Tecnologia de dessalinização de óleo: descrição e princípios

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

As refinarias de petróleo recebem produtos de depósitos de poços como matéria-prima. Basicamente, são recursos de petróleo e gás que são extraídos na forma de uma emulsão com impurezas e sais minerais. Sem o pré-tratamento, essas misturas podem prejudicar os equipamentos do processo mesmo nos estágios iniciais do processamento da matéria-prima, de modo que são usados métodos de desidratação e dessalinização do óleo, que podem ser comparados com a filtração em termos de efeitos.

Princípios gerais das tecnologias de desaguamento e dessalinização

Uma mistura de óleo e impurezas associadas, via de regra, é formada a partir de vários tipos de líquidos, que podem incluir partículas sólidas. Nas emulsões mais simples, o componente água é misturado ao óleo bruto em gotas finas ao longo da estrutura molecular. Ress alta-se que os processos de desidratação e dessalinização do petróleo podem estar associados não só à poluição natural e à diluição do alvoproduto no poço e durante a produção. A tecnologia de operação de transporte aéreo de poços prevê a diluição intencional do recurso para extraí-lo à superfície sob pressão de fundo de poço. Gases de ar ou hidrocarbonetos podem atuar como meios de elevação ativos, portanto, o refino de petróleo é uma medida tecnológica obrigatória para a preparação de recursos. Outra coisa é que o baixo teor de oxigênio na técnica de transporte aéreo facilita o processo de separação de matérias-primas.

A aplicação mais comum das tecnologias de refino de petróleo envolve a separação de sal e água em nível molecular. Em particular, as tecnologias mais simples para dessalinização de óleo incluem o efeito de um campo eletrostático criado por eletrodos com alimentação de transformador a uma tensão de 12-25 kV. O campo eletrostático faz com que as moléculas de água se movam, colidam e se unam. À medida que o volume líquido se acumula, torna-se possível decantá-lo com posterior separação da fase oleosa. Este é um dos princípios gerais de operação dos métodos de desidratação e dessalinização, mas também são amplamente utilizadas tecnologias que envolvem a adição de vários componentes ativos que agilizam e otimizam os processos de separação.

Petróleo e suas características

O petróleo bruto também contém emulsificantes naturais com impurezas dispersas e cloretos mineralizados. Em alguns casos, dependendo da tecnologia de desenvolvimento do poço, os componentes do gás também podem ser preservados - voláteis einorgânico. Todos esses componentes são ativos e podem ser considerados obrigatórios para conservação ou indesejáveis - seu status é determinado pelos requisitos do produto final e nas etapas de processamento determina a lista de métodos aceitáveis para desidratação e dessalinização do óleo, o que também afetará a escolha de equipamentos para refinarias de petróleo. Ou seja, mesmo alguns dos componentes úteis podem prejudicar as unidades tecnológicas, portanto, em determinadas etapas do processamento, eles também são excluídos e, em seguida, reintroduzidos.

O processo de desidratação é considerado um dos básicos. É implementado destruindo o meio água-óleo com a adição de desemulsificantes, que, durante a adsorção no limite de separação de fases, separam as gotículas de líquido no óleo. Como componente ativo, deve ser usada uma composição que, por si só, será facilmente separada do produto alvo. Por exemplo, os desemulsificantes usados para desidratação e dessalinização do óleo não afetam as propriedades da matéria-prima que está sendo purificada e não reagem com a água. São compostos sintetizados que também são inertes aos equipamentos e ecologicamente corretos. Os desemulsificantes do grupo solúvel em óleo são facilmente misturados com emulsões contendo óleo e, ao mesmo tempo, são mal lavados com água. Existem também desemulsificantes orgânicos não eletrolíticos, cujas características incluem uma função de dissolução em relação aos emulsificantes de óleo. Como resultado da ação química, a viscosidade da matéria-prima também diminui.

Justificação da necessidade de dessalinização do óleo

A utilidade de reduzir a concentração de sal no petróleo bruto vai muito além dos danos que os processos de corrosão causam aos equipamentos. Deve-se levar em consideração que os derivados de petróleo com determinados conjuntos de propriedades físicas e químicas estabelecidas por regulamentações rígidas são utilizados nos processos de produção e no fornecimento de infraestrutura de transporte. Portanto, a dessalinização do óleo é, em princípio, um procedimento completamente racional - outra coisa é que diferentes tecnologias podem ser usadas para realizar essa tarefa, sem falar nas diferenças no grau de redução da concentração. Por exemplo, em áreas onde a conservação da água é planejada, um processo de dessalinização em dois estágios pode ser introduzido.

De que forma as abordagens de gestão de sal variam? Depende da técnica subjacente. Assim, nos métodos elétricos, os parâmetros atuais serão importantes e, no âmbito do tratamento químico para desidratação e dessalinização do óleo, é usada uma ampla gama de substâncias ativas, que inicialmente afetam o conteúdo de certos elementos de maneiras diferentes. Principalmente estes são os mesmos produtos químicos do grupo geral de desemulsificantes que são introduzidos na emulsão sob certas condições. Por exemplo, para garantir a mistura densa de uma substância com matérias-primas oleosas, ela deve ser direcionada a montante a uma distância padrão do tanque de descarga ou da zona de separação.

Aquecimento de petróleo bruto

Uma das medidas preparatórias, cujo objetivo é criar um regime de temperatura suficiente para a efetiva implementação do processo de dessalinização. Para que serve? O aquecimento tem duas tarefas básicas:

• Em condições de alta temperatura, as partículas de água se movem em uma velocidade maior, o que torna mais ativo o processo de fusão de moléculas em uma única estrutura. Assim, aumenta o processo de dessalinização do petróleo, do qual são removidos grandes compostos de água.
• A redução da viscosidade também é consequência da regulação da temperatura. A viscosidade como tal indica a capacidade de um fluido de resistir ao fluxo. Se este indicador diminuir, os componentes estranhos são removidos mais facilmente, pois são neutralizados por uma força menor do obstáculo.

Mas que tipo de regime de temperatura será ideal para a emulsão de óleo em termos de impacto positivo nos processos de separação? Um indicador específico é definido levando em consideração as características de uma determinada amostra. Por exemplo, para emulsões leves e de baixa viscosidade, temperaturas médias moderadas são usadas para evitar a ebulição da fase oleosa e para misturas de hidrocarbonetos pesados, faz sentido aumentar a barra de efeito térmico. Na maioria dos casos, a temperatura de aquecimento de 100 a 120 °C é considerada o modo ideal para a dessalinização. O modo até 140 °C é considerado elevado.

Tratamento com óleo químico

O processamento ou destruição da estrutura da emulsão desta forma também requer treinamento especial. Em particular, os métodos químicos de desidratação e dessalinização do óleo são realizados sob as seguintes condições físicas:

• Parapara assegurar o contato entre o componente oleoso e a substância ativa, o filme interfacial deve ser destruído previamente. Isso tornará possível adicionar o desemulsificante necessário para o processo posterior à emulsão.
• Número suficiente de colisões de partículas de água dispersas deve ser fornecido por um determinado período de tempo. Em outras palavras, agitando ou girando o conteúdo da emulsão, a atividade das partículas de água desestabilizadas é aumentada artificialmente.
• O tempo de sedimentação foi mantido, durante o qual grandes partículas de água formarão um precipitado contra o fundo da coagulação.

A partir deste momento, você pode começar a preparar a emulsão para o processo de dessalinização do óleo por aquecimento. Todas as propriedades positivas do aumento da temperatura da fase oleosa operam com um método de separação química, mas é importante levar em conta as limitações, pois um aumento excessivo de temperatura pode levar a consequências negativas. Em algumas plantas de separação, quando a temperatura é estimada incorretamente, o óleo evapora no contexto de uma diminuição na densidade da substância e perda de volume. Para evitar esses efeitos, muitas empresas usam temperaturas de aquecimento mais baixas como rede de segurança. Para compensar a f alta de energia térmica, são utilizados um volume maior de desemulsificante e equipamentos com maior potência.

Desidratadores elétricos para dessalinização de óleo

Nos esquemas mais simples para a implementação de processos eletromecânicos para separar sal e água de um produto petrolífero, são utilizados desidratadores elétricos. É multifuncionalequipamento que executa várias tarefas em fases, incluindo aquecimento, impacto elétrico, separação e reservatório. Os desidratadores elétricos horizontais para desidratação e dessalinização de óleo são baseados em um tanque no qual ocorrem processos de separação de um ou dois estágios. Os modelos com função de aquecimento (termoseparadores) também contêm um recipiente no centro do design, mas complementado por uma seção de aquecimento de entrada.

Os desidratadores eletromecânicos são projetados com unidades coalescentes, grades eletrostáticas e os mesmos equipamentos de aquecimento. Uma característica distintiva desta modificação é a implementação de dispositivos coalescentes projetados para trabalhar com fases no formato líquido/líquido. Este tipo de desidratador elétrico para dessalinização de óleo é utilizado na manutenção de emulsões problemáticas.

Na tecnologia geral de uso de desidratadores eletromecânicos, a etapa final é o procedimento de precipitação. Dentro de sua estrutura, é atendido um fluxo de óleo separado, durante o movimento do qual é assegurada a liberação de gás e os indicadores de temperatura são normalizados.

Princípio de funcionamento do desidratador elétrico

Quando um componente de petróleo bruto entra em um campo elétrico, moléculas de água com carga negativa começam a se mover, assumindo uma gota em forma de pêra, voltada para o eletrodo positivo. No caminho para este último, as gotas colidem e formam uma grande fração, pronta para mais precipitação e separação. A dificuldade está no fato de que um ciclo de processamento da emulsãonão será suficiente para separar água e sal. Embora os sais se dissolvam naturalmente no ambiente aquático, eles não podem ser completamente eliminados em altas concentrações. Para uma limpeza mais eficiente, pode-se adicionar água fresca à mistura, que, ao longo de vários ciclos de ação elétrica, lavará a parte salina. Além do tratamento elétrico, a unidade de dessalinização de óleo com desidratador realiza a sedimentação (função de decantação). Para isso, são utilizados equipamentos opcionais, que podem ter diferentes formatos, dimensões e ferramentas auxiliares de controle do processo.

Embora os desidratadores elétricos sejam equipamentos tecnologicamente complexos e caros, eles são cada vez mais utilizados não apenas por grandes, mas também por pequenas refinarias. Essa demanda é explicada pelas seguintes vantagens das unidades:

• Economia. Como mostra a prática, tanto em termos de custo de consumíveis quanto de consumo de energia, os desidratadores elétricos são a solução mais lucrativa para separação de óleo em sua classe.
• Ergonomia. Trata-se de um equipamento relativamente novo, por isso seu design foi desenvolvido já nas primeiras gerações com ênfase em formas modernas de controle com automação e painéis de controle de despacho eletrônico.
• Qualidade de processamento. Um sistema de design bem pensado, juntamente com uma ampla gama de catalisadores químicos, fornece tratamento de óleo praticamente com qualidade de laboratório para uma variedade de processos tecnológicos em indústrias críticas.
• Alto grau de confiabilidade da tecnologia. NOA composição prevê dispositivos de proteção com automação, que, de acordo com os algoritmos incorporados, controlam as operações tecnológicas com um pequeno risco de erro. Ao mesmo tempo, as funções de pessoal são reduzidas ao mínimo e, nas versões de alta tecnologia, são substituídas por sistemas de controle inteligentes.

Separação de emulsão de óleo complexa

Se os desidratadores elétricos são usados especificamente para as tarefas de separação de óleo limpo de água e sais, os separadores industriais no complexo implementam a função de separar a emulsão em componentes. Por exemplo, ao testar um poço, é necessário obter uma análise geral da camada dura no fundo do poço da amostra extraída. Nessas atividades, a dessalinização do óleo pode ser considerada uma tarefa indireta juntamente com a determinação da concentração de ferro ou magnésio, mas isso não reduz a utilidade do separador. O fato é que, na prática, as próprias refinarias de petróleo estão interessadas não tanto na retirada pontual do sal do produto-alvo, mas em sua preparação abrangente para uso posterior. Nesse sentido, a exclusão de impurezas sólidas juntamente com a desidratação e dessalinização é apenas bem-vinda.

Separadores de alto desempenho também trabalham com o fornecimento de lama de entrada e lodo de gás. Tais instalações são utilizadas para dessalinização de água em estações de tratamento de petróleo para empreendimentos consumidores com ciclo final de produção. Ou seja, a saída deve ser óleo comercial puro, cujas características permitem que seja utilizado como combustível ou outros materiais. Por exemplo, um separador prepara óleouma emulsão com características que permitem a produção de betume, lubrificantes, borracha sintética, etc. Esse óleo de alta qualidade é obtido passando por várias etapas de processamento, incluindo lavadores, coalescedores, tanques de lavagem, separadores térmicos e outras unidades funcionais em diferentes configurações.

Tecnologia de dessalinização profunda

A dessalinização de emulsão de óleo insuficiente também afeta o estado dos equipamentos de processo e a qualidade do produto final. Portanto, para produtores exigentes, as plantas de processamento produzem produtos que sofreram separação profunda. Neste caso, o equipamento de dessalinização de óleo reduz a quantidade de sais para 3-5 mg/l. Como tal resultado é alcançado? Diferentes tecnologias podem ser usadas, mas o método eletrotermoquímico combinado é considerado ideal.

É possível alcançar altas taxas de separação profunda com limpeza complexa com a conexão de diversos métodos de remoção de sais no ambiente aquático. Neste caso, a deposição intensiva no líquido de lavagem deve ser assegurada com uma forte corrente elétrica. Quanto ao método químico, também é conectado na forma de adição de desemulsificantes ativos.

Outra maneira de garantir a dessalinização profunda é hidromecânica. Neste caso, influências químicas e elétricas não são aplicadas. A ênfase é colocada na função gravitacional, que contribui para a esfoliação natural do ambiente aquático a partir do petróleo. A unidade de dessalinização neste esquema é um tanque de decantação cilíndrico com capacidade de 100 - 150 m3. Prevê zonas de separação de frações, nas quais os líquidos fluem sob pressão de até 1,5 MPa. O regime de temperatura de 120 a 140 °C também é mantido, o que contribui para os processos de separação de meios.

Tecnologia de impacto de campo direto AC

Este método também é chamado de campo DC/AC. Ou seja, é totalmente baseado na ação elétrica fornecida pelo retificador no transformador. Sob condições de corrente contínua, a rede eletrostática adquire polaridade (negativa ou positiva), o que contribui para o movimento das moléculas de água na direção do eletrodo. Como resultado da atração mútua de moléculas entre si, uma camada de água é formada, que é exibida de acordo com o esquema mais conveniente.

A complexidade da utilização de uma instalação elétrica para desidratação e dessalinização de petróleo reside no fato de que o processo de coalescência do meio aquático envolve riscos de curto-circuito. Isso se deve ao fato de que os eletrodos negativos e positivos podem entrar em contato entre si devido às pontes formadas durante o movimento das partículas de água. Este fator negativo é eliminado por um tiristor triodo, mas apenas na forma de uma redução parcial na probabilidade de um curto-circuito. No processamento de frações de óleo pesado, a tecnologia AC-Direct não é permitida ou limitada por outros motivos. Nesses meios, mesmo sob exposição térmica, a atividade das moléculas de água não é tão ativa, o que em princípio reduz a intensidade e a qualidade geral do processo.separação.

De uma forma ou de outra, o próprio método de ação elétrica tem uma vantagem sobre outros métodos como o mais prático, fácil de usar e pouco exigente em termos de organização técnica. As dificuldades são causadas apenas pelos requisitos para garantir a segurança do processo, que se expressa na necessidade de utilização de blocos de segurança, unidades de prevenção de curto-circuito, estabilizadores de tensão, etc.

Funcionalidade adicional dos dessalinizadores

Como as refinarias e refinarias de petróleo geralmente combinam o refino de petróleo com uma série de outras etapas do processo, o equipamento de separação também é fornecido com uma série de recursos auxiliares, incluindo:

• Funções de controle e medição. São usados instrumentos de medição opcionais obrigatórios e secundários. Por exemplo, manômetros, dispositivos hidrostáticos, multímetros, dosímetros, etc. Em usinas de dessalinização de óleos químicos, dispositivos especiais também são usados para determinar o tipo e a quantidade de desemulsificantes.
• Operações de lavagem e limpeza. A função refere-se aos sistemas de autoatendimento - após o bombeamento do óleo processado, é ativada a lavagem do tanque e canais que garantem o transporte da emulsão.
• Ferramentas de gerenciamento de energia. Nas instalações elétricas, como já mencionado, uma mudança nos parâmetros de corrente afeta a qualidade dos processos de dessalinização do óleo, de modo que a correção da fonte de alimentação pode ser considerada comofunção reguladora. Para isso, são utilizados painéis de controle especiais, conectados a amperímetros, voltímetros e um conversor de corrente.

Planta de Dessalinização Completa

Nas grandes refinarias de petróleo, onde os processos de limpeza e separação são realizados com as matérias-primas em movimento no fluxo, são utilizadas unidades especiais nos princípios de operação de flotação e centrífuga. As capacidades da unidade de dessalinização de óleo em linha UPON permitem processar até 500 m3/h de matéria-prima, proporcionando um nível de salinidade de até 3 g/m3. No entanto, para manter altas taxas de separação, é necessária uma pressão adequada no circuito de alimentação de óleo. Para isso, são usadas unidades compressoras separadas ou embutidas. Assim, a pressão média na entrada da linha de processamento é de 1,1-1,5 MPa.

Nas condições de implementação de um esquema simplificado com mistura em um estágio, a emulsão é diluída preliminarmente com água, após o que a mistura é enviada para a válvula de mistura e entra na unidade de separação. Através da tubulação de entrada, a unidade de dessalinização de óleo em linha distribui a solução preparada ao longo de todo o comprimento do recipiente de separação, o que possibilita a separação efetiva das frações. Durante a separação mecânica, a ação eletrostática também pode ocorrer. Na etapa final, o óleo já purificado é liberado no canal de circulação comum com direcionamento para a próxima etapa tecnológica de processamento ou armazenamento temporário. Deve-se notar que a qualidade da dessalinização em linha é bastante baixa devido à exclusão da funçãocárter, no entanto, em algumas áreas, os requisitos de alto desempenho na preparação de um produto petrolífero colocam a velocidade de processamento em primeiro lugar.

Sistemas auxiliares de tratamento de lodo

A maioria das plantas desidratadoras e separadoras adotam uma etapa de filtração grosseira com drenagem do componente da polpa. Este procedimento não deve ser confundido com a remoção de impurezas, pois o lodo é um efeito colateral da produção de petróleo e pode prejudicar os sistemas de purificação fina de matérias-primas nas primeiras etapas do processamento. Portanto, impurezas pesadas são removidas antes mesmo dos processos de dessalinização do óleo. Neste caso, lodo é entendido como sedimentos de rochas, areia e outras partículas grossas que entraram na emulsão em diferentes etapas da operação do poço do campo.

Como é feita a limpeza do lodo? Vários processos de remoção estão previstos, mas todos eles são baseados em métodos mecânicos de filtração com drenagem e lavagem. Em instalações industriais para desidratação e dessalinização de óleo, um soprador de pressão de 4 bar ou mais é conectado a esses processos. Em casos raros, o lodo é submetido a tratamento térmico e químico - isso se aplica a compostos estáveis especiais, cujo tratamento de drenagem é ineficaz.

Conclusão

Problemas de preparação de óleo para os principais processos de processamento tecnológico para uso posterior no setor manufatureiro são resolvidos por diferentes meios e métodos. As tecnologias de desidratação e dessalinização funcionam longe das mais importantesoperações deste espectro, mas é impossível prescindir deles. A indústria moderna está tentando aplicar métodos mais otimizados e energeticamente eficientes para resolver problemas de separação, o que se manifesta na conexão de novas instalações de alta tecnologia. Em particular, as gerações modernas de aparelhos de desidratação e dessalinização de óleo estão se desenvolvendo ativamente para aumentar a funcionalidade e a ergonomia. Isso é evidenciado pelo aparecimento de transformadores autorreguladores e sensores de medição de alta precisão, que permitem manter sob controle todos os principais parâmetros do processo de limpeza. Os sistemas de segurança não são deixados sem vigilância. Tanto nos métodos de separação química quanto no uso de desidratadores elétricos, são utilizados meios de proteção isolantes e protetores tanto para o próprio equipamento quanto para os operadores envolvidos no processamento tecnológico do óleo.