Перспективные направления организации очистки резервуаров от донных отложений

В процессе транспортировки и хранения любой добываемой нефти в резервуарах неизбежно происходит образование осадков. Этот процесс зависит от физико-химических свойств нефти, температуры, а также от конструктивных особенностей и условий эксплуатации резервуаров. Отложения постепенно накапливаются на стенках и днище ёмкостей, сокращая их полезный объем, затрудняя контроль технического состояния резервуаров и способствуя развитию коррозионных процессов. Распределение нефтяных осадков внутри ёмкости происходит неравномерно, что усложняет процесс их удаления.

Регулярная очистка нефтяных резервуаров от донных отложений является технологически обязательной операцией, периодичность которой регламентируется нормативными документами [1]. Также резервуары для нефтепродуктов следует зачищать по мере необходимости, определяемой условиями эксплуатации.

Методы очистки резервуаров можно разделить на четыре основные категории [5, 6]:

• 1.    Механические методы: удаление отложений с помощью физического воздействия, которое может быть организовано с применением ручного труда или автоматизировано. Для удаления отложений используются:

• -    Скребки и щетки: используются для механического удаления отложений с поверхности стенок резервуара.

• -    Вакуумные насосы: применяются для удаления жидкостей и осадков из резервуара. Вакуум создает разницу давления, что позволяет извлекать загрязнения.

• -    Гидродинамическая очистка: применение струй воды под высоким давлением для разрушения и удаления твердых отложений.

• 2.    Химические методы: использование реагентов для растворения или нейтрализации отложений. Для очистки резервуаров активно применяются такие реагенты, как: растворители, окислители, поверхностно-активные вещества, кислоты и щелочи.

• 3.    Биологические методы: применение аэробных или анаэробных микроорганизмов для разложения органических веществ.

• 4.    Комбинированные методы характеризуются сочетанием нескольких подходов для повышения эффективности. Например, механико-химическая очистка представляет собой сочетание механического удаления отложений с использованием химических реагентов для более глубокого очищения.

В настоящее время все более активно применяются биодеградируемые препараты. Особенностью применения этих реагентов является то,

EDN OGPREE что после завершения процесса очистки они разлагаются под действием микроорганизмов.

В табл. 1 произведено сравнение методов очистки резервуаров. Выбор оптимального метода зависит от требований к стоимости, скорости и экологичности процесса, а также от типа отложений. Из табл. 1 видно, что наилучший результат обеспечивают комбинированные технологии, но их использование характеризуется высокими денежными затратами.

Таблица 1 – Сравнительный анализ методов очистки резервуаров

Критерий Метод очистки	Скорость	Стоимость	Без-опасность	Эффек-тив-ность, %
Механический	Высокая	Средняя	Средняя	70-90
Химический	Средняя	Высокая	Низкая	80-95
Биологический	Низкая	Низкая	Высокая	50-70
Комбинированный	Высокая	Высокая	Средняя	90-98

Наиболее распространенным методом очистки резервуаров в настоящее время остается механическая очистка, которая часто используется в комбинации с химическим методом. Как было указано выше, механическая очистка резервуаров может быть организована с помощью применения ручного труда или как автоматизированный (механизированный) процесс. Несмотря на то, что ручной метод очистки создает значительный риск для здоровья и безопасности производящих очистку людей и требует вывода резервуара из эксплуатации, на сегодняшний день ручная очистка резервуаров от нефтешламов остается наиболее распространенным методом очистки. Так, по данным на 2020 год, отношение ручной очистки к механизированной составляет 9:1 [4].

Для повышения эффективности очистки резервуаров и предотвращения накопления донных осадков возможно использовать следующие технологии:

• -    регулярную механическую очистку с использованием вакуумных насосов или гидродинамических систем,

• -    системы автоматической очистки, которые работают в режиме реального времени и предотвращают накопление отложений,

• -    поверхностно-активные вещества, в том числе деэмульгаторы, которые разрушают эмульсии и способствуют разделению фаз, обеспечивая высокую эффективность очистки.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) играют важную роль в очистке резервуаров от различных загрязнений. ПАВ широко используются благодаря их способности снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз, что облегчает процесс очистки и повышает ее эффективность. Основные типы ПАВ:

• 1.    Анионные ПАВ: Эффективны для удаления органических загрязнений, образуют эмульсии с маслами.

• 2.    Неионные ПАВ: Универсальны, менее чувствительны к условиям, хорошо работают в сочетании с другими ПАВ.

• 3.    Катионные ПАВ: используются для дезинфекции, менее эффективны при высоких концентрациях нефтешлама.

• 4.    Комбинированные средства: Смеси различных типов ПАВ для повышения эффективности.

В настоящее время все больше внимания уделяется биоразлагаемым ПАВ, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду. Также следует учитывать требования местного законодательства относительно использования химических веществ.

В настоящее время в России разработан новый тип нанодеэмульгаторов, отличающихся от традиционных эмульгаторов размером частиц. Нанодеэмульгаторы являются реагентами комплексного действия за счет способности помимо разрушения эмульсий также выступать ингибиторами коррозии и парафинообразования [3]. Эти вещества также обладают повышенной поверхностной активностью, что позволяет им эффективно разделять фазы и способствовать осаждению твердых частиц. Как правило, реагенты такого типа рекомендуется использовать на начальной стадии технологической цепочки получения товарной нефти, но перспективы их применения шире.

На рис. 1 показано сравнение эффективности применения нанодеэмульгаторов в сравнении с деэмульгаторами, используемыми в нефтяной отрасли. Повышенная эффективность деэмульгирования при использовании нанодеэмульгаторов связана с особенностью межмолекулярных взаимодействий в их жидких товарных формах и подтверждается разницей в применении реагентов в виде обычных молекулярных форм и в виде наномодификации (рис. 2).

Рисунок 1 – Внешний вид естественной 50% водонефтяной эмульсии после выдержки ее в термостате с температурой 50^оС в течение 1,5 часа :

1 – без деэмульгатора; 2 – с используемым деэмульгатором, подобранного под данную нефть по применяемой методике «BOTTLE TEST»; 3 – с нанодеэмульгатором с дозировкой в 2 раза ниже [2]

нэнолсэмулыитор обычный деэмульгатор

Рисунок 2 – Влияние "наномеханизма" деэмульгирования на количество воды (Wводы), выпадающей из водонефтяной эмульсии через 1 час после ввода реагента при двух разных дозировках (10 г/т и 40 г/т) в обычном молекулярном состоянии и в виде наномодификации [2]

Принципы действия нанодеэмульгаторов:

• 1.    Наноструктурирование: нанодеэмульгаторы имеют размеры на уровне нанометров, что позволяет им эффективно взаимодействовать с молекулами загрязняющих веществ. Их высокая поверхность и активные центры способствуют более интенсивному взаимодействию с каплями эмульсий.

• 2.    Снижение поверхностного натяжения: нанодеэмульгаторы снижают поверхностное натяжение между фазами, что облегчает разрыв капель эмульсии и способствует их коалесценции.

• 3.    Стабилизация: после разрушения эмульсии нанодеэмульгаторы могут стабилизировать

образовавшиеся капли, предотвращая их повторное объединение, что упрощает последующее удаление загрязнений.

Таким образом, нанодеэмульгаторы возможно эффективно использовать для удаления нефтяных загрязнений из резервуаров, что упрощает процесс механической очистки.

Преимущества использования нанодеэмульгаторов:

• 1.    Высокая эффективность: нанодеэмульгаторы способны разрушать даже устойчивые эмульсии, которые не поддаются обработке традиционными реагентами.

• 2.    Экономичность: снижение расхода реагентов за счет высокой активности наночастиц.

• 3.    Экологическая безопасность:   многие

• 4.    Универсальность: возможность применения для различных типов нефти и условий хранения.

• 5.    Снижение эксплуатационных затрат: уменьшение частоты очистки резервуаров и продление срока их службы за счет антикоррозионного действия добавок такого типа.

нанодеэмульгаторы имеют низкую токсичность и легко утилизируются.

Перечисленные преимущества обусловливают новые возможности для повышения эффективности очистки резервуаров. Особый интерес представляет возможность интеграции нанотехнологий с автоматизированными системами контроля и управления процессом очистки.