnih tvari koje u početku na različite načine utječu na sadržaj pojedinih elemenata. Uglavnom su to iste kemikalije iz opće skupine demulgatora koje se pod određenim uvjetima unose u emulziju. Na primjer, kako bi se osiguralo gusto miješanje tvari s uljnim sirovinama, ona mora biti usmjerena uzvodno na standardnoj udaljenosti od spremnika za ispiranje ili zone odvajanja.

Grijanje sirove nafte

Jedna od pripremnih mjera, čija je svrha stvaranje dovoljnog temperaturnog režima za učinkovitu provedbu procesa desalinizacije. Čemu služi? Grijanje ima dva osnovna zadatka:

• U uvjetima visoke temperature, čestice vode kreću se većom brzinom, što proces spajanja molekula u jednu strukturu čini aktivnijim. Sukladno tome, povećava se proces desalinizacije nafte iz koje se uklanjaju veliki spojevi vode.
• Smanjenje viskoznosti također je posljedica regulacije temperature. Viskoznost kao takva ukazuje na sposobnost tekućine da se odupire strujanju. Ako se ovaj pokazatelj smanji, strane komponente se lakše uklanjaju, jer im se suprotstavlja manja sila prepreke.

Ali koji će temperaturni režim biti optimalan za uljnu emulziju u smislu pozitivnog utjecaja na daljnje procese separacije? Određeni pokazatelj postavlja se uzimajući u obzir karakteristike određenog uzorka. Na primjer, za lagane emulzije niske viskoznosti koriste se umjerene prosječne temperature kako bi se spriječilo vrenje uljne faze, a za smjese teških ugljikovodika ima smisla povećati temperaturni učinak. U većini slučajeva kao optimalni način desalinizacije uzima se temperatura zagrijavanja od 100 do 120 °C. Način rada do 140 °C smatra se povišenim.

Kemijska obrada uljem

Obrada ili uništavanje strukture emulzije na ovaj način također zahtijeva posebnu obuku. Konkretno, kemijske metode dehidracije ulja i odsoljevanja provode se pod sljedećim fizičkim uvjetima:

• Zakako bi se osigurao kontakt između uljne komponente i aktivne tvari, sloj na površini mora se prethodno uništiti. To će omogućiti dodavanje demulgatora potrebnog za daljnji proces u emulziju.
• Mora se osigurati dovoljan broj sudara raspršenih čestica vode za određeno vremensko razdoblje. Drugim riječima, miješanjem ili rotacijom sadržaja emulzije, umjetno se povećava aktivnost destabiliziranih čestica vode.
• Održano je vrijeme taloženja, tijekom kojeg će velike čestice vode formirati talog na pozadini koagulacije.

Od ovog trenutka možete početi pripremati emulziju za proces desalinizacije ulja zagrijavanjem. Sva pozitivna svojstva povećanja temperature uljne faze djeluju s metodom kemijskog odvajanja, ali je važno uzeti u obzir ograničenja, jer prekomjerno povećanje temperature može dovesti do negativnih posljedica. U nekim postrojenjima za odvajanje, kada je temperatura pogrešno procijenjena, ulje isparava u pozadini smanjenja gustoće tvari i gubitka volumena. Kako bi spriječili takve učinke, mnoga poduzeća koriste niže temperature grijanja kao sigurnosnu mrežu. Da bi se nadoknadio nedostatak toplinske energije, koristi se veći volumen demulgatora i opreme veće snage.

Električni dehidratori za desalinizaciju ulja

U najjednostavnijim shemama za provedbu elektromehaničkih procesa odvajanja soli i vode iz naftnog proizvoda koriste se električni dehidratori. Višenamjenski jeoprema koja obavlja nekoliko faznih zadataka, uključujući grijanje, električni udar, odvajanje i sump. Horizontalni električni dehidratori za dehidraciju i odsoljavanje ulja temelje se na spremniku u kojem se odvijaju jednostupanjski ili dvostupanjski procesi separacije. Modeli s funkcijom grijanja (termoseparatori) također sadrže spremnik u srcu dizajna, ali dopunjen ulaznim dijelom za grijanje.

Elektromehanički dehidratori su dizajnirani s koalescentnim jedinicama, elektrostatičkim mrežama i istom opremom za grijanje. Posebnost ove modifikacije je implementacija uređaja za spajanje dizajniranih za rad s fazama u formatu tekućina/tekućina. Ovaj tip električnog dehidratora za desalinizaciju ulja koristi se za održavanje problematičnih emulzija.

U općoj tehnologiji korištenja elektromehaničkih dehidratora, završna faza je postupak precipitacije. Unutar njegovog okvira servisira se odvojeni tok ulja, tijekom čijeg kretanja je osigurano oslobađanje plina i normalizirani indikatori temperature.

Princip rada električnog dehidratora

Kada komponenta sirove nafte uđe u električno polje, molekule vode s negativnim nabojem počinju se kretati, preuzimajući kapljicu u obliku kruške, okrenute prema pozitivnoj elektrodi. Na putu do potonjeg, kapi se sudaraju i tvore veliku frakciju, spremnu za daljnje taloženje i odvajanje. Poteškoća leži u činjenici da je jedan ciklus obrade emulzijeneće biti dovoljno za odvajanje vode i soli. Iako se soli prirodno otapaju u vodenom okolišu, ne mogu se potpuno eliminirati pri visokim koncentracijama. Za učinkovitije čišćenje smjesi se može dodati svježa voda koja će tijekom nekoliko ciklusa električnog djelovanja isprati solni dio. Osim električne obrade, jedinica za desalinizaciju ulja s dehidratorom obavlja sedimentaciju (funkcija taloženja). Za to se koristi dodatna oprema koja može imati različite oblike, dimenzije i pomoćne alate za kontrolu procesa.

Iako su električni dehidratori tehnološki složena i skupa oprema, sve ih više koriste ne samo velike, već i male rafinerije. Ova potražnja se objašnjava sljedećim prednostima jedinica:

• Štednja. Kao što pokazuje praksa, i u pogledu cijene potrošnog materijala i potrošnje energije, električni dehidratori su najisplativije rješenje za odvajanje ulja u svojoj klasi.
• Ergonomija. Riječ je o relativno novoj opremi, pa je njezin dizajn razvijen već u prvim generacijama s naglaskom na modernim oblicima upravljanja s automatizacijom i elektroničkim dispečerskim upravljačkim pločama.
• Kvaliteta obrade. Dobro osmišljen sustav dizajna, zajedno sa širokim rasponom kemijskih katalizatora, osigurava obradu ulja praktički laboratorijske kvalitete za razne tehnološke procese u kritičnim industrijama.
• Visoki stupanj pouzdanosti tehnologije. NASastav predviđa zaštitne uređaje s automatizacijom, koji, prema ugrađenim algoritmima, kontroliraju tehnološke operacije s malim rizikom od pogreške. Pritom su kadrovske funkcije svedene na minimum, au visokotehnološkim verzijama zamijenjene su inteligentnim upravljačkim sustavima.

Složeno odvajanje uljne emulzije

Ako se električni dehidratori koriste posebno za poslove odvajanja čistog ulja od vode i soli, tada industrijski separatori u kompleksu provode funkciju razdvajanja emulzije na komponente. Primjerice, kod ispitivanja bušotine potrebno je iz ekstrahiranog uzorka dobiti opću analizu tvrdog sloja u dnu rupe. U tim se aktivnostima desalinizacija ulja može smatrati neizravnim zadatkom uz određivanje koncentracije željeza ili magnezija, ali to ne umanjuje korisnost separatora. Činjenica je da su u praksi same rafinerije nafte zainteresirane ne toliko za točkasto povlačenje soli iz ciljanog proizvoda, koliko za njezinu sveobuhvatnu pripremu za daljnju upotrebu. U tom smislu, isključenje čvrstih nečistoća uz dehidraciju i odsoljavanje je samo dobrodošlo.

Separatori visokih performansi također rade s dovodom isplake i plinskog mulja. Takve se instalacije koriste za desalinizaciju vode u postrojenjima za pročišćavanje ulja za poduzeća potrošača s završnim proizvodnim ciklusom. Odnosno, izlaz bi trebao biti komercijalno čisto ulje, čije karakteristike omogućuju korištenje kao gorivo ili drugi materijali. Na primjer, separator priprema uljeemulzija s karakteristikama koje omogućuju proizvodnju bitumena, maziva, sintetičke gume itd. Ovako visoka kvaliteta ulja dobiva se prolaskom kroz nekoliko faza prerade, uključujući čistače, koalescere, spremnike za pranje, toplinske separatore i druge funkcionalne jedinice u različitim konfiguracije.

Tehnologija duboke desalinizacije

Nedovoljna desalinizacija uljne emulzije također utječe na stanje procesne opreme i kvalitetu konačnog proizvoda. Stoga, za zahtjevne proizvođače, prerađivači pogoni proizvode proizvode koji su prošli duboku separaciju. U tom slučaju oprema za desalinizaciju ulja smanjuje količinu soli na 3-5 mg/l. Kako se postiže takav rezultat? Mogu se koristiti različite tehnologije, ali kombinirana elektrotermokemijska metoda smatra se optimalnom.

Moguće je postići visoke stope dubokog odvajanja uz složeno čišćenje uz povezivanje različitih metoda za uklanjanje soli u vodenom okolišu. U tom slučaju, intenzivno taloženje u tekućini za pranje treba osigurati jakom električnom strujom. Što se tiče kemijske metode, ona je također povezana u obliku dodavanja aktivnih demulgatora.

Drugi način da se osigura duboka desalinizacija je hidromehanički. U ovom slučaju se ne primjenjuju kemijski i električni utjecaji. Naglasak je stavljen na gravitacijsku funkciju koja doprinosi prirodnom ljuštenju vodenog okoliša od ulja. Jedinica za desalinizaciju u ovoj shemi je cilindrični tank za taloženje kapaciteta 100 - 150 m3. Osigurava zone za odvajanje frakcija, u kojima tekućine teku pod tlakom do 1,5 MPa. Također se održava temperaturni režim od 120 do 140 °C, što doprinosi procesima odvajanja medija.

AC-Tehnologija izravnog udara u polje

Ova metoda se također naziva DC/AC polje. To jest, potpuno se temelji na električnom djelovanju koje osigurava ispravljač u transformatoru. U uvjetima istosmjerne struje, elektrostatička rešetka poprima polaritet (negativan ili pozitivan), što pridonosi kretanju molekula vode u smjeru elektrode. Kao rezultat međusobnog privlačenja molekula jedna prema drugoj, formira se sloj vode, koji se prikazuje prema najprikladnijoj shemi.

Složenost korištenja električne instalacije za dehidraciju i odsoljavanje nafte leži u činjenici da proces spajanja vodenog okoliša uključuje rizike od kratkog spoja. To je zbog činjenice da negativne i pozitivne elektrode mogu međusobno kontaktirati zbog mostova koji nastaju tijekom kretanja čestica vode. Ovaj negativni čimbenik eliminira se triodnim tiristorom, ali samo u obliku djelomičnog smanjenja vjerojatnosti kratkog spoja. U preradi frakcija teških ulja, AC-Direct tehnologija nije dopuštena ili ograničena iz drugih razloga. U takvim medijima, čak i pod toplinskim izlaganjem, aktivnost molekula vode nije toliko aktivna, što u principu smanjuje intenzitet i ukupnu kvalitetu procesa.odvajanje.

Ovako ili onako, sama metoda električnog djelovanja ima prednost u odnosu na druge metode kao najpraktičnija, jednostavna za korištenje i nezahtjevna u tehničkom smislu. Poteškoće uzrokuju samo zahtjevi za osiguranjem sigurnosti procesa, koji se izražavaju u potrebi korištenja sigurnosnih blokova, jedinica za sprječavanje kratkog spoja, stabilizatora napona itd.

Dodatna funkcionalnost des altera

Budući da rafinerije nafte i rafinerije obično kombiniraju rafinaciju nafte s nizom drugih koraka procesa, oprema za odvajanje također je opremljena nizom pomoćnih značajki, uključujući:

• Upravljačke i mjerne funkcije. Koriste se i obvezni i sekundarni izborni mjerni instrumenti. Na primjer, mjerači tlaka, hidrostatski uređaji, multimetri, dozimetri itd. U postrojenjima za desalinizaciju kemijskih ulja koriste se i posebni uređaji za određivanje vrste i količine demulgatora.
• Postupci ispiranja i čišćenja. Funkcija se odnosi na samoposlužne sustave - nakon ispumpavanja prerađenog ulja, aktivira se ispiranje spremnika i kanala koji osiguravaju transport emulzije.
• Alati za upravljanje napajanjem. U električnim instalacijama, kao što je već spomenuto, promjena parametara struje utječe na kvalitetu procesa desalinizacije ulja, pa se korekcija izvora napajanja može smatratiregulatorna funkcija. Za to se koriste posebne upravljačke ploče spojene na ampermetre, voltmetre i strujni pretvarač.

Postrojenje za potpunu desalinizaciju

U velikim rafinerijama nafte, gdje se procesi čišćenja i separacije provode sa sirovinama koje se kreću u struji, koriste se posebne jedinice na flotacijskim i centrifugalnim principima rada. Kapaciteti UPON in-line jedinice za desalinizaciju ulja omogućuju preradu do 500 m3/h sirovine, osiguravajući razinu saliniteta do 3 g/m3. Međutim, da bi se održale visoke stope odvajanja, potreban je odgovarajući tlak u krugu za dovod ulja. Za to se koriste odvojene ili ugrađene kompresorske jedinice. Dakle, prosječni tlak na ulazu u procesnu liniju je 1,1-1,5 MPa.

U uvjetima implementacije pojednostavljene sheme s jednostupanjskim miješanjem, emulzija se prethodno razrijedi vodom, nakon čega se smjesa šalje u ventil za miješanje i ulazi u jedinicu za odvajanje. Kroz usisni cjevovod, in-line jedinica za desalinizaciju ulja distribuira pripremljenu otopinu duž cijele duljine posude za odvajanje, što omogućuje učinkovito odvajanje frakcija. Tijekom mehaničkog odvajanja može doći i do elektrostatičkog djelovanja. U završnoj fazi već pročišćeno ulje ispušta se u zajednički cirkulacijski kanal s usmjeravanjem na sljedeću tehnološku fazu prerade ili privremenog skladištenja. Treba napomenuti da je kvaliteta in-line desalinizacije prilično niska zbog isključenja funkcijesump, međutim, u nekim područjima zahtjevi za visokim performansama u pripremi naftnog proizvoda stavljaju brzinu obrade na prvo mjesto.

Pomoćni sustavi za obradu mulja

Većina dehidratora i separatora prema zadanim postavkama na korak grube filtracije s drenažom komponente kaše. Ovaj postupak ne treba brkati s uklanjanjem nečistoća, jer je mulj nuspojava proizvodnje nafte i može naštetiti sustavima finog pročišćavanja sirovina već u prvim fazama prerade. Stoga se teške nečistoće uklanjaju i prije procesa desalinizacije ulja. Pod muljem se u ovom slučaju podrazumijeva sediment stijena, pijeska i drugih krupnih čestica koji su dospjeli u emulziju u različitim fazama rada bušotine polja.

Kako se vrši čišćenje mulja? Predviđeno je nekoliko procesa uklanjanja, ali svi se temelje na mehaničkim metodama filtracije s drenažom i pranjem. U industrijskim postrojenjima za dehidraciju i odsoljavanje ulja na ove je procese priključena tlačna puhala od 4 bara ili više. U rijetkim slučajevima, mulj se podvrgava toplinskoj i kemijskoj obradi - to se odnosi na posebne stabilne spojeve, čija je obrada drenaže neučinkovita.

Zaključak

Problemi pripreme ulja za glavne procese tehnološke prerade za naknadnu upotrebu u proizvodnom sektoru rješavaju se različitim sredstvima i metodama. Tehnologije dehidracije i desalinizacije djeluju daleko od najvažnijegoperacije ovog spektra, ali bez njih je nemoguće. Suvremena industrija nastoji primijeniti optimizirane i energetski učinkovitije metode za rješavanje problema separacije, što se očituje u povezivanju novih visokotehnoloških instalacija. Konkretno, suvremene generacije uređaja za dehidraciju i odslađivanje ulja aktivno se razvijaju prema povećanju funkcionalnosti i ergonomije. O tome svjedoči pojava samoregulirajućih transformatora i visoko preciznih mjernih senzora, koji vam omogućuju da držite pod kontrolom sve glavne parametre procesa čišćenja. Sigurnosni sustavi ne ostaju bez nadzora. I u metodama kemijskog odvajanja i u korištenju električnih dehidratora koriste se izolacijska i zaštitna sredstva kako za samu opremu tako i za operatere uključene u tehnološku obradu ulja.