Технологии обезвоживания нефтепродуктов

Как было показано методы разделения водо - нефтяных эмульсий зависят от концентрации диспергированной в нефти воды. В зависимости от содержания воды различают: глубокое обезвоживание, сверхглубокое обезвоживание и обезвоживание высокообводненных нефтей.

Глубокое обезвоживание нефтепродуктов

При содержании воды W > 0,1 % расстояние между каплями сравнимы с их размерами (а ≈ 1÷100 мкм), а при содержании воды W < 0,05 % расстояние между каплями больше и больше удельное сопротивление эмульсии. Под глубоким обезвоживанием понимается изменение концентрации воды от начального значения с W _воды ≥ 0,1 % до конечного с W _воды ≤ 0,05 %. Это соответствует диапазону концентраций эмульгированной воды в сырой нефти. Поэтому приемлем только способ коалесценции в электрическом поле.

Рис. 1.6. Ступенчатое питание установки обезвоживания нефти

Рис. 1.7. Механизм слияния разноименно заряженных капель

Как было показано ранее, чем выше напряженность электрического поля, тем эффективнее процесс коалесценции. Однако для очень крупных капель в сильных полях появляется обратный эффект, при котором капля поляризуется, растягивается вдоль линий поля и разрывается. Зависимость критической напряженности поля, при которой возможен процесс ее разрыва, от размера капли представлена на рис. 1.2. Для укрупнения капель выше критического размера при рабочей напряженности поля применяется специальное ступенчатое питание установки (рис. 1.6).

На интервале времени от 0 до t ₁ происходит укрупнение капель до а_{kp 1}, затем напряженность поля снижается и на интервале времени от t ₁ до t ₂ капля еще укрупняется до а_{kp 2} и так далее, пока не будет достигнут размер капель, необходимый для быстрой седиментации.

В действительности, дополнительно к описанному механизму работает еще механизм слияния разноименно заряженных капель при их движении в промежутке (рис. 1.7).

Капли, достигая поверхности электрода, заряжаются по индукционному механизму и, отрываясь от поверхности электрода, двигаются вглубь промежутка. Если расстояния между электродами небольшие, то капли не успевают полностью потерять свой заряд за счет утечки. Слияние разноименно заряженных частиц происходит в случае их столкновения.

Сверхглубокое обезвоживание

Под сверхглубоким обезвоживанием понимается изменение концентрации воды от начального значения с W ≤ 0,05 % до конечного с W = 0. Это соответствует диапазону концентраций эмульгированной воды в светлых нефтепродуктах (бензин, керосин, трансформаторное масло).

Используемая традиционно механическая очистка с помощью фильтров имеет целый ряд недостатков:
1. необходима регулярная регенерация или периодическая замена фильтров;
2. проходя через фильтр топливо дополнительно электризуется.

Принципиальная схема установки для сверхглубокого обезвоживания светлых нефтепродуктов представлена на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Принципиальная схема установки для сверхглубокого обезвоживания нефтепродуктов 1 - пористый диэлектрик 2 - свободное пространство

Рабочее пространство аппарата частично заполнено пористым диэлектриком, который имеет сильно развитую поверхность и препятствует интенсивному перемешиванию эмульсии в процессе работы. Нефтепродукт поступает в свободное пространство аппарата через тонкую входную щель, где происходит контактная зарядка капель воды. Таким образом, эмульсия поступает в камеру аппарата уже заряженной. В свободном объеме камеры происходит интенсивное перемешивание эмульсии за счет возникающих под действием электрического поля электрогидродинамических потоков.

Заряженные капельки воды, двигаясь по силовым линиям поля, попадают на поверхность диэлектрика и прилипают к ней. Новые капли, пришедшие с потоком, сливаются с первыми. На поверхности диэлектрика идет процесс укрупнения прилипших капель. Как только капля вырастает до крупных разметов, она отрывается и стекает в нижнюю часть камеры.

Основными достоинствами этой технологии являются:
1. отсутствие динамического сопротивления потоку нефтепродуктов в свободном пространстве камеры;
2. простота управления технологическим процессом, так как интенсивность процесса зависит от значения приложенного напряжения и от вязкости нефтепродукта.

В настоящее время созданы установки для обезвоживания керосина при заправке самолетов с производительностью до 2 т/мин.