Разрушение нефтяной эмульсии.

В этих процессах необходимо добиться столкновения глобул между собой, разрушения их оболочек, за счет этого слияние в более крупные капли фазы.

Известные способы:

1. механический.

2. химический.

3. термический.

4. электрический.

5. комбинированный.

Механический способ.

К механическим методам относятся:

- отстаивание (за счёт разности плотности);

- центрифугирование (под действием центробежных сил);

- фильтрование (за счёт использования специальных гидрофильных фильтров, которые впитывают в себя воду).

Отстаивание применимо к свежим нестойким эмульсиям, способным расслаиваться на нефть и воду вследствие разности плотностей компонентов, составляющих эмульсию.

Центрифугирование – в центрифугах вода за счет центробежной силы отбрасывается к стенкам аппарата и из аппарата нефть и вода отводятся по разным патрубкам, вода более тяжелая. Процесс не применим на промыслах из-за огромного объема эмульсий. Применяется для осушки масел.

Фильтрация пропускание нефтяных эмульсий через слой гидрофильных фильтров (стекловата, гравий, битое стекло). Этот способ не эффективен в виду частой замены фильтров.

Термический способ.

Нагрев эмульсий до 50-80 ⁰С

При нагреве уменьшается вязкость нефти и увеличивается разность плотностей. Происходит оседание глобул воды определяется согласно формуле Стокса:

,где

w - скорость оседания глобул, м/с;

r - радиус глобул, м;

ρ_в,ρ_н - плотности воды и нефти, кг/н.м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

μ- динамическая вязкость среды, кг/м*с.

С повышение температуры растворяются высокомолекулярные парафины, которые находятся в адсорбционном слое оболочки и прочность оболочки снижается или разрушается. Однако термический метод не дает глубокое обезвоживание нефти и поэтому он применяется вместе с химическим. 

Химический метод

Этот метод основан на применении поверхностно–активных веществ (ПАВ), действующих как деэмульгаторы. Разрушение нефтяных эмульсий может быть результатом:

а) абсорбционного вытеснении действующего эмульгатора веществом с большей поверхностной активностью и меньшей прочностью адсорбционной пленки;

 б) образования эмульсий противоположного типа (инверсия фаз);

в) разрушения абсорбционной пленки в результате химической реакции с вводимым в систему деэмульгатором.

В результате на поверхности глобул образуется гидрофильный адсорбционный слой со слабой структурно-механической прочностью, т.е. происходит дестабилизация водонефтяной эмульсии. Образовавшиеся из стойких нестойкие эмульсии затем легко коалесцируют в крупные глобулы воды и осаждаются из дисперсионной среды (нефти). Именно стадия дестабилизации является лимитирующей суммарный процесс обезвоживания и обессоливания нефти. Она состоит, в свою очередь, из двух этапов:

- доставки деэмульгатора на поверхность эмульсии, т.е. транспортной стадии, являющейся диффузионным процессом;

- разрушения бронирующей оболочки, образованной эмульгатором нефти, или кинетической стадии.

На установках обезвоживания и обессоливания нефти широко применяются водорастворимые, водонефтерастворимые и нефтерастворимые деэмульгаторы. Последние более предпочтительны, поскольку:

1. они легко смешиваются (даже при слабом перемешивании) с нефтью, в меньшей степени вымываются водой и не загрязняют сточные воды;

2. их расход практически не зависит от обводнённости нефти;

3. оставаясь в нефти, предупреждают образование стойких эмульсий и их «старение»;

4. обладают ингибирующими коррозию металлов свойствами;

5. являются легко подвижными жидкостями с низкой температурой застывания и могут применяться без растворителя, удобны для транспортировки и дозировки.

Современные деэмульгаторы должны отвечать следующим основным требованиям:

- они должны обладать максимально высокой деэмульгирующей активностью, быть биологически легко разлагаемы (если водорастворимые), нетоксичными, дешёвыми, доступными;

- не должны обладать бактерицидной активностью (от которой зависит эффективность биологической очистки сточных вод) и корродировать металлы.

Деэмульгаторы вводят непосредственно в нефтяные скважины, в трубопровод и в отстойные резервуары. Деэмульгаторы вытесняют с границы раздела фаз природный эмульгатор. На границе раздела фаз образуется новый слой, менее прочный. При сталкивании глобул воды слой разрушается, происходит их укрупнение и оседание. Для ускорения химического деэмульгирования нефть предварительно подогревается, и вместе с деэмульгатором поступает в отстойник, где происходит отделение водной фазы.

По характеру действия на нефтяные эмульсии деэмульгаторы делятся на электролиты, неэлектролиты и коллойды.

К электролитам относятся некоторые минеральные и органические кислоты (соляная, серная, уксусная), щелочи (едкий натр, известь) и соли (поваренная соль, хлористый кальций, железный купорос). Действие электролитов различно. Одни из них снижают стабильность эмульсии, другие способствуют разрушению плёнки эмульгатора, третьи образуют нерастворимые осадки с солями, входящими в состав эмульсии.

Неэлектролиты, применяемые в качестве деэмульгаторов, - это органические соединения, способные растворять защитную плёнку эмульгатора, понижать вязкость нефти и тем самым способствовать осаждению частиц воды. К ним относятся бензол, сероуглерод, ацетон, спирты, фенол, эфиры, бензин и другие.

Электрический метод

Помимо промыслов этот процесс применяется как начальный процесс на НПЗ. Сырье, т.е нефть даже лучшего качества применяют дипольному обессоливанию и снижают содержание солей до 3-5 мг/л.

Суть электрического метода – сама нефть не электропроводно, но присутствие в ней глобул минерализованной воды существенно повышает электропроводность. Это осуществляется в аппаратах электродегидраторах – вертикальных, шаровых, горизонтальных.   

Метод основан на использование электрического поля. Нефтяная эмульсия из-за содержания солей и воды является электропроводящей. Соль в глобулах воды находится в виде хаотично расположенных ионов. В них установлена пара или более, электродов горизонтально поверхности земли. Электроды это стальные рамы к которым подводится ток высокого напряжения 14-44 кВ. один электрод от другого находится на расстоянии 10-40 см. и напряжение подводится к каждому электроду. В межэлектродном пространстве образуется поле высокой напряженности 1-4 кВт/см. Сначала применяли постоянный ток, сейчас применяют переменный ток промышленной частоты. Нефтяная эмульсия подается снизу аппарата, двигается вверх и проходит межэлектродное пространство, за счёт действия электрополя глобулы минерализованной воды превращаются в диполе. В глобулах воды соль находится виде ионов и расположены они хаотично. Попадая в зону действия поля идет упорядоченное расположение ионов, положительно-заряженные ионы и наоборот располагаются по отношению ближе к отрицательно-заряженному полю. Между каплями диполями идет взаимодействие по силе:

где

ε - напряженность электрического поля;

r - радиус глобул;

d - расстояние между глобулами.

За счет этой силы происходит их столкновение, разрушение оболочки, укрупнение глобулы и их оседание. Т.к. применяется то заряды (ионы) постоянно мигрируют за направлением поля. За счет этого идет дополнительное расслоение адсорбционной оболочки из природного эмульгатора и процесс идет эффективнее. Этот процесс применяется только на стадии обессоливания, где воды в эмульсии не больше 10 % , нельзя применять на стадии обезвоживания при высокой обводненности нефти