Многоступенчатая и противоточная промывка сырой нефти для обессоливания

Известно достаточно большое количество апробированных практикой рекомендаций по технологии предварительного обессоливания добываемой нефти на промыслах. Основная часть этих рекомендаций базируется на практическом опыте применения технологий предварительного обессоливания.

Фундаментальная монография, посвященная рассмотрению обезвоживания и обессоливания нефти на высоком теоретическом уровне, опубликована более 20 лет тому назад [51, Логинов В.И.].

Для снижения коррозионной активности поступающего на переработку сырья и сохранения длительности работы катализаторов на нефтеперерабатывающих предприятиях необходимо снижать концентрацию хлористых солей в сырье до 3–5 мг/л до начала процесса переработки.

Наиболее простая и, как правило, всегда и везде успешно реализуемая первая стадия этого технологического процесса — диспергирование промывной воды в обрабатываемом сырье — необходимое, но недостаточное условие для возможности смешения капель соленой и промывной воды.

Для достижения сопоставимых размеров капель соленой и промывной воды используются специальные механические устройства – диспергаторы.

Вторая, наиболее сложная стадия технологического процесса обессоливания – выравнивание концентрации хлористых солей в капельной воде обрабатываемого сырья и каплях промывной воды, то есть в водной дисперсной фазе нефти.

Плотность распределения капель воды по размерам, как показывают экспериментальные исследования, подчиняется логарифмически нормальному закону. Наиболее вероятный размер капель соленой воды, как правило, существенно меньше наиболее вероятного размера капель промывной воды. Наибольшей вероятностью встречи и слипания обладают капли разного размера, причем, чем больше различие размеров, тем больше вероятность коалесценции. Таким образом, для возможности выравнивания концентрации хлористых солей в большей части капельной воды необходимым условием является многократность актов коалесценции и последующего диспергирования капельной воды обрабатываемого в процессе обессоливания сырья.

Известно, что для коалесценции капель требуется время, продолжительность которого зависит от вязкости среды (нефти), типа применяемого реагента, нормы его дозировки и условий ввода в обрабатываемое сырье, гидродинамических параметров потока сырья до начала процесса обезвоживания, обеспечения условий сегрегации капельной воды и т.д.

Следовательно, между смесителем и отстойником, должен быть технологический элемент, обеспечивающий время и гидродинамические условия многократности коалесценции и диспергирования капель соленой и промывной вод – коалесцер-диспергатор (рис. 6.3). Одним из условий эффективности применения этого элемента является предварительное воздействие деэмульгаторами на межфазную поверхность капель вода – нефть для возможности проявления эффекта неустойчивой эмульсии, то есть существенному снижению «времени жизни капель воды» на границе раздела фаз.

Другим важнейшим условием технологической эффективности применения коалесцера-диспергатора является увеличение вероятности коалесценции капель за ограниченный период времени, что обеспечивается достаточной концентрацией капельной воды (дисперсной фазы) в обрабатываемом сырье. Достаточная концентрация дисперсной фазы – это такая концентрация, при которой проявляется эффект стеснённости осаждения капельной воды в поле силы тяжести. Эффект стесненности при гравитационном разделении нефти от капельной воды практически ощутим при обводненности (объемной доле воды в эмульсии) более 6% об. При обводненности 15% об. и более начинают существенно проявляться эффекты, связанные с возрастанием эффективной вязкости эмульсии. Поэтому величина технологически оптимального истинного водосодержания (обводненности) в процессе выравнивания концентрации хлористых солей в капельной воде лежит в диапазоне от 6 до 10–12% об. Практический опыт реализации процессов обессоливания на НПЗ и нефтяных промыслах подтверждает сделанный вывод.

Теоретически необходимое количество промывной воды определяется материальным балансом при идеальном смешении* капельных соленой и промывной вод. Проведенные нами оценки показывают, что минимальное теоретически требуемое количество промывной воды невелико (единицы процентов и меньше), но чем меньше воды в потоке, тем меньше вероятность встречи капель и, как следствие, их коалесценция. Поэтому на практике для увеличения вероятности коалесценции капель воды и повышения эффективности использования промывной воды часть дренажной воды направляется вместе с промывной водой в смеситель (рис. 6.3).

В результате добавления дренажной (циркуляционной) воды в смеситель обводненность продукции, поступающей в коалесцер-диспергатор, а затем дегидратор, поддерживается в пределах 6–10% об., и для каждого конкретного случая, в зависимости от свойств обрабатываемой нефти и применяемой технологии обессоливания, подбирается опытным путем.

Проведенные исследования показывают, что минимальное потребное количество промывной воды (при идеальном смешении ее с соленой водой), обеспечивающее допустимое содержание хлористых солей в нефти на выходе из ступени обессоливания, зависит не только от:

· обводненности продукции до и после процесса обессоливания;

· концентрации хлористых солей в дисперсной воде до процесса обессоливания;

· концентрации хлористых солей в промывной воде;

но и от:

· числа ступеней процесса обессоливания;

· мест ввода промывной и сброса дренажной воды при многоступенчатом процессе обессоливания.

Выполненные расчеты потребного количества промывной воды показывают, а практика подтверждает, что при прочих равных условиях справедливы следующие положения:

^* Идеальное смешение соленой и промывной дисперсных вод – это процесс достижения полного выравнивания концентраций хлористых солей во всех каплях дисперсной воды до момента сброса дренажной воды из системы.

> чем больше число ступеней в процессе обессоливания, тем меньше промывной воды необходимо для обессоливания;

> при реализации технологии противоточной заливки промывной воды (рис. 6.7) минимально необходимое количество ее меньше, чем при заливке промывной воды в каждую ступень отдельно (рис. 6.8).

Из рассмотрения материального баланса при заданной технологии обессоливания можно получить уравнения для расчета минимального количества промывной воды, теоретически необходимого для обессоливания при идеальном смешении вод.

Так, например, при одноступенчатом процессе обессоливания минимально необходимое количество промывной воды можно вычислить по достаточно простой формуле:

(6.13)

где – объемные расходы подаваемой промывной воды и обрабатываемой продукции, соответственно, м³/с;

– концентрации хлористых солей в дисперсной воде обрабатываемой продукции, товарной нефти (продукции после обессоливания) и промывной воде, соответственно, мг/л;

– объемные доли воды в товарной нефти (продукции после обессоливания) и обрабатываемой продукции, соответственно.

Рис. 6.8. Принципиальная технологическая схема трехступенчатого процесса обессоливания нефти при заливке промывной воды на каждую ступень в отдельности

Отметим, что минимальное количество промывной воды, требуемое для обессоливания, при идеальном смешении капельных вод не зависит от количества циркуляционной воды.

Минимальное необходимое количество промывной воды для двухступенчатого процесса обессоливания при заливке промывной воды на каждую ступень в отдельности можно вычислить по формулам:

(6.14)

(6.15)

где (6.16)

в которых – объемные расходы подаваемой промывной воды на первую и вторую ступени, соответственно;

– концентрации хлористых солей в промывных водах подаваемых на первую и вторую ступень, соответственно;

– объемная доля воды в продукции после первой ступени обессоливания.

Минимальное необходимое количество промывной воды для двухступенчатого процесса обессоливания при противоточной заливке промывной воды можно вычислить по формулам:

(6.17)

где (6.18)

(6.19)

(6.20)

Уравнения для расчета необходимого количества промывной воды трехступенчатого процесса обессоливания при идеальном смешении достаточно громоздки.

ПРИМЕР П6.1

Для примера в табл. П6.1.2по исходной информации табл. П6.1.1приведены численные расчетные значения потребного количества промывной воды для одно-, двух- и трехступенчатого процессов обессоливания при идеальном смешении капельных вод применительно к технологическим схемам, представленным на рис. 6.7 и 6.8.

Таблица П6.1.1

Исходные данные для расчета минимального количества промывной воды, требуемого для обессоливания

Показатели	Обозначение	Значение
I вариант (предварительное обессоливание)
Концентрация хлористых солей в:	пластовой воде		200 000
мг/л	товарной нефти
	промывной воде		2 000
Объемная доля воды в: %	товарной нефти		0,5
	обрабатываемой продукции
II вариант (глубокое обессоливание)
Концентрация хлористых солей в:	дисперсной воде обрабатываемой продукции		20 000
мг/л	продукции после обессоливания
	промывной воде		2 000
Объемная доля воды в: %	продукции после обессоливания		0,1
	обрабатываемой продукции		0,5

Таблица П6.1.2

Минимальное количество промывной воды, требуемое для обессоливания при идеальном смешении вод в зависимости от числа ступеней и технологии ввода промывной воды

Показатели	Число ступеней
I вариант
Технология ввода промывной воды		На каждой ступени	Противо-точная	На каждой ступени	Противо-точная
	9,95	3,17	1,78	2,08	0,95
II вариант
Технология ввода промывной воды		На каждой ступени	Противо-точная	На каждой ступени	Противо-точная
	3,03	0,59	0,36	0,14	0,13

Анализ численных оценок потребного количества промывной воды в случае идеального смешения показывает, что одноступенчатая схема обессоливания экономически вряд ли может быть оправдана из-за кратного превышения эксплуатационных затрат по промывной воде.

Для практического применения наиболее оптимальна двухступенчатая технология обессоливания с противоточной подачей промывной воды.

Дальнейшие расчеты показывают, что при любой реальной технологии обессоливания, то есть не идеальном смешении соленой и промывной дисперсных вод, отмеченная тенденция по числу ступеней обессоливания сохраняется.

Вопрос применения двух- или трехступенчатого обессоливания может стоять только в случае существенного дефицита промывной воды. При предварительном обезвоживании важно обращать внимание на абсолютные объемы обрабатываемой нефти.

Таким образом, любая оптимальная технологическая схема процесса обессоливания нефти должна:

· включать ступень многократной коалесценции–диспергирования капельных соленой и промывной вод;

· предусматривать противоточное введение промывной воды на завершающей (второй, третьей) ступени обессоливания в смеситель-диспергатор (рис. 6.7);

· за счет циркуляционной воды поддерживать обводненность в коалесцере-диспергаторе не менее 6% об.

Поиск по сайту: