Вредные примеси в нефти. Методы расщепления нефтяных эмульсий. Уравнение Стокса.
Добытая со скважин нефть содержит попутный газ, песок, ил, кристаллы солей, а также воду, в которой растворены соли, преимущественно хлориды. Газы отделяются от нефти в системе трапов-газосепараторов за счет последовательного снижения давления – от давления в скважине до атмосферного. В траппах также происходит отстой сырой нефти от мех.примесей и основной массы промысловой воды. Поэтому эти аппараты называют отстойниками. Отсюда нефть – не электрообессоливающие установки.
Мех.примеси затрудняют транспортировку нефти по трубопроводам и переработку, вызывают эрозию внутренней поверхности труб, содействуют образованию стойких эмульсий. Присутствие пластовой воды в нефти удорожает ее транспортировку, повышает вязкость системы, вызывает опасность образования кристаллогидратов при понижении температуры. Растворенные в воде соли еще вреднее – хлориды кальция и магния. При их гидролизе образуется соляная кислота. MgCl2 + 2H20 = Mg(OH)2 + 2HCl. При наличие сероводорода в сочетании с HCl происходит сильная коррозия аппаратуры Fe+H2S = FeS + H2; FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S.
В нефтях также содержатся олеофильные (растворимые в нефти) загрязнения, нафтеновые кислоты, мтеаллорганические соединения и др. Они могут быть удалены только при их термическом и каталитическом разложении в процессе гидрогенизации, а также при специальной обработке хим.реагентами.
В основе процесса обезвоживания лежит разрушение нефтяных эмульсий, которые образуются при добыче нефти за счет закачки воды в пласт. Обезвоженную и обессоленную нефть смешивают с пресной водой, создавая искусственную эмульсию, которую также подвергают расслаиванию. Вода очищается на установке и снова закачивается в пласт для поддержания пластового давления и вытеснения нефти.
Нефть и вода нерастворимы друг в друге и образуют эмульсии, часто трудно разделимые. Эмульсия – это гетерогенная система, состоящая из двух несмешивающихся или малосмешивающихся жидкостей, одна из которых диспергирована в другой в виде мелких капелек (глобул) диаметром, превышающим 0,1 мкм. Различают следующие эмульсии – нефть в воде (гидрофильная или эмульсия прямого типа) и вода в нефти (гидрофобная или эмульсия обратного типа).В первом случае капли нефти распределены в водной дисперсионной среде, а во втором – дисперсную фазу образуют капли воды, а дисперсионной средой является нефть. Существует *множественная* эмульсия, когда в глобулах воды содержатся капельки нефти. Она характеризуется повышенным содержанием высокодисперсных механических примесей, комочков асфальтенов и других веществ и является трудно разрушимой. Такие эмульсии накапливаются на границе раздела фаз в аппаратах подготовки нефти. Этот промежуточный слой удаляют в нефтеловушку (поэтому иногда *множественную* эмульсию называют ловушечной) и обычно сжигают.
Эмульсии подвергают различным воздействиям, направленным на укрупнение капель воды, увеличение разности плотностей (движущая сила расслоения), снижение вязкости нефти.
Основными методами воздействия являются:
1) подогрев эмульсии (термообработка);
2) введение в нее деэмульгатора (хим.обработка);
3) применение электрического поля (электрообработка).
На практике применяется в основном сочетание термохимического и электрического способов разрушения эмульсий. Даже при умеренном повышении температуры до 30-60С весьма существенно снижается вязкость нефти, значительно увеличивается разность плотности воды и нефти и, что очень важно, уменьшается прочность защитной пленки, окружающей капельки воды, в результате повышения ее растворимости в нефти и ослабления физических ММВ. Наряду с повышением температуры используют и введение деэмульгатора, который, адсорбируясь на границе раздела, диспергирует и пептизирует скопившиеся вокруг капелек природные эмульгаторы и тем самым резко снижает структурно-механическую прочность бронирующих слоев. При совместном действии температуры и деэмульгаторов происходит интенсивное слияние капелек воды в более крупные капли, способные под действием силы тяжести достаточно быстро выпадать в осадок и отделяться от нефти. Деэмульгаторы – специально синтезированные химические соединения, к которым предъявляются следующие требования: способность не изменять свойства нефти и не реагировать с молекулами воды; высокая деэмульгирующая способность при малых расходах; простота извлечения из сточной воды, отделенной от нефти; нетоксичность, инертность по отношению к оборудованию, невысокая стоимость и доступность. Наиболее широко используются ПАВ – коллоиды, неионогенные деэмульгаторы – водорастворимые, нефтерастворимые и водонефтерастворимые.
Термохимический метод разрушения эмульсии применяется в сочетании с электрохимическим, т.е. созданием сильного электрического поля. С подачей напряжения к электродам капельки воды вытягиваются вдоль силовых линий поля, образуя цепочки, смежные капли сливаются в более крупные, а к ним притягиваются расположенные рядом мелкие капли.