Мұнай эмульсияларын бұзудың негізгі әдістері

Құбыр ішіндегі (жолдық) деэмульсация - тиімділігі жоғары деэмульгаторлардың пайда болуымен байланысты кең қолданыс тапты және мұнайды дайындаудың басқа тәсілдерімен бірге қолданылады. Бұл тәсіл бойынша, деэмульгаторды дозалық сораппен мұнай-су қоспасына ұңғы сағасында құбыраралық кеңістікке немесе ТӨҚ (топтық өлшеу қондырғылары) жинау коллекторының басында енгізеді (1 тонна мұнай эмульсиясына 15-20 грамм). Мұнай-су эмульсиясы көтергіш құбырлар бойымен, жеткізу желілерімен және жинау коллекторларымен қозғалуы барысында қарқынды араласып, эмульсияның бұзылуына әкеледі.

Зерттеулер көрсеткендей, құбыр ішіндегі деэмульсацияның тиімділігі келесі факторларға байланысты:

· деэмульгатордың тиімділігіне;

· эмульсияның араласуының қарқындылығы мен ұзақтығына;

· эмульсия құрамындағы су мөлшеріне;

· тасымалданатын эмульсияның температурасына;

Практикада байқалғандай, осы аталған факторлардың деңгейі жоғары болған сайын құбыр ішіндегі деэмульсация қарқындырақ жүреді. Мұнай құрамында асфальтендердің болуы және мұнай тығыздығының жоғарылауы құбыр ішіндегі деэмульсацияның тиімділігін едәуір азайтады.

Ұзақ уақыт бойы және қарқынды араласу (R_е>5000) кезінде табиғи эмульгаторлардан тұратын жабын қабаты «броны» бар әрбір су тамшысының бетіне тиімді деэмульгаторлардың (БӘЗ) аз мөлшерінің ғана түсуі - жабын қабатының «бронның» бұзылуына әкеледі. Содан соң судың ұсақ тамшылары коалесцирленіп (қосылып), іріленеді және құбырлар желісінде, тамшы түзгіштер мен тұндырғыштарда мұнайдан бөлінеді. Құбыр ішіндегі деэмульсация суды алдын-ала бөліп шығарып алуды ұйымдастыруға мүмкіндік береді, бұл ұңғы өніміндегі судың құрамы 30%-дан асқанда тиімді.

Гравитациялық суық бөлу (суық тұндыру) – шикізат резервуарларында мұнай құрамындағы қабат суларының мөлшері 60%-дан асқанда және мұнай құрамында табиғи эмульгаторлар болмай, сондай-ақ эмульсиялар тұрақты болмаған жағдайда жүзеге асады. Гравитациялық тұндыру қабат суы мен мұнайдың тығыздықтарының айырмашылығы әсерінен жүзеге асырылады. Гравитациялық бөлу деэмульгаторларды енгізу арқылы немесе енгізбей-ақ жүргізіледі. Мұнайдың резервуарлардағы қыздырусыз бөлінуі бірнеше сағатта өтеді. Эмульсия резервуарларға қабат суының деңгейінен төмен орналасқан арнайы тарату құрылғысы арқылы резервуардың барлық ауданы бойынша тепе-тең жіберіледі, бұл су қабатымен әсерлесетін эмульсияның бетін үлкейтеді және эмульсияның ыдырау процесін жеделдете түседі.

Центрифугалау - арнайы құрылғыларда (центрифугаларда) жүргізіледі, (центрифуга сұлбасы 6.1-ші суретте көрсетілген) бұл жерде тығыздықтары әр түрлі мұнай мен суды айыру үшін оларда пайда болатын инерция күшін қолданады. Сұйықтың ұсақ тамшыларының басқа сұйықтықта тұнуы Стокс заңына бағынады. (6.2)-теңдеуіндегі еркін түсу үдеуін - g инерция күшінің үдеуіне- а ауыстырып қолданамыз:

(6.2)

мұндағы ρ_с және ρ_м – су мен мұнайдың тығыздығы.

Центрифугадағы инерция күшінің үдеуі келесі өрнектен анықталады:

(6.3)

6.1. Сурет. Центрифуга сұлбасы 1-ротор; 2-кабы; 3- сальниктер; 4-центрифуганың білігі; R- центрифуганың радиусы; r0- центрифуга білігінің радиусы.

мұндағы ω=2πRn – сұйықтық бөлшегінің шеңберлік жылдамдығы; n–центрифуга айналымының саны; R- центрифуганың сыртқы радиусы.

Айналу осінен r қашықтықта орналасқан бөлшек үшін радиалды лездік жылдамдықты былайша табуға болады:

(6.4)

(8.4) теңдеуін келесі түрде жазайық:

(6.5)

Сол және оң жақтарын интегралдаған соң центрифугадағы су тамшыларының шөгу уақытын табамыз:

(6.6)

Осы уақыт аралығында d диаметрлі су тамшылары толығымен бөлінеді. Центрифугада су-мұнай эмульсияларын бөлу - өте тиімді әдіс, бірақ әлі практикада қолданыс таппаған.

Фильтрация – бұл қиыршықтас, сынған әйнек, ағаш және металл қиындылары және т.б. материалдардан тұратын фильтрлеуші (коалесцирлеуші) қабат арқылы тұрақсыз эмульсияларды өткізіп біріктіру үшін қолданылады.

Фильтрлер көмегімен мұнайды деэмульсациялау селективті (таңдамалы) суландыру принципіне негізделген. Фильтрлеуші заттар келесі талаптарға жауап беру керек:

· суланғыштығы жақсы болу керек, соның арқасында су глобулаларының (тамшыларының) фильтрлеуші заттармен ілінісуі және су тамшыларының коалесценсиясына әсер ететін эмульсияның фаза аралық пленкаларының жарылуы жүреді;

· ұзақ пайдалану мерзімінде жеткілікті берік болуы керек;

· су тамшыларына қарағанда электр заряды теріс болуы керек, бұл су глобулаларының (тамшыларының) қабықшаларынан зарядты алуды және олардың арасындағы тебу күшін жоюды қамтамасыз етеді.

Конструкциясы жағынан фильтрлер коалесцирлеуші элементпен толтырылған колонналы аппарат болып табылады, оның өлшемдері айдалатын эмульсияның көлеміне байланысты. Қыздырылған эмульсия колоннаның төменгі жағынан, ал мұнай колоннаның жоғарғы жағынан шығарылады, ал су төменнен шығарылады. Фильтрация әдісі өздігінен жүретін процесс ретінде қолданылмайды, оны жылухимиялық әдістермен бірге үйлесімді қолданады.

Жылухимиялық (термохимиялық) деэмульсация. Жылусыз және беттік әрекетті заттарсыз (БӘЗ) мұнайды деэмульсациялаудың қазіргі бар әдістері тиімсіз болып табылады. Сондықтан, қазіргі кезде барлық өндірілген суланған мұнайдың 80% термохимиялық қондырғыларда өңделеді, бұл қондырғылардың келесідей артықшылықтары бар:

· қондырғы барынша қарапайым (жылуалмастырғыштан, тұндырғыштан және сораптан тұрады);

· салыстырмалы түрде қондырғының жұмыс режиміне мұнайдағы су мөлшерінің өзгеруі көп әсер етпейді;

· эмульсия сипаттамасының өзгеруіне байланысты қондырғы мен аппаратураны ауыстырмай-ақ деэмульгаторларды ауыстыру мүмкіндігі.

Мұнайды деэмульсациялауға арналған термохимиялық қондырғылардың атмосфералық қысымда (яғни қалыпты қысымда) және үлкен қысымда жұмыс істейтін түрлері бар. Атмосфералық қысымда жұмыс істейтін қондырғылар өздігінен ағатын арынсыз мұнай дайындау жүйесі бар ескі кен орындарында әлі күнге дейін жұмыс істеуде және олардың бірқатар кемшіліктері бар.

Қазіргі кезде құбыр ішіндегі деэмульсациямен қатар мұнайды газдан бөлу, оны сусыздандыру және тұзсыздандыру процестері қатар жүретін блокты термохимиялық қондырғыларды қолдану кең тараған.

Мұнай өндірісінің қазіргі қарқынды дамуы мұнай өндіруші аудандарда мұнай кәсіпшілігі объектілерін салудың индустриалды әдістерін енгізуді кең ауқымда жүргізуге мүмкіндік беріп отыр. Зауыттардан шығатын блокты термохимиялық қондырғылар технологиялық процесті автоматтандыруға арналған жабдықтармен бірге жеткізіліп, қажетті жерде 15-20 күн ішінде тұрғызылады. Зауыттың жағдайында жасалатын автоматты блокты-кешенді жабдықтарды қолдану бастапқы күрделі қаржылар мөлшерін төмендетуге, құрылыс-монтаж жұмыстарының мерзімін азайтуға, технологиялық процестерді басқарудың автоматтандырылған жүйелерін енгізуді тездетуге, мұнай өңдеу зауытына тасымалданатын мұнайды стандарттарға сай дәрежеде дайындауды қамтамасыз етеді.

6.3-суретте мұнайды саңылаусыз жинау жүйесі кезінде қолданылатын, блокты жабдықтары бар МДҚ-ның сұлбасы көрсетілген.

Мұнай, газ және су жинау коллекторлары 1 бойымен алғашында араластырғышқа 2 келіп түседі, одан кейін бүлкілдеуді жоятын (яғни, пульсацияны өшіретін) коллекторға 3 бағытталады. Бұл коллектордан мұнай мен қабат суы алдын-ала суды бөліп алатын блокты айыру қондырғысына (АБҚ-УПС) 4 келіп түседі, ал газ бұл аппараттардан реттегіш штуцер 11 және “өзіңе дейін” қысымды реттегіш 12 арқылы эжекторға 15 бағытталады. АБҚ-нан барынша сусыздандырылған мұнай өзінің қысымымен араластырғыш 2а арқылы жылуалмастырғышқа 6 бағытталады, бұл жерде ол желі (құбыр)13 арқылы айырғыштан-деэмульсатордан 9 келетін ыстық мұнай есебінен қыздырылады.

Алдын-ала жылуалмастырғышта 6 қыздырылған құрамында аз мөлшерде (3-5%) суы бар мұнай алдымен су тамшыларын ірілетуге арналған тамшы түзгішке 7 келіп түседі, одан кейін мұнай мен судың қоспасы тұндырғышқа 8 бағытталады. Егерде тұндырғышта 8 су мен мұнайдың бөлінуі аяғына дейін жүрмесе (әсіресе мұндай жағдай ауыр мұнайларды өндіру кезінде жиі болады), онда мұнайды қайтадан қыздыру үшін (40-80 ºС) айырғыш-деэмульсаторға 9 жібереді. Айырғыш-деэмульсатордан 9 шыққан ыстық мұнай желі (құбыр) 13 арқылы жылуалмастырғышқа 6, кейін реттегіш штуцер 11 арқылы соңғы айыру қондырғысына 14 келіп түседі, одан кейін өз ағысымен кезек-кезек жұмыс істеп тұрған резервуарларға 16 бағытталады. Резервуарлардан мұнай сорап 17 көмегімен алынады және тауарлық мұнайдың сапасы мен мөлшерін өлшеу үшін автоматтандырылған қондырғыға 18 жіберіледі. Егер мұнай кондицияға сәйкес болмаса (яғни, тауарлық мұнай сапасына жетпесе) (су>0,1%, тұз>40 мг/л) онда, кран 20 автоматты түрде жабылады да, келесі кран 19 ашылады, онда осы мұнайымыз мұнайтаратқыш коллектор 10 арқылы араластырғыштан 2б өтіп айырғыш-деэмульсаторға 9 келіп түседі де, қажетті кондицияға дейін жеткізіледі.

Кондициялық мұнай 19 кран жабылып және 20 кран ашылған кезде тауарлы резервуарлар паркіне 21 келеді, одан сораптар 22 көмегімен алынып, магистралды мұнай құбырлар желісімен мұнай өңдеу зауытына бағытталады.

Соңғы айырғыштарда атмосфералық қысым ұсталып тұрады, ал мұнайдан бөлінген газ эжектормен 15 сорылып алынып, комперссорларға немесе газ өңдеу зауытына жіберіледі.

Кәсіпшіліктен коллектор 1 арқылы келетін мұнай эмульсиясын бұзуды жеделдету үшін су құбыры 27 арқылы араластырғышқа 2 құрамында БӘЗ бар ыстық су беріледі. АБҚ-да бөлінген судың негізгі мөлшері су құбыры 26 арқылы суды дайындау қондырғысына қарай жіберілген соң, жылуалмастырғышқа 6 берілетін мұнайға мөлшерлік-сораптың 5 көмегімен жаңадан БӘЗ-дың қосымша мөлшерін (10-25г/т) қосады.

Тұндырғыштан 8 соң барынша сусыздандырылған мұнайға араластырғыш 2б арқылы өңделетін мұнайдың көлемінен 5-10% мөлшерде тұщы су енгізіледі. Бұл қарқынды араластыру кезінде мұнайды “шаю” жолымен тұзсыздандыру мақсатында жасалады.

Суды дайындау қондырғысында (СДҚ) бөлінген мұнайды сораптар 24 көмегімен алып және желі (құбыр) 25 арқылы араластырғышқа 2 бағыттайды. Жоғарыда айтылған мұнайды дайындау қондырғысы стандартты емес және ауданның климаттық жағдайына және мұнай мен судың физикалық-химиялық қасиеттеріне байланысты өзгеріп отырады. Кейбір жағдайларда мұнайды дайындау қондырғылары электродегидраторлармен жабдықталады, және тұщы суды айырғыш-деэмульсатор мен электродегидратор арасында орналасқан араластырғыш арқылы енгізеді.

Электродегидратация (электрлік деэмульгация). М/С түріндегі мұнай эмульсияларын электр өрісінде де бұзуға болады. Бұл әдіс негізінен орташа, ауыр және тұтқыр мұнайларды тұзсыздандыруға арналған. Электр өрісіндегі эмульсияларды бұзу механизмі былайша түсіндіріледі. Егер сусыз мұнайды жоғары кернеудегі екі жазық параллельді электродтар арасына орналастырсақ, онда күш сызықтары бір-біріне параллельді біртекті электр өрісі пайда болады (6.1, а-суреті). Электродтардың арасында М/С түріндегі эмульсиялар орналасса күш сызықтарының орналасуы өзгереді де, электр өрісінің біртектілігі бұзылады (6.2, б-суреті).

6.2. Сурет. Электр өрісіндегі күш сызықтары. а - таза мұнайда; б, в – полярлы су тамшысы бар мұнайда.

6.3.Сурет. Мұнайды саңылаусыз жинау жүйесі кезінде қолданылатын, блокты жабдықтары бар мұнайды дайындау қондырғысының сұлбасы. 1-жинау коллекторы; 2, 2а, 2б- араластырғыштар; 3-бүлкілдеуді жоятын (пульсацияны өшіретін) коллектор; 4- қабат суын алдын-ала бөліп алатын блокты автоматтандырылған айыру қондырғысы (АБҚ-УПС); 5- мөлшерлік сорап; 6-жылуалмастырғыш; 7-тамшытүзгіш; 8-тұндырғыштар; 9-айырғыш-деэмульсатор (эмульсиясыздандыру қондырғысы); 10-мұнайтаратқыш коллекторы; 11- реттелмелі штуцерлер; 12-“өзіңе дейін” қысым реттегіші; 13- ыстық мұнай желісі; 14- соңғы айыру қондырғысы; 15- эжектор; 16- саңылаусыз кезек-кезек жұмыс істейтін тауарлы резервуарлар; 17-сорап; 18-тауарлық мұнайдың сапасы мен мөлшерін өлшеу үшін автоматтандырылған қондырғы; 19, 20- кондицияланбаған және кондициялық мұнайлар үшін автоматты түрде ашылатын және жабылатын крандар; 21-тауарлы парк; 22-сораптар; 23-тазартылған суды шоғырлы сорап станциясына айдауға арналған сораптар; 24-мұнайды айдауға арналған сораптар; 25-мұнай желісі; 26-су желісі; 27- БӘЗ бар ыстық су желісі.

Электр өрісінің индукциясы нәтижесінде судың диспергирленген (ұсақталған) тамшылары поляризацияланады және су тамшыларының төбелерінде электрод зарядтарына қарама-қарсы электр зарядтары бар су тамшыларынан тұратын тізбек түзіп, күш сызықтарының бойында созылып жиналады. Негізгі және қосымша электр өрістерінің әсерінен алдымен реттелген қозғалыс өтеді, сонан соң су тамшылары төмендегі формуламен анықталатын күштер әсерінен соқтығысады:

(6.7)

мұндағы K – пропорционалдық коэффициент; ε – электр өрісінің кернеулігі; r – тамшы радиусы; l – тамшы центрлерінің арақашықтығы.

Жоғарыдағы формуладан көріп отырғандай, егер тамшылардың арақашықтығы аз болып, ал тамшы өлшемдері салыстырмалы түрде үлкен болса, онда тартылыс күші соншалықты үлкен болып, су тамшыларының бетінде адсорбцияланған және осы су тамшыларын мұнайдан бөліп тұратын жабын (яғни бронды) қабықшалары сығылып бұзылады, нәтижесінде су тамшыларының коалесценциясы жүреді.

Эмульсиялардың бұзылуы тұрақты ток өрісіне қарағанда айнымалы ток өрісінде жақсы жүреді, себебі айнымалы ток өрісінде ток пен кернеу қозғалысы циклді өзгереді, нәтижесінде су тамшылары өз қозғалыс бағытын өзгертіп отырады және үнемі тербеліс жағдайында болады, сонымен қатар осы кезде электр өрісінің әсерінен тамшылардың пішіні үнемі өзгереді, яғни тамшылар үнемі деформация әсерінде болады, бұл адсорбциялық қабықшалардың бұзылуына және тамшылардың қосылуына әсер етеді.