Как нефть очищают для нефтепереработки

Нефть, извлекаемая из недр земли, сопровождается пластовой водой, насыщенной солями, такими как хлориды, сульфаты и карбонаты, а также ионами натрия, кальция и магния. Эти примеси могут составлять до 30% от объема добытой нефти. Ни один крупный нефтепромысел, ни один нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) не обходится без так называемых ЭЛОУ — электрообессоливающих установок, которые очищают нефть от воды и солей.

Чем вредны примеси в нефти

Присутствие воды и солей в нефти негативно влияет на работу НПЗ, увеличивая давление в установках перегонки, расход тепла и снижая эффективность оборудования. Особенно вредны хлориды кальция и магния, которые при высоких температурах и в присутствии воды гидролизуются, образуя летучий хлористый водород (HCl) по реакциям:

CaCl2 + 2H2O ↔ Ca(OH)2 + 2 HCl

MgCl2 + 2H2O ↔ Mg(OH)2 + 2 HCl.

Хлористый водород, охлаждаясь, превращается в соляную кислоту, вызывая коррозию оборудования. В свою очередь, механические примеси вызывают эрозию внутренних поверхностей нефтепроводов и засорение теплообменников, что приводит к увеличению давления в аппаратуре и снижению ее производительности. Поэтому удаление воды и солей из нефти начинается уже на нефтепромыслах и завершается на НПЗ.

ЭЛОУ или суть процесса обессоливания и обезвоживания

Поступая на НПЗ, нефть первым делом подается на электрообессоливающие установки. Процесс электрообессоливания заключается в смешивании нефти с промывной водой и деэмульгатором, с последующим отделением соленой воды в электродегидраторах под действием переменного электрического поля и повышенной температуры. Это приводит к разрушению водонефтяных эмульсий и удалению воды вместе с растворенными в ней солями.

Для глубокого обессоливания нефть промывают водой в нескольких ступенях электродегидраторов. После обработки на ЭЛОУ содержание воды в нефти снижается до 0,1% и менее, а содержание солей — до 3-20 мг/л. Обессоленная и обезвоженная нефть затем проходит через теплообменник, где отдает свое тепло сырой нефти, и направляется в резервуары. Вода, отделенная в ЭЛОУ, подвергается дополнительному отстою, а затем сбрасывается на очистные сооружения.

Температура обессоливания зависит от типа нефти: легкие нефти обрабатывают при 80-100 °C, тогда как для большинства нефтей требуется температура 120-130 °C и выше. Расход деэмульгаторов зависит от устойчивости эмульсий. Иногда для нейтрализации сероводорода (H₂S) и органических кислот в нефть добавляют щелочной раствор.

Растрясти водяную грушу

Электродегидратор — это аппарат, используемый для отделения воды от сырой нефти путём разрушения нефтяной эмульсии в электрическом поле. Внутри электродегидратора находятся электроды, к которым подается высокое напряжение переменного тока.

В процессе электрообессоливания в электродегидраторе капли воды в нефтяной эмульсии, испытывают деформацию под воздействием переменного электрического поля. Когда отрицательно заряженные частицы воды попадают в электрическое поле, они перемещаются к положительно заряженному электроду (аноду), придавая капле вытянутую грушевидную форму. С изменением полярности электродов, капля деформируется, вытягиваясь к противоположному электроду. Это действие повторяется с частотой переменного тока (50 Гц), обычно 50 раз в секунду.

Эти динамические движения способствуют столкновению капель воды, что в сочетании с высоким электрическим потенциалом приводит к пробою их диэлектрической оболочки. Деэмульгатор, добавляемый в процесс, ускоряет разрушение этой оболочки, отдельные капли воды сталкиваются и сливаются, образуя более крупные капли. Этот процесс, известный как коалесценция, увеличивает размер капель до такой степени, что они становятся достаточно тяжелыми, чтобы осесть под действием гравитации. Таким образом, капли воды не разрушаются, а скорее объединяются и отделяются от нефти, что позволяет воде собираться в нижней части электродегидратора, а обезвоженная нефть собирается уже сверху. Это разделение позволяет дальше перерабатывать нефть без содержания воды и солей.

Деэмульгаторы как ускорители разрушения эмульсий

Деэмульгаторы — это специализированные химические реагенты, используемые для разрушения эмульсий в нефтяной промышленности. Они проникают в поверхностный слой частиц эмульсии и замещают или вытесняют естественные стабилизаторы, такие как асфальтены, изменяя поверхностное натяжение и способствуя разделению нефти и воды. На заводы они поставляются в различных формах, включая жидкости в стальных или полиэтиленовых бочках, а также в полиэтиленовых емкостях различной вместимости.

Типы деэмульгаторов:

• Ионогенные: диссоциируют в растворе, образуя ионы. Включают анионактивные и катионактивные деэмульгаторы.
• Неионогенные: не образуют ионы в растворе. Включают гидрофильные, гидрофобные и диспергируемые деэмульгаторы.

Деэмульгаторы обычно добавляются в нефтяную смесь на различных этапах процесса обработки, например, при предварительном обезвоживании или глубоком обезвоживании и обессоливании. Дозировка деэмульгатора подбирается опытным путём, исходя из свойств нефти и типа самого деэмульгатора.

ЭЛОУ на казахстанских НПЗ

Нефтеперерабатывающие заводы Казахстана также оснащены электрообессоливающими установками, очищающими нефть. Например, на Атырауском НПЗ работают две установки первичной переработки нефти ЭЛОУ-АТ-2 и ЭЛОУ-АВТ-3 суммарной мощностью переработки по сырью до 5,5 млн. тонн в год. Обе установки оснащены блоками электродегидраторов позволяющими подготавливать сырую нефть к дальнейшей переработке. На Павлодарском НХЗ и Шымкентском НПЗ также имеются установки обессоливания, но уже гораздо большей мощности, позволяющей перерабатывать до 6 млн тонн в год каждая. Благодаря устойчивой работе установок обессоливания и обезвоживания обеспечивается длительная, надежная эксплуатация нефтеперерабатывающих заводов, которые несмотря на свой немалый возраст (Атыраускому НПЗ уже 84 года, ПНХЗ — 45 лет, ПКОП — 39 лет), показывают высокие производственные показатели по переработке нефти.