טכנולוגיית התפלת נפט: תיאור ועקרונות

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

בתי זיקוק לנפט מקבלים מוצרים ממרבצי באר כחומר הזנה. בעצם, מדובר במשאבי נפט וגז המופקים בצורה של תחליב עם זיהומים ומלחי מינרליים. ללא טיפול מקדים, תערובות כאלה עלולות לפגוע בציוד תהליך גם בשלבים המוקדמים של עיבוד חומרי הגלם, ולכן נעשה שימוש בשיטות התייבשות והתפלת שמן, שניתן להשוות עם סינון מבחינת ההשפעות.

עקרונות כלליים של טכנולוגיות פיזור והפשרה

תערובת של שמן וזיהומים נלווים, ככלל, נוצרת מכמה סוגים של נוזלים, שעשויים לכלול חלקיקים מוצקים. באמולסיות הפשוטות ביותר מערבבים את רכיב המים עם שמן גולמי בטיפות דקות לאורך המבנה המולקולרי. יש לציין כי תהליכי ההתייבשות וההתפלה של הנפט יכולים להיות קשורים לא רק עם זיהום טבעי ודילול המטרה.מוצר בבאר ובמהלך הייצור. הטכנולוגיה של פעולת המעלית האווירית של בארות מספקת דילול מכוון של המשאב על מנת לחלץ אותו אל פני השטח בלחץ למטה. גזי אוויר או פחמימנים יכולים לשמש כאמצעי הרמה פעילים, ולכן זיקוק נפט נוסף הוא אמצעי טכנולוגי חובה להכנת משאבים. דבר נוסף הוא שתכולת החמצן הנמוכה בטכניקת ההרמה האווירית מקלה על תהליך ההפרדה של חומרי גלם.

היישום הנפוץ ביותר של טכנולוגיות זיקוק נפט כולל הפרדה של מלח ומים ברמה המולקולרית. בפרט, הטכנולוגיות הפשוטות ביותר להתפלת נפט כוללות את ההשפעה של שדה אלקטרוסטטי שנוצר על ידי אלקטרודות עם ספק כוח שנאי במתח של 12-25 קילו וולט. השדה האלקטרוסטטי גורם למולקולות המים לנוע, להתנגש ולהיצמד זו לזו. ככל שנפח הנוזל מצטבר, ניתן ליישב אותו עם הפרדה לאחר מכן משלב השמן. זהו אחד מעקרונות הפעולה הכלליים של שיטות התייבשות והתפלה, אך טכנולוגיות הכוללות הוספת רכיבים פעילים שונים המזרזים ומייעלים את תהליכי ההפרדה נמצאות גם בשימוש נרחב.

נפט גולמי ומאפייניו

שמן גולמי מכיל גם חומרים מתחלבים טבעיים עם זיהומים מפוזרים וכלורידים מינרליים. במקרים מסוימים, בהתאם לטכנולוגיית פיתוח הבאר, ניתן לשמר גם רכיבי גז - נדיפים ודוֹמֵם. כל הרכיבים הללו פעילים ויכולים להיחשב כחובה לשימור או בלתי רצויים - מעמדם נקבע לפי הדרישות למוצר הסופי ובשלבי העיבוד קובע את רשימת השיטות המקובלות לייבוש והפשרת שמן, שישפיעו גם על בחירת ציוד לבתי זיקוק לנפט. כלומר, אפילו חלק מהרכיבים השימושיים עלולים לפגוע ביחידות טכנולוגיות, לכן, בשלבים מסוימים של עיבוד, הם גם נשללים, ולאחר מכן מוצגים מחדש.

תהליך ההתייבשות נחשב לאחד הבסיסיים שבהם. זה מיושם על ידי השמדת המדיום של שמן-מים בתוספת של חומרים ממיסים, אשר במהלך הספיחה בגבול הפרדת הפאזות מפרידים את טיפות הנוזל בשמן. כמרכיב פעיל, יש להשתמש בהרכב, אשר כשלעצמו יופרד בקלות ממוצר היעד. לדוגמא, חומרי גלם המשמשים להתייבשות והפשרה של שמן אינם משפיעים על תכונות חומר הגלם המטוהר ואינם מגיבים עם מים. אלו הן תרכובות מסונתזות שגם אינרטיות לציוד וידידותיות לסביבה. ממיסים מקבוצת המסיסים בשמן מתערבבים בקלות עם תחליבים המכילים שמן ובמקביל נשטפים בצורה גרועה במים. ישנם גם חומרים ממיסים אורגניים שאינם אלקטרוליטים, שמאפיינים כוללים פונקציית המסה ביחס לחומרי שמן. כתוצאה מפעולה כימית, גם צמיגות חומר הגלם יורדת.

הצדקה לצורך בהתפלת נפט

התועלת של הפחתת ריכוז המלחים בנפט גולמי חורגת הרבה מעבר לנזק שתהליכי קורוזיה גורמים לציוד. יש לקחת בחשבון שמוצרי נפט בעלי סטים מסוימים של תכונות פיסיקליות וכימיות שנקבעו בתקנות מחמירות משמשים בתהליכי ייצור ובאספקת תשתית תחבורה. לכן, התפלת נפט היא, באופן עקרוני, הליך רציונלי לחלוטין – דבר נוסף הוא שניתן להשתמש בטכנולוגיות שונות לביצוע משימה זו, שלא לדבר על הבדלים במידת הפחתת הריכוז. לדוגמה, באזורים שבהם מתוכנן חיסכון במים, ניתן להנהיג תהליך התפלה דו-שלבי.

באילו דרכים גישות לניהול מלח משתנות? זה תלוי בטכניקה הבסיסית. אז בשיטות חשמליות ישנה חשיבות לפרמטרים הנוכחיים, ובמסגרת טיפול כימי להתייבשות והפשרה של שמן, נעשה שימוש במגוון רחב של חומרים פעילים, המשפיעים בתחילה על התוכן של יסודות מסוימים בדרכים שונות. לרוב מדובר באותם כימיקלים מהקבוצה הכללית של חומרים ממיסים המוכנסים לאמולסיה בתנאים מסוימים. לדוגמה, כדי להבטיח ערבוב צפוף של חומר עם חומרי גלם שמנים, יש לכוון אותו במעלה הזרם במרחק סטנדרטי ממיכל ההדחה או מאזור ההפרדה.

חימום נפט גולמי

אחד מאמצעי ההכנה, שמטרתם ליצור משטר טמפרטורות מספיק ליישום יעיל של תהליך ההתפלה.לשם מה זה? לחימום יש שתי משימות בסיסיות:

• בתנאים של טמפרטורה גבוהה, חלקיקי מים נעים במהירות גבוהה יותר, מה שהופך את תהליך מיזוג מולקולות למבנה בודד לפעיל יותר. בהתאם, מתגבר תהליך התפלת הנפט, שממנו מסירים תרכובות מים גדולות.
• הפחתת הצמיגות היא גם תוצאה של ויסות טמפרטורה. צמיגות ככזו מצביעה על יכולתו של נוזל להתנגד לזרימה. אם מחוון זה יורד, אזי רכיבים זרים יוסרו בקלות רבה יותר, מכיוון שהם מנוגדים על ידי כוח קטן יותר של המכשול.

אבל איזה סוג של משטר טמפרטורה יהיה אופטימלי עבור תחליב השמן מבחינת השפעה חיובית על תהליכי הפרדה נוספים? אינדיקטור מסוים נקבע תוך התחשבות במאפיינים של מדגם מסוים. לדוגמה, עבור תחליב קל, בעל צמיגות נמוכה, טמפרטורות ממוצעות מתונות משמשות למניעת הרתחה של שלב השמן, ועבור תערובות פחמימנים כבדות, הגיוני להגדיל את סרגל ההשפעה התרמית. ברוב המקרים, טמפרטורת החימום בין 100 ל-120 מעלות צלזיוס נלקחת כמצב האופטימלי להתפלה. מצב של עד 140 מעלות צלזיוס נחשב למוגבה.

טיפול בשמן כימי

עיבוד או הרס של מבנה האמולסיה בדרך זו דורש גם הכשרה מיוחדת. בפרט, שיטות כימיות של התייבשות והפשרת נפט מתבצעות בתנאים הפיזיקליים הבאים:

• עבורכדי להבטיח מגע בין מרכיב השמן לחומר הפעיל, יש להרוס את סרט הממשק לפני כן. זה יאפשר להוסיף לאמולסיה את ה-demulsifier הדרוש להמשך התהליך.
• יש לספק מספר מספיק של התנגשויות של חלקיקי מים מפוזרים למשך פרק זמן מסוים. במילים אחרות, על ידי ערבוב או על ידי סיבוב תוכן האמולסיה, הפעילות של חלקיקי מים מעורערים מוגברת באופן מלאכותי.
• נשמר זמן השקיעה, שבמהלכו חלקיקי מים גדולים יווצרו משקעים על רקע קרישה.

מרגע זה, אתה יכול להתחיל להכין את האמולסיה לתהליך של התפלת שמן בחימום. כל התכונות החיוביות של הגדלת הטמפרטורה של שלב השמן פועלות בשיטת הפרדה כימית, אך חשוב לקחת בחשבון את המגבלות, שכן עלייה מוגזמת בטמפרטורה עלולה להוביל לתוצאות שליליות. בחלק ממפעלי ההפרדה, כאשר אומדן הטמפרטורה לא נכון, שמן מתאדה על רקע ירידה בצפיפות החומר ואובדן נפח. על מנת למנוע השפעות כאלה, ארגונים רבים משתמשים בטמפרטורות חימום נמוכות יותר כרשת ביטחון. כדי לפצות על היעדר אנרגיה תרמית, נעשה שימוש בנפח גדול יותר של ממס וציוד עם הספק גבוה יותר.

מייבשים חשמליים להתפלת נפט

בתכניות הפשוטות ביותר ליישום תהליכים אלקטרומכניים להפרדת מלח ומים ממוצר שמן, משתמשים במייבשי מים חשמליים. זה רב תכליתיציוד המבצע מספר משימות שלבים, כולל חימום, פגיעות חשמליות, הפרדה ושקע. מייבשים חשמליים אופקיים להתייבשות והפשרת נפט מבוססים על מיכל בו מתקיימים תהליכי הפרדה חד- או דו-שלביים. דגמים עם פונקציית חימום (תרמוספרטורים) מכילים גם מיכל בלב העיצוב, אך בתוספת קטע חימום בכניסה.

מייבשים אלקטרו-מכניים מתוכננים עם יחידות התאחדות, רשתות אלקטרוסטטיות ואותה ציוד חימום. מאפיין ייחודי של שינוי זה הוא יישום של התקני איחוי המיועדים לעבוד עם שלבים בפורמט נוזלי/נוזל. סוג זה של מייבש חשמלי להתפלת שמן משמש לתחזוקה של תחליבים בעייתיים.

בטכנולוגיה הכללית של שימוש במייבשים אלקטרו-מכאניים, השלב האחרון הוא הליך המשקעים. במסגרתו מטופלת זרימת שמן מופרדת, שבמהלך תנועתה מובטחת שחרור גז ומנורמלים מדדי טמפרטורה.

עקרון הפעולה של המייבש החשמלי

כאשר רכיב נפט גולמי נכנס לשדה חשמלי, מולקולות מים עם מטען שלילי מתחילות לנוע, לוקחות טיפה בצורת אגס, מול האלקטרודה החיובית. בדרך אל האחרון, הטיפות מתנגשות ויוצרות חלק גדול, מוכן להמשך משקעים והפרדה. הקושי טמון בעובדה שמחזור אחד של עיבוד האמולסיהלא יספיק להפריד בין מים למלח. למרות שהמלחים מתמוססים באופן טבעי בסביבה המימית, לא ניתן לסלק אותם לחלוטין בריכוזים גבוהים. לניקוי יעיל יותר, ניתן להוסיף לתערובת גם מים מתוקים, אשר לאורך מספר מחזורי פעולה חשמליים ישטפו את חלק המלח. בנוסף לטיפול חשמלי, יחידת התפלת הנפט עם מייבש מבצעת משקעים (פונקציית התיישבות). לשם כך, נעשה שימוש בציוד אופציונלי, שיכול להיות בעל צורות שונות, ממדים וכלים נלווים לבקרת תהליכים.

למרות שמייבשי מים חשמליים הם ציוד מורכב ויקר מבחינה טכנולוגית, הם נמצאים בשימוש יותר ויותר לא רק בבתי זיקוק גדולים אלא גם בבתי זיקוק קטנים. דרישה זו מוסברת על ידי היתרונות הבאים של היחידות:

• חיסכון. כפי שמראה בפועל, הן מבחינת עלות החומרים המתכלים והן מבחינת צריכת האנרגיה, מייבשי מים חשמליים הם הפתרון הרווחי ביותר להפרדת שמן בכיתה שלהם.
• ארגונומיה. מדובר בציוד חדש יחסית, ולכן העיצוב שלו פותח כבר בדורות הראשונים עם דגש על צורות בקרה מודרניות עם אוטומציה ולוחות בקרה של שיגור אלקטרוני.
• איכות עיבוד. מערכת עיצוב מחושבת היטב, יחד עם מגוון רחב של זרזים כימיים, מספקת טיפול בשמן באיכות מעבדתית למגוון תהליכים טכנולוגיים בתעשיות קריטיות.
• דרגה גבוהה של אמינות של טכנולוגיה. בְּההרכב מספק התקני הגנה עם אוטומציה, אשר, על פי האלגוריתמים המשובצים, שולטים בפעולות טכנולוגיות עם סיכון קל לשגיאות. במקביל, תפקודי כוח אדם מצטמצמים למינימום, ובגרסאות היי-טק הן מוחלפות במערכות בקרה חכמות.

הפרדת תחליב שמן מורכב

אם מייבשים חשמליים משמשים במיוחד למשימות של הפרדת שמן נקי ממים ומלחים, אז מפרידים תעשייתיים במתחם מיישמים את הפונקציה של הפרדת האמולסיה לרכיבים. לדוגמה, בעת בדיקת באר, יש צורך לקבל ניתוח כללי של השכבה הקשה בחור התחתון מהדגימה המופקת. בפעילויות אלו, התפלת נפט יכולה להיחשב כמשימה עקיפה לצד קביעת ריכוז הברזל או המגנזיום, אך אין בכך כדי להפחית את התועלת של המפריד. העובדה היא שבפועל בתי זיקוק לנפט עצמם מעוניינים לא כל כך במשיכה הנקודתית של מלח ממוצר היעד, אלא בהכנה המקיפה שלו לשימוש נוסף. במובן זה, ההרחקה של זיהומים מוצקים יחד עם התייבשות והסרת מלח מתקבלת בברכה.

מפרידים בעלי ביצועים גבוהים פועלים גם עם אספקת בוץ כניסת ובוץ גז. מתקנים כאלה משמשים להתפלת מים במתקני טיפול בנפט עבור מפעלים צורכים עם מחזור ייצור סופי. כלומר, התפוקה צריכה להיות שמן טהור מסחרי, שמאפייניו מאפשרים להשתמש בו כדלק או חומרים אחרים. לדוגמה, מפריד מכין שמןאמולסיה בעלת מאפיינים המאפשרים ייצור של ביטומן, חומרי סיכה, גומי סינטטי וכו'. איכות גבוהה כל כך של שמן מתקבלת על ידי מעבר במספר שלבי עיבוד, לרבות מקרצפים, מאחדים, מיכלי שטיפה, מפרידים תרמיים ויחידות פונקציונליות אחרות במגוון שלבים. תצורות.

טכנולוגיית התפלה עמוקה

התפלת תחליב שמן לא מספקת משפיעה גם על מצב ציוד התהליך ואיכות המוצר הסופי. לכן, עבור יצרנים תובעניים, מפעלי עיבוד מייצרים מוצרים שעברו הפרדה עמוקה. במקרה זה, ציוד להתפלת נפט מפחית את כמות המלחים ל-3-5 מ ג/ליטר. איך משיגים תוצאה כזו? ניתן להשתמש בטכנולוגיות שונות, אך השיטה האלקטרו-תרמוכימית המשולבת נחשבת לאופטימלית.

ניתן להגיע לשיעורים גבוהים של הפרדה עמוקה בניקוי מורכב בחיבור של שיטות מגוונות להסרת מלחים בסביבה המימית. במקרה זה, יש להבטיח שקיעה אינטנסיבית בנוזל הכביסה עם זרם חשמלי חזק. באשר לשיטה הכימית, היא מחוברת גם בצורה של הוספת חומרים ממיסים פעילים.

דרך נוספת להבטיח התפלה עמוקה היא הידרו-מכנית. במקרה זה, השפעות כימיות וחשמליות אינן מיושמות. ניתן דגש על תפקוד הכבידה, התורם לפילינג הטבעי של הסביבה המימית משמן.יחידת ההתפלה בתכנית זו היא מיכל שיקוע גלילי עם קיבולת של 100 - 150 מ ק. הוא מספק אזורים להפרדת שברים, שבהם נוזלים זורמים בלחץ של עד 1.5 MPa. גם משטר הטמפרטורות מ-120 עד 140 מעלות צלזיוס נשמר, מה שתורם לתהליכי הפרדת המדיה.

AC-Direct Field impact technology

שיטה זו נקראת גם שדה DC/AC. כלומר, הוא מבוסס לחלוטין על הפעולה החשמלית שמספק המיישר בשנאי. בתנאי זרם ישר, הסריג האלקטרוסטטי מקבל קוטביות (שלילית או חיובית), התורמת לתנועת מולקולות המים לכיוון האלקטרודה. כתוצאה מהמשיכה ההדדית של מולקולות זו לזו, נוצרת שכבת מים, המוצגת לפי הסכימה הנוחה ביותר.

המורכבות של שימוש במיתקן חשמלי להתייבשות והפשרה של נפט נעוצה בעובדה שתהליך ההתלכדות של הסביבה המימית כרוך בסיכונים של קצר חשמלי. זאת בשל העובדה שאלקטרודות שליליות וחיוביות יכולות ליצור קשר זו עם זו עקב הגשרים הנוצרים במהלך תנועת חלקיקי מים. גורם שלילי זה מסולק על ידי תיריסטור טריודה, אך רק בצורה של הפחתה חלקית בהסתברות לקצר חשמלי. בעיבוד של שברי נפט כבד, טכנולוגיית AC-Direct אינה מותרת או מוגבלת מסיבות אחרות. במדיה כזו, גם בחשיפה תרמית, פעילות מולקולות המים אינה כל כך פעילה, מה שמפחית באופן עקרוני את עוצמת התהליך ואיכותו הכוללת.הפרדה.

כך או אחרת, לשיטת הפעולה החשמלית עצמה יש יתרון על פני שיטות אחרות כמעשית ביותר, קלה לשימוש ולא תובענית מבחינת הארגון הטכני. הקשיים נגרמים רק מהדרישות להבטחת בטיחות התהליך, המתבטאת בצורך להשתמש בלוקים בטיחותיים, יחידות למניעת קצר חשמלי, מייצבי מתח וכדומה.

פונקציונליות נוספת של מטחי מלח

מכיוון שבתי זיקוק ובתי זיקוק משלבים בדרך כלל זיקוק נפט עם מגוון שלבי תהליך אחרים, ציוד ההפרדה מסופק גם עם מגוון תכונות נלוות, כולל:

• פונקציות בקרה ומדידה. נעשה שימוש במכשירי מדידה חובה ומשניים כאחד. לדוגמה, מדי לחץ, התקנים הידרוסטטיים, מולטימטרים, דוסימטרים וכו'. במפעלי התפלת נפט כימיים משתמשים גם במכשירים מיוחדים לקביעת סוג וכמות הפורצים.
• פעולות שטיפה וניקיון. הפונקציה מתייחסת למערכות שירות עצמי - לאחר שאיבת השמן המעובד, שטיפת המיכל והתעלות המבטיחות הפעלת שינוע האמולסיה.
• כלים לניהול צריכת חשמל. במתקני חשמל, כפי שכבר הוזכר, שינוי בפרמטרים הנוכחיים משפיע על איכות תהליכי התפלת הנפט, ולכן ניתן להתייחס לתיקון מקור אספקת החשמל.פונקציה רגולטורית. לשם כך משתמשים בלוחות בקרה מיוחדים המחוברים למטרים, מדי מתח וממיר זרם.

מפעל התפלה מלא

בבתי זיקוק גדולים לנפט, שבהם מתבצעים תהליכי ניקוי והפרדה עם חומרי גלם הנעים בנחל, משתמשים ביחידות מיוחדות על עקרונות הציפה ועקרונות הפעולה הצנטריפוגליים. היכולות של יחידת התפלת הנפט בשורה של UPON מאפשרות עיבוד של עד 500 מ"ק לשעה של חומר גלם, המספק רמת מליחות של עד 3 גרם/מ"ק. עם זאת, כדי לשמור על שיעורי הפרדה גבוהים, יש צורך בלחץ נאות במעגל אספקת השמן. לשם כך, משתמשים ביחידות מדחס נפרדות או מובנות. לפיכך, הלחץ הממוצע בכניסה לקו העיבוד הוא 1.1-1.5 MPa.

בתנאים של יישום תכנית פשוטה עם ערבוב חד-שלבי, האמולסיה מדוללת מראש במים, ולאחר מכן התערובת נשלחת לשסתום הערבוב ונכנסת ליחידת ההפרדה. דרך צינור היניקה מחלקה יחידת התפלת הנפט בשורה את התמיסה המוכנה לכל אורך כלי ההפרדה, מה שמאפשר להפריד ביעילות את השברים. במהלך הפרדה מכנית יכולה להתרחש גם פעולה אלקטרוסטטית. בשלב הסופי, שמן מטוהר כבר משוחרר לערוץ המחזור המשותף עם כיוון לשלב הטכנולוגי הבא של עיבוד או אחסון זמני. יש לציין כי איכות ההתפלה בשורה נמוכה למדי עקב אי הכללת הפונקציהואולם, בכמה אזורים הדרישות לביצועים גבוהים בהכנת מוצר שמן מציבות את מהירות העיבוד במקום הראשון.

מערכות עזר לטיפול בבוצה

רוב מפעלי המייבשים והמפרידים פועלים כברירת מחדל לשלב סינון גס עם ניקוז של רכיב התרחיץ. אין לבלבל הליך זה עם הסרת זיהומים, שכן בוצה היא תופעת לוואי של הפקת שמן ועלולה לפגוע במערכות של טיהור עדין של חומרי גלם כבר בשלבים הראשונים של העיבוד. לכן, זיהומים כבדים מוסרים עוד לפני תהליכי התפלת שמן. במקרה זה, בוצה מובנת כמשקעים של סלעים, חול וחלקיקים גסים אחרים שנכנסו לאמולסיה בשלבים שונים של פעולת הבאר של השדה.

איך מתבצע ניקוי בוצה? צפויים מספר תהליכי הסרה, אך כולם מבוססים על שיטות מכניות של סינון עם ניקוז ושטיפה. במתקנים תעשייתיים להתייבשות והפשרה של שמן, מחובר לתהליכים אלו מפוח לחץ של 4 בר ומעלה. במקרים נדירים, הבוצה עוברת טיפול תרמי וכימי - זה חל על תרכובות יציבות מיוחדות שטיפול הניקוז שלהן אינו יעיל.

מסקנה

בעיות של הכנת נפט לתהליכים העיקריים של עיבוד טכנולוגי לשימוש מאוחר יותר במגזר היצרני נפתרות באמצעים ובשיטות שונות. טכנולוגיות התייבשות והתפלה מתפקדות רחוק מלהיות החשובות ביותרפעולות מהספקטרום הזה, אבל אי אפשר בלעדיהם. התעשייה המודרנית מנסה ליישם שיטות אופטימליות וחסכוניות יותר באנרגיה לפתרון בעיות הפרדה, המתבטאת בחיבור של מתקני היי-טק חדשים. במיוחד, דורות מודרניים של מכשירי התייבשות והפשרת נפט מתפתחים באופן פעיל לקראת הגדלת הפונקציונליות והארגונומיה. עדות לכך היא הופעת שנאים מווסתים עצמית וחיישני מדידה ברמת דיוק גבוהה, המאפשרים לך לשמור על שליטה על כל הפרמטרים העיקריים של תהליך הניקוי. מערכות אבטחה אינן נשארות ללא השגחה. הן בשיטות הפרדה כימיות והן בשימוש במייבשי מים חשמליים, אמצעי הגנה מבודדים והגנה משמשים הן עבור הציוד עצמו והן עבור מפעילים העוסקים בעיבוד טכנולוגי של שמן.