Technológia odsoľovania ropy: popis a princípy

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Ropné rafinérie dostávajú produkty z vrtov ako surovinu. V podstate ide o zdroje ropy a plynu, ktoré sa ťažia vo forme emulzie s nečistotami a minerálnymi soľami. Bez predbežnej úpravy môžu takéto zmesi poškodiť procesné zariadenia už v počiatočných štádiách spracovania surovín, preto sa používajú metódy dehydratácie a odsoľovania oleja, ktoré možno z hľadiska účinkov prirovnať k filtrácii.

Všeobecné princípy technológií odvodňovania a odsoľovania

Zmes oleja a súvisiacich nečistôt sa spravidla tvorí z niekoľkých typov kvapalín, ktoré môžu obsahovať pevné častice. V najjednoduchších emulziách sa vodná zložka zmiešava s ropou v tenkých kvapkách pozdĺž molekulárnej štruktúry. Je potrebné poznamenať, že procesy dehydratácie a odsoľovania ropy môžu byť spojené nielen s prirodzeným znečistením a riedením cieľaproduktu v studni a počas výroby. Technológia prevádzky vrtov vzduchovou dopravou umožňuje zámerné riedenie zdroja za účelom jeho extrakcie na povrch pod tlakom z vrtu. Vzduch alebo uhľovodíkové plyny môžu pôsobiť ako aktívne zdvíhacie médium, takže ďalšia rafinácia ropy je povinným technologickým opatrením na prípravu zdrojov. Ďalšou vecou je, že nízky obsah kyslíka v technike leteckej prepravy uľahčuje proces separácie surovín.

Najbežnejšia aplikácia technológií rafinácie ropy zahŕňa separáciu soli a vody na molekulárnej úrovni. Najmä medzi najjednoduchšie technológie na odsoľovanie ropy patrí pôsobenie elektrostatického poľa vytvoreného elektródami s transformátorovým napájaním pri napätí 12-25 kV. Elektrostatické pole spôsobuje, že sa molekuly vody pohybujú, zrážajú a zlepujú sa. Keď sa objem kvapaliny hromadí, je možné ju usadzovať s následným oddelením od olejovej fázy. Toto je jeden zo všeobecných princípov fungovania metód dehydratácie a odsoľovania, ale široko používané sú aj technológie zahŕňajúce pridávanie rôznych aktívnych zložiek, ktoré urýchľujú a optimalizujú separačné procesy.

Surová ropa a jej vlastnosti

Surový olej tiež obsahuje prírodné emulgátory s rozptýlenými nečistotami a mineralizované chloridy. V niektorých prípadoch, v závislosti od technológie vývoja vrtu, môžu byť konzervované aj zložky plynu - prchavé aanorganické. Všetky tieto zložky sú aktívne a možno ich považovať za povinné na konzerváciu alebo nežiaduce - ich stav je určený požiadavkami na konečný produkt a vo fázach spracovania určuje zoznam prijateľných metód na dehydratáciu a odsoľovanie oleja, čo tiež ovplyvní výber zariadení pre ropné rafinérie. To znamená, že aj niektoré užitočné komponenty môžu poškodiť technologické celky, preto sú v určitých fázach spracovania tiež vylúčené a potom znovu zavedené.

Proces dehydratácie sa považuje za jeden zo základných. Realizuje sa deštrukciou vodno-olejového média s prídavkom deemulgátorov, ktoré pri adsorpcii na hranici fázovej separácie oddeľujú kvapôčky kvapaliny v oleji. Ako aktívna zložka by sa mala použiť kompozícia, ktorá sama osebe bude ľahko oddelená od cieľového produktu. Napríklad deemulgátory používané na dehydratáciu a odsoľovanie oleja neovplyvňujú vlastnosti čistenej suroviny a nereagujú s vodou. Ide o syntetizované zlúčeniny, ktoré sú tiež inertné voči zariadeniam a šetrné k životnému prostrediu. Deemulgátory zo skupiny rozpustné v oleji sa ľahko miešajú s emulziami s obsahom oleja a zároveň sa zle vymývajú vodou. Existujú tiež organické neelektrolytové deemulgátory, ktorých vlastnosti zahŕňajú rozpúšťaciu funkciu v porovnaní s olejovými emulgátormi. V dôsledku chemického pôsobenia klesá aj viskozita suroviny.

Odôvodnenie potreby odsoľovania ropy

Užitočnosť zníženia koncentrácie soli v surovej rope ďaleko presahuje škody, ktoré korózne procesy spôsobujú zariadeniam. Malo by sa vziať do úvahy, že ropné produkty s určitými súbormi fyzikálnych a chemických vlastností stanovených prísnymi predpismi sa používajú vo výrobných procesoch a pri zásobovaní dopravnej infraštruktúry. Odsoľovanie ropy je preto v princípe úplne racionálny postup – ďalšia vec je, že na túto úlohu možno použiť rôzne technológie, nehovoriac o rozdieloch v miere zníženia koncentrácie. Napríklad v oblastiach, kde sa plánuje ochrana vody, možno zaviesť dvojstupňový proces odsoľovania.

Ako sa líšia prístupy k manažmentu soli? Závisí to od základnej techniky. Takže pri elektrických metódach bude záležať na aktuálnych parametroch a v rámci chemickej úpravy na dehydratáciu a odsoľovanie ropy sa používa široká škála účinných látok, ktoré spočiatku rôznym spôsobom ovplyvňujú obsah niektorých prvkov. Väčšinou ide o rovnaké chemikálie zo všeobecnej skupiny deemulgátorov, ktoré sa za určitých podmienok zavádzajú do emulzie. Napríklad, aby sa zabezpečilo husté premiešanie látky s olejovými surovinami, musí byť nasmerovaná proti prúdu v štandardnej vzdialenosti od preplachovacej nádrže alebo separačnej zóny.

Vykurovanie ropy

Jedno z prípravných opatrení, ktorého účelom je vytvorenie dostatočného teplotného režimu pre efektívnu realizáciu procesu odsoľovania. Načo to je? Vykurovanie má dve základné úlohy:

• V podmienkach vysokej teploty sa častice vody pohybujú vyššou rýchlosťou, vďaka čomu je proces spájania molekúl do jedinej štruktúry aktívnejší. V súlade s tým sa zvyšuje proces odsoľovania ropy, z ktorého sa odstraňujú veľké zlúčeniny vody.
• Zníženie viskozity je tiež dôsledkom regulácie teploty. Viskozita ako taká označuje schopnosť tekutiny odolávať prúdeniu. Ak sa tento indikátor zníži, cudzie komponenty sa ľahšie odstránia, pretože na ne pôsobí menšia sila prekážky.

Aký druh teplotného režimu bude optimálny pre olejovú emulziu z hľadiska pozitívneho vplyvu na ďalšie separačné procesy? Špecifický ukazovateľ je stanovený s prihliadnutím na charakteristiky konkrétnej vzorky. Napríklad pre ľahké emulzie s nízkou viskozitou sa používajú mierne priemerné teploty, aby sa zabránilo varu olejovej fázy, a pre ťažké uhľovodíkové zmesi má zmysel zvýšiť lištu tepelného účinku. Vo väčšine prípadov sa ako optimálny režim pre odsoľovanie berie teplota ohrevu od 100 do 120 °C. Režim do 140 °C sa považuje za zvýšený.

Úprava chemickým olejom

Spracovanie alebo deštrukcia štruktúry emulzie týmto spôsobom si tiež vyžaduje špeciálne školenie. Najmä chemické metódy dehydratácie a odsoľovania oleja sa vykonávajú za nasledujúcich fyzikálnych podmienok:

• Preaby sa zabezpečil kontakt medzi olejovou zložkou a účinnou látkou, musí byť predtým zničený medzifázový film. To umožní pridať do emulzie deemulgátor potrebný pre ďalší proces.
• Na určité časové obdobie musí byť zabezpečený dostatočný počet zrážok rozptýlených častíc vody. Inými slovami, miešaním alebo otáčaním obsahu emulzie sa aktivita destabilizovaných častíc vody umelo zvyšuje.
• Doba usadzovania bola zachovaná, počas ktorej veľké častice vody vytvoria zrazeninu na pozadí koagulácie.

Od tohto momentu môžete začať pripravovať emulziu na proces odsoľovania oleja zahrievaním. Všetky pozitívne vlastnosti zvyšovania teploty olejovej fázy fungujú pri metóde chemickej separácie, ale je dôležité vziať do úvahy obmedzenia, pretože nadmerné zvýšenie teploty môže viesť k negatívnym dôsledkom. V niektorých separačných zariadeniach sa pri nesprávnom odhade teploty vyparuje olej na pozadí poklesu hustoty látky a straty objemu. Aby sa predišlo takýmto účinkom, mnohé podniky používajú nižšie teploty vykurovania ako bezpečnostnú sieť. Na kompenzáciu nedostatku tepelnej energie sa používa väčší objem deemulgátora a zariadenia s vyšším výkonom.

Elektrické dehydrátory na odsoľovanie oleja

V najjednoduchších schémach implementácie elektromechanických procesov na separáciu soli a vody z ropného produktu sa používajú elektrické dehydrátory. Je multifunkčnýzariadenie, ktoré vykonáva niekoľko fázových úloh, vrátane vykurovania, elektrického nárazu, separácie a žumpy. Horizontálne elektrické dehydrátory na dehydratáciu a odsoľovanie oleja sú založené na nádrži, v ktorej prebiehajú jedno- alebo dvojstupňové separačné procesy. Modely s funkciou ohrevu (termoseparátory) tiež obsahujú nádobu v srdci dizajnu, ale doplnenú o sekciu vstupného ohrevu.

Elektromechanické dehydrátory sú navrhnuté s koalescenčnými jednotkami, elektrostatickými mriežkami a rovnakým vykurovacím zariadením. Charakteristickým znakom tejto modifikácie je implementácia koalescenčných zariadení určených na prácu s fázami vo formáte kvapalina/kvapalina. Tento typ elektrického dehydrátora na odsoľovanie oleja sa používa pri údržbe problematických emulzií.

Vo všeobecnej technológii používania elektromechanických dehydrátorov je poslednou fázou proces zrážania. V jeho rámci je obsluhovaný oddelený prietok oleja, pri pohybe ktorého je zabezpečené uvoľňovanie plynu a normalizované teplotné indikátory.

Princíp fungovania elektrickej sušičky

Keď ropná zložka vstúpi do elektrického poľa, molekuly vody so záporným nábojom sa začnú pohybovať a naberú na seba kvapôčky v tvare hrušky smerujúce ku kladnej elektróde. Na ceste k poslednému sa kvapky zrazia a vytvoria veľkú frakciu, pripravenú na ďalšie zrážanie a separáciu. Obtiažnosť spočíva v tom, že jeden cyklus spracovania emulzienebude stačiť na oddelenie vody a soli. Soli sa síce vo vodnom prostredí prirodzene rozpúšťajú, no pri vysokých koncentráciách sa nedajú úplne vylúčiť. Pre efektívnejšie čistenie je možné do zmesi dodatočne pridať čerstvú vodu, ktorá pri niekoľkých cykloch elektrického pôsobenia vymyje soľnú časť. Okrem elektrického čistenia vykonáva jednotka na odsoľovanie oleja s dehydrátorom sedimentáciu (funkcia usadzovania). Na tento účel sa používa voliteľné vybavenie, ktoré môže mať rôzne tvary, rozmery a pomocné nástroje na riadenie procesu.

Hoci sú elektrické dehydrátory technologicky zložité a drahé zariadenia, čoraz viac ich využívajú nielen veľké, ale aj malé rafinérie. Tento dopyt sa vysvetľuje nasledujúcimi výhodami jednotiek:

• Úspory. Ako ukazuje prax, pokiaľ ide o náklady na spotrebný materiál a spotrebu energie, elektrické dehydrátory sú najziskovejším riešením separácie oleja vo svojej triede.
• Ergonómia. Ide o relatívne nové zariadenie, preto jeho dizajn bol vyvinutý už v prvých generáciách s dôrazom na moderné formy riadenia s automatizáciou a elektronickými dispečerskými ovládacími panelmi.
• Kvalita spracovania. Dobre premyslený dizajnový systém spojený so širokou škálou chemických katalyzátorov poskytuje prakticky laboratórnu kvalitu spracovania oleja pre rôzne technologické procesy v kritických priemyselných odvetviach.
• Vysoký stupeň spoľahlivosti technológie. ATKompozícia poskytuje ochranné zariadenia s automatizáciou, ktoré podľa zabudovaných algoritmov riadia technologické operácie s miernym rizikom chyby. Zároveň sú personálne funkcie redukované na minimum a v high-tech verziách sú nahradené inteligentnými riadiacimi systémami.

Komplexné oddeľovanie olejovej emulzie

Ak sa elektrické dehydrátory používajú špeciálne na úlohy oddeľovania čistého oleja od vody a solí, potom priemyselné separátory v komplexe implementujú funkciu oddeľovania emulzie na zložky. Napríklad pri testovaní studne je potrebné získať všeobecnú analýzu tvrdej vrstvy v spodnom otvore z extrahovanej vzorky. Pri týchto činnostiach možno odsoľovanie ropy považovať za nepriamu úlohu spolu so stanovením koncentrácie železa alebo horčíka, čo však neznižuje užitočnosť separátora. Faktom je, že samotné ropné rafinérie v praxi nemajú záujem ani tak o bodové stiahnutie soli z cieľového produktu, ale o jeho komplexnú prípravu na ďalšie použitie. V tomto zmysle je vylúčenie pevných nečistôt spolu s dehydratáciou a odsolením len vítané.

Vysokovýkonné separátory pracujú aj s poskytovaním vstupného kalu a plynového kalu. Takéto zariadenia sa používajú na odsoľovanie vody v zariadeniach na úpravu ropy pre spotrebiteľské podniky s konečným výrobným cyklom. To znamená, že výstupom by mal byť komerčný čistý olej, ktorého vlastnosti umožňujú jeho použitie ako palivo alebo iné materiály. Napríklad separátor pripravuje olejemulzia s vlastnosťami, ktoré umožňujú výrobu bitúmenu, mazív, syntetického kaučuku atď. Takáto vysoká kvalita oleja sa získava prechodom cez niekoľko stupňov spracovania, vrátane práčok, koalescerov, umývacích nádrží, tepelných separátorov a iných funkčných jednotiek v rôznych konfigurácie.

Technológia hĺbkového odsoľovania

Nedostatočné odsoľovanie olejovej emulzie ovplyvňuje aj stav procesného zariadenia a kvalitu finálneho produktu. Pre náročných výrobcov preto spracovateľské závody vyrábajú produkty, ktoré prešli hlbokou separáciou. V tomto prípade zariadenie na odsoľovanie oleja znižuje množstvo solí na 3-5 mg/l. Ako sa takýto výsledok dosahuje? Môžu sa použiť rôzne technológie, ale kombinovaná elektrotermochemická metóda sa považuje za optimálnu.

Vysokú mieru hĺbkovej separácie je možné dosiahnuť komplexným čistením s prepojením rôznych metód odstraňovania solí vo vodnom prostredí. V tomto prípade by malo byť zabezpečené intenzívne usadzovanie v umývacej kvapaline silným elektrickým prúdom. Čo sa týka chemickej metódy, tá je tiež spojená v podobe pridávania aktívnych deemulgátorov.

Ďalším spôsobom, ako zabezpečiť hlboké odsoľovanie, je hydromechanické. V tomto prípade sa neuplatňujú chemické a elektrické vplyvy. Dôraz je kladený na gravitačnú funkciu, ktorá prispieva k prirodzenému odlupovaniu vodného prostredia od ropy. Odsoľovacia jednotka v tejto schéme je valcová usadzovacia nádrž s objemom 100 - 150 m3. Poskytuje zóny na oddeľovanie frakcií, v ktorých prúdia kvapaliny pod tlakom do 1,5 MPa. Dodržiava sa aj teplotný režim od 120 do 140 °C, čo prispieva k procesom separácie médií.

Technológia AC-Direct field impact

Táto metóda sa tiež nazýva DC/AC pole. To znamená, že je úplne založený na elektrickom pôsobení, ktoré zabezpečuje usmerňovač v transformátore. V podmienkach jednosmerného prúdu získava elektrostatická mriežka polaritu (zápornú alebo pozitívnu), čo prispieva k pohybu molekúl vody v smere elektródy. Vzájomnou príťažlivosťou molekúl k sebe sa vytvorí vodná vrstva, ktorá sa zobrazí podľa najvhodnejšej schémy.

Náročnosť použitia elektroinštalácie na dehydratáciu a odsoľovanie ropy spočíva v tom, že proces koalescencie vodného prostredia zahŕňa riziká skratu. Je to spôsobené tým, že záporné a kladné elektródy sa môžu navzájom dotýkať v dôsledku mostíkov vytvorených počas pohybu častíc vody. Tento negatívny faktor je eliminovaný triódovým tyristorom, ale len vo forme čiastočného zníženia pravdepodobnosti skratu. Pri spracovaní ťažkých ropných frakcií nie je technológia AC-Direct povolená alebo obmedzená z iných dôvodov. V takýchto médiách ani pri tepelnej expozícii nie je aktivita molekúl vody taká aktívna, čo v zásade znižuje intenzitu a celkovú kvalitu procesu.oddelenie.

Tak či onak, samotná metóda elektrického pôsobenia má oproti iným metódam výhodu ako najpraktickejšia, ľahko použiteľná a nenáročná na technickú organizáciu. Ťažkosti sú spôsobené len požiadavkami na zaistenie bezpečnosti procesu, čo je vyjadrené potrebou použitia bezpečnostných blokov, jednotiek ochrany proti skratu, stabilizátorov napätia atď.

Dodatočné funkcie odsolovačov

Keďže ropné rafinérie a rafinérie zvyčajne kombinujú rafináciu ropy s celým radom ďalších procesných krokov, separačné zariadenie je tiež vybavené celým radom pomocných funkcií, vrátane:

• Funkcie riadenia a merania. Používajú sa povinné aj sekundárne voliteľné meracie prístroje. Napríklad tlakomery, hydrostatické prístroje, multimetre, dozimetre atď. V zariadeniach na chemické odsoľovanie ropy sa používajú aj špeciálne prístroje na určenie typu a množstva deemulgátorov.
• Operácie preplachovania a čistenia. Funkcia sa vzťahuje na samoobslužné systémy - po odčerpaní spracovaného oleja sa aktivuje preplach nádrže a kanálov, ktoré zabezpečujú transport emulzie.
• Nástroje na správu napájania. V elektroinštaláciách, ako už bolo spomenuté, zmena aktuálnych parametrov ovplyvňuje kvalitu procesov odsoľovania ropy, preto možno korekciu zdroja napájania považovať zaregulačná funkcia. Na to sa používajú špeciálne ovládacie panely napojené na ampérmetre, voltmetre a prevodník prúdu.

Kompletné odsoľovacie zariadenie

Vo veľkých ropných rafinériách, kde sa vykonávajú čistiace a separačné procesy so surovinami, ktoré sa pohybujú v prúde, sa používajú špeciálne jednotky na flotačných a odstredivých princípoch prevádzky. Kapacity UPON in-line jednotky na odsoľovanie oleja umožňujú spracovať až 500 m3/h suroviny, poskytujúc úroveň salinity až 3 g/m3. Na udržanie vysokej rýchlosti separácie je však potrebný primeraný tlak v okruhu prívodu oleja. Na tento účel sa používajú samostatné alebo vstavané kompresorové jednotky. Priemerný tlak na vstupe do spracovateľskej linky je teda 1,1-1,5 MPa.

Za podmienok implementácie zjednodušenej schémy s jednostupňovým miešaním je emulzia predbežne zriedená vodou, potom sa zmes posiela do zmiešavacieho ventilu a vstupuje do separačnej jednotky. In-line jednotka na odsoľovanie oleja cez sacie potrubie distribuuje pripravený roztok po celej dĺžke separačnej nádoby, čo umožňuje efektívne oddeľovať frakcie. Pri mechanickom oddeľovaní môže dôjsť aj k elektrostatickému pôsobeniu. V záverečnej fáze sa už vyčistený olej vypúšťa do spoločného cirkulačného kanála so smerom k ďalšej technologickej fáze spracovania alebo dočasného uskladnenia. Treba poznamenať, že kvalita in-line odsoľovania je dosť nízka kvôli vylúčeniu funkciežumpa, avšak v niektorých oblastiach požiadavky na vysoký výkon pri príprave ropného produktu kladú na prvé miesto rýchlosť spracovania.

Pomocné systémy na úpravu kalu

Väčšina zariadení na sušenie a oddeľovanie vody štandardne používa krok hrubej filtrácie s odvodňovaním zložky kalu. Tento postup by sa nemal zamieňať s odstraňovaním nečistôt, pretože kal je vedľajším účinkom výroby ropy a môže poškodiť systémy jemného čistenia surovín už v prvých fázach spracovania. Preto sa ťažké nečistoty odstraňujú ešte pred procesmi odsoľovania ropy. Kalom sa v tomto prípade rozumejú usadeniny hornín, piesku a iných hrubých častíc, ktoré sa dostali do emulzie v rôznych štádiách vrtnej prevádzky poľa.

Ako sa čistí kal? Predpokladá sa niekoľko procesov odstraňovania, ale všetky sú založené na mechanických metódach filtrácie s drenážou a premývaním. V priemyselných zariadeniach na dehydratáciu a odsoľovanie oleja je k týmto procesom pripojené tlakové dúchadlo s tlakom 4 bary alebo viac. V ojedinelých prípadoch je kal podrobený tepelnému a chemickému spracovaniu - to platí pre špeciálne stabilné zlúčeniny, ktorých drenážna úprava je neúčinná.

Záver

Problémy prípravy oleja pre hlavné procesy technologického spracovania pre následné využitie vo výrobnom sektore sa riešia rôznymi prostriedkami a metódami. Technológie dehydratácie a odsoľovania nie sú zďaleka najdôležitejšieoperácie tohto spektra, ale bez nich sa to nedá. Moderný priemysel sa snaží aplikovať optimalizovanejšie a energeticky efektívnejšie metódy riešenia separačných problémov, čo sa prejavuje pri pripájaní nových high-tech inštalácií. Najmä moderné generácie zariadení na dehydratáciu a odsoľovanie oleja sa aktívne vyvíjajú smerom k zvyšovaniu funkčnosti a ergonómie. Dôkazom toho je vzhľad samoregulačných transformátorov a vysoko presných meracích senzorov, ktoré vám umožňujú mať pod kontrolou všetky hlavné parametre čistiaceho procesu. Bezpečnostné systémy nezostávajú bez dozoru. Ako pri metódach chemickej separácie, tak aj pri použití elektrických dehydrátorov sa používajú izolačné a ochranné prostriedky ako pre samotné zariadenie, tak aj pre operátorov podieľajúcich sa na technologickom spracovaní ropy.