Интенсификация процесса очистки углеводородного сырья от механических примесей посредством волновой обработки (стр. 4 )

Часть металлов в нефтях и конденсатах находится в составе неорганических соединений, а также в форме солей органических кислот типа R-СООМ или хелатных комплексов, в которых атом металла размещен в координационном центре порфиринового цикла или в конденсированных ароматических фрагментах.

Наибольшего внимания заслуживают переходные и щелочноземельные металлы (Fе, Zn, Са), способные образовывать комплексы. Органические компоненты углеводородного сырья (в основном полиядерные ареновые и гетероатомные соединения) могут действовать как экстрагенты-комплексообразователи, в которых донорно-акцепторная связь локализуется на их коллективных π-системах, а также и на гетероатомах N, S, О.

Самое большое влияние магнитное поле оказывает на примеси, содержащие продукты коррозии и представлены в основном оксидом и (или) сульфидом железа. На цинксодержащие механические примеси постоянное магнитное поле оказывает меньшее влияние.

Эти данные подтверждаются значениями величин магнитной восприимчивости некоторых диамагнетиков и парамагнетиков, представленные в работах , и различной справочной литературе.

Используя атомно-абсорбционный метод, были получены данные
(см. табл.7) о содержании отдельных элементов, находящихся в осадке мелкодисперсных механических примесей, задержанных на фильтре после комбинированной волновой обработки одной из легких парафинистых грозненских нефтей.

Таблица 7 – Содержание элементов в мелкодисперсных частицах
механических примесей Московской нефти

Способ обработки	Содержание элемента, мг/кг
Fe	Zn	Ca	Al	Mg
Без обработки	161	28,6	55,1	1066	2289
Ультразвуковая	678	30,2	338,4	1623	2518
Совместная (УЗ+0,15 Тл)	538	55,0	506,4	1386	4097

Совместная обработка (УЗ+0,15 Тл) увеличивает осаждение металлов на фильтре, например таких как железо, цинк в 2-3 раза, кальций – в 10 раз, что позволило существенно уменьшить их содержание в сырье.

Наряду с микроэлементным составом углеводородного сырья на процесс очистки от механических примесей влияет природа сырья, т. к. металлы могут находиться в составе различных химических соединений и их агломератов.

На основе результатов исследований зависимости степени очистки от микроэлементного состава и физико-химических характеристик углеводородного сырья была предложена технология предварительной обработки для определенного типа углеводородного сырья.

Например, для тяжелого нефтяного сырья с высоким содержанием ароматических углеводородов (2,83 % масс.), смол (11,1 % масс.), асфальтенов (1,1 % масс) и металлов, таких как железо, алюминий, кальций, степень очистки от механических примесей 32 % можно добиться путем магнитной обработки с индукцией 0,15 Тл, а совместная обработка дает возможность увеличить степень очистки на 5 %. Для легкого нефтяного сырья с высоким содержанием парафино-нафтеновых углеводородов
(82,0 % масс.), с низким содержанием ароматических углеводородов
(0,24 % масс.), смол (4,61 % масс.), асфальтенов (0,75 % масс) и металлов, таких как алюминий, магний, степень очистки от механических примесей
81 % можно добиться путем магнитной обработки с индукцией 0,15 Тл, а совместная обработка дает возможность увеличить степень очистки на 3 %. Для газоконденсатного сырья, содержащего парафино-нафтеновые углеводороды 62,24 % масс. и малое количество асфальтенов (0,38 %масс.) и металлов, таких как цинк, алюминий, магний, степень очистки от механических примесей 64 % можно достичь используя магнитную обработку с индукцией магнитного поля 0,15 Тл, а совместная обработка дает возможность увеличить степень очистки на 14 %.

Для интенсификации процесса очистки парафинистого нефтяного и газоконденсатного сырья от механических примесей в промышленности предложено проводить наряду с предварительной волновой обработкой фильтрацию с использованием волокнового титанового фильтра.

Содержание механических примесей после фильтрации газоконденсатного сырья через волокновый титановый фильтр приведено в таблице 8.

Показано, что использование этого материала увеличивает степень извлечения механических примесей из углеводородного сырья в 2 раза, при магнитной обработке – в 3,5 раза, при совместной обработке – в 12 раз.

Изменение дисперсного состояния парафинистого нефтяного и газоконденсатного сырья (среднего диаметра частиц дисперсной фазы) под действием ультразвука и магнитного поля показано на рисунке 6.

Таблица 8 – Результаты предварительной фильтрации астраханского газового конденсата на волокновом титановом материале

Способ обработки	Количество отделяемых механических примесей, % масс.	Степень очистки, %
Без предварительной фильтрации	После предварительной фильтрации
Без обработки	0,00230	0,00105	54
Магнитная (0,08 Тл)	0,00420	0,00102	76
Магнитная (0,15 Тл)	0,00425	0,00100	77
Ультразвуковая	0,00175	0,00103	41
Совместная (УЗ+0,08 Тл)	0,01470	0,00250	83
Совместная (УЗ+0,15 Тл)	0,01580	0,00125	92

Как видно из рисунка 6, обработка ультразвуком и увеличение магнитной индукции приводит к уменьшению среднего диаметра частиц дисперсной фазы.

Рисунок 6 – Зависимость среднего диаметра дисперсных частиц парафинистого нефтяного и газоконденсатного сырья от способа предварительной обработки сырья

1 - без обработки; 2 – ультразвуковая обработка 45 кГц; 3 - магнитная обработка 0,08 Тл;

4 - магнитная обработка 0,15 Тл; 5 - магнитная обработка 0,31 Тл; 6 – комбинированное воздействие УЗ+0,08 Тл; 7 – комбинированное воздействие УЗ+0,15 Тл;

8 – комбинированное воздействие УЗ+0,31 Тл

На основании проведенных исследований предложен механизм влияния магнитной и ультразвуковой обработки на процесс очистки нефтяного и газоконденсатного сырья от механических примесей, который представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема влияния ультразвука и магнитного поля на углеводородную дисперсную систему в динамическом режиме

1 – трубопровод; 2 – сульфид железа или магнетит; 3 – диамагнитная частица горной породы; 4 – диамагнитная частица нерастворимых солей;
5 – сложная структурная единица; 6 – дисперсионная среда; 7 – внутренний слой асфальтенов или смол; 8 – средний слой нафтеновых углеводородов;
9 – внешний слой парафиновых углеводородов; 10 – фильтр на основе волокнового титанового материала

I – зона, в которой отсутствует внешнее воздействие; II – зона, в которой происходит разрушение структур под действием ультразвука; III – зона, где происходит изменение размеров структурной единицы под влиянием магнитного поля, упорядочение структуры; IV – зона, где происходит осаждение укрупненных частиц механических примесей; V – зона, где происходит очистка сырья на волокновом титановом материале; VI – зона, в которой очищенное от механических примесей сырье транспортируется на дальнейшую переработку.

На поверхности механических частиц обязательно присутствует в малых количествах пленочная вода. Согласно предложенному механизму на поверхности механических примесей происходит адсорбция смол и асфальтенов, которые в свою очередь притягивают к себе парафино-нафтеновые углеводороды, образуя стабильную ССЕ. При температуре под действием ультразвука происходит испарение пленочной воды с поверхности частицы, что приводит к разрушению внешних слоев ССЕ («шубы») вокруг механических примесей, способствуя изменению степени дисперсности НДС и, следовательно, перераспределению углеводородов между дисперсной фазой и дисперсионной средой.

Наложение магнитного поля на движущуюся НДС вызывает возбуждение молекул углеводородов, приводящее к синглет-триплетным переходам электронов и гомолитической диссоциации, в результате чего увеличивается количество парамагнитных центров (углеродных радикалов). Вновь образовавшиеся углеродные радикалы становятся центрами образования новых дисперсных частиц меньших размеров, что наряду с уменьшением в результате «дробления» первоначальных дисперсных частиц ведет к повышению гомогенности системы в целом. Под влиянием магнитного поля происходит упорядочение новых образовавшихся структур в направлении вектора магнитной индукции.

Вследствие этого гомогенность углеводородной системы возрастает, вязкость среды уменьшается. Механические примеси в свою очередь легче притягиваются друг к другу, укрупняются, осаждаются под действием силы тяжести и выводятся из дисперсионной среды в процессе фильтрации на титановый фильтр.

В четвертой главе предложены принципы выбора рабочих и конструкционных параметров БВО в зависимости от характеристик обрабатываемого сырья и рабочих режимов технологической цепи в месте его установки, разработаны рекомендации по предупреждению остановок технологического оборудования ГПЗ добыча Астрахань» по причине присутствия мелкодисперсных механических примесей в углеводородном сырье, предложена технология очистки углеводородного сырья от механических примесей размером меньше одного микрона на основе волновой обработки и использования титанового фильтра и проведен анализ ее экономической эффективности.