Регулирование превращений компонентов высоковязких нефтей при их подготовке к транспорту и переработке (стр. 1 )

На правах рукописи

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРЕВРАЩЕНИЙ КОМПОНЕНТОВ
ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ ПРИ ИХ ПОДГОТОВКЕ
К ТРАНСПОРТУ И ПЕРЕРАБОТКЕ

05.17.07 — Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва — 2014

Работа выполнена на кафедре технологии переработки нефти ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа им. »

Научный руководитель:	доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор Пермского национального исследовательского политехнического университета
доктор технических наук, профессор Казанского национального исследовательского технологического университета
Ведущая организация:	научно-исследовательский институт по переработке нефти»

Защита диссертации состоится 11 декабря 2014 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.200.04 в ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа им. » г. Москва, Ленинский просп., 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа им. » и на сайте http://gubkin. ru/.

Автореферат разослан 16 октября 2014 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.200.04

кандидат технических наук                

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время в общем балансе добываемого нефтяного сырья наблюдается существенное увеличение доли трудноизвлекаемых запасов, к которым относятся высоковязкие нефти (ВВН) и природные битумы (ПБ). В связи с этим, одной из важнейших проблем является обеспечение их рациональной переработки и удовлетворение возрастающего потребления энергоносителей. Таким образом, приобретают особый интерес научные исследования, направленные на разработку новых и оптимизацию существующих технологий подготовки к переработке и переработки высоковязких нефтей и природных битумов.

Основными характеристиками, определяющими технологические процессы, связанные с ВВН и ПБ, являются структурно-механические свойства, на которые особое влияние оказывает содержание в ВВН и ПБ высокомолекулярных соединений, в том числе асфальтенов. В настоящее время, несмотря на масштабные исследования асфальтенов, недостаточно изучены процессы взаимодействия различных по структуре асфальтенов с реагентами, используемыми для регулирования структурно-механических свойств, в том числе устойчивости, ВВН и ПБ, а также процессы преобразования молекул асфальтенов, неодинаковых по строению, в процессах переработки нефтяного сырья. В частности, большой интерес представляет изучение влияния на поведение нефтяных дисперсных систем (НДС) асфальтенов не с позиции единого класса соединений, а с точки зрения многокомпонентной системы, фракции которой не только проявляют разные свойства, но и по-разному влияют на характеристики НДС и процессы регулирования ее характеристик.

Переработка ВВН и ПБ предполагает наличие в поточной схеме термодеструктивных процессов при широком варьировании термобарических параметров. В указанных условиях, очевидно, на протекание технологических процессов влияет соотношение фракций асфальтенов, характеризующихся разной устойчивостью, неодинаковой чувствительностью к внешним воздействиям на систему. Более того, соотношение содержания различных фракций асфальтенов позволяет прогнозировать не только устойчивость НДС, но и возможные осложнения технологических процессов ее переработки, хранения и транспортировки.

Значительный ресурс для регулирования структурно-механических характеристик ВВН и ПБ представляют добавки растительного происхождения, актуальность исследования которых обусловлена их возобновляемостью, невысокой стоимостью, экологической безопасностью и возможностью вовлечения в состав нефтяного сырья в относительно большом количестве с целью их дальнейшей совместной переработки. Таким образом, наряду с оптимизацией процессов подготовки к переработке, транспорта и переработки ВВН и ПБ достигается диверсификация источников энергии и частичное замещение невозобновляемых ресурсов возобновляемыми практически без изменения конфигурации нефтеперерабатывающих предприятий.

Цель работы. Основной целью исследования являлась разработка способов регулирования структурно-механических характеристик ВВН в процессах их подготовки к переработке. В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

– исследование влияния добавок растительного происхождения на структурно-механические характеристики ВВН: устойчивость и реологические свойства, а также установление особенностей взаимодействия отдельных фракций асфальтенов с добавками растительного происхождения разной природы;

– исследование устойчивости фракций асфальтенов в системах, содержащих добавки растительного и синтетического происхождения; изучение влияния структуры молекулы добавки на ее поведение как ингибитора или инициатора флокуляции;

– разработка способов регулирования устойчивости и реологических свойств высоковязкой нефти в условиях ее подготовки к переработке.

– изучение перераспределения фракций асфальтенов в нефтяных остатках и связанного с этим изменения их устойчивости при термических превращениях;

– технологическая оценка поточных схем переработки ВВН во взаимосвязи с качеством сырья и получаемых продуктов.

Научная новизна:

– Установлено различие в поведении малорастворимой и высокорастворимой фракций асфальтенов в растворах, содержащих ингибиторы флокуляции. Обосновано влияние структуры поверхностно-активных веществ на их эффективность как ингибиторов флокуляции фракций асфальтенов.

– Предложен механизм воздействия добавок с определенной структурой молекулы, приводящего к снижению устойчивости асфальтенсодержащей системы.

– Установлен эффект повышения устойчивости растворов малорастворимой фракции асфальтенов при введении нефтяного парафина, который проявляется в меньшей степени в присутствии смол.

– С применением спектроскопии электронного парамагнитного резонанса научно обоснован факт интенсивного протекания процесса агрегирования в растворах асфальтенов в точке начала флокуляции.

– Установлены закономерности перераспределения фракций асфальтенов в процессах термолиза нефтяного остатка и окислительного обессеривания высоковязкой нефти.

– В процессе акватермолиза нефти показана термодинамическая возможность протекания реакций высокотемпературного гидролиза смолистых и кислородсодержащих соединений и перераспределения водорода от доноров водорода в реакциях гидрирования и гидрогенолиза.

Практическая значимость:

– Предложен метод повышения устойчивости и улучшения реологических характеристик высоковязкой нефти с использованием добавок растительного происхождения и диспергирующей присадки.

– Предложен способ интенсификации процессов деасфальтизации путем введения инициаторов флокуляции.

– Предложено дополнить некоторые методики в нефтепереработке, связанные с асфальтенсодержащими системами, комплексом показателей, относящихся к малорастворимой фракции асфальтенов.

– Разработан гидрофобизирующий состав для пропитки древесины на основе экстракта процесса окислительного обессеривания высоковязкой нефти.

– Показана возможность интенсификации превращений высоковязкой нефти в процессе акватермолиза с использованием протонодонора и нефтерастворимого катализатора.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены на конференциях: VIII Международной конференции «Химия нефти и газа» (Томск, 2012 г.); VI Всероссийской научно-практической конференции «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа» (Томск, 2013 г.); Международной научно-практической конференции «Высоковязкие нефти и природные битумы: проблемы и повышение эффективности разведки и разработки месторождений» (Казань, 2012 г.); Международном семинаре «Рассохинские чтения» (Ухта, 6–7 февраля 2014 г.); Всероссийской конференции с международным участием «Нетрадиционные ресурсы углеводородов: распространение, генезис, прогнозы, перспективы развития» (Москва, 2013); the 5th International Student Scientific and Practical Conference «Oil and Gas Horizons», organized by Gubkin University SPE student chapter (Moscow, 2013); X Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2014).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 20 работ, из них 8 статей в журналах, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ, 8 публикаций в сборниках материалов научных конференций.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 204 страницах, состоит из введения, 5 глав, включающих ­19 таблиц, 47 рисунков, список литературы из 289 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и перспективность направлений исследований, связанных с регулированием физико-химических и структурно-механических характеристик высоковязких нефтей и природных битумов в аспекте их подготовки к переработке.

В первой главе рассмотрена и проанализирована литературная и патентная информация по современным методам подготовки ВВН, предшествующим их транспортировке и переработке. Показана актуальность исследования продуктов, производимых из возобновляемого сырья, как реагентов для улучшения структурно-механических характеристик ВВН. Особое внимание уделено  особенностям превращений гетероатомных соединений нефти в процессе акватермолиза и технологиям, направленным при этом на интенсификацию преобразования компонентов ВВН. Отмечены актуальные направления исследований превращений ВВН, которые могут привести к оригинальным эффектам и явиться векторами дальнейшего изучения проблем подготовки ВВН к переработке.

Во второй главе рассмотрены объекты исследования, методики приготовления модифицирующих добавок, синтеза нефтерастворимых катализаторов и проведения анализов. В качестве основного объекта исследований использовали нефть Ашальчинского месторождения (Татарстан). Модифицирующими добавками являлись синтетические ПАВ, растительные масла и их производные, перспективность применения которых обусловлена принципами «зеленой химии». Отдельные разделы посвящены выделению фракций асфальтенов и исследованию устойчивости асфальтенсодержащих систем. Сырье и продукты превращений исследовали современными методами анализа: газо-жидкостной хроматографии, масс-спектрометрии, ИК-Фурье спектроскопии, ЭПР спектроскопии, термического анализа, реовискозиметрии, оптической микроскопии, рентгенофлуоресцентной спектрометрии.