Состав и способ изготовления деэмульгатора на основе минералов природного происхождения для процесса разделения водонефтяной эмульсии
COMPOSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING A DEMULSIFIER BASED ON MINERALS OF NATURAL ORIGIN FOR THE SEPARATION PROCESS OF OIL-WATER EMULSION

Изобретение касается деэмульгаторов для процесса разделения эмульсий воды в нефти и нефтепродуктах и может быть использовано на промышленных установках подготовки и переработки нефтяного сырья.
В процессе добычи нефти при постепенном снижении естественного избыточного давления нефтеносного пласта для повышения эффективности извлечения применяется принудительное закачивание воды, обеспечивающее поднятие углеводородного вещества на поверхность за счет разности плотностей нефти и воды. Также неизбежно попадание в нефть воды пластового происхождения. При перекачивании нефти и воды при помощи насосного оборудования за счет турбулентного режима течения потока нефти, содержащей воду, происходит эмульгирование капель воды в нефти.
Наличие воды в нефти способствует повышению содержания в сырье минеральных водорастворимых солей, снижающих качество сырья для производства автомобильных топлив. В процессе глубокой переработки нефти содержащиеся в ней вода и минеральные соли вызывают необратимое отравление катализаторов, применяемых в производстве автомобильных топлив.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности процесса разделения водонефтяных эмульсий, повышение качества нефтяного сырья.
Предложенный состав и способ изготовления деэмульгатора для процесса разделения водонефтяной эмульсии заключается в том, что для извлечения воды из нефти и нефтепродуктов используется структура, полученная при высокотемпературной обработке поваренной соли, нефтепродукта, а также наночастицы марганца.
Изобретение относится к массообменным процессам в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в частности к составам и способам изготовления деэмульгаторов для разделения водонефтяных эмульсий.
По патенту RU 2157398 С1 известен деэмульгатор для процесса разделения водонефтяной эмульсии, содержащий полиуретан, блок сополимеров окисей этиленов и растворитель в процентном соотношении 5:45:45 по массе.
Недостатком состава данного деэмульгатора высокое содержание низкокипящего растворителя, что делает возможным его применение только при низких температурах процесса обезвоживания нефти из-за повышения давления паров. Также недостатком является сложность получения синтетических блоксополимеров, что повышает стоимость и техническую сложность изготовления указанного деэмульгатора.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является описанный в патенте RU 2491323С1 состав твердофазного деэмульгатора для обезвоживания водонефтяных эмульсий, представляющий собой наноразмерный порошок нитрида алюминия. Недостатком указанного способа является то, что деэмульгатор вводится в эмульсию в виде суспензии в воде, что увеличивает содержание воды в эмульсии, при этом суспензию получают путем диспергирования наночастиц нитрида алюминия ультразвуковым воздействием, что предполагает использование дополнительного технически сложного дорогостоящего оборудования.
Целью предлагаемого изобретения является разработка состава и изготовление композиции, включающей структуру нефти и поваренной соли, полученные при обработке при 1000°С, для процесса разделения водонефтяной эмульсии методом термохимического отстаивания, позволяющего снижать содержание воды в нефти без использования дорогостоящего и потребляющего значительное количество электрической энергии оборудования - электродегидраторов.
Для разделения водонефтяной эмульсии предлагается использовать твердофазный деэмульгатор, включающий в себя пепельные структуры нефти и поваренной соли, полученные при их термической обработке при 1000°С, и активирующую добавку - наночастицы марганца.
Для изготовления деэмульгатора берут навеску поваренной соли, помещают ее в тигель. К приготовленной навеске поваренной соли приливают равное массовое количество безводной нефти, входящей в состав водонефтяной эмульсии, перемешивают. Полученную смесь помещают в муфельную печь, разогретую до 1000°С, сжигают смесь в печи до полного прекращения дымообразования. Тигель вынимают из печи, охлаждают. К охлажденной пепельной структуре добавляют наночастицы марганца в количестве 10% от массы полученной пепельной структуры, перемешивают. Полученную смесь прокаливают в муфельной печи при температуре 500°С в течение 1 минуты, вынимают из муфельной печи.
Устойчивость эмульсии зависит от концентрации минеральных водорастворимых солей, попадающих в нефти вместе с пластовой водой, окружающей нефтеносную прослойку.
Ионы соли склонны к осаждению на поверхности высокомолекулярных углеводородных соединений, входящих в так называемые нефтяные дисперсные структуры, смол и асфальтенов.
Основной компонент предложенной композиции - пепельная структура нефти, полученная при ее обработке при температуре 1000°С, выполняющая функции носителя для дополнительных химически активных добавок (наночастиц марганца и пепельной структуры поваренной соли, полученной при ее обработке при температуре 1000°С) обладает развитой поровой структурой, образованной в результате формирования свободных полостей в основном объеме материала в процессе сгорания углеводородов, что формирует развитую удельную поверхность.
В процессе изготовления деэмульгатора на основе компонентов природного происхождения на границах пор пепельной структуры нефти осаждаются наночастицы марганца, при повышении температуры эмульсии до 60-70°С создающие на поверхности носителя области с повышенной электронной плотностью. При добавлении к полученной композиции частиц пепельной структуры поваренной соли происходит их сорбция на поверхности наночастиц марганца.
Наночастица марганца выполняет функцию промежуточного звена в процессе сорбции кристаллов соли на поверхности пористой пепельной структуры нефти.
+
-
Насыщение водой нефти повышается с увеличением концентрации в ней водорастворимых солей. Соль NaCl, растворенная в эмульгированной воде, в результате диссоциации формирует ионы Na и Cl, которые в результате ионного обмена адсорбируются на поверхности частицы пепельной структуры поваренной соли, полученной при ее обработке при температуре 1000°С. В результате равномерного распределения деэмульгатора в объеме эмульсии на поверхности кристаллов соли происходит осаждение содержащейся в воде, присутствующей в эмульсии соли.
+
-
При термического воздействии на поваренную соль при температуре 1000°С образуется ее расплав. В результате изменения энергии притяжения между ионами Na и Cl пространственная структура кристаллической решетки NaCl претерпевает изменения, что выражается в изменении геометрии кристалла NaCl, полученного при выпаривании воды из раствора пепельной структуры поваренной соли (фиг.1). Из фиг.1 видна разница между кристаллами поваренной соли до и после высокотемпературной обработки: кристаллы поваренной соли без термообработки имеют кубическую структуру, после высокотемпературной обработки - повышается количество ребер кристаллов поваренной соли с менее выраженными гранями куба.
В результате преобразования структуры кристаллов NaCl при высокотемпературной обработке они приобретают большее количество активных точек во взаимодействии с минеральными солями, входящими в состав воды, эмульгированной в нефти. Данное условие способствует переходу капель воды в водонефтяной эмульсии в водный слой с повышенной концентрацией растворенных солей и повышению степени разделения эмульсии.
Таким образом, достигается снижение энергии связи минеральных солей, содержащихся в пластовой воде, эмульгированной в нефти, с высокомолекуярными компонентами нефти, что позволяет снизить в нефти концентрацию воды за счет ее перехода в водный слой.
Пример 1.
Разделение водонефтяной эмульсии отстаиванием без использования деэмульгатора.
Процесс разделения водонефтяной эмульсии осуществляется следующим образом.
К заранее отмеренному объему нефти добавляли 10%масс. дистиллированной воды и перемешивали лопастной мешалкой в течение 1 минуты при скорости вращения мешалки 1000 оборотов в минуту. После перемешивания эмульсию разливали в градуированные пробирки объемом 20 мл.
Полученные образцы эмульсий «углеводородное сырье - вода» перемешивали и нагревали до температуры 60°С и подвергали процессу отстаивания в течение 60 минут с последующим определением объема выделившейся воды и определяли степень разрушения эмульсии
Пример 2.
Разделение водонефтяной эмульсии отстаиванием с применением твердофазного деэмульгатора, состоящего из пепельных структур нефти и поваренной соли.
Процесс разделения водонефтяной эмульсии осуществляется аналогично п.1 с той разницей, что в полученные образцы эмульсий вводили 0,1 %масс. деэмульгатора, состоящего из пепельных структур поваренной соли и нефти, полученных при 1000°С.
Пример 3.
Разделение водонефтяной эмульсии отстаиванием с применением предложенного состава твердофазного деэмульгатора - смеси пепельных структур нефти и поваренной соли, полученных сжиганием в муфельной печи при 1000°С, и активной добавки - наночастиц марганца.
Процесс разделения водонефтяной эмульсии осуществляется аналогично п.1 с той разницей, что в полученные образцы эмульсий вводили 0,1 %масс. деэмульгатора, состоящего из пепельных структур поваренной соли и нефти, полученных сжиганием в муфельной печи при 1000°С, и последующим добавлением активатора - наночастиц марганца.
Пример 4.
Разделение водонефтяной эмульсии отстаиванием с применением наночастиц марганца.
Процесс разделения водонефтяной эмульсии осуществляется аналогично п.1 с той разницей, что в полученные образцы эмульсий вводили 0,1 %масс. наночастиц марганца.
Результаты экспериментальных исследований влияния предложенного твердофазного деэмульгатора на степень разделения водонефтяной эмульсии по примерам 1 - 4 представлены в таблице 1.
Приведенные в таблице 1 результаты демонстрируют, что каждый из компонентов предложенного состава твердофазного деэмульгатора для процесса разделения водонефтяной эмульсии оказывает влияние на степень извлечения воды. Наибольшая степень разделения достигается при использовании в качестве деэмульгатора композиции пепельных структур нефти и поваренной соли, полученных сжиганием в муфельной печи при температуре 1000°С, и наночастиц марганца.