Содержание к диссертации
Введение
1. Мировой и отечественный опыт интенсификации процессов переработки углеводородного сырья посредством его активации 20
1.1 Современные представления о природе и строении углеводород ного сырья 20
1Л. 1. Основные характеристики и строение нефтяных дисперсных систем 20
1.1.2. Особенности межмолекулярного взаимодействия в нефтяных дисперсных системах 27
1.1.3. Изменение строения и свойств нефтяных дисперсных систем под влиянием внешних воздействий 39
1.2. Нетрадиционные методы активирования углеводородного сырья 44
1.2.1 Активирование углеводородного сырья с помощью различных волновых воздействий 44
1.2.2 Методы активирования углеводородного сырья воздействием магнитных полей 52
13. Влияние воздействия постоянного магнитного поля в динамическом режиме на жидкое состояние вещества 61
1.3.1. Влияние магнитного поля на водные системы 61
1.3.2. Влияние магнитного поля на углеводородные системы 66
1.3.3. Условия и общие закономерности магнитной обработки жидкостей 73
1.4. Основные типы и классификация промышленных аппаратов для магнитной обработки жидкостей 76
1.5. Заключение по обзору и постановка задач исследования 82
2. Объекты и методы экспериментальных исследований по влиянию воздействия магнитного поля на жидкое состояние вещества и процессы его переработки 84
2.1 Характеристики и методы исследования нефтяных систем и используемых реагентов 84
2.1.1 Характеристики нефтяных систем 84
2.1.2 Методы исследования нефтяных систем 89
2.2 Характеристики и методы исследования водных систем 92
2.3 Характеристики и методы исследования катализаторов и носителей 94
2.4 Экспериментальные лабораторные установки для исследования влияния воздействия магнитного поля на показатели различных процессов переработки жидких систем . 97
2.4,1 Установка вакуумной разгонки нефтяных остатков 97
2.4.2. Установка висбрекинга нефтяных остатков 98
2.4.3. Установка демеркаптанизации газоконденсата него фракций 101
2.4.4 Проточная установка обработки магнитным полем нефтяных и водных систем 102
2.4.5 Математическое планирование эксперимента и статистическая обработка результатов 105
3. Экспериментальные исследования процессов переработки углеводородного сырья и использования нефтепродуктов с применением магнитного поля 106
3.1. Влияние воздействия магнитного поля на показатели процесса обезвоживания углеводородного сырья 106
3.1.1. Исследование влияния предварительной обработки водонефтяной эмульсии и раствора деэмульгатора в магнитном поле настелень обезвоживания 106
3.1..2. Принципиальная технологическая схемапроцесса обезвоживания и обессоливания углеводородного сырья с узлом предварительной обработки магнитным полем ПО
3.2. Влияние воздействия магнитного поля на показатели процесса вакуумной перегонки углеводородных остатков 112
3.2.1. Исследование влияния предварительной обработки углеводородных остатков в магнитном поле на выход дистиллятных фракций при вакуумной разгонке 112
3.2.2. Принципиальная технологическая схема процесса вакуумной перегонки углеводородных остатков с узлом предварительной обработки магнитным полем 119
3.3. Влияние воздействия магнитного поля на показатели процесса висбрекинга углеводородных остатков 121
3.3.1 Выбор параметров проведения процесса висбрекинга мазута и полугудрона 123
3.3.2 Исследование влияния мапштного поля на показатели процесса висбрекинга газоконденсатных и нефтяных остатков 125
3.3.2.1 Исследование висбрекинга мазута с высокоароматизированными добавками 125
3.3.2.2 Исследование висбрекинга полугудрона, гудрона и их компаундов с мазутом 130
3.3.2.3 Принципиальная технологическая схема процесса висбрекинга углеводородных остатков с узлом предварительной обработки сырья магнитным полем 139
3.4. Влияние воздействия магнитного поля на показатели процесса демеркаптанизация газоконденсата и его фракций 142
3.4Л Исследование влияния магнитного поля на показатели процесса демеркаптанизации фракции газоконденсата 120 - 180С 144
3.4.2 Исследование влияния магнитного поля на показатели процесса демеркаптанизации газоконденсата 152
3.4.3 Исследование влияния магнитного поля на показатели процесса демеркаптанизации фракции газоконденсата нк-120С 156
3.4.4 Принципиальная технологическая схема процесса демеркаптанизации газоконденсата с узлом предварительной обработки сырья магнитным полем 156
3.5 Влияние воздействия магнитным полем на полноту
сгорания дизельного топлива 160
4. Использование воздействия магнитным полем на водные системы в различных технологических операциях, сопутствующих процессам переработки углеводородного сырья 164
4.1. Воздействие магнитным полем на характеристики катализаторов гидроочистки на стадии приготовления методом пропитки 164
4.2. Исследование влияния предварительной обработки аминового раствора, применяемого в качестве абсорбента на установках сероочистки, на эффективность его фильтрации 170
4.3. Применение магнитной обработки питательной воды катионо-обменника при водоподготовке 177
4.4. Экспериментальное исследование и практическое применение магнитной обработки питательной воды в
паровых котлах 181
5. Закономерности физико-химических превращений углеводородного сырья под воздействием магнитного поля в динамическом режиме 186
5.1. Изменение характеристик различных нефтяных дисперсных систем под воздействием магнитного поля 186
5.1.1 Экспериментальные исследования влияния добавок и магнитного поля на дисперсное состояние НДС 186
5.1.2. Экспериментальные исследования влияния воздействия магнитного поля на реологические характеристики НДС 190
5.1.3. Экспериментальные исследования влияния воздействия магнитного поля на парамагнитную активность НДС 193
5.2. Корреляция между характеристиками НДС и показателями различных процессов переработки углеводородного
сырья 197
5.3. Теоретическое обоснование механизма действия постоянного магнитного поля в динамическом режиме на жидкие системы 200
5.3.1 Предпосылки перестройки структуры ковалентных жидкостей - нефтяных дисперсных систем под действием магнитного поля 216
5.3.2 Предпосылки перестройки структуры ионных жидкостей - водных систем под действием
магнитного поля 216
Технологические аспекты выбора параметров магнитного активирова ния углеводородных и водных систем и принципы разработки про мышленных устройств для магнитной обработки жидких систем в процессах переработки углеводородного сырья и сопутствующих им технологических операциях 220
6.1. Схема выбора параметров магнитного активирования углеводородных и водных систем 220
6.2. Критерии проектирования аппаратов для магнитной обработки жидкостей 223
6.3. Примеры разработанных аппаратов для магнитной
обработки жидкостей 224
6.4. Методы оценки эффективности воздействия магнитного поля на жидкие системы 234
7. Экологические и экономические аспекты применения воздействия постоянного магнитного поля в нефте- и газоперерабатывающей промышленности 237
7.1. Улучшение экологических характеристик процессов газо- инефтепереработки при использовании воздействия магнитного на углеводородное сырье и водные системы 237
7.2. Повышение экономической эффективности процессов переработки углеводородного сырья при использовании воздействия магнитного поля на углеводородное сырье и водные системы 242
Выводы 248
Заключение 250
Библиографический список используемой литературы
- Особенности межмолекулярного взаимодействия в нефтяных дисперсных системах
- Характеристики и методы исследования водных систем
- Принципиальная технологическая схемапроцесса обезвоживания и обессоливания углеводородного сырья с узлом предварительной обработки магнитным полем
- Исследование влияния предварительной обработки аминового раствора, применяемого в качестве абсорбента на установках сероочистки, на эффективность его фильтрации
Введение к работе
Создание современного, высокоэффективного и экологически безопасного производства по переработке углеводородного сырья требует разработки и внедрения новых технологий для интенсификации химико-технологических процессов и совершенствования мер по ресурсо- и энергосбережению.
Традиционными путями решения проблемы является применение новых конструкционных, технологических и технических решений, разработка новых типов катализаторов и т.п. Это требует больших капитальных вложений, значительного времени и осуществимо, главным образом, на этапе проектирования и при вводе в строй новых установок. Значительного повышения эффективности производства и качества получаемых продуктов, в том числе и на действующих установках, можно добиться путем применения нетрадиционных способов воздействия на углеводородное сырье. В этом плане все большее применение находят волновые безреагентные методы, реализуемые на основе физических принципов: электрических, магнитных, радиационных, акустических, микроволновых, вибрационных, лазерных. Используется также энергия взрыва, плазма низкой плотности, барьерный разряд, ионизирующие излучения.
Среди волновых методов воздействия на жидкие системы наиболее универсальным, эффективным и несложным с технической точки зрения является магнитная обработка. Во всех вариациях применения магнитного поля можно провести их условное разделение на следующие группы: магнетохи-мия, облучение потока переменным магнитным полем и поточная обработка в постоянном магнитном поле.
Интенсификация технологических процессов в соответствии с классическими принципам магнетохимии достигается воздействием магнитных полей высокой напряженности на системы, обладающие достаточно высокой магнитной восприимчивостью, является ограничением ее применимости. Кроме того, способ весьма сложен в техническом отношении. Практическое значение имеют поточные методы обработки жидкостей переменным и постоянным магнитными полями.
Началом промышленного использования постоянного магнитного поля считают 1945 год, когда Т. Вермейреном был запатентован способ магнитной обработки питательной воды для парового котла с целью снижения накипе-образования. Впоследствии применение магнитного поля распространилось на другие отрасли техники, в частности в строительстве при производстве бетона, цемента, кирпича, для флотационного обогащения полезных ископаемых, при производстве бумаги, в текстильной промышленности, для получения различных реагентов, при очистке воды, для борьбы с коррозией и многое другое. Широкое распространение магнитная обработка воды приобрела также в сельском хозяйстве и медицине.
Достаточно интенсивные исследования и внедрения магнитной обработки жидкостей начались в мире, в т.ч. в СССР в 50-х годах. Несколько позже на возможность использования магнитного поля обратили внимание нефтяники — примерно в 1960-х годы. При разработке и эксплуатации нефтяных месторождений применение магнитной обработки позволяло снижать отложения неорганических солей и парафино-асфальто-смолистых инкрустаций, разделять водонефтяные эмульсии и облегчать транспортировку нефти.
Использование магнитного поля в процессах переработки углеводородного сырья начато относительно недавно. Исследования в этой области весьма немногочисленны, применяемые методы отличаются один от другого, а получаемые результаты зачастую несопоставимы.
Тем не менее, положительные примеры применения магнитного поля при переработке углеводородных систем в сочетании с простотой эксплуатации, безреагентностью, экологической чистотой и быстрой окупаемостью открывают новые возможности интенсификации процессов [1-5].
В 1993 было принято постановление Правительства РФ № 4051 «О развитии научно-производственной деятельности в области магнитрологии и создании магнитронов», в котором в п. 5 Министерству топлива и энергетики РФ предписывалось ускорить выполнение работ по широкому внедрению магнитронов в технологических процессах добычи, транспорта и переработки нефти.
Особенности межмолекулярного взаимодействия в нефтяных дисперсных системах
Силы межмолекулярного взаимодействия проявляются как в газообразных, так и в конденсированных нефтяных системах - жидкостях и твердых телах. Они являются движущей силой при адсорбции на поверхности раздела фаз, например при каталитическом акте. В конденсированных нефтяных системах силы межмолекулярного взаимодействия весьма интенсивны.
В настоящее время нет единой и четкой классификации сил межмолекулярного взаимодействия. Некоторые авторы подразделяют их на физические, определяемые физическими характеристиками взаимодействующих молекул, и химические, приводящие к образованию направленных химиче ских связей. Группируют их на универсальные и специфические. Различают также взаимодействия ближнего и дальнего порядка [1].
На близких расстояниях (менее 0,3 нм) между двумя столкнувшимися молекулами проявляются сильные взаимодействия. При этом происходит орбитальное взаимоперемешивание зарядов и создание нового орбитального состояния в системе атомов и молекул. Энергия связи при сильных взаимодействиях составляет более 100 кДж моль-I и относится к химической [6].
Средние взаимодействия между молекулами проявляются на расстояниях между ними в диапазоне 0,3-0,7 нм и характеризуются малой долей переноса плотности вероятности распределения заряда электрона, с одной молекулы на другую. Энергия связи при этом колеблется в пределах 40-100 кДж моль . Слабые взаимодействия проявляются между молекулами на расстояниях свыше 0,7 нм и изменяются пропорционально шестой-седьмой степени расстояния между взаимодействующими молекулами. Энергия такой связи составляет менее 40 кДж моль" .
Сильные взаимодействия являются результатом химических реакций и сопровождают практически все термокаталитические процессы нефтепереработки. Средние и слабые взаимодействия наблюдаются, как правило, во внутренней структуре нативных нефтяных систем, а также в продуктах переработки нефтяного сырья в условиях, когда химические взаимодействия исключены, например, при определенных термобарических условиях, в отсутствие катализаторов химических реакций и т.п. Природа сил, обусловливающих слабые взаимодействия — мультиплетные, поляризационные, электромагнитные, спиновые и магнитные силы [6].
В общем случае разные авторы представляют энергию межмолекулярных взаимодействий как потенциал U(R) парного взаимодействия двух частиц (атомов, молекул) в зависимости от расстояния R между ними. [1,12].
Оператор U(R) потенциалов парных взаимодействий может быть задан в общем виде как совокупность выражений, каждое из которых зависит от расстояния между взаимодействующими частицами и от некоторых коэффици ентов, которые, необязательно являются константами, а, сложным образом зависят от ряда параметров:
U(R) = ±ke- aR±kiR-l±k2R-2±k3R-3±k4R-4±k5R-5-k6R- (1.1.2.1)
В выражении (1.1.2.1) к - коэффициенты (не обязательно константы, а если функции, то не обязательно линейные); R - расстояние, для оператора - радиус-вектор; е - основание натурального логарифма. Здесь каждый член отвечает за взаимодействия лишь одного типа, и оператор есть сумма нетривиальных членов.
Первое слагаемое - оператор обменного взаимодействия. Отметим, что обменные взаимодействия обычно возникают между радикалами и(или) триплетними (или более высокой мультиплетности) парамагнитными молекулами. У этих молекул почти всегда полностью скомпенсирован (насыщен) заряд. Но иногда возникают ион-радикалы. Их свойства имеют черты как радикалов, так и ионов, и описание их совместного потенциала должно учитывать одновременно нулевой и первый члены выражения (1.1,2.1),
Второе слагаемое характеризует чисто кулоновские взаимодействия. Он отражает потенциал парного взаимодействия двух ионов. При таких взаимодействиях электронные спины обычно полностью спарены, а при диссоциации соединения на ионы электроны остаются на своих орбиталях. Этот член играет существенную роль в ионных жидкостях, а для диэлектриков незначителен.
Третье слагаемое описывает взаимодействие заряда и зарядового диполя, которое широко распространено в гетеролитах (конкуренция зарядов, в электростатике - "электризация через влияние). Ввиду того, что диэлектрическая проницаемость соединений, обладающих значительным зарядовым диполь-ным моментом, велика, им присущ эффект передачи зарядового взаимодействия на большие расстояния. С другой стороны, если значения избыточного или недостаточного заряда известны, можно оценить количество молекул, окружающих ион, а также построить модель ассоциативной комбинации. Поскольку внешние концы молекул одноименно заряжены, они отталкиваются, что создает благоприятные условия для равномерного заполнения пространства вокруг центрального иона. Возможно в нефтяных системах этот член отвечает образованию водородных связей.
Четвертое слагаемое называется резонансным. В общем случае это взаимодействие радикала с диамагнитной молекулой (т.е. парамагнитной и диамагнитной молекул). Теоретически он удовлетворительно описан для двух частиц одинаковой структуры и геометрии, одна из которых триплетна, а другая синглетна. Резонансные взаимодействия обусловливают возможность обмена энергией между синглетной и триплетной частицами, что в конце концов определяет притяжение или отталкивание радикала и нейтральной (диамагнитной) молекулы, т.е. насыщенность обменных связей. Другими словами, это взаимодействие спин-содержащей и спин-поляризованной частиц. Т.е., свободный радикал может организовывать ас-социат с определенным количеством спин-поляризованных молекул. Кроме того, спиновый дипольный момент спин-поляризованной молекулы позволяет передавать обменное воздействие, как зарядово-поляризованная молекула передает по цепи зарядовое воздействие. Рассредоточенность обменного взаимодействия по большому объему приводит к кратности спин-поляризованных слоев (как зарядовая поляризация приводит к кратным электрическим слоям). Возникающие при этом агрегативные комбинации могут быть связаны достаточно прочно. Однако, поскольку спины "хвостов" спин-поляризованных молекул сольватного слоя параллельны, "хвосты" взаимно отталкиваются (энергии взаимодействия положительны). Возникает структура типа "ежа".
Характеристики и методы исследования водных систем
Под водными системами подразумеваются водные растворы или взвеси, такие как пропиточные растворы для приготовления катализаторов, реальные рабочие растворы аминов на установке сероочистки природного газа, техническая вода.
Раствор диэтаноламина заданной концентрации в воде анализировали на содержание механических примесей по методике [175]. Суть методики определения количества механических примесей в растворе амина заключается в его фильтрации через фильтр "Синяя лента" (ТУ 6-09-1678-86). Для этого бумажный фильтр промывали дистиллированной водой и помещали в бюкс для взвешивания, который вместе с фильтром доводили до постоянного веса в сушильном шкафу и взвешивали до получения расхождения не более 0,0004 г. Далее пробу аминового раствора фильтровали через подготовленный фильтр, помещенный в стеклянную воронку. Фильтр промывали от ДЭА до отсутствия розового окрашивания фильтрата по фенолфталеину. Далее бюкс с фильтром высушивавали в сушильном шкафу до постоянного веса.
Содержание механических примесей в аминовом растворе определяли по формуле: v (а-в)-ЮОО-ЮОО X = мг/л, где У где: а - масса бюкса с бумажным фильтром и механическими примесями, г; в - масса бюкса с чистым фильтром, г; у - объем пробы, взятой на анализ, л
Пропиточные растворы готовили для обработки носителей с целью получения катализаторов гидроочистки растворением навески заданного количества солей активных металлов. Концентрацию катионов активного металла в растворе определяли расчетным путем. Для полученных растворов определяли рН.
Для технической воды определяли общую и кальциевую жесткость, ионный состав (в частности содержание ионов НСО ", CV, SO4 ), рН, общее содержание растворенных минеральных примесей по известным методикам [176]. При необходимости определяли отсутствие (или присутствие) агрессивной углекислоты. Качественный анализ проводили по методу Винклера При карбонатной жесткости воды выше 2 мг-экв/кг к 100 мл свежеотобран-ной пробы воды добавляли 2 капли раствора сульфата меди (10 г CuS04 5НгО на 100 мл воды). В отсутствии агрессивной углекислоты в течение 1 мин. наступает помутнение. В присутствии агрессивной углекислоты жидкость остается прозрачной. Количественное определение углекислоты определяли расчетным путем, используя данные о титровании свободной и равновесной углекислоты [2,45].
Определение эффективности магнитной обработки воды, предназначенной для предотвращения накипеобразования на поверхностях теплообмена осуществляли кристаллооптическим методом [45,177] сущность которого заключается в сопоставлении размеров кристаллов карбоната кальция образовавшихся при испарении двух проб воды: до магнитной обработки и после нее.
При промышленных испытаниях способа магнитной обработки для повышения эффективности ионного обмена анализ воды проводили по принятым в отрасли методикам [178] в соответствии с регламентом работы установки четырежды в сутки. Критерием оценки обменной емкости катионита был принят известный показатель полезной емкости ( Си, мг-экв/л)[178,179]: QxS Си= 1000xV где Q - количество воды, определяемое по счетчику на входе в ка -тионообменную колонну, м3 V - рабочий объем ионообменной смолы, м3 S - соленость, мг-экв/л, определяемая по формуле: S = AML + M где AML - свободная минеральная кислотность воды на выходе из катионо обменной колонны, мг-экв/ л М - общая щелочность воды на входе в катионообменную колонну, мг-экв/ л
Катионообменная смола Wolfatit KPS представляет собой сильный катеонит на базе сополимера стирола, дивинила и бензола с сернокислотными группами общей формулой R-SO3H. Катионит имеет канальную структуру, порозность которой выше размеров молекул воды и ионов растворенных солей. Регенерация катионита проводилась периодически раствором соляной кислоты, концентрацией 7-9% масс, по стандартной методике, принятой на-фаврике для производства физиологических растворов [135,180].
Характеристики ионообменных колонн: внешний диаметр 1,23 м, общая высота, 2,99 м, рабочий объем катионита, 1,1м, диаметр входного патрубка воды 50 мм, диаметр входного патрубка регенерационного раствора 25мм, тип и концентрация регенерационного раствора НО, 7-9% масс.
Для носителей и катализаторов определяли физико-химические и физико-механические свойства, такие как насыпная плотность, объем пор, удельная поверхность, механическая прочность на раздавливание, на раскалывание и на истирание по отраслевым методикам [176,181,182]
Количественное содержание металлов в полученных катализаторах определяли с использованием рентгено-флюоресцентного анализа, при котором величина интенсивности вторичного излучения находится в прямой зависимости от концентрации определяемого металла. Точность анализа достигает 0,1 0,5 % отн. В области наиболее низких концентраций они равны порядку величины определяемых концентраций 10" -И0"4 % [183,184]. Для количественного определения (по интенсивности излучения) металла на катализаторе были составлены эталонные смеси, по которым были построены калиб ровочные кривые.
Каталитическую активность катализаторов гидроочистки определяли на пилотной установке проточного типа по ОСТ 3801130-77 (Рис.2.3.1). Свежий катализатор предварительно сульфидировали элементарной серой.
Процесс гидрообессеривания проводили на пилотной установке проточного типа со стационарным слоем катализатора (объем реактора 100 см3). Катализатор размещали в той части реактора, где обеспечивается изотермический режим. Реактор работал в режиме идеального вытеснения. Принципиальная схема установки и ее описание приведены в [185]. Процесс проводили при температуре 319 - 329С, давлении 3,0 МПа, соотношении водо-род/сырье 300 нм /м , объемной скорости 4,0 ч".
Принципиальная технологическая схемапроцесса обезвоживания и обессоливания углеводородного сырья с узлом предварительной обработки магнитным полем
Схема лабораторной установки висбрекинга приведена на рисунке 2.4.2. Исследование процесса висбрекинга в лабораторных условиях сопряжено с рядом особенностей. В связи с тем, что сырьё висбрекинга имеет достаточно низкую температуру застывания, одной из основных проблем является предотвращение застывания гудрона по технологическим линиям, а также поддержание заданной температуры гудрона на участке «сырьевая ёмкость - реактор». Это решается с помощью автоматического регулятора напряжения и контактного термометра, установленного на потоке сырья.
Другая особенность проведения процесса состоит в том, что всю систему подачи сырья в реактор перед началом эксперимента необходимо прогреть до достижения заданной температуры. Эта задача решается посредством измерения температуры сырья с помощью термопары, установленной в месте разветвления потока сырья в реактор и в слив.
Не менее важным является выравнивание и поддержание фиксированной температуры процесса по всей длине реактора. В первой секции печи (нагревательной) температура сырья поднимается до заданной температуры процесса за счёт интенсивного электрообогрева (контур 8). Так как реакции, протекающие при висбрекинге, являются принципиально высокотемпературными, то необходимо подводить дополнительное тепло в реакционную секцию. Заданная температура в ней поддерживается независимо регулируемым контуром 9. Температурный профиль печи висбрекинга при проведении про цесса (объемная скорость подачи сырья 3 ч") приведен на рис. 2.4.3. В зоне нагрева температура поднималась на 40 - 50С, а зоне реакции поддерживалась около 440 С, колеблясь в пределах примерно +5 С.
Ввиду того, что образующиеся жидкие продукты и превращенный гудрон имеют высокую температуру застывания, была принята однократная схема охлаждения только в приемнике. Применение наиболее распространенного в лабораторной практике двукратного охлаждения продуктов [186], себя не оправдало, т.к. в промежуточном (между реактором и приемником) холодильнике происходило застывание углеводородов, что приводило к его забиванию.
Поскольку гудрон характеризуется значительной адгезией к стенкам трубок, то при нагревании возможно протекание реакцией уплотнения и кок-сообразования. При этом увеличивается термическое сопротивление в пристеночной области и в конечном итоге коксообразование может привести к закупорке трубок. Поэтому после каждого эксперимента установку промывали горячей дизельной фракцией и продували азотом.
Общий объем реактора составлял 600 см , для исключения проскока сырья и более равномерного распределения паров реактор заполняли кварцевой насадкой фракции 5 мм. Рабочий объем реактор составил 350 см3, производительность насоса от 7 мл до 2 л в минуту.
Объёмное количество газообразных продуктов висбрекинга определяли по записанным показаниям газового счётчика. Количество жидкого продукта определяли по разности масс приёмника до и после опыта.
Количество кокса определяли расчётным методом, исходя из массы СОг, улавливаемого аскаритом. Количество углеводородов С5+ (А) рассчитывали по разности масс абсорбера до и после опыта.
Фракционный состав жидкого продукта определяли на разгонной установке АРНС-2. По данным разгонки определяли количество фракций: бензин (нк - 200С); дизельная фракция (200 - 300С); остаток ( 300С). Массу привеса абсорбера-барботёра относили к массе бензина.
Проведение процесса демеркаптанизации требует обеспечения постоянных температурных условий. Поскольку температуры процесса невысокие (30 - 60С), температурный режим выдерживали в жидкостном термостате. Для обеспечения контакта реагентов и сырья процесс проводили с перемешиванием. Скорость перемешивания - 2 тыс. об./мин
Процесс проводили в трехгорлой колбе, снабженной мешалкой и обратным холодильником - конденсатором предотвращения потерь легких углеводородов. Сырье загружали в трехгорловую колбу. Затем в колбу с помощью пипетки вводили заданные количества растворенной элементной серы и раствора ДЭА. Реакционную смесь перемешивали при заданных температуре и времени. По окончании обработки полученный продукт промывали в колбе дистиллированной водой и отделяли с помощью делительной воронки.
Для обработки жидких систем в магнитном поле использовали проточные установки, создающее магнитное поле электромагнитами или постоянными магнитами. Схема установки с постоянными магнитами приведена на Рис. 2.4.5.
Постоянные магниты создают магнитную индукцию в активной зоне от 0,1 до 0,225 Тл в зависимости от высоты разделителя-вкладыша между дисками магнитов. Длина активной зоны составляет 40 мм, магнитный модуль 4-10 млТл-м.
Сырьевая бюретка, изготовленная из термостойкого стекла, снабжена электрообогревом. При необходимости (при работе с высоковязкими или низкозастывающими нефтяными остатками) температуру можно повышать до 150С. Для наблюдения за температурой предусмотрен термометр. В качестве дозирующего устройства использовали перистальтический насос, производительность которого можно было изменять от 5 до 200 мл в мин.
Установка, представленная на Рис. 2.4.5 легко разбирается и может быть транспортируема к месту проведения магнитной обработки.
Установка, включающая магнетизатор (магнитный туннель), в котором магнитное поле создается электромагнитами, является стационарной из-за значительного веса 48 кг. Однако она предоставляет более широкие возможности варьирования магнитной индукции и модуля. Максимальная величина магнитной индукции в данном случае составляет 0,55 Тл, количество пересечений от 1 до 4, длина одной активной зоны 24 мм, максимальный магнитный модуль 52.8 млТл-м [188]. Схема установки с магнетизатором с электромагнитами приведена на Рис. 2.4.6, а схема устройства магнетизатора - на Рис. 2.4.7.
Исследование влияния предварительной обработки аминового раствора, применяемого в качестве абсорбента на установках сероочистки, на эффективность его фильтрации
Для улучшения показателей фракционирования нефти и нефтепродуктов ведутся многочисленные исследования, направленные на изменение конструктивных особенностей аппаратуры, применение различных сред для от-парки, оптимизацию режима, поиск новых способов воздействия на сырье.
Главное внимание в вопросах перегонки и ректификации нефтей традиционно уделялось изучению пар - жидкость, расчетам парциального давления летучих компонентов нефтяной системы в зависимости от ее состава и внешних условий, что является основополагающим для термодинамических расчетов [189].
Из теоретических соображений следует, что лучшие результаты при перегонке нефтяных систем следует ожидать в тех случаях, когда радиус пузырька наименьший, т.е. при нахождении системы в первом экстремальном состоянии. Первое экстремальное состояние НДС может быть достигнуто различными способами: компаундированием различных нефтей в определенном соотношении; введением в нефтяную систему добавок, изменением давления в системе (создание вакуума); воздействием различного типа полей (электрического, акустического, магнитного и т.п.) [1,4,11,22,31,32,43,50,62].
Путем компаундирования нефти или нефтяного остатка с различными добавками удается повысить выход светлых нефтепродуктов и вакуумных дистиллятов при перегонке на 1-3,5% об. [200,201].
Выделение фракций из углеводородной среды осуществляли в [202] посредством радиоизлучения. Излучение поступало в резервуар по волноводу, расположенному по центральной оси. Количество передаваемой энергии регулировалось контроллером, связанным с датчиками, расположенными по высоте слоя углеводорода в резервуаре. Под действием излучения осуществлялся нагрев жидкости послойно, разделение продуктов происходило по удельному весу и степени загрязненности.
Облучение ультразвуком при перегонке нефтяного сырья приводит к перераспределению углеводородов по фракциям, и, как следствие, к изменению в выходах и качестве продуктов перегонки [203]. Акустические колебания низкой частоты также применяются для интенсификации переработки нефти. На нефть одновременно воздействуют вибрационными затопленными струями и гидроударами по всему объему рабочей камеры, при этом частоту колебаний устанавливают равной собственной частоте вибрационнозатопленных струй и поддерживают амплитуду колебаний с обеспечением виброкипящего состояния объема нефти [204].
Рост выхода нефтяных дистиллятных фракций на 30-70% по сравнению с традиционными способами достигали при сочетании гидромеханической и акустической обработок в роторно-пульсационном аппарате в интервале градиентов скорости в зазоре между ротором и статором 4700 - 13 000 000 с 1 при частоте вращения ротора 100-12 500 об. мин. При этом создавалось акустическое поле интенсивностью 100 - 100 000 Вт/см2 в интервале частот 0,01 -63,0 кГц дисково-веерноколеблющимся ротором и статором [205].
С целью интенсификации фракционирования нефть или нефтепродукты измельчали на капли путем непрерывного гидравлического распыления и последующего термического фракционирования (средний размер капель менее о,3 мм, а отрезок времени между распылением и фракционированием менее 5 минут). Для увеличения выхода светлых фракций, выкипающих до 200С, нефть распыляли путем воздействия на микрообъемы жидкости напряжений сдвига, возникающих при интенсивной турбулизации, а для увеличения выхода фракций 200-350С, нефтепродукты распыляли под воздействием напряжений сжатия, возникающих при ударе жидкости о преграду. Для распыления нефтепродуктов под воздействием напряжений сдвига применяют ще левую форсунку, а под действием напряжения сжатия при меняют дефлек-торную форсунку [206].
В [207] при вакуумной перегонке нефти и нефтепродуктов применяли распыление жидкости диспергаторами в вакуумной дистилляционнои камере при заданных значениях температуры и разрежения, эвакуации и конденсации паров. Особенностью диспергирования нефти являлось то, что неиспа-рившиеся капли подвергались гидродинамическому дроблению с помощью направленных друг на друга факелов распыливаемой жидкости. Капельная взвесь затем испарялась в пленке на вертикальной, расположенной по центру камеры пластине со встроенными в нее нагревательными элементами.
Разделение углеводородов без термического фракционирования в колонне применяли в [208]. Процесс заключался в том, что смеси углеводородов и теплоносителя перед их непосредственным контактом придавали движение по криволинейным траекториям. В итоге в объеме при смешивании получали локальные зоны со значительным разряжением абсолютного и парциального давления. Затем общий поток углеводородов и теплоносителя подавали на диспергирование, после чего отводили продукты разделения.
Во всех рассмотренных выше способах воздействия на нефть и нефтепродукты целью и результатом этого воздействия было изменение дисперсного состояния нефти или нефтепродукта, что позволяло извлечь больше дистиллятов от потенциала, повысить четкость фракционирования или снизить энергозатраты. Однако, как правило, способы осуществления такого воздействия на углеводородное сырье зачастую трудноосуществимы в промышленных условиях.
В настоящей работе исследовали возможность интенсификации вакуумной перегонки с помощью постоянного магнитного поля в динамическом режиме. Влияние воздействия магнитного поля на выход дистиллятов при перегонке углеводородного сырья изучали на примере мазута и его компаундов с более тяжелым остатком (типы сырья 2 - 6).
