Интенсификация процесса очистки углеводородного сырья от механических примесей посредством волновой обработки (стр. 2 )

Основное содержание работы изложено в 27 публикациях, среди них 3 статьи в журналах по перечню ВАК, 1 патент на изобретение, 2 статьи в научных журналах, материалы и тезисы докладов в сборниках.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и принятых в тексте списка сокращений. Работа изложена на 110 страницах, включает 25 рисунков, 18 таблиц. Список литературы содержит 130 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертационной работы, цель и основные задачи исследования.

В первой главе представлен обзор состояния проблемы очистки углеводородного сырья от нежелательных компонентов, таких как – минеральных солей, воды и механических примесей. Рассмотрены представления о природе и строении углеводородного сырья как нефтяной дисперсной системы. Приводятся сведения об изменении строения и свойств нефтяных дисперсных систем под влиянием внешних воздействий, об основных способах очистки углеводородного сырья от механических примесей и применении волновых воздействий в процессах добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья. Анализ литературных данных позволил определить основную цель и задачи исследования.

Во второй главе описаны объекты и методы исследований. Объектами исследований являются нефти месторождений Грозненского района (Черная, Московская, Виноградная), смесь Западно-сибирских нефтей и газовый конденсат Астраханского месторождения.

На сегодняшний день достаточно хорошо изучено влияние волновых воздействий на углеводородное сырье, содержащее в значительных количествах смолы, асфальтены, полициклические ароматические углеводороды. Воздействие волновой обработки на парафинистое сырье в настоящее время изучено недостаточно. Были выбраны легкие парафинистые нефти месторождений Грозненского района и газовый конденсат Астраханского месторождения, и, для сравнения, тяжелая смесь Западно-сибирских нефтей, содержащая значительные количества ароматических углеводородов. Физико-химические и дисперсные характеристики объектов исследования приведены в таблице 1.

На рисунке 1 представлен алгоритм, позволяющий провести исследование нефтяного и газоконденсатного сырья (табл.1) в процессе очистки от механических примесей посредством комбинированного воздействия ультразвуком и магнитным полем в процессе фильтрации.

Используя алгоритм, обработку углеводородного сырья осуществляли на проточной лабораторной установке с использованием ультразвукового излучателя с частотой 45 кГц и магнитного туннеля при величине магнитной индукции 0,08-0,31 Тл с линейной скоростью потока через активный зазор магнитного туннеля 0,1-1,2 м/с в последовательности, представленной на рисунке 1. В лабораторных условиях было создано гидравлическое сопротивление потоку углеводородного сырья, которое составило 0,2 кПа.

Таблица 1 – Характеристики углеводородного сырья

Показатель	Московская нефть	Виноградная нефть	Черная нефть	смесь Западно-сибирских нефтей	Астраханский газовый конденсат
Плотность при 20 °С, кг/м3	788,7	813,4	801,6	860,1	799,2
Коксуемость, % масс.	0,24	0,64	0,82	2,83	–
Механические примеси, % масс.	0,0030	0,0031	0,0003	0,0177	0,0023
Содержание, % масс.:
парафинов	3,5	3,6	4,8	2,3	3,01
общей серы	0,27	0,19	0,22	1,60	1,25
асфальтенов	0,75	0,63	1,20	1,10	0,38
смол	4,61	4,00	3,99	11,10	2,90
парафино-нафтеновых углеводородов	82,01	78,20	76,17	33,00	62,24
Средний диаметр частиц дисперсной фазы, нм	79	152	115	398	79

 

Рисунок 1 – Алгоритм исследования процесса очистки углеводородного сырья

Для оценки влияния магнитного поля и линейной скорости потока через активный зазор магнитного туннеля на углеводородное сырье в процессе очистки от механических примесей был применен метод математического планирования по схеме полного факторного эксперимента (ПФЭ). В качестве фильтрующих материалов использовали фильтры различной пористости. В частности, для промышленного применения предлагается использовать фильтр на основе титана с волокнистой структурой, который устойчив к воздействию высокой температуры и коррозии и обладает высоким пределом прочности, что позволяет использовать его при значительных перепадах давления.

Для удаления хлористых солей осуществляли промывку фильтров горячей водой. Для определения содержания металлов в осадках на фильтрах различной пористости проводили анализ образцов сырья на атомно-абсорбционном спектрометре «МГА-915». Метод атомно-абсорбционного измерения основан на резонансном поглощении света свободными атомами металлов, возникающем при пропускании света через слой атомного пара в графитовой печи атомно-абсорбционного спектрометра «МГА-915» (или над пламенной горелкой ААС «Shimadzu 6601F»). Содержание металлов определялось величиной интегрального сигнала и рассчитывалось по предварительно установленной градуировочной зависимости. Анализ дисперсности исходного углеводородного сырья и полученного фильтрата проводили с помощью метода, основанного на измерении оптической плотности углеводородного сырья при определенной длине волны проходящего света.

После воздействия ультразвуком и магнитным полем степень очистки углеводородного сырья от примесей определяли весовым методом.

В третьей главе экспериментально изучен и описан процесс очистки углеводородного сырья от механических примесей посредством комбинированного воздействия ультразвуком и магнитным полем при фильтрации сырья через фильтры на основе волокновых титановых материалов с помощью метода математического планирования по схеме ПФЭ.

Как уже упоминалось, в добываемом углеводородном сырье содержатся минеральные соли, пластовая вода и механические примеси. Согласно результатам проводимых совещаний «День качества», в компании «Удмуртнефть» за 2009 год причиной отказов оборудования на скважинах в 117 случаях из 585 были механические примеси, что составляет 20 % от всех отказов. С 1998 года при эксплуатации установки гидроочистки ГПЗ добыча Астрахань» происходило ускоренное образование корковых отложений в лобовом слое катализатора реактора Р-1, что приводило к необходимости его частых остановок. Выполняемые предприятиями мероприятия недостаточно эффективны для обеспечения необходимой степени очистки углеводородного сырья от механических примесей и длительного периода стабильной работы технологического оборудования и срока службы катализатора.

Для разработки конкретных мероприятий по предупреждению остановок технологического оборудования предварительно был изучен гранулометрический состав механических примесей нефтяного и газоконденсатного сырья. Скорость осаждения механических примесей в легком газовом конденсате больше, чем в нефтяном сырье ввиду их высокой вязкости и плотности (физико-химия углеводородного сырья представлена во второй главе диссертации). Следовательно, необходимо было изучить влияние природы нефтяного сырья на содержание в ней механических примесей различного размера. Результаты процесса фильтрации углеводородного сырья представлены в таблице 2.

Выявлено, что в нефтяном сырье содержится от 51 до 93 % мелкодисперсных примесей от количества отделяемых механических примесей.
В свою очередь, газоконденсатное сырье содержит меньшее количество мелкодисперсных примесей – 71% – по отношению к нефтяному сырью.

Полученные данные свидетельствуют о том, что необходима более глубокая очистка углеводородного сырья для уменьшения содержания мелкодисперсных примесей.

Таблица 2 – Содержание механических примесей в исходном сырье

Объекты исследования	Количество отделяемых механических примесей, % масс.	Содержание мелкодисперсных* примесей, %
> 20 мкм	20 ÷ 10 мкм	10 ÷ 0,8 мкм
Черная нефть	0,0003	0,0005	0,0038	93
Виноградная нефть	0,0031	0,0263	0,0149	93
Московская нефть	0,0030	0,0016	0,0016	51
смесь Западно-сибирских нефтей	0,0177	0,0821	0,0919	91
Астраханский газовый конденсат	0,0023	0,0027	0,0029	71

* – механические примеси, размер частиц которых меньше 20 мкм

Для оценки влияния постоянного магнитного поля на углеводородное сырье был использован метод математического планирования по схеме ПФЭ. Данное планирование позволило учесть одновременное изменение всех факторов, влияющих на процесс, что дало возможность установить степень их взаимодействия и значительно сократить количество опытов.