Нефть. От первых скважин до новой эпохи - Глеб Олегович Трухин

Рисунок 5. Грохот барабанного типа

На рисунке 6 представлен полный цикл механической обработки, который нам удалось рассмотреть в данном разделе, а также главные механические процессы переработки нефти до состояния сажи, кокса и пека.

Рисунок 6. Механический процесс получения фракции тонкого помола

К гидромеханическим процессам относятся: отстаивание, фильтрование, центробежное фильтрование, электроосаждение. Они требуются для разделения гетерогенных и дисперсных систем. Гетерогенная система – это система, состоящая из двух компонентов разных или одинаковых фаз с четкой границей раздела. К таким системам можно отнести масло с водой, воду с воздухом в бутылке, песок в жидкости и, конечно, нефть с водой. Однако мы говорили ранее, что в деэмульгаторе происходит разделение дисперсной системы, а не гетерогенной. В чем же разница? Дело в том, что в дисперсной системе частицы одной фазы (дисперсной фазы) распределены в другой фазе (дисперсионной среде), не растворяясь в ней. Например, при движении нефти по трубопроводу может происходить ее смешение с водой или газом, что как раз и приводит к образованию такой системы. Так, к дисперсной системе можно отнести: газировку (жидкость-воздух), взболтанную бутылку воды и масла (жидкость-жидкость), засыпанный песок в воду в процессе осаждения (твердая фаза – жидкость).

Дисперсные системы подразделяются на суспензии – жидкости со взвешенными твердыми частицами; эмульсии – жидкости со взвешенными в них капельками другой жидкости; пены – взвеси газовых пузырьков в жидкости; пыли и дымы – газы со взвешенными в них частицами твердой фазы; туманы – взвеси капель жидкости в газе. Дымы и туманы называют также аэрозолями. Системы различают также по размеру частиц: грубые (больше 100 мкм), тонкие (0,5–100 мкм), мути (0,1–0,5 мкм), коллоидные растворы (меньше 0,1 мкм).

Один из самых дешевых, но длительных способов разделения дисперсных систем – отстаивание в специальных аппаратах. Под действием силы тяжести фазы расслаиваются: если плотность дисперсной фазы (взвешенных частиц или капель) выше плотности дисперсионной (сплошной) фазы, они оседают вниз, образуя осадок или слой тяжелой жидкости. Если же плотность частиц ниже – они всплывают. После разделения фазы можно выводить из аппарата по отдельности.

Процесс отстаивания широко применяется в нефтегазопереработке и нефтехимии для обезвоживания и обессоливания нефти, отделения дистиллятов от воды после перегонки с водяным паром, очистки нефтяных топлив от загрязнений (вода, частицы катализатора, продукты коррозии, соединения кремния, кальция, алюминия), отделения газа от жидкости в газосепараторах, очистки сточных вод от загрязнений (нефть, нефтепродукты, нефтесодержащий шлам, избыточный активный ил, твердые механические примеси) и т. п. Важным показателем процесса отстаивания является скорость оседания частиц под действием силы тяжести.

Эти процессы выполняются в аппарате под названием отстойник или нефтеулавливатель. Он представляет собой заглубленную металлическую емкость горизонтального типа с закругленным дном. Аппарат снабжен специальным устройством – отбойником и переливной перегородкой. Принципиальная схема работы такого аппарата представлена на рисунке 7.

Рисунок 7. Отстойник-сепаратор

Чаще всего эти аппараты работают попеременно, что обеспечивает быструю и стабильную работу предприятия. При динамической работе – при постоянной подаче жидкости эти аппараты превращаются из отстойников в сепараторы. Немаловажно, что эти аппараты работают не только с системами жидкость-жидкость, но и с газожидкостными смесями, включая трехкомпонентные (например, газ – бензин – вода).

Принцип разделения основан на многократном прохождении потока через слои отбойников (одного или разного диаметра). В результате эмульсия разбивается на несколько слоев. Газ при этом выходит из жидкой фазы – подобно тому, как углекислый газ выделяется из минеральной воды. Вода задерживается на отбойниках, собирается в отдельную фазу и стекает по специальному патрубку.

Подводя итог, можно сказать, что нефтяные отстойники и сепараторы – это устройства, предназначенные для механической очистки промысловой нефти и попутного газа. Они применяются на нефтепромыслах, газовых месторождениях, в нефтегазовой и химической промышленности в составе комплексных установок подготовки нефти и газа к транспорту.

Функции

– Очистка рабочего продукта от мелкодисперсной влаги, взвешенных частиц, механических примесей, аэрозолей.

– Выделение газа и воды из промысловой нефти.

– Уменьшение пенообразования нефти (дегазация нефти).

– Обезвоживание и обессоливание нефти.

Инновации, связанные с улучшением технологического и конструктивного качества нефтяных и нефтегазовых сепараторов, а также с автоматизацией процессов и вниманием к экологическому аспекту, позволяют повысить эффективность сепарации и снизить затраты.

Технологии

Использование мембранных технологий. Мембраны – фильтры, через которые проходят различные компоненты смеси, образуя разделенные фазы – нефть, газ и воду. Например, обратный осмос и ультрафильтрация применяются для отделения воды от нефти в процессе первичной сепарации.

Применение электрофизических методов разделения. Электростатическое и электромагнитное разделение используют электрические поля для выделения из смеси твердых частиц, воды и углеводородов. Например, электрофильтрация эффективно отделяет капли воды от нефти.

Использование ультразвуковых и электромагнитных методов для контроля и оптимизации процессов разделения фаз. Это позволяет улучшить качество продукции и снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций.

Конструкции

Усовершенствованные конструкции вертикальных сепараторов. Например, сепаратор с винтовой подогреваемой полкой, который увеличивает производительность и скорость сепарации за счет нагрева полок.

Компактные и модульные конструкции. Если раньше сепараторы были громоздкими и занимали много места, то современные компактные модели проще интегрируются в существующие производства.

Подводные сепараторы. Размещаются на морском дне в близости от устьев скважин, что позволяет более эффективно разрабатывать удаленные и глубоководные месторождения.

Экологичность

Регенерация и повторное использование воды. Современные установки позволяют очищать воду, которая используется в процессе сепарации, до уровня, соответствующего стандартам экологической безопасности, а затем возвращать ее в цикл. Это помогает сократить потребление воды и снизить нагрузку на природные ресурсы.

Использование экологически безопасных биологических и химических реагентов для улучшения сепарации. Например, биокатализаторы и биоразлагаемые вещества применяют для удаления остатков нефти и других загрязнителей из воды, что минимизирует потребность в токсичных химикатах.

Настройка сепараторов для отраслевых потребностей. Производители предлагают индивидуальные решения, которые удовлетворяют уникальные потребности конкретных отраслей. Это касается типа загрязняющих веществ, скорости потока или пространственных ограничений.

Другой способ разделения смесей – фильтрование. Это процесс разделения смесей, знакомый каждому по бытовым фильтрам. В промышленности он работает так же, но масштабнее. А именно: суспензии или аэрозоли пропускают через пористые перегородки, на поверхности которых задерживаются взвешенные в жидкости или газе твердые частицы. Получается осадок, а жидкость, отделенная от него, называется фильтратом.

В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности фильтрование применяется в процессах депарафинизации масел, производства парафина, церезина, пластичных смазок, при очистке нефтепродуктов и контактной очистке масел, для улавливания технического углерода, отделения химических реактивов и особо чистых химических веществ и других ценных