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:

• 1 группа – содержание воды 0,5 %, солей не более 100 мг/л;
• 2 группа – воды 1% и солей не более 300 мг/л;
• 3 группа – воды 1% и солей не более 1800 мг/л.

На заводе нефть подвергается дополнительному обессоливанию.

Все существующие методы деэмульгирования могут быть распределены на основные группы:

1. Химический
2. Электрический
3. Термический
4. Механический

 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:

• химическое обессоливание
• электростатическое разделение с использованием горячей воды в качестве агента удаления.

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:

• скорость подачи сырой нефти и ее качество,
• температура, вязкость и отношения плотности сырой нефти и добавленных материалов,
• скорость промывной воды, качество и конфигурация потока,
• контроль уровня воды и слоев эмульсии.

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

• хлориды,
• едкие, неорганические и органические кислоты,
• карбонаты,
• сульфаты,
• сероводород и их смеси

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

1. Использование труб из углеродистой стали с достаточной толщиной, подходящим составом и неоднородной микроструктурой без какой-либо текстуры из-за сохраняющегося напряжения холодной обработки для необходимой коррозионной стойкости. Кроме того, нержавеющие стали, содержащие элементы Ni, Cr и Ti, могут быть хорошими вариантами для агрессивных сред. Наиболее часто используемым материалом является нержавеющая сталь типа 316.

2. Поскольку нецелесообразно использовать материал с высокой коррозионной стойкостью против агрессивных газов в нефтяной промышленности, логичным решением может быть нанесение защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубы.
3. Катодная защита трубки может решить проблему в том случае, если нанесение защитного покрытия невозможно или неэкономично.
4. Предполагается, что промывка выходной трубки водой, содержащей ингибиторы на основе имидазолинов, может привести к образованию многослойной пленочной структуры, которая может повысить антикоррозионные характеристики чешуек побочного продукта. Контроль уровня загрузки газов и предотвращение значительной флуктуации потока газа в узле выпуска.

Материальный баланс

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

	%	тыс.т/год
1 ступень
Взято
Нефть	100	3000
Газ	2	60
Вода и соли	2	60
Вода из 2-й ступени обессоливания	5	150
Итого:	109	3270
Частично обессоленная нефть	102,8	3084
Соляной раствор	6,2	186
Итого:	109	3270
2-я ступень
Взято:
Частично обессоленная нефть	102,8	3084
Свежая вода	5	150
Итого:	107,8	3234
Обессоленная нефть	102	3060
Соляной раствор	5,8	174
Итого:	107,8	3234

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.