Technologie de dessalement d'huile : description et principes

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Les raffineries de pétrole reçoivent les produits des gisements de puits comme matière première. Fondamentalement, ce sont des ressources pétrolières et gazières qui sont extraites sous la forme d'une émulsion avec des impuretés et des sels minéraux. Sans prétraitement, de tels mélanges peuvent endommager l'équipement de traitement même aux premiers stades du traitement des matières premières, c'est pourquoi des méthodes de déshydratation et de dessalement de l'huile sont utilisées, ce qui peut être comparé à la filtration en termes d'effets.

Principes généraux des technologies de déshydratation et de dessalage

Un mélange d'huile et d'impuretés associées, en règle générale, est formé de plusieurs types de liquides, qui peuvent inclure des particules solides. Dans les émulsions les plus simples, le composant eau est mélangé au pétrole brut en fines gouttes le long de la structure moléculaire. Il convient de noter que les processus de déshydratation et de dessalement de l'huile peuvent être associés non seulement à une pollution naturelle et à la dilution de la cibleproduit dans le puits et pendant la production. La technologie d'opération de pont aérien des puits prévoit la dilution intentionnelle de la ressource afin de l'extraire à la surface sous pression de fond. L'air ou les gaz d'hydrocarbures peuvent agir comme agents de levage actifs, de sorte que le raffinage ultérieur du pétrole est une mesure technologique obligatoire pour la préparation des ressources. Une autre chose est que la faible teneur en oxygène de la technique du transport aérien facilite le processus de séparation des matières premières.

L'application la plus courante des technologies de raffinage du pétrole implique la séparation du sel et de l'eau au niveau moléculaire. En particulier, les technologies les plus simples de dessalement du pétrole incluent l'effet d'un champ électrostatique créé par des électrodes alimentées par un transformateur à une tension de 12-25 kV. Le champ électrostatique fait que les molécules d'eau se déplacent, se heurtent et se collent les unes aux autres. Au fur et à mesure que le volume de liquide s'accumule, il devient possible de le décanter avec une séparation ultérieure de la phase huileuse. C'est l'un des principes généraux de fonctionnement des méthodes de déshydratation et de dessalement, mais les technologies impliquant l'ajout de divers composants actifs qui accélèrent et optimisent les processus de séparation sont également largement utilisées.

Le pétrole brut et ses caractéristiques

Le pétrole brut produit contient également des émulsifiants naturels avec des impuretés dispersées et des chlorures minéralisés. Dans certains cas, selon la technologie de développement du puits, les composants gazeux peuvent également être préservés - volatils etinorganique. Tous ces composants sont actifs et peuvent être considérés comme obligatoires pour la conservation ou indésirables - leur statut est déterminé par les exigences du produit final et aux étapes de la transformation détermine la liste des méthodes acceptables de déshydratation et de dessalage de l'huile, ce qui affectera également la choix d'équipements pour les raffineries de pétrole. Autrement dit, même certains des composants utiles peuvent nuire aux unités technologiques, par conséquent, à certaines étapes du traitement, ils sont également exclus, puis réintroduits.

Le processus de déshydratation est considéré comme l'un des plus fondamentaux. Elle est mise en oeuvre en détruisant le milieu eau-huile avec l'ajout de désémulsifiants qui, lors de l'adsorption à la frontière de séparation de phases, séparent les gouttelettes de liquide dans l'huile. En tant que composant actif, une composition doit être utilisée, qui en elle-même sera facilement séparée du produit cible. Par exemple, les désémulsifiants utilisés pour la déshydratation et le dessalage de l'huile n'affectent pas les propriétés de la matière première à purifier et ne réagissent pas avec l'eau. Ce sont des composés synthétisés qui sont également inertes vis-à-vis des équipements et respectueux de l'environnement. Les désémulsifiants du groupe soluble dans l'huile se mélangent facilement avec des émulsions contenant de l'huile et sont en même temps mal lavés à l'eau. Il existe également des désémulsifiants organiques non électrolytiques, dont les caractéristiques incluent une fonction dissolvante par rapport aux émulsifiants pétroliers. En raison de l'action chimique, la viscosité de la matière première diminue également.

Justification de la nécessité du dessalement du pétrole

L'utilité de réduire la concentration de sel dans le pétrole brut va bien au-delà des dommages que les processus de corrosion causent aux équipements. Il convient de tenir compte du fait que les produits pétroliers présentant certains ensembles de propriétés physiques et chimiques établis par des réglementations strictes sont utilisés dans les processus de production et dans l'approvisionnement des infrastructures de transport. Par conséquent, le dessalement de l'huile est, en principe, une procédure tout à fait rationnelle - une autre chose est que différentes technologies peuvent être utilisées pour effectuer cette tâche, sans parler des différences dans le degré de réduction de la concentration. Par exemple, dans les zones où la conservation de l'eau est prévue, un processus de dessalement en deux étapes peut être introduit.

En quoi les approches de gestion du sel varient-elles ? Cela dépend de la technique sous-jacente. Ainsi, dans les méthodes électriques, les paramètres actuels seront importants, et dans le cadre du traitement chimique pour la déshydratation et le dessalage de l'huile, une large gamme de substances actives est utilisée, qui affecte initialement la teneur de certains éléments de différentes manières. Ce sont principalement les mêmes produits chimiques du groupe général des désémulsifiants qui sont introduits dans l'émulsion sous certaines conditions. Par exemple, pour assurer un mélange dense d'une substance avec des matières premières huileuses, celle-ci doit être dirigée en amont à une distance standard du réservoir de chasse ou de la zone de séparation.

Chauffer du pétrole brut

L'une des mesures préparatoires, dont le but est de créer un régime de température suffisant pour la mise en œuvre efficace du processus de dessalement. Pourquoi est-ce? Le chauffage a deux tâches de base:

• Dans des conditions de température élevée, les particules d'eau se déplacent à une vitesse plus élevée, ce qui rend plus actif le processus de fusion des molécules en une seule structure. En conséquence, le processus de dessalement du pétrole augmente, à partir duquel les grands composés d'eau sont éliminés.
• La réduction de la viscosité est également une conséquence de la régulation de la température. La viscosité en tant que telle indique la capacité d'un fluide à résister à l'écoulement. Si cet indicateur diminue, les composants étrangers sont plus facilement éliminés, car ils sont contrecarrés par une plus petite force de l'obstacle.

Mais quel type de régime de température sera optimal pour l'émulsion d'huile en termes d'impact positif sur les processus de séparation ultérieurs ? Un indicateur spécifique est fixé en tenant compte des caractéristiques d'un échantillon particulier. Par exemple, pour les émulsions légères à faible viscosité, des températures moyennes modérées sont utilisées pour éviter l'ébullition de la phase huileuse, et pour les mélanges d'hydrocarbures lourds, il est judicieux d'augmenter la barre d'effet thermique. Dans la plupart des cas, la température de chauffage de 100 à 120 °C est considérée comme le mode optimal de dessalement. Le mode jusqu'à 140 °C est considéré comme élevé.

Traitement chimique de l'huile

Le traitement ou la destruction de la structure de l'émulsion de cette manière nécessite également une formation spéciale. En particulier, les méthodes chimiques de déshydratation et de dessalage de l'huile sont réalisées dans les conditions physiques suivantes:

• Pourpour assurer le contact entre le composant huileux et la substance active, le film interfacial doit être préalablement détruit. Cela permettra d'ajouter à l'émulsion le désémulsifiant nécessaire à la suite du processus.
• Un nombre suffisant de collisions de particules d'eau dispersées doit être fourni pendant une certaine période de temps. Autrement dit, en remuant ou en faisant tourner le contenu de l'émulsion, on augmente artificiellement l'activité des particules d'eau déstabilisées.
• Le temps de décantation a été maintenu, pendant lequel les grosses particules d'eau formeront un précipité sur fond de coagulation.

À partir de ce moment, vous pouvez commencer à préparer l'émulsion pour le processus de dessalement de l'huile par chauffage. Toutes les propriétés positives de l'augmentation de la température de la phase huileuse fonctionnent avec une méthode de séparation chimique, mais il est important de prendre en compte les limites, car une augmentation excessive de la température peut avoir des conséquences négatives. Dans certaines usines de séparation, lorsque la température est mal estimée, l'huile s'évapore dans le contexte d'une diminution de la densité de la substance et d'une perte de volume. Afin d'éviter de tels effets, de nombreuses entreprises utilisent des températures de chauffage plus basses comme filet de sécurité. Pour compenser le manque d'énergie thermique, un plus grand volume de désémulsifiant et des équipements de plus grande puissance sont utilisés.

Déshydrateurs électriques pour le dessalement de l'huile

Dans les schémas les plus simples de mise en œuvre de procédés électromécaniques de séparation du sel et de l'eau d'un produit pétrolier, des déshydrateurs électriques sont utilisés. C'est multifonctionneléquipement qui effectue plusieurs tâches en plusieurs phases, y compris le chauffage, l'impact électrique, la séparation et le puisard. Les déshydrateurs électriques horizontaux pour la déshydratation et le dessalage de l'huile sont basés sur un réservoir dans lequel se déroulent des processus de séparation en une ou deux étapes. Les modèles avec fonction chauffante (thermo-séparateurs) contiennent également un récipient au cœur de la conception, mais complété par une section de chauffage en entrée.

Les déshydrateurs électromécaniques sont conçus avec des unités de coalescence, des grilles électrostatiques et le même équipement de chauffage. Une particularité de cette modification est la mise en oeuvre de dispositifs de coalescence destinés à travailler avec des phases au format liquide/liquide. Ce type de déshydrateur électrique pour le dessalement de l'huile est utilisé dans l'entretien des émulsions problématiques.

Dans la technologie générale d'utilisation des déshydrateurs électromécaniques, la dernière étape est la procédure de précipitation. Dans son cadre, un flux d'huile séparé est entretenu, pendant le mouvement duquel le dégagement de gaz est assuré et les indicateurs de température sont normalisés.

Le principe de fonctionnement du déshydrateur électrique

Lorsqu'un composant du pétrole brut entre dans un champ électrique, les molécules d'eau chargées négativement commencent à se déplacer, prenant une gouttelette en forme de poire, face à l'électrode positive. Sur le chemin de ce dernier, les gouttes entrent en collision et forment une grande fraction, prête pour une précipitation et une séparation supplémentaires. La difficulté réside dans le fait qu'un cycle de traitement de l'émulsionne suffira pas à séparer l'eau et le sel. Bien que les sels se dissolvent naturellement dans le milieu aquatique, ils ne peuvent pas être complètement éliminés à des concentrations élevées. Pour un nettoyage plus efficace, de l'eau douce peut être ajoutée au mélange, ce qui, après plusieurs cycles d'action électrique, lavera la partie salée. En plus du traitement électrique, l'unité de dessalement d'huile avec déshydrateur assure la sédimentation (fonction décantation). Pour cela, des équipements optionnels sont utilisés, qui peuvent avoir différentes formes, dimensions et outils de contrôle de processus auxiliaires.

Bien que les déshydrateurs électriques soient des équipements technologiquement complexes et coûteux, ils sont de plus en plus utilisés non seulement par les grandes, mais aussi par les petites raffineries. Cette demande s'explique par les avantages suivants des unités:

• Économies. Comme le montre la pratique, tant en termes de coût des consommables que de consommation d'énergie, les déshydrateurs électriques sont la solution de séparation d'huile la plus rentable de leur catégorie.
• Ergonomie. Il s'agit d'un équipement relativement nouveau, de sorte que sa conception a déjà été développée dans les premières générations en mettant l'accent sur les formes modernes de contrôle avec l'automatisation et les panneaux de contrôle de répartition électroniques.
• Qualité de traitement. Un système de conception bien pensé, associé à une large gamme de catalyseurs chimiques, fournit un traitement de l'huile pratiquement de qualité laboratoire pour une variété de processus technologiques dans les industries critiques.
• Haut degré de fiabilité de la technologie. ÀLa composition prévoit des dispositifs de protection avec automatisation qui, selon les algorithmes intégrés, contrôlent les opérations technologiques avec un léger risque d'erreur. Dans le même temps, les fonctions du personnel sont réduites au minimum et, dans les versions high-tech, elles sont remplacées par des systèmes de contrôle intelligents.

Séparation d'émulsion d'huile complexe

Si les déshydrateurs électriques sont utilisés spécifiquement pour les tâches de séparation de l'huile propre de l'eau et des sels, les séparateurs industriels du complexe mettent en œuvre la fonction de séparation de l'émulsion en composants. Par exemple, lors du test d'un puits, il est nécessaire d'obtenir une analyse générale de la couche dure dans le fond de trou à partir de l'échantillon extrait. Dans ces activités, le dessalement de l'huile peut être considéré comme une tâche indirecte avec la détermination de la concentration en fer ou en magnésium, mais cela ne réduit pas l'utilité du séparateur. Le fait est qu'en pratique, les raffineries de pétrole elles-mêmes ne s'intéressent pas tant au point de retrait du sel du produit cible, mais à sa préparation complète pour une utilisation ultérieure. En ce sens, l'exclusion des impuretés solides ainsi que la déshydratation et le dessalage sont les bienvenus.

Les séparateurs hautes performances fonctionnent également avec la fourniture de boues d'entrée et de boues gazeuses. Ces installations sont utilisées pour le dessalement de l'eau dans les installations de traitement de l'huile pour les entreprises consommatrices avec un cycle de production final. Autrement dit, la production doit être du pétrole pur commercial, dont les caractéristiques lui permettent d'être utilisé comme carburant ou d'autres matériaux. Par exemple, un séparateur prépare l'huileune émulsion avec des caractéristiques qui permettent la production de bitume, de lubrifiants, de caoutchouc synthétique, etc. Une telle qualité d'huile est obtenue en passant par plusieurs étapes de traitement, y compris des épurateurs, des coalesceurs, des réservoirs de lavage, des séparateurs thermiques et d'autres unités fonctionnelles dans différents configurations.

Technologie de dessalement profond

Un dessalement insuffisant de l'émulsion d'huile affecte également l'état de l'équipement de traitement et la qualité du produit final. Ainsi, pour les producteurs exigeants, les usines de transformation fabriquent des produits qui ont subi une séparation profonde. Dans ce cas, l'équipement de dessalement de l'huile réduit la quantité de sels à 3-5 mg/l. Comment un tel résultat est-il obtenu ? Différentes technologies peuvent être utilisées, mais la méthode électrothermochimique combinée est considérée comme optimale.

Il est possible d'atteindre des taux élevés de séparation en profondeur avec un nettoyage complexe grâce à la connexion de diverses méthodes d'élimination des sels dans le milieu aquatique. Dans ce cas, un dépôt intensif dans le liquide de lavage doit être assuré avec un fort courant électrique. Quant à la méthode chimique, elle est également liée à l'ajout de désémulsifiants actifs.

Une autre façon d'assurer le dessalement en profondeur est hydromécanique. Dans ce cas, les influences chimiques et électriques ne sont pas appliquées. L'accent est mis sur la fonction gravitationnelle qui contribue à l'exfoliation naturelle du milieu aquatique par le pétrole. L'unité de dessalement dans ce schéma est un décanteur cylindrique d'une capacité de 100 à 150 m3. Il prévoit des zones de séparation de fractions, dans lesquelles circulent des liquides sous pression jusqu'à 1,5 MPa. Le régime de température de 120 à 140 °C est également maintenu, ce qui contribue aux processus de séparation des milieux.

Technologie d'impact sur le terrain AC-Direct

Cette méthode est également appelée champ DC/AC. C'est-à-dire qu'il est entièrement basé sur l'action électrique fournie par le redresseur dans le transformateur. Dans des conditions de courant continu, le réseau électrostatique acquiert une polarité (négative ou positive), ce qui contribue au mouvement des molécules d'eau dans la direction de l'électrode. À la suite de l'attraction mutuelle des molécules les unes aux autres, une couche d'eau se forme, qui est affichée selon le schéma le plus pratique.

La complexité d'utilisation d'une installation électrique de déshydratation et de dessalement d'huile réside dans le fait que le processus de coalescence du milieu aquatique comporte des risques de court-circuit. Cela est dû au fait que les électrodes négatives et positives peuvent se contacter en raison des ponts formés lors du mouvement des particules d'eau. Ce facteur négatif est éliminé par un thyristor à triode, mais uniquement sous la forme d'une réduction partielle de la probabilité d'un court-circuit. Dans le traitement des fractions d'huile lourde, la technologie AC-Direct n'est pas autorisée ou limitée pour d'autres raisons. Dans de tels milieux, même sous exposition thermique, l'activité des molécules d'eau n'est pas si active, ce qui réduit en principe l'intensité et la qualité globale du processus.séparation.

D'une manière ou d'une autre, la méthode d'action électrique elle-même a l'avantage sur les autres méthodes d'être la plus pratique, facile à utiliser et peu exigeante en termes d'organisation technique. Les difficultés ne sont causées que par les exigences de sécurité du processus, qui se traduisent par la nécessité d'utiliser des blocs de sécurité, des unités de prévention des courts-circuits, des stabilisateurs de tension, etc.

Fonctionnalité supplémentaire des dessaleurs

Étant donné que les raffineries de pétrole et les raffineries combinent généralement le raffinage du pétrole avec une gamme d'autres étapes de traitement, l'équipement de séparation est également fourni avec une gamme de fonctionnalités auxiliaires, notamment:

• Fonctions de contrôle et de mesure. Des instruments de mesure obligatoires et optionnels secondaires sont utilisés. Par exemple, manomètres, appareils hydrostatiques, multimètres, dosimètres, etc. Dans les usines de dessalement d'huile chimique, des appareils spéciaux sont également utilisés pour déterminer le type et la quantité de désémulsifiants.
• Opérations de rinçage et de nettoyage. La fonction fait référence aux systèmes en libre-service - après le pompage de l'huile traitée, le rinçage du réservoir et des canaux qui assurent le transport de l'émulsion est activé.
• Outils de gestion de l'alimentation. Dans les installations électriques, comme déjà mentionné, une modification des paramètres de courant affecte la qualité des processus de dessalement de l'huile, de sorte que la correction de la source d'alimentation peut être considérée commefonction régulatrice. Pour cela, des panneaux de contrôle spéciaux sont utilisés, connectés à des ampèremètres, des voltmètres et un convertisseur de courant.

Installation complète de dessalement

Dans les grandes raffineries de pétrole, où les processus de nettoyage et de séparation sont effectués avec des matières premières se déplaçant dans le flux, des unités spéciales sont utilisées sur la flottation et les principes de fonctionnement centrifuges. Les capacités de l'unité de dessalement d'huile en ligne UPON permettent de traiter jusqu'à 500 m3/h de matière première, offrant un niveau de salinité jusqu'à 3 g/m3. Cependant, pour maintenir des taux de séparation élevés, une pression adéquate dans le circuit d'alimentation en huile est nécessaire. Pour cela, des unités de compresseur séparées ou intégrées sont utilisées. Ainsi, la pression moyenne à l'entrée de la ligne de traitement est de 1,1 à 1,5 MPa.

Dans les conditions de mise en œuvre d'un schéma simplifié avec mélange en une étape, l'émulsion est préalablement diluée avec de l'eau, après quoi le mélange est envoyé à la vanne mélangeuse et entre dans l'unité de séparation. Grâce à la conduite d'admission, l'unité de dessalement d'huile en ligne distribue la solution préparée sur toute la longueur de la cuve de séparation, ce qui permet de séparer efficacement les fractions. Lors de la séparation mécanique, une action électrostatique peut également se produire. Au stade final, l'huile déjà purifiée est libérée dans le canal de circulation commun avec direction vers la prochaine étape technologique de traitement ou de stockage temporaire. Il convient de noter que la qualité du dessalement en ligne est plutôt faible en raison de l'exclusion de la fonctionpuisard, cependant, dans certaines régions, les exigences de haute performance dans la préparation d'un produit pétrolier placent la vitesse de traitement en premier lieu.

Systèmes auxiliaires de traitement des boues

La plupart des installations de déshydratation et de séparation utilisent par défaut une étape de filtration grossière avec drainage du composant de lisier. Cette procédure ne doit pas être confondue avec l'élimination des impuretés, car les boues sont un effet secondaire de la production de pétrole et peuvent nuire aux systèmes de purification fine des matières premières aux toutes premières étapes du traitement. Par conséquent, les impuretés lourdes sont éliminées avant même les processus de dessalement de l'huile. Dans ce cas, les boues sont comprises comme des sédiments de roches, de sable et d'autres particules grossières qui sont entrées dans l'émulsion à différentes étapes de l'exploitation du puits du champ.

Comment se fait le nettoyage des boues ? Plusieurs procédés d'élimination sont envisagés, mais tous reposent sur des méthodes mécaniques de filtration avec drainage et lavage. Dans les installations industrielles de déshydratation et de dessalage du pétrole, un surpresseur à pression de 4 bar ou plus est relié à ces procédés. Dans de rares cas, les boues sont soumises à un traitement thermique et chimique - cela s'applique à des composés stables spéciaux, dont le traitement de drainage est inefficace.

Conclusion

Les problèmes de préparation de l'huile pour les principaux processus de traitement technologique pour une utilisation ultérieure dans le secteur manufacturier sont résolus par différents moyens et méthodes. Les technologies de déshydratation et de dessalement sont loin d'être les plus importantesopérations de ce spectre, mais il est impossible de s'en passer. L'industrie moderne essaie d'appliquer des méthodes plus optimisées et économes en énergie pour résoudre les problèmes de séparation, ce qui se manifeste dans la connexion de nouvelles installations de haute technologie. En particulier, les générations modernes d'appareils de déshydratation et de dessalage d'huile évoluent activement vers une fonctionnalité et une ergonomie accrues. En témoigne l'apparition de transformateurs autorégulateurs et de capteurs de mesure de haute précision, qui vous permettent de contrôler tous les principaux paramètres du processus de nettoyage. Les systèmes de sécurité ne sont pas laissés sans surveillance. Tant dans les méthodes de séparation chimique que dans l'utilisation de déshydrateurs électriques, des moyens de protection isolants et protecteurs sont utilisés à la fois pour l'équipement lui-même et pour les opérateurs impliqués dans le traitement technologique du pétrole.