Интенсификация процесса очистки углеводородного сырья от механических примесей посредством волновой обработки (стр. 3 )

С целью определения эффективности воздействия магнитного поля на углеводородное сырье для более глубокой очистки от механических примесей были проведены лабораторные исследования этого процесса при постоянной линейной скорости потока через активный зазор магнитного туннеля. Результаты исследований приведены в таблицах 3, 4.

Таблица 3 – Влияние величины магнитной индукции на процесс очистки нефтей и газового конденсата от крупнодисперсных* механических примесей

Величина магнитной индукции, Тл	Степень очистки, %
Виноградная нефть	Московская нефть	Черная нефть	смесь Западно-сибирских нефтей	Астраханский газовый конденсат
0,08	27	69	63	20	45
0,15	79	76	80	51	46
0,31	88	77	89	86	53

* – механические примеси, размер частиц которых больше 20 мкм

На основе анализа результатов исследований было получено, что воздействие магнитным полем на парафинистое нефтяное и газоконденсатное сырье с размерами частиц дисперсной фазы меньше 100 нм недостаточно для глубокой очистки от крупнодисперсных механических примесей.

В таблице 4 приведены результаты проведенных исследований, доказывающие, что степень удаления мелкодисперсных механических примесей выше для сырья, размер частиц дисперсной фазы которых меньше 100 нм.

Таблица 4 – Влияние величины магнитной индукции на процесс очистки нефтей и газового конденсата от мелкодисперсных механических примесей

Величина магнитной индукции, Тл	Степень очистки, %
Виноградная нефть	Московская нефть	Черная нефть	смесь Западно-сибирских нефтей	Астраханский газовый конденсат
0,08	51	79	49	11	56
0,15	58	81	57	32	64
0,31	62	82	62	35	73

Увеличение значения магнитной индукции свыше 0,15 Тл незначительно улучшает процесс очистки углеводородного сырья от механических примесей.

Для выбора благоприятного интервала линейной скорости потока сырья через активный зазор магнитного туннеля проведены серии опытов при наиболее эффективной величине магнитной индукции – 0,15 Тл (рисунок 2).

Рисунок 2 – Влияние линейной скорости потока на степень очистки от мелкодисперсных механических примесей при постоянной величине магнитной индукции 0,15 Тл

Кривые зависимости степени очистки от скорости потока, приведенные на рисунке 2, доказывают, что наиболее благоприятным можно считать интервал от 0,2 до 0,4 м/с. Выбор скорости менее 0,2 м/c будет соответствовать более низкой производительности, а при выборе скорости свыше 0,4 м/с резко снижается степень очистки углеводородного сырья.

Такой же вывод можно сделать для процесса очистки углеводородного сырья от крупнодисперсных механических примесей (рисунок 3).

Рисунок 3 – Влияние линейной скорости потока на степень очистки от крупнодисперсных механических примесей при постоянной величине магнитной индукции 0,15 Тл

В результате математической обработки результатов экспериментов для парафинистых Черной, Виноградной, Московской нефтей получены уравнения регрессии.

Y1 = 83,8 + 11,5Х1 – 5,6Х2 – 4,3Х1Х2 (1)

Y2 = 50,0 + 18,8Х1 – 8,7Х2 – 4,4Х1Х2 (2)

Y3 = 50,3 + 24,4Х1 – 5,0Х2 – 4,7Х1Х2 (3)

где Y1, Y2, Y3 – степень очистки от механических примесей соответственно

Черной, Виноградной и Московской нефтей;

Х1 – фактор магнитной индукции в активном зазоре магнитного туннеля;

Х2 – фактор скорости потока через магнитное поле.

Оценка значимости коэффициентов регрессии позволила сделать следующие выводы:

– увеличение индукции магнитного поля повышает степень очистки нефтяного сырья (коэффициенты при Х1 положительны);

– увеличение скорости потока через активную зону магнитного туннеля в изученном интервале 0,1-1,2 м/с отрицательно влияет на количество механических примесей в фильтрате;

– коэффициент парного взаимодействия (Х1Х2) незначительно влияет на эффективность процесса очистки нефтяного сырья в изученном интервале.

Эффективные параметры обработки углеводородного сырья магнитным полем получены на основе анализа результатов экспериментов методом математического планирования по схеме ПФЭ: линейная скорость потока через магнитное поле (фактор X2) – 0,2 м/с, магнитная индукция в активном зазоре магнитного туннеля (фактор X1) – 0,15 Тл. Такие параметры позволяют достичь степени очистки углеводородного сырья от крупнодисперсных механических примесей до 80%, а от мелкодисперсных – до 57%.

Таким образом, установлена зависимость степени очистки углеводородного сырья различной природы от величины магнитной индукции и скорости потока сырья через активный зазор магнитного туннеля:

Y = a + bХ1 – cХ2 – dХ1Х2 (4)

где Y – степень очистки углеводородного сырья от механических примесей;

Х1 – фактор магнитной индукции в активном зазоре магнитного туннеля;

Х2 – фактор скорости потока через магнитное поле;

a, b, c, d – эмпирические коэффициенты, зависящие от природы углеводородного сырья.

Для оценки эффективности использования ультразвука (УЗ) для интенсификации процесса очистки углеводородного сырья от механических примесей проведены лабораторные исследования данного процесса (рисунок 4).

Рисунок 4 – Влияние ультразвука на степень очистки углеводородного сырья от механических примесей (скорость потока 0,2 м/с)

1 – Астраханский газовый конденсат, 2 – Московская нефть, 3 – Виноградная нефть,

4 – Черная нефть, 5 – смесь Западно-сибирских нефтей

Данные рисунка 4 подтверждают, что ультразвуковая обработка позволяет выделить из нефтяного сырья от 27 % до 48 % крупнодисперсных механических примесей, по сравнению с газоконденсатным сырьем – 55 %. Степень очистки от мелкодисперсных механических примесей для нефтяного сырья составляет от 33 % до 65 %, для газоконденсатного – 73 %.

Положительные результаты использования ультразвука и постоянного магнитного поля позволяют предположить, что комбинирование этих воздействий улучшит качество подготовки сырья.

Полученные экспериментальные данные по очистке от мелкодисперсных механических примесей с применением комбинированной волновой обработки сырья приведены на рисунке 5 (Патент РФ № 000).

Рисунок 5 – Влияние комбинированного волнового воздействия (УЗ+0,15 Тл) на степень очистки углеводородного сырья от мелкодисперсных механических примесей

1 – Астраханский газовый конденсат, 2 – Московская нефть, 3 – Виноградная нефть,

4 – Черная нефть, 5 – смесь Западно-сибирских нефтей

Предложенный вариант комбинированной обработки (см. рис.5) позволил достичь степени очистки от мелкодисперсных механических примесей легкого парафинистого нефтяного сырья до 84 %, тяжелого ароматического нефтяного сырья до 37 %, конденсатного сырья до 78 %.

Как известно, в состав механических примесей входят различные металлы и их соединения. Микроэлементный состав углеводородного сырья несет в себе геолого-геохимическую информацию, указывая, в частности, на возраст сырья, а также может оказывать значительное влияние на технологические процессы переработки сырья. Был изучен микроэлементный состав углеводородного сырья.

Результаты определения микроэлементного состава углеводородного сырья различной природы представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Микроэлементный состав мелкодисперсных частиц
механических примесей

Сырье	Содержание элемента, мг/кг
Fe	Zn	Al	Ca	Mg
Астраханский газовый конденсат	388,0	505,4	1344,5	18,0	2838,0
Московская нефть	161,0	28,6	1066,0	55,1	2289,0
смесь Западно-сибирских нефтей	3620,4	144,6	3726,0	5775,8	393,0

Данные таблицы 5 подтверждают тот факт, что нахождение микроэлементов в углеводородном сырье зависит от исходного нефтематеринского материала.

В смеси Западно-сибирских нефтей содержится больше железа, алюминия, кальция, чем в газоконденсатном сырье, что свидетельствует о карбонатных горных породах месторождений Западной Сибири. Грозненское месторождение выделяется высоким содержанием цинка и магния, что говорит о магматических породах.

В работах , , показано, что в нефти обнаружено более 40-50 микроэлементов, общее количество которых редко превышает 0,02-0,03 % от общей массы нефти. Основная масса металла находится в виде сложных полидентатных комплексов, многие из которых могут вступать в ионный обмен с металлами, присутствующими в растворах М+А - или на поверхности пород (МА)Х, непосредственно соприкасающихся с нефтью.