Способ разделения воды и нефти или нефтепродукта
Владельцы патента RU 2424843:
Изобретение относится к гравитационным способам разделения воды и нефти или нефтепродукта, в частности обводненного топочного мазута.
Известны способы разделения воды и нефти или нефтепродуктов путем отстоя в нефтеловушках различного типа: горизонтальных, радиальных, с параллельными пластинами (Справочник нефтепереработчика. Ленинград, изд. «Химия», 1986 г., стр.574-576).
Общим недостатком этих способов является недостаточно эффективное разделение, зависящее от разности (градиента) плотностей воды и нефти или нефтепродукта.
Известен способ разделения несмешивающихся жидкостей с различным удельным весом, согласно которому разделение ведут путем гравитационного отстоя смеси в емкости с последующим отводом разделенных фаз (продуктов) за пределы емкости (Пат. РФ № 2048644, опубл. 20.11.95, БИ № 32, МПК E02B 15/04).
Недостатком известного способа также является то обстоятельство, что при приближении плотности легкой фазы (нефти) к плотности тяжелой фазы (воды), т.е. при уменьшении градиента плотностей между компонентами смеси, эффективность процесса разделения снижается.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности отстоя путем увеличения градиента плотностей разделяемых продуктов.
Необходимое количество соли рассчитывают по формуле
,
Целесообразно крепкий раствор соли готовить в отдельной емкости с использованием слива отстоявшейся воды от предыдущего цикла процесса разделения.
Восстановление первоначальной концентрации раствора соли возможно путем испарения (упаривания) излишков воды от слитой отстоявшейся воды или нейтрального раствора хлористого натрия (отхода производства) с блока подготовки воды для котлов ТЭЦ.
Ниже приведен конкретный пример реализации предлагаемого способа.
Для повышения эффективности отстоя необходимо повысить плотность подслойной воды за счет прибавления крепкого раствора соли до величины не менее 1020 кг/м 3 (1020-1000=20), что, например, для хлористого натрия соответствует 3%-ному раствору (Справочник химика, т.3, М.-Л.: Химия, 1964 г., стр.541).
Определяем необходимое количество крепкого раствора поваренной соли, которое необходимо добавить в обводненный топочный мазут, для получения 3%-ного раствора соли в подслойной воде по вышеприведенной формуле:
Сз=3%-ная заданная концентрация раствора соли в подслойной воде;
Скр=26%-ная концентрация крепкого раствора (разбавителя) соли, имеющегося в емкости на данный момент.
После отстоя в течение 24 часов определили содержание нефтепродукта в подслойной воде, которое составило 270 мг/л.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли используют хлористый натрий.
Тест с ответами по лабораторному анализу
1. В чем заключается сущность титриметрического анализа
В измерении объёма раствора реактива точно известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом
В оценке интенсивности окраски раствора
В измерении объема газа, образующегося в результате реакции
2. Какова точность взвешивания на аналитических весах
3. В чем заключается сущность отбора средней пробы
Отбор пробы из середины партии
Отбор в начале и в конце партии
Отбор пробы, характеризующий средний состав анализируемой партии
4. В какой таре хранят растворы щелочей
В полиэтиленовой таре
5. Что такое соосаждение
Полное извлечение осадка из раствора
Загрязнение осадка веществами, которые должны были остаться в растворе
Неполное извлечение необходимого осадка
6. Назначение бюретки
Для точного измерения объемов паров
Для точного измерения небольших объемов жидкости
Для измерения уровня жидкости
7. Индикатор, применяемый при определении хлоридов по методу Мора
8. От чего зависит жесткость воды
От солей кальция и магния
Ни от чего не зависит
9. Какое из перечисленных названий не соответствует формуле Н2О
10. В раствор добавили несколько капель фенолфталеина и раствор стал малинового цвета. Какая это среда?
11. Почему гидроксиды натрия и калия называют едкими?
Из-за резкого запаха
Т.к. они разъедают кожу, ткани, бумагу и другие материалы
Потому что они расплываются на воздухе
12. Реакция, сопровождающаяся выделением теплоты, называется
13. Как правильно разбавлять серную кислоту водой
Воду приливать к кислоте
Кислоту вливать в воду
Оба варианта приемлемы
14. При добавлении поваренной соли к воде температура замерзания
15. Для чего используется кристаллизация
Для очистки от примесей и нерастворимых в воде веществ
Для удаления воды из кристаллов соли
Для получения кристаллов больших размеров по сравнению с первоначальными
16. Какое вещество можно получить в чистом виде используя возгонку
17. Что поможет разделить смесь нефти и воды в лабораторных условиях
18. Что такое маскировка в аналитической химии
Удаление мешающих ионов из растворов путем фильтрования
Связывание мешающих ионов в малодиссоциированные комплексные соединения
Мешающие ионы переводятся в осадок
19. Какой из ниже приведенных фильтров подойдет для фильтрования мелкозернистых осадков
20. Что такое окклюзия в химии
Поглощение примесей по всей массе осадка внутри его кристаллов
Поглощение примесей поверхностью твердой фазы
Полное растворение примесей
21. Что лежит в основе экстрагирования
Различная проводимость веществ
Различная растворимость веществ в воде и в органических растворителях
Способность образовывать коллоидные осадки
22. Гигроскопическая вода — это
вода, входящая в структуру кристаллов
вода, адсорбированная на поверхности твердых веществ
малые количества воды, содержащиеся в некоторых материалах
23. Для чего используется фиксанал
Для приготовления раствора с точно известной концентрацией
В качестве растворителя при приготовлении растворов
Для укрепления растворов
24. Какая из характеристик не допустима для стандартного образца
Однородность по составу
Неустойчивость при хранении
25. Что такое абсолютная погрешность измерения
Разность результатов двух параллельных определений
Разность между измеренным результатом и истинным
Отношение истинного результата к измеренному
26. Какая из приведенных единиц не относится к концентрации
27. Что означает титр раствора
Масса растворённого вещества (в граммах), содержащаяся в одном миллилитре (см³) раствора
Масса вещества, необходимая для приготовления раствора
Количество раствора, пошедшее на титрование
28. Моляльная концентрация раствора обозначает
Количество молей растворенного вещества в 1000 г растворителя
Количество граммов растворенного вещества в 1000 г растворителя
Количество молей растворенного вещества в 1000 г раствора
29. Что такое буферный раствор
Раствор, имеющий постоянную определенную концентрацию ионов кислорода
Раствор, имеющий постоянную определенную концентрацию ионов гидроксогруппы
Раствор, имеющий постоянную определенную концентрацию ионов водорода
30. Какая степень чистоты реактивов самая высокая
Способы разделения смесей
Для получения чистых веществ используют различные способы разделения смесей.
| Способы разделения смесей | |
|---|---|
| неоднородных (гетерогенных) | однородных (гомогенных) |
| — Отстаивание — Фильтрование — Действие магнитом — Центрифугирование | — Выпаривание. Кристаллизация. — Дистилляция (перегонка) |
Процессы разделения смесей основаны на различных физических свойствах компонентов, образующих смесь.
Отстаивание
Отстаивание — это разделение неоднородной жидкой смеси на компоненты, путём её расслоения с течением времени под действием силы тяжести.
Отстаиванием можно разделить смесь нерастворимых в воде веществ, имеющих разную плотность.
Пример. Смесь из железных и древесных опилок можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Железные опилки опустятся на дно сосуда, а древесные будут плавать на поверхности воды (2), и их вместе с водой можно будет слить в другой сосуд (3):
На этом же принципе основано разделение смесей малорастворимых друг в друге жидкостей.
Пример. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки:
Отстаиванием также можно разделить вещества, которые осаждаются в воде с различной скоростью.
Пример. Смесь из глины и песка можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Песок оседает на дно значительно быстрее глины (2):
Этот способ используется для отделения песка от глины в керамическом производстве (производство глиняной посуды, красных кирпичей и др.).
Центрифугирование
Центрифугирование — это разделение неоднородных жидких смесей путём вращения.
Пример. Если компоненты неоднородной жидкой смеси очень малы, такие смеси разделяют центрифугированием. Такие смеси помещают в пробирки и вращают с большой скоростью в специальных аппаратах — центрифугах.
Перед центрифугированием частицы смеси распределены по объёму пробирки равномерно. После центрифугирования более лёгкие частицы всплывают наверх, а тяжёлые оседают на дно пробирки.
С помощью центрифугирования, к примеру, отделяют сливки от молока.
Фильтрование
Фильтрование — это разделение жидкой неоднородной смеси на компоненты, путём пропускания смеси через пористую поверхность. В роли пористой поверхности может выступать бумажная воронка, марля, сложенная в несколько слоёв, или любой другой пористый материал, способный задержать один или несколько компонентов смеси.
Фильтрованием можно разделить неоднородную смесь, состоящую из растворимых и нерастворимых в воде веществ.
Пример. Чтобы разделить смесь, состоящую из поваренной соли и песка, её можно высыпать в сосуд с водой, взболтать и затем эту смесь пропустить через фильтровальную бумагу. Песок остаётся на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр:
При необходимости, растворённую поваренную соль из воды можно выделить выпариванием.
Действие магнитом
С помощью магнита из неоднородной смеси выделяют вещества, способные к намагничиванию.
Пример. C помощью магнита можно разделить смесь, состоящую из порошков железа и серы:
Выпаривание. Кристаллизация
Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.
Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:
Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.
Дистилляция (перегонка)
Дистилляция (перегонка) — это способ разделения жидких однородных смесей путём испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией её паров. Данный способ основан на различии в температурах кипения компонентов смеси.
Пример. При нагревании жидкой однородной смеси сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Образующиеся пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде. Когда этого вещества уже не останется в смеси, температура начнёт повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент:
Таким способом получают, к примеру, дистиллированную воду.
4.1.2. Методы разделения смесей и очистки веществ.
Типы смесей
гетерогенные (неоднородные)
гомогенные (однородные)
Гетерогенными называют такие смеси, в которых можно выявить границу раздела между исходными компонентами либо невооруженным глазом, либо под лупой или микроскопом:
Вещества в таких смесях смешаны друг с другом максимально возможно, можно сказать, на молекулярном уровне. В таких смесях нельзя выявить границу раздела исходных компонентов даже под микроскопом:
Суспензия (твердое + жидкость)
Эмульсия (жидкость + жидкость)
Смесь порошков твердых веществ (твердое+твердое)
Истинные растворы (например, раствор поваренной соли в воде, раствор спирта в воде)
Твердые растворы (сплавы металлов, кристаллогидраты солей)
Газовые растворы (смесь не реагирующих между собой газов)
Методы разделения смесей
Гетерогенные смеси типов газ-жидкость, жидкость-твёрдое, газ-твёрдое неустойчивы во времени под действием силы тяжести. В таких смесях составные компоненты с меньшей плотностью постепенно поднимаются вверх (всплывают), а с большей — опускаются вниз (оседают). Такой процесс самопроизвольного разделения смесей с течением времени называют отстаиванием. Так, например, смесь мелкого песка и воды довольно быстро самопроизвольно делится на две части:
Для ускорения процесса осаждения вещества с большей плотностью из жидкости в лабораторных условиях чаще прибегают к более продвинутой версии метода отстаивания — центрифугированию. Роль силы тяжести в центрифугах играет центробежная сила, всегда возникающая при вращении. Поскольку центробежная сила напрямую зависит от скорости вращения, ее можно делать многократно больше силы тяжести, просто увеличивая число оборотов центрифуги в единицу времени. Благодаря этому достигается намного более быстрое по сравнению с отстаиванием разделение смеси.
После отстаивания или центрифугирования надосадочную жидкость можно отделить от осадка методом декантации — аккуратным сливанием жидкости с осадка.
Разделить смесь двух нерастворимых друг в друге жидкостей (после ее отстаивания) можно с помощью делительной воронки, принцип действия которой понятен из следующей иллюстрации:
Для разделения смесей веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях, помимо отстаивания и центрифугирования также широко используют фильтрование. Метод заключается в том, что фильтр обладает различной пропускной способностью по отношению к компонентам смеси. Чаще всего это связано с различным размером частиц, но также может быть еще обусловлено тем, что отдельные компоненты смеси сильнее взаимодействуют с поверхностью фильтра (адсорбируются им).
Так, например, взвесь твердого нерастворимого порошка с водой можно разделить, используя пористый бумажный фильтр. Твердое вещество остается на фильтре, а вода проходит через него и собирается в в емкости, расположенной под ним:
В некоторых случаях гетерогенные смеси могут быть разделены благодаря разным магнитным свойствам компонентов. Так, например, смесь порошков серы и металлического железа можно разделить с помощью магнита. Частицы железа в отличие от частиц серы притягиваются и удерживаются магнитом:
Разделение компонентов смеси с применением магнитного поля называют магнитной сепарацией.
Если смесь представляет собой раствор тугоплавкого твердого вещества в какой-либо жидкости, выделить это вещество из жидкости можно выпариванием раствора:
Для разделения жидких гомогенных смесей используют метод, называемый дистилляцией, или перегонкой. Данный способ имеет принцип действия, схожий с выпариванием, но позволяет отделять не только летучие компоненты от нелетучих, но также и вещества с относительно близкими температурами кипения. Один из простейших вариантов дистилляционных аппаратов представлен на рисунке ниже:
Смысл процесса дистилляции заключается в том, что при кипении смеси жидкостей первыми улетучиваются пары более легкокипящего компонента. Пары этого вещества после прохождения через холодильник конденсируются и стекают в приемник. Метод дистилляции широко применяется в нефтяной промышленности при первичной переработке нефти для разделения нефти на фракции (бензин, керосин, дизель и т.д.).
Так же методом дистилляции получают очищенную от примесей (прежде всего солей) воду. Воду, прошедшую очистку дистилляцией, называют дистиллированной водой.
Разделение нефтяной эмульсии
10 Сентября 2020 г.
Продолжаем серию информационных статей о технологических процессах, которые проходят нефтепродукты, прежде чем уже поступать уже на конечную переработку. В данной публикации мы рассмотрим технические аспекты разделения водонефтяной эмульсии с применением специальных отстойников, фильтров и центрифуг.
Сырая нефть представляет собой эмульсию, то есть жидкость, в которой присутствуют нефть, вода, соли и механические примеси. Одним из этапов подготовки нефти к первичной переработке является разделение водонефтяной эмульсии на ее составляющие, обезвоживание, обессоливание и очистка, что позволяет получить очищенную от воды, солей и механических веществ нефть.
Понятие водонефтяной эмульсии
(1-нефть, дисперсная среда, 2- вода, дисперсная фаза, 3-оболочка)
На скорость и темп разделения эмульсии влияет диаметр частиц воды (чем они больше, тем быстрее отделятся от капель нефти) и от плотности нефти.
Для справки: скорость оседания воды определяется формулой Стокса:
, где: dk – диаметр капли, м; pВ-рН— плотность воды и нефти, кг/м 3 ; μ – динамическая вязкость нефти, Па·с.
Так, в современной отрасли выделяют механические, термические, химические и электрические методы разрушения нефтяной эмульсии. Выбор зависит от объемов добываемого сырья, степени ее обводненности, состава и количества примесей, требований к скорости очистки и производительности.
Механические способы разделения нефтяной эмульсии: отстойники, центрифуги, фильтры
Для механического разделения водонефтяной эмульсии применяются сепараторы, отстойники, центрифуги и фильтры. Этот способ относится к одним из наиболее простых в техническом плане. Для его осуществления не требуется сложных производственных решений: процесс основывается на физических свойствах жидкостей и силе гравитации. Наиболее широко применяется с обводненной нефтью, но не является эффективным для ее глубокого обезвоживания и эксплуатации с мелкодисперсными эмульсиями.
Отстойники нефти: принцип действия и устройство
Нефтяные отстойники составляют основное оборудование, которое применяется для отделения воды от нефти без применения подогрева и дополнительных устройств. Благодаря этому они выступают в качестве первого этапа очистки нефти и ее обезвоживания.
Принцип работы отстойников заключается в осаждении дисперсной влаги за счет действия гравитационных сил: вода и нефть имеют разный удельный вес, за счет чего более тяжелые и крупные частицы (капли воды) оседают внизу емкости, а уже обезвоженная нефть поднимается и выводится через верхнюю часть корпуса.
На эффективность отстаивания нефти влияют такие факторы, как:
В зависимости от технического оснащения нефтеперерабатывающего предприятия нефтяная эмульсия подается в емкость по горизонтали или по вертикали. При этом принцип действия не меняется. Лишь при вертикальном движении создается большой напор и давление.
Саратовский резервуарный завод производит горизонтальные нефтяные отстойники* производительностью до 15000 м 3 в сутки:
*(описание и технические характеристики оборудования смотрите в соответствующих разделах Каталога продукции)
Горизонтальный способ размещения наиболее распространен благодаря высокой производительности и площади отстаивания. Дополнительно в некоторых типах оборудования может выполняться обессоливание нефти, например, в аппаратах типа БОН. Осевшие примеси и шлам удаляются механическим или гидравлическим способом в зависимости от степени оснащенности оборудованием и степенью автоматизации.
Внутри нефтяные отстойники разделены перегородками на отсеки, в которых происходит постепенное осаждение дисперсной жидкости и отделение нефти при давлении от 0,6 МПа до 2,5 МПа. Внутреннее устройство агрегатов позволяет равномерно распределять эмульсию, что препятствует созданию возмущения из-за входящей струи.
Центрифуги и фильтры для разделения водонефтяной эмульсии
Процесс расслоения проходит более интенсивно в центрифугах (по сравнению с отстойниками), в которых создаются центробежные силы. Данный способ используется только с нестойкими эмульсиями, является энергозатратным из-за высокого электропотребления для создания высокоскоростных центробежных ускорений, превышающих свободное падение. Кроме того, наличие в рабочей среде механических примесей замедляет скорость движения потока и, следовательно, снижает производительность установки.
Фильтрация не обладает высокой производительностью и требует достаточных затрат на смену фильтрующего гидрофобного или гидрофильного элемента. В гидрофобных фильтрах применяются материалы, которые не накапливают на себе молекулы воды, а лишь задерживают их и пропускают нефть. Гидрофильные элементы состоят из материалов, которые впитывают в себя взвешенные частицы воды, тем самым задерживая ее и пропуская уже обезвоженную нефть.
Особенности процесса механического разделения водонефтяной эмульсии требуют использование дополнительных методов обезвоживания нефти. Например, при нагреве жидкости в деэмульгаторах до 100ºС снижается ее вязкость и плотность. А при прохождении эмульсии через электрическое поле переменной частоты и при высоком напряжении в электродегидраторах происходит разрушение эмульгированной оболочки и поляризация частиц воды.
Совместное использование всех методов обезвоживания нефти позволяет получить нефть глубокой очистки с содержанием воды до 0,1%.