Физические основы подготовки и первичной переработки нефти

Наличие примесей в нефти снижает КПД ее переработки и затрудняет транспортировку. Поэтому крайне важно подготовить и очистить продукт, прежде чем производить с ним какие-либо дальнейшие манипуляции. При подготовке нефти к переработке необходимо избавить ее от нежелательных вредных примесей. К ним причисляют воду, минеральные соли, механические примеси. Механические примеси вредят транспортировке нефти, т.к. откладываются на внутренней поверхности трубопроводов и могут провоцировать их повреждения и разрушения. Доля воды в качестве вредной примеси в нефти может сильно различаться в зависимости от типа продукта. Процент ее содержания может расти при длительной эксплуатации скважин. При использовании старых скважин содержание воды в нефти может достигать 90%. Вода является ненужным балластом, а значит приводит к дополнительным экономическим затратам при транспортировке нефти. Вода при нагревании нефти переходит в парообразное состояние и увеличивает давление в змеевиках во время переработки. Чрезмерное повышение давления может привести к разрыву змеевика печи или теплообменника. Вред наносимый минеральными солями может различаться. Часть минеральных солей подвергается гидролизу с образованием кислоты, которая приводит к коррозии аппаратуры. В нефти, поступающей на первичную переработку, допускается содержание воды не более 0,2%, а минеральных солей не более 5 мг на 1 л.
Нефтяные эмульсии
Нефть с водой способна образовать два типа эмульсий: «нефть в воде», но чаще «вода в нефти». Эмульсия – это система из двух нерастворимых жидкостей, одна из которых распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших частиц. Жидкость, находящаяся во взвешенном состоянии в объеме другой, называется дисперсной фазой, а та, в которой распределена эта жидкость, - дисперсной средой. Нефтяные эмульсии формируются в результате активного перемешивания нефти и воды, которое происходит при добыче первой. Как следствие снижается поверхностное натяжение и на границе раздела фаз «нефть – вода» адсорбируются вещества, образуя прочный адсорбционный слой, называемый эмульгатором. В случае эмульсии «вода в нефти» в составе слоя могут присутствовать частицы глины и песка, соли, смолы. Его наличие мешает слиянию и укрупнению частиц дисперсной фазы при их столкновении, с последующим их осаждением

. Поэтому разрушение эмульсий – необходимый этап переработки нефти. Стойкость нефтяных эмульсий зависит от физико-химических свойств (плотности, вязкости), степени дисперсности (чем меньше диаметр частиц дисперсной фазы, тем труднее разрушить эмульсию), а также времени существования эмульсий (эмульсии имеют свойство «стареть», т.е. с увеличением времени существования, увеличивается и ее стойкость к разрушению).
Способы разрушения нефтяных эмульсий
Все способы разрушения нефтяных эмульсий направлены на разрушение адсорбционного слоя с последующим слиянием и укрупнением и осаждением частиц дисперсной среды.
Разработана группа методов разрушения эмульсий, которые делятся на 4 группы:
Механический способ разрушения нефтяных эмульсий. К нему относятся: отстаивание, центрифугирование, фильтрование.
Отстаивание применимо к свежим нестойким эмульсиям, в этом случае отделение воды происходит за счет разности плотностей 2-х сред (частицы воды оседают под действием собственных сил тяжести). Отстаивание применяется на нефтепромыслах в местах добычи нефти.
Центрифугирование основано на разрушении нефтяных эмульсий за счет ее вращения в центрифугах. При этом под действием центробежной силы частицы воды отбрасываются на стенки центрифуги и опускаются на дно. Этот метод не нашел применение в промышленности из-за высоких энергозатрат, он применяется только в лабораториях.
Фильтрование основано на разной способности фильтра смачиваться разными жидкостями. Опилки, древесина, стекловата могут применены в качестве фильтров для разрушение эмульсий. Такие фильтры смачиваются водой и не смачиваются нефтью. Существенным недостатком метода является необходимость частой замены фильтров, поэтому метод часто применяется только в лабораторных условиях;
2. Термический метод основан на нагревании нефтяных эмульсий. Повышение температуры приводит к расширению частиц. В результате, они с одной стороны сливаются между собой, с другой нарушают целостность адсорбционного слоя.
3. Химический метод основан на применении соединений, которые либо нарушают целостность адсорбционного слоя, вступая с ним в химическую реакцию, либо вытесняют действующий эмульгатор и занимают его место, при этом обладая плотностью, меньшей плотности адсорбционной пленки