Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

АДАСПАЕВА  САИДА  АЙДНАЛЯЕВНА

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ МАСЛЯНОГО СЫРЬЯ N-МЕТИЛПИРРОЛИДОНОМ  ПОД

ДЕЙСТВИЕМ  МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Специальность 05.17.07 - Химическая технология топлива и

высокоэнергетических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Астрахань Ц 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

Астраханский государственный технический университет

Научный руководитель:	доктор технических наук, профессор Пивоварова Надежда  Анатольевна
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, с.н.с. Яковлев Сергей Павлович (Инжиниринговая компания ООО ВОКСТЭК, Генеральный  директор) кандидат технических наук, Цаплина Марина Евгеньевна (ООО ЛЛК - Интернешнл, заместитель начальника Управления производства)
Ведущая организация:	Кубанский  государственный технологический университет, г. Краснодар

Защита состоится л25 мая 2012 г. в 1400 ч  на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 307.001.04 при ФГБОУ ВПО Астраханский государственный технический университет по адресу: 414025,

г. Астрахань, ул. Татищева, 16, 2-ой учебный корпус, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Астраханский государственный технический университет по адресу: 414025,

г. Астрахань, ул. Татищева, 16, главный учебный корпус АГТУ.

Автореферат разослан л24 апреля 2012 г.

       

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат химических наук, доцент  Е.В. Шинкарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.  Спрос на моторные  масла с улучшенными эксплуатационными и экологическими  свойствами постоянно повышается в связи с  увеличением  производства отечественных и импортных  автомобилей. Россия сегодня - четвертый по величине потребитель масел в мире. Потребность страны в нефтяных маслах составляет более 1,7 млн. тонн. К  2015  году  ожидается  увеличение  продажи  нефтяных масел до 2,05 млн. т. В  последние  годы  наблюдается  тенденция  по  сокращению производства масел  отечественными  предприятиями  и  ростом  объемов  экспортных  поставок,  поэтому отечественные нефтяные компании стремятся получить высококачественные  базовые  масла путем углубления процесса селективной очистки масляного сырья N - метилпирролидоном.

В технологических процессах подготовки сырья для нефтепереработки используются катализаторы, химические реагенты различного назначения, однако традиционные технологические методы во многих случаях оказываются весьма затратными и недостаточно эффективными. Всё больше внимания уделяют  волновым  методам  подготовки  углеводородного сырья, среди которых наиболее универсальным является магнитная обработка.

Использование  постоянного  магнитного поля расширяет рамки регулирования технологических параметров процесса, приводит к  повышению рентабельности производства и является экологически безопасным. 

Целью работы является интенсификация процесса селективной очистки дистиллятной фракции и деасфальтизата  N-метилпирролидоном под действием магнитного поля в динамическом режиме для улучшения качества и увеличения выхода рафината.

Основные задачи исследования: 

1.  Анализ группового углеводородного состава, физико-химических  и  дисперсных характеристик деасфальтизата  и  фракции 420-500 0С, полученных из смеси Западно-Сибирской и Волгоградской нефтей.

2. Изучение изменения дисперсного состояния фракции 420-500 0С и деасфальтизата в результате воздействия  на них постоянным магнитным полем в динамическом режиме;

3. Исследование влияния магнитного поля в динамическом режиме на вакуумную перегонку мазута на этапе подготовки масляного сырья;

4. Экспериментальное определение влияния режима магнитной обработки (скорости подачи сырья и величины магнитной индукции) и параметров процесса экстракционной очистки  исследуемого сырья  N-метилпирролидоном на качество полученного рафината;

5. Проведение  процесса  регенерации  растворителя из  смесей рафинатного  и  экстрактного  растворов.

6.  Применение  полученных данных для разработки технологической схемы и оценки технико-экономических показателей процесса селективной очистки N-метилпирролидоном с предварительной обработкой фракции 420-5000С и деасфальтизата магнитным полем.

Научная новизна.

Впервые  для повышения выхода и качества рафината процесса  селективной очистки  N-метилпирролидоном использована  обработка  масляного сырья постоянным магнитным полем в динамическом режиме.

• Установлены  закономерности  влияния линейной скорости потока сырья от 0,3  до 1,5 м/с  и величины магнитной индукции  от 0,15  до 0,3 Тл на критическую температуру растворения,  выход  и степень очистки  рафината.
• Предложен  механизм  влияния  постоянного  магнитного поля на  процесс экстракционной очистки  масляного сырья  N-метилпирролидоном, заключающийся в гомогенизации нефтяной дисперсной системы,  увеличении доступа молекул растворителя к частицам полициклических ароматических, асфальто-смолистых веществ и более полной экстракции.

Практическая ценность.

    Обработка  углеводородного  сырья постоянным магнитным полем с индукцией 0,3 Тл и линейной скоростью потока 0,3 м/с в процессе селективной очистки  приводит  к  получению  базовых моторных масел с улучшенным показателем индекса вязкости на 5 пунктов. 

• Предложена  блок - схема  подготовки  сырья процесса селективной очистки, включающая  блок магнитной обработки на этапе вакуумной перегонки мазута и перед экстракцией N-метилпирролидоном.

• Предварительная обработка магнитным полем  фракции 420-500 0С и деасфальтизата процесса селективной очистки позволяет увеличить выход рафината на  5 - 6  % масс., снизить энергозатраты на процесс экстракции при  соотношении массовых долей растворителя к сырью  1:1 и 1,5:1 в зависимости от типа исходного сырья. 
• Чистая прибыль за счет увеличения выхода,  улучшения качества рафината и снижения энергозатрат на процесс экстракции, с учётом блока магнитной обработки перед процессом экстракции  составляет  6,5 млн.руб..

На защиту выносятся следующие положения.

1. Закономерности изменения  дисперсного состояния масляной фракции и деасфальтизата под  действием магнитного поля.
2. Предварительная обработка магнитным полем мазута приводит к увеличению отбора дистиллятных фракций и уменьшению энергозатрат на проведение процесса вакуумной перегонки.
3. Способ селективной очистки N-метилпирролидоном  масляной фракции и  деасфальтизата при воздействии постоянного магнитного поля в динамическом режиме  на исходное сырье.
4. Механизм  влияния  постоянного  магнитного поля на  процесс экстракционной очистки  масляного сырья  N-метилпирролидоном.
5. Блок - схема процесса  вакуумной перегонки мазута и  селективной очистки  N-метилпирролидоном.
6. Экономическая оценка воздействия постоянного магнитного поля на масляное сырье.

Реализация работы. Основные положения и выводы диссертации используются в Астраханском государственном техническом университете  при  подготовке  инженеров по специальности 240403.65 Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов и бакалавров по направлению 240100.62 Химическая технология и биотехнология при выполнении лабораторных  работ  и  учебных  научно-исследовательских  работ (УНИРС)  по специальным дисциплинам Нефтяные дисперсные системы,  Технология переработки нефти и газа, а также в процессе дипломного  проектирования.

  На ООО Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез  планируется проведение  опытно - промышленных испытаний по интенсификации  процесса  селективной  очистки  N-метилпирролидоном с  применением  магнитной  обработки.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на  V Международной научно-практической конференции  Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности  (г. Санкт-Петербург, 2008 г.), IV Международной научно-технической конференции Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем (г. Москва, 2008г.), Международной научно-практической конференции Нефтегазопереработка 2009  (г. Уфа, 2009г.), V Международной научно-технической конференции Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем (г. Москва, 2009г.),  Международной отраслевой конференции профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета, посвященная 80-летию основания Астраханского государственного технического университета (г. Астрахань, 2010г.), I научно-практической конференции Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа (г. Астрахань, 2010),  VIII Международных научных Надировских чтений по проблеме Научно-технологическое развитие  нефтегазового комплекса (Казахстан, Алматы, 2010г.), IV открытой научно-технической конференция  молодых специалистов и работников  Энергия молодёжи - ресурс развития нефтегазовой отрасли (г. Астрахань, 2011г.), Всероссийской научной конференции профессорско-преподавательского состава (55-ая ППС) Астраханского государственного технического университета (г. Астрахань, 2011г.), II  научно-практической конференции Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа (г. Астрахань, 2011г.). 

Публикации. Основные результаты выполненных исследований опубликованы в 16 работах, из них две публикации в изданиях, рекомендованных ВАК, получено 2 патента РФ на изобретение и 12 докладов на международных конференциях.

Структура и объем работы.  Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения,  списка литературы, состоящего из  100 наименований. Работа изложена на 114 страницах и содержит  31  таблицу  и  38 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

  Во введении показана актуальность темы  диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая значимость, изложены основные положения, выносимые на защиту.

  Указаны пути совершенствования  процесса селективной очистки N-метилпирролидоном.  Дан анализ природы растворителей (фенол, фурфурол и N-МП) процесса селективной очистки. Рассмотрены  опубликованные результаты  исследований  о  влиянии  магнитного  поля  на  подготовку и переработку  углеводородного  сырья. 

  Решение проблемы производства моторных масел связано с необходимостью интенсификации процесса селективной очистки N-метил-пирролидоном с помощью магнитного поля.

В первой главе  рассмотрены современное состояние  и перспективы  развития процесса селективной очистки масляного сырья. Увеличение качественного и количественного показателей рафината достигается за счёт инженерных решений, усложняющих технологическую схему процесса, либо за счёт введения в сырьё добавок, действие которых выражается в значительном повышении выхода рафината  без улучшения его качества. Показана сравнительная характеристика экстрагентов процесса селективной очистки. Изложены современные представления о природе и строении углеводородного сырья - нефтяных дисперсных систем. Приводятся способы интенсификации различных процессов переработки углеводородного сырья  с помощью магнитных полей.

На основании приведенного литературного обзора и сделанного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе  представлены объекты и методы экспериментальных исследований.

  Объектами исследований были  выбраны мазут, деасфальтизат, полученный на установке деасфальтизации  и фракция 420-500 0С, полученная на установке вакуумной перегонки мазута Волгоградского НПЗ. Деасфальтизат и фракция 420-500 0С  являются представительными типами  сырья процесса селективной очистки N-метилпирролидоном.

Изучение влияния постоянного  магнитного  поля  на дисперсное  состояние  углеводородного сырья и на эффективность процессов вакуумной перегонки мазута  и  селективной очистки N-МП проводили на лабораторной установке проточного типа с использованием сырьевой емкости, перистальтического насоса, обогреваемых транспортных линий и аппарата магнитной обработки сырья (магнетизатора).

Физико-химические характеристики мазута, фракции 420-500 0С и деасфальтизата представлены в табл. 1.

Нагретые до состояния текучести  деасфальтизат и масляную фракцию подавали в магнетизатор, в котором углеводородное сырье подвергалось воздействию постоянным  магнитным  полем.

Для  масляного сырья процесса селективной очистки  были  определены  размеры  частиц  дисперсной  фазы  фотоколориметрическим  методом,  разработанным в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина  и модифицированным  в  АГТУ. Критерием  эффективности  обработки  магнитным  полем  углеводородного  сырья  является  средний  диаметр  дисперсных  частиц, изменение которых  наблюдали на  фотоколориметре  КФК - 2. Определение  оптической  плотности  проводили  на  фотоколориметре  на  длине  волны  440 нм не менее 3 раз. 

  В качестве экстрагента селективной очистки вместо фенола  использовался N-метилпирролидон (N-МП), обладающий высокой растворяющей способностью, большей селективностью, избирательностью, экологичностью, не образующий азеотропных смесей с водой. В настоящее время его считают наиболее перспективным растворителем при очистке остаточных и дистиллятных фракций.

Таблица 1

Основные физико-химические характеристики  мазута, фракции 420-5000С  и деасфальтизата

Показатели	Фракция 420-5000С	Деасфальтизат	Мазут
Плотность при 20 оС, кг/м3	910	915	926
Температура застывания, оС		52	35
Кинематическая вязкость при 50 оС, мм2/с при 100 оС, мм2/с Вязкость условная: при 50 оС при 80 оС	55 9,1	- 23	4,409 1,969
Коксуемость (по Конрадсону), % масс.	-	0,97	4
Содержание серы, % масс.	1,7	1,6	1,8
Показатель преломления	0,5010	0,497	-
Структурно-групповой состав, % масс.:
парафино-нафтеновые	59,3	60,7	60,1
Ароматические:	а	а
- моноциклические	16,0	12,0	6,2
- бициклические	10,8	7,5	12,2
- полициклические	9,4	10,6	14
Смолы	3,1	7,7	4,7
Асфальтены	1,4	1,5	2,8

Процесс селективной очистки в лабораторных условиях осуществляли по общепринятой методике в цилиндрическом экстракторе периодического действия при температуре на  300С  ниже критической температуры растворения, снабженном мешалкой. Исследования проводились при  одноступенчатой и трехступенчатой обработке сырья процесса селективной очистки избирательным растворителем. Регенерация растворителей из рафинатного и экстрактного растворов  проведена на лабораторной установке для перегонки, работающей при атмосферном и остаточном давлении (до 10 мм. рт. ст).

  Показатели качества сырья и продуктов определены в лабораторных условиях стандартными методами (таблица 2). Для исследования группового углеводородного состава мазута, деасфальтизата и вакуумного дистиллята  использован метод жидкостной хроматографии.

Таблица 2

Методы определения характеристик нефтепродуктов

Показатель	ГОСТ
Плотность, кг/м3	3900-85
Температура застывания, оС	20287-91
Кинематическая вязкость, мм2/с	33-2000
Содержание общей серы, % масс.	1437-75
Коксуемость по Конрадсону, % масс.	19932-99
Показатель преломления	1461-75

В третьей главе представлены результаты по изучению возможности интенсификации процесса селективной очистки дистиллятного и остаточного масляного сырья с помощью постоянного магнитного поля.

  Первоначально определяли  фракционный  состав мазута с помощью  вакуумной перегонки в  колбе Мановяна при давлении 0,01 - 15 кПа. Предварительная магнитная обработка при  величине магнитной индукции от 0,08 до 0,225 Тл и линейной скорости  потока 0,3 м/с, позволила увеличить  выход  балластных дистиллятных  фракций  до  5 - 6%  масс.,  что в свою очередь позволяет улучшить качество масляного сырья, за счет повышения температуры начала кипения фракций, выкипающих до 350 0С. Результаты вакуумной  перегонки  мазута представлены табл. 3.

  Затем исследовали  влияние  магнитного поля на фракцию 420-500 0С, полученную при вакуумной перегонке,  и деасфальтизат на изменение среднего  диаметра  дисперсных  частиц на длине волны 440 нм, изменяя при этом величину магнитной индукции (0,15-0,4 Тл) и линейную скорость потока (0,3 и 1,5 м/с).

Анализ рисунка 1 показывает уменьшение размера частиц дисперсной фазы при величине магнитной индукции  0,2 - 0,4 Тл, что оказывает существенное влияние на многие физико-химические показатели рафината. 

Таблица 3 

Изменение выхода дистиллятов при  перегонке  остаточного  сырья  при  обработки его  постоянным магнитным полем

Температура разгонки, 0 С	Выходы дистиллятов, % об.
	Без магнитной обработки	С магнитной обработкой 0,225 Тл
330	7,5	9,0
340	11,1	13,4
350	15,3	18,5
360	20,0	26,0
370	29,0	33,2
380	36,3	39,0
390	44,6	46,1
400	50,3	52,0
420	75,1	77,5
500	85,0	87,2

При воздействии на масляную фракцию и деасфальтизат магнитным полем с индукцией 0,15 Тл никаких изменений в диаметре частиц дисперсной фазы не происходит, а при магнитной индукции 0,4 Тл эффективность магнитной обработки повышается, но при этом увеличиваются  затраты на электроэнергию. Поэтому обрабатывать сырье процесса селективной очистки N-МП магнитным полем с индукцией 0,4 Тл является экономически невыгодным.

При уменьшении размера частиц дисперсной фазы посредством магнитной обработки деасфальтизата и фракции 420-5000С, происходит изменение физико-химических свойств рафината, в частности кинематической вязкости при 100 0С, как показывает рисунок  2.

Рис. 1. Зависимость средних размеров частиц дисперсной фазы деасфальтизата и фракции 420-5000С от величины магнитной индукции

Рис. 2. Зависимость  кинематической вязкости деасфальтизата и фракции 420-5000С от величины магнитной индукции

  Область наиболее используемых кратностей обводненного и безводного растворителя к сырью лежит в пределах 12 : 1 по массе (рис. 3,4).

При увеличении количества растворителя, подаваемого на экстракцию, повышается глубина очистки и одновременно снижается выход рафината. 

Проведение процесса экстракции при уменьшении кратности растворителя к сырью нецелесообразно, поскольку чем меньше растворителя используется в процессе экстракции, тем  больше низкоиндексных компонентов остается в рафинате. Уменьшение кратности не может  обеспечить требуемого качества рафината. При более высоких значениях кратности критическая температура растворения значительно падает, но технико-экономические показатели процесса тоже снижаются, т.к. улучшается качество рафината, но снижается его выход.

Рис. 3. Зависимость критической температуры растворения дистиллятного и остаточного сырья от массовой  доли  безводного N-метилпирролидона Рис. 4. Зависимость критической температуры растворения дистиллятного и остаточного сырья от массовой  доли  обводненного N-метилпирролидона

  Далее была определена критическая температура растворения, обработанного магнитным полем, масляного сырья в обводненном и безводном избирательном растворителе. Для этого выбраны три  рабочие кратности N-МП к сырью - 1:1,  1,5 :1  и 2,0:1 по массе и величина магнитной индукции равная 0,2 и 0,3 Тл. Результаты определения критической температуры растворения в безводном растворителе представлены на рисунке 5,6.

Рис. 5.  Зависимость КТР двухкомпонентной смеси с предварительной обработкой деасфальтизата  магнитным полем

Рис. 6.  Зависимость КТР двухкомпонентной смеси с предварительной обработкой фракции 420-5000 С магнитным полем

Показано, что за счёт  снижения обводненности  растворителя  возможно  резко  снизить  температуру экстракции. По литературным данным снижение содержания воды в растворителе  облегчает процесс регенерации  его из рафинатного и экстрактного растворов. Данные рисунков 5 - 8 показывают наибольшее  изменение критической температуры растворения данного сырья в безводном и обводненном растворителе при обработке исходного сырья магнитным полем с величиной магнитной индукции равной 0,3 Тл.

Рис. 7.  Зависимость КТР двухкомпонентной смеси с предварительной обработкой деасфальтизата  магнитным полем

Рис. 8.  Зависимость КТР двухкомпонентной смеси с предварительной обработкой фр.420-5000 С магнитным полем

  В таблице 4 приведены результаты очистки деасфальтизата, обработанного магнитным полем при  одноступенчатой и трехступенчатой экстракции  обводненным растворителем. Как видно, снижается температура экстракции с обводненным N-МП как при одноступенчатой, так  и при трехступенчатой  экстракции от 2 до 5 оС и содержание серы в рафинате  до 0,6% мас.,  увеличивается выход рафината до 5 % масс., повышается количество парафино-нафтеновых до 4 % масс., которые обладают высокими вязкостными свойствами, а также наблюдается присутствие моноциклической ароматики, которые защищают нафтеновые углеводороды от окисления. Особое значение процесс селективной очистки имеет для производства  нефтяных масел, поскольку улучшаются такие эксплуатационные свойства как индекс вязкости, который увеличивается на 5  пунктов; температура застывания, которая повышается от 0,5 до 2 0 С, а также снижается количество содержание серы на 0,1 % масс., которая отрицательно влияет на эксплуатационные свойства масел. Аналогичное влияние оказывает магнитная обработка на  фракцию 420-5000 С (таблица  5).

  По сравнению с очисткой деасфальтизата, содержащего сравнительно большее количество парафино-нафтеновых, полициклических ароматических  углеводородов,  смол и асфальтенов, выход рафината после очистки фракции 420 - 5000 С значительно ниже, но лучше его качество, которое показывает увеличение выхода парафино-нафтеновых углеводородов. При рассмотрении влияния магнитного поля на процесс селективной очистки при воздействии магнитного поля с магнитной индукцией 0,2 Тл выход рафината изменяется незначительно. Анализ данных рисунков 9,10  говорит о том, что самый лучший результат по количественным и качественным  показателям  рафината  получен при обработке деасфальтизата и дистиллятной фракции при величине магнитной индукции равной 0,3 Тл.

Таблица 4

Показатели очистки деасфальтизата обводненным  N-метилпирролидоном при кратности сырья к растворителю 1:1,5

Показатели	Рафинат
	Без магнитной обработки		С  магнитной обработкой (В=0,3 Тл)		С  магнитной обработкой (В=0,2 Тл)
	Одноступ. экстракция	Трехступ. экстракция	Одноступ. экстракция	Трехступ. экстракция	Трехступ. экстракция
Выход рафината, % масс.	81	78	86	83	80
Температура процесса экстракции, оС Верх Низ середина	92	92 77 84	87	87 73 79	90 76 82
Физико-химические свойства
Плотность при 20 оС, кг/м3	888	878	882	872	875
Температура застывания, оС	52,7	49	53,2	51	50
Содержание серы, % мас.	0,8	0,7	0,7	0,6	0,6
Индекс вязкости	92	93	94	98	95
Структурно-групповой состав, % масс.
парафино-нафтеновые	60,6	67	62,8	71	68,3
Ароматические:	а		а
- моноциклические	21,4	17,6	21,0	17	17,4
- бициклические	8,4	7,4	8,1	6	7,2
- полициклические	5,7	4,8	4,9	3,4	4,2
Смолы	2,4	2,1	2,0	1,7	1,9
Асфальтены	1,5	1,1	1,2	0,9	1

Таблица 5

Показатели очистки фракции 420-5000 С  N-метилпирролидоном при кратности сырья к растворителю 1:1

Показатели	Рафинат
	Без магнитной обработки		С  магнитной обработкой (В=0,3 Тл)		С  магнитной обработкой (В=0,2 Тл)
	Одноступ. экстракция	Трехступ. экстракция	Одноступ. экстракция	Трехступ. экстракция	Трехступ. экстракция
Выход рафината, % масс.	78,2	77,2	84,2	81,2	79,8
Температура процесса экстракции, оС Верх Низ Середина	85	85 70 77	70	70 55 62	81 73 66
Физико-химические свойства
Плотность при 20 оС, кг/м3	880	870	874	864	868
ИВ	99	102	101	106	104
Содержание серы, % мас.	0,7	0,6	0,6	0,5	0,5
Структурно-групповой состав, % масс.
парафино-нафтеновые	75,7	79	77,7	80,8	79,9
Ароматические:	а	а	а	а	а
- моноциклические	13,0	12	12,3	11,3	11,5
- бициклические	5,4	4,7	4,6	4,3	4,5
- полициклические	2,5	1,7	2,3	1,3	1,5
Смолы	2,4	2	2,3	1,8	2
Асфальтены	1,0	0,6	0,8	0,5	0,6

Рис. 9. Зависимость выхода рафината от величины магнитной индукции

Рис. 10. Зависимость содержания ароматических углеводородов от величины магнитной индукции

Рассмотрение механизма воздействия постоянного магнитного поля на сложную систему (рис.11), образующуюся при селективной очистке базируется на теории нефтяных дисперсных систем (НДС).

  Для  объяснения  влияния  постоянного  магнитного  поля  в  динамическом  режиме на процесс экстракции, сделаем  следующие  допущения:  предположим, что НДС  состоит  из слоёв, содержащих молекулы следующих веществ: молекулы первого слоя (асфальто-смолистые вещества) образуют  ядро ССЕ, молекулы  второго слоя (конденсированные ароматические и нафтеновые углеводоролды) - её сольватную оболочку и третьего слоя (парафиновые, нафтеновые, легкие ароматические) - дисперсионную среду, а при  введении  растворителя  в НДС  появляются  молекулы четвертого слоя ( обводненный N-МП).

При  введении  растворителя  происходит  проникновение  молекул 4-го слоя к ядрам ССЕ и сольватной оболочке. В данном  случае  структура  ядра  исходной  ССЕ  изменяется,  молекула  вводимого  растворителя  окружается молекулами,  составлявших  ранее  ядро  и сольватный  слой  ССЕ  растворяемой  НДС.

Рис. 11.  Механизм процесса растворения с введением обводненного

N-метилпирролидона

При подготовке масляного сырья воздействие магнитного поля вызывает  перераспределение  компонентов  ССЕ  и  переход  части  молекул  сольватной  оболочки  в дисперсионную  среду, в результате  чего  уменьшаются размеры дисперсных частиц. Кроме  того  происходит изменение местоположения молекул и упорядочение структуры НДС под действием магнитного поля. В результате образуется новая структура, которая характеризуется большей гомогенностью, упорядоченностью, меньшей вязкостью, которая облегчает молекулярную и конвективную диффузию компонентов. Это способствует избирательному  перераспределению компонентов между фазами и более  четкому  разделению углеводородов в процессе селективной очистки N-метилпирролидоном.

  В  результате  того, что  система  становится  более  гомогенной, а молекулы растворителя окружаются  слоем  молекул,  составлявших  ранее  ядро  и сольватный  слой,  образуется  новая  ССЕ  с  ядром  из  единственных молекул обводненного растворителя,  окруженных  молекулами асфальто-смолистых веществ,  которые,  в  свою  очередь,  окружены  молекулами, составляющими ранее  сольватный  слой. Дисперсионная  среда  остаётся без изменений. 

  Асфальто-смолистые вещества и конденсированные ароматические углеводороды после магнитной обработки становятся  более  доступными растворителю и тем самым  происходит  более  полная  экстракция, которая  приводит  к  увеличению  степени  очистки после регенерации растворителя из рафинатного и экстрактного растворов. Вода в данном случае не образует азеотропной смеси с растворителем и после процесса экстракционной очистки переходит в экстрактный раствор.

Время релаксации  масляного  сырья  после  воздействия  на  него  магнитным  полем в  динамическом  режиме  в  лабораторных  условиях (при температуре окружающей среды)  составляет до  12-17 часов. В  промышленных  условиях, согласно литературным данным, в  процессе  перекачивания  масляного  сырья  при  температуре 700 С время релаксации в переходном  режиме сокращается  в  связи  с  изменением  гидравлического  режима  и поперечного  сечения  трубопровода.

  В четвертой  главе  на основании изучения характеристик исходного сырья и экспериментальных результатов предложена блок - схема подготовки сырья  процесса селективной очистки, включающая  блок магнитной обработки на этапе вакуумной перегонки мазута и перед экстракцией N-метилпирролидоном  на рисунке  12.

Технико-экономические расчеты показали, что предлагаемый вариант процесса селективной очистки  N-метилпирролидоном с предварительной обработкой исходного сырья магнитным полем, является экономически эффективным.

Ожидаемый  годовой экономический эффект от внедрения блока магнитной обработки перед процессом экстракции составляет 6,5 млн. рублей, со сроком окупаемости магнетизатора 2 месяца.

  Рис. 12.  Блок - схема подготовки сырья сырья процесса селективной очистки, включающая  блок магнитной обработки на этапе вакуумной перегонки мазута и перед экстракцией N-метилпирролидоном 

ВЫВОДЫ

1. По результатам  проведенных исследований масляной фракции и деасфальтизата установлены закономерности изменения физико-химических и дисперсных характеристик в условиях воздействия постоянным магнитным полем в динамическом режиме.
2. Предварительная магнитная обработка мазута при  величине магнитной индукции 0,225 Тл и линейной скорости  потока 0,3 м/с, увеличивает  выход балластных дистиллятных фракций и масляных фракций до 6%;
3. Разработан эффективный способ селективной очистки обводненным и безводным N-метилпирролидоном при одноступенчатой и трехступенчатой экстракции масляного сырья при  воздействии на него постоянным магнитным полем в динамическом режиме.
4. В исследуемом диапазоне технологических параметров при обработке масляного сырья магнитным полем при одноступенчатой экстракции происходит снижение температуры процесса до 150С при наименьшей кратности (в исследуемом диапазоне) растворителя к сырью 1:1 и увеличение выхода рафината до 6%.
5. Выявлено, что наибольший  выход целевого продукта - рафината и его чистота при селективной очистке деасфальтизата и фракции 420-500 0С достигаются при 3-х ступенчатой экстракции с предварительной магнитной обработкой с величиной магнитной индукции 0,3 Тл, линейной скорости потока 0,3 м/с и кратностью растворителя к сырью 1:1 и 1,5:1.
6. Экспериментально установлено, что при селективной очистке N-метилпирролидоном  с предварительной обработкой сырья масляного производства магнитным полем с величиной магнитной индукции 0,2 Тл наблюдается повышение индекса вязкости рафината до 3пунктов, а при

0,3 Тл - до 5 пунктов.

7. Научно обоснован механизм воздействия  постоянного магнитного поля в динамическом режиме на масляное сырье, заключающийся  в  образовании новой структуры, которая характеризуется большей гомогенностью,  упорядоченностью, меньшей вязкостью, которая облегчает молекулярную и конвективную диффузию компонентов.
8. Предложена  блок - схема  подготовки  сырья процесса селективной очистки, включающая  блок магнитной обработки на этапе вакуумной перегонки мазута и перед экстракцией N-метилпирролидоном.
9. Технико-экономический расчет показал рентабельность предлагаемого варианта экстракционной очистки углеводородного сырья со сроком окупаемости промышленного магнетизатора  2  месяца.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

Статьи  в журналах, входящих в перечень ВАК ведущих рецензируемых научных журналов:

1. Адаспаева С.А., Пивоварова Н.А., Рамазанова А.Р., Любименко Э.А. Повышение эффективности процесса селективной очистки деасфальтизата масляного производства с использованием постоянного магнитного поля // Нефть, газ  и бизнес, 2012. - № 1. - С.102-105.
2. Адаспаева С.А., Пивоварова Н.А., Пименов Ю.Т., Щугорев В.Д., Зимина С.Г., Власова Г.В. Интенсификация процесса перегонки мазута совместным воздействием магнитного  поля и ультразвука // Технология нефти и газа, 2008. - №6. Ц  С. 13-15.

Патенты:

3. Пат. 2427609 РФ, МПК С10G 32/02. Способ селективной очистки масляного дистиллята под воздействием магнитного поля / Пивоварова Н.А., Адаспаева С.А., Адаспаев А.Т., Пивоваров А.Т. Рамазанова А.Р., Пименов Ю.Т., Кириллова Л.Б., Руденко М.Ф. - №2009149807, приоритет 31.12.2009, опубл. 27.08.2011, Бюл. 24.
4. Пат.  № 2335524 РФ, МПК С10G 7/06. Способ перегонки остаточных нефтепродуктов с предварительной магнитно-акустической обработкой / Зимина С.Г., Пивоварова Н.А., Пименов Ю.Т. Адаспаева С.А. - № 2007135486, приоритет 24.09.2007, опубл.  10.10.2008, Бюл. № 28.

Статьи:

5. Адаспаева С.А.,  Пивоварова Н.А. ,  Пивоваров А.Т.,  Руденко М.Ф. Изменение дисперсности и критической температуры растворения в процессе селективной очистки // Материалы VIII Международных научных Надировских чтений по проблеме Научно-технологическое развитие  нефтегазового комплекса (Казахстан, Алматы), 2010. Ц  С.435-439.

Тезисы докладов:

6. Пивоварова Н.А., Власова Г.В., Адаспаева С.А. Влияние совместной обработки магнитным полем и ультразвуком на процесс  переработки углеводородного сырья // Сборник трудов V международной научно-практической - конференции Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности, г. Санкт - Петербург, 2008. - С.

254-255.

7. Пивоварова Н.А., Адаспаева С.А., Пивоваров А.Т., Иванов А.О. Возможности волновых воздействий в процессе селективно й очистки масляных дистиллятов // Материалы IV международной научно-технической конференции Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем, г. Москва, 2008. - С. 170-171.
8. Пивоварова Н.А., Адаспаева С.А., Пивоваров А.Т. Возможность совершенствования процесса селективной очистки N-метилпирролидоном // Материалы Международной научно-практической конференции Нефтегазопереработка 2009, г. Уфа, 2009. - С. 152-153.
9. Адаспаева С.А., Пивоварова Н.А., Пивоваров А.Т. Изменение критической температуры растворения в процессе экстракции N-метилпирролидоном // Материалы V международной научно-технической конференции Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем, г. Москва, 2009. Ц  С.138-139.
10. Кириллова Л.Б., Пивоварова Н.А., Власова Г.В., Мусаева М.А., Такаева М.А., Адаспаева С.А. Возможности интенсификации некоторых процессов переработки углеводородного сырья с помощью волновых воздействий. // Материалы V международной научно-технической конференции Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем, г. Москва, 2009. - С. 65-66.
11. Пивоварова Н.А., Адаспаева С.А., Пивоваров А.Т. О влиянии магнитного поля на подготовку сырья для процесса экстракции N-метилпирролидоном // Тезисы  докладов международной отраслевой конференции профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета, посвященная 80-летию основания Астраханского государственного технического университета, г. Астрахань, 2010. - С. 155-156.
12. Кириллова Л.Б., Пивоварова Н.А., Власова Г.В., Адаспаева С.А. Интенсификация подготовки углеводородного сырья к переработке с помощью волновых воздействий // Тезисы  докладов международной отраслевой конференции профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета, посвященная 80-летию основания Астраханского государственного технического университета, г. Астрахань, 2010. - С.154-155.
13. Адаспаева С.А., Пивоварова Н.А., Рамазанова А.Р., Руденко М.Ф. Экологически безопасный способ подготовки сырья процесса экстракции // Материалы I-ой научно-практической конференции Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа, г. Астрахань, 2010. - С. 20-22.
14. Адаспаева С.А.,  Пивоварова Н.А., Рамазанова А.Р. Изменение определяющего фактора процесса селективной очистки  в присутствии магнитного поля // IV открытая научно-техническая конференция  молодых специалистов и работников  Энергия молодёжи - ресурс развития нефтегазовой отрасли, Астрахань, 2011. - С. 80-81.
15. Адаспаева С.А.Пивоварова Н.А. Совершенствование процесса подготовки  деасфальтизата  к жидкостной экстракции  N-метилпирролидоном // Всероссийская научная конференция профессорско-преподавательского состава (55-ая ППС) Астраханского государственного технического университета,  2011. - С. 321-322.
16. Адаспаева С.А., Пивоварова Н.А. Экстракционная очистки деасфальтизата Волгоградского нефтеперерабатывающего завода // Материалы II-ой научно-практической конференции Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа, г. Астрахань, 2011. - С. 175-176.

Благодарности.  Автор  выражает  искреннюю  благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Пивоваровой Надежде Анатольевне, а также выражает  свою  признательность  коллегам АГТУ и РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина:  к.т.н., доценту Рамазановой А.Р.,  Власовой Г.В., к.х.н., доценту Кирилловой Л.Б., Похомову М.Д., главному инженеру Лукойл-Волгограднефтепеработка Анисимову В.И.

Принятые в тексте сокращения:

АВТ - атмосферно-вакуумная трубчатая установка

НДС - нефтяные дисперсные системы

МО - магнитная  обработка

N-МП - N-метилпирролидон

КТР - критическая температура растворения

ССЕ - сложная структурная единица

   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям