CC BY
63
УДК 665.637
А.В. Кудинов, К.В. Федотов, В.Г. Рябов, В.В. Братчиков*, А.В. Журавлев*
Пермский государственный технический университет,
*ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»
ВЛИЯНИЕ КОМПАУНДИРОВАНИЯ НЕФТЕЙ ПРИ ИХ ПЕРЕГОНКЕ НА ИЗМЕНЕНИЕ ВЫХОДА СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ И МАСЛЯНЫХ ФРАКЦИЙ
Приведены результаты исследований влияния компаундирования Западно-сибирской и Каменноложской нефтей при их перегонке на выход светлых нефтепродуктов и масляных фракций, а также на свойства последних.
Одним из способов интенсификации процесса прямой перегонки нефти на установках АВТ является использование принципа регулирования коллоидно-дисперсного состояния исходного сырья и фазовых переходов путем соответствующего воздействия на него - как дисперсную нефтяную систему [1]. Таким воздействием может быть, в частности, оптимальное компаундирование нефтей разной химической природы [2, 3], введение активирующих добавок и поверхностноактивных веществ (ПАВ) [4, 5].
Установлено, что смешение нефтей разного основания (парафи-нистой и ароматизированной) дает возможность повлиять на дисперсность системы и при этом изменить выход различных фракций при ее разгонке. Так, для смеси Ухтинской и Западно-сибирской нефтей в соотношении 30/70 по массе выход фракций, выкипающих до 350 оС при атмосферной перегонке выше расчетного на 3-3,5 %, а в соотношении 50/50 напротив, ниже расчетного на 2-2,5 %. Аналогичная картина наблюдается и при вакуумной перегонке остатков выше 350 оС [1].
В качестве объекта исследования выступали Западно-сибирская и Каменноложская нефти - сырье установки первичной переработки АВТ-5 (ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»). У данных нефтей и их смесей определяли разгонку по ИТК (ГОСТ 11011) и групповой углеводородный состав масляных фракций методом жидкостной хроматографии.
Разгонку проводили на установке Б/Я 9100, с колонной, содержащей 20 теоретических тарелок при флегмовом числе 5:1. Фракции, выкипающие до 180 °С, отбирали при атмосферном давлении, до 290 °С - при давлении 10 мм рт.ст. и до 370 °С - при 2 мм рт.ст. Выход масляных фракций (385-445 и 420-495 °С) определяли по методу ЛБТМ Б 5236 при остаточном давлении 0,3 мм рт.ст.
Групповой состав масляных дистиллятов изучали методом жидкостной хроматографии на силикагеле.
Данная методика позволяет разделить нефтяные фракции на смолы, тяжелую (полициклическую), среднюю (бициклическую) и легкую (моноциклическую) ароматику, парафинонафтеновые углеводороды. Разделение углеводородов на группы осуществляли по показателю преломления (по ). К метанонафтеновым углеводородам относили фракцию с показателем преломления до 1,49; легкой ароматике - до 1,51; средней ароматике - до 1,53; тяжелой ароматике - до 1,56; смолам - свыше 1,56.
Выходы светлых и масляных фракций, полученных при разгонке нефтей и их смесей по ИТК, приведены в табл. 1.
Как видно из полученных данных, наибольшее количество светлых нефтепродуктов содержится в Каменноложской нефти. Так, содержание бензиновой фракции (62-180 оС) в ней составляет 22,18 мас.%, керосиновой фракции (140-280 оС) - 26,70 мас.% и дизельной (200-360 оС) - 29,11 мас.%. Количество бензиновых фракций в Западно-сибирской нефти находится на уровне 16,04 мас.%, керосиновых - 22,70 мас.%, а дизельных - 27,04 мас.%.
Суммарная масса масляных фракций, выкипающих при 385445 оС и 420-495 оС, больше в Западно-сибирской нефти, чем в Камен-ноложской (см. табл. 1). Так, содержание фракции 385-445 оС в Западно-сибирской нефти равно 8,41 мас.%, а в Каменноложской -5,37 мас.%, а фракции 420-495 оС соответственно - 16,40 и 15,19 мас.%.
При увеличении в смеси доли Каменноложской нефти от 10 до 40 мас.% выход бензиновой фракции (62-180 оС) практически не изменяется по отношению к рассчитанному по потенциальному содержанию при перегонке исходных нефтей. Количество фракции 140-280 оС при введении в смесь от 10 до 30 мас.% Каменноложской нефти несколько меньше (на 0,4-0,6 мас.%), а при ее содержании в смеси 40 мас.% практически равно рассчитанному. Выход дизельной фракции (200-360 оС) снижается с увеличением доли Каменноложской нефти до 20-30 мас.% на 0,5-
G,55 мас.%, а при ее введении в смесь до 4G мас.% возрастает на G,5 мас.%. В целом выход светлых нефтепродуктов, выкипающих до температуры 36g оС возрастает на G,7 мас.% при содержании Каменноложской нефти в смеси, равном 40 мас.%. При меньшем ее количестве выход светлых нефтепродуктов из смеси нефтей меньше аддитивного.
Несколько иная картина наблюдается для масляных фракций, выкипающих при 385-445 и 420-495 оС (см. табл. 1). В этом случае большие выходы масляных фракций (на 1,5-2 мас.% суммарно по фракциям) имеют место при содержании в смеси 20-30 мас.% Камен-ноложской нефти.
Исследование физико-химических свойств полученных масляных фракций показало, что фракции, полученные из Западносибирской нефти, имеют несколько меньшую плотность, по сравнению с масляными фракциями, полученными из Каменноложской нефти (табл. 2). Вязкость фракции 385-420 оС из Западно-сибирской нефти выше, а индекс вязкости меньше по сравнению с той же фракцией Ка-менноложской нефти. Для фракции 42G-495 оС наблюдается обратная картина (см. табл. 2).
Физико-химические характеристики масляных фракций, получаемых при разгонке смесей нефтей, слабо отличаются от рассчитанных характеристик (см. табл. 2). В целом с увеличением доли Каменноложской нефти в смеси с Западно-сибирской плотность, вязкость при 40 и 100 оС масляных фракций с пределами выкипания 385-445 оС уменьшаются. В случае фракции 42G-495 оС с повышением содержания Каменнолож-ской нефти в сырье плотность снижается, а вязкость возрастает.
Анализ результатов определения группового состава исследуемых масляных фракций (табл. 3 и 4) показал, что исследованные масляные фракции, полученные из Каменноложской нефти, содержат больше парафинонафтеновых углеводородов и меньше ароматических. Так, например, во фракции 385-445оС (см. табл. 3), полученной из Западно-сибирской нефти, содержание парафинонафтеновых углеводородов составляет 56,8 мас.%, моноциклической ароматики - 7,0 мас.%, бициклической ароматики - 5,4 мас.%, полициклической ароматики -27,8 мас.% и смол - 2,8 мас.%, а в той же фракции, полученной из Ка-менноложской нефти, содержание парафинонафтеновых углеводородов - 66,3 мас.%, моноциклической ароматики - 4,6 мас.%, бициклической ароматики - 4,0 мас.%, полициклической ароматики - 21,8 мас.% и смол - 3,0 мас.%.
149
Выход светлых и масляных фракций из Западно-сибирской и Каменноложской нефтей и их смесей
Пределы выкипания, °С Выход фракций (мас.%) при соотношении Западно-сибирской и Каменноложской нефтей, мас.%
100/0 90/10 80/20 70/30 60/40 0/100
Эксп. Эксп. Расчет. Эксп. Расчет. Эксп. Расчет. Эксп. Расчет. Эксп.
До 62 3,35 (3,67) 3,98 3,71 4,23 3,91 3,81 4,12 4,27 4,32 5,25 (5,80)
62-180 16,04 (16,18) 16,61 16,73 17,24 17,36 17,96 17,98 18,35 18,60 22,18 (22,50)
140-280 22,70 (22,99) 22,92 23,24 23,26 23,62 23,41 24,01 24,50 24,39 26,70 (26,70)
200-360 27,04 (27,81) 27,70 27,59 27,49 27,76 27,43 27,92 28,57 28,09 29,11 (29,03)
62-360 46,45 (46,21) 46,75 47,17 47,46 48,01 48,63 48,86 50,41 49,70 54,90 (54,59)
До 360 49,81 (49,88) 50,73 50,89 51,69 51,93 52,44 52,98 54,68 54,01 60,15 (60,39)
385-445 8,41 (8,77) 8,56 8,29 9,56 8,00 7,77 7,70 6,25 7,40 5,37 (5,86)
420-495 16,40 (14,82) 16,41 15,55 15,93 15,49 16,93 15,42 15,02 15,36 15,19(14,78)
385-495 24,81 (23,59) 24,97 23,84 25,49 23,48 24,70 23,12 21,27 22,76 20,56 (20,64)
Примечание. В скобках приведены данные параллельных измерений.
150
Физико-химические характеристики масляных фракций, получаемых из смеси Западно-сибирской и Каменноложской нефтей
Наименование показателя Характеристики масляной фракции при соотношении Западно-сибирской и Каменноложской нефтей, мас.%
100/0 90/10 80/20 70/30 60/40 0/100
Эксп. Эксп. Расчет. Эксп. Расчет. Эксп. Расчет. Эксп. Расчет. Эксп.
Фракция 385-445 °С
Плотность при температуре 50 °С, г/см3 0,8874 0,8846 0,8862 0,8851 0,8850 0,8824 0,8838 0,8824 0,8826 0,8754
Вязкость (мм2/с) при температуре: 40 °С 100 °С 34,14 5,25 30,32 4,87 33,68 5,22 32,62 5,16 33,24 5,18 31,06 4,95 32,8 5,15 32,42 5,15 32,38 5,12 30,09 4,94
Индекс вязкости 76 71 77 80 77 73 78 81 79 81
Фракция 420-495 °С
Плотность при температуре 50 °С, г/см3 0,8970 0,8963 0,8959 0,8955 0,8948 0,8936 0,8938 0,8922 0,8927 0,8863
Вязкость (мм2/с) при температуре: 40 °С 100 °С 57,25 7,06 56,72 7,02 57,36 7,07 57,42 7,06 57,46 7,07 56,12 7,00 57,57 7,08 58,68 7,14 57,67 7,09 58,31 7,13
Индекс вязкости 73 73 73 73 73 75 73 72 73 73
Групповой углеводородный состав масляных фракций 385-445 °С, получаемых из смеси Западно-сибирской и Каменноложской нефтей
Г руппа углеводородов Содержание углеводородных групп (мас.%) при соотношении Западно-сибирской и Каменноложской нефтей, мас.%
100/0 90/10 80/20 70/30 0/100
Эксп. Эксп. Расчет. Эксп. Расчет. Эксп. Расчет. Эксп.
Парафинонафтеновые 56,8 57,9 55,4 52,5 56,7 60,7 58,0 66,3
Легкая ароматика 7,0 5,2 6,5 9,2 6,4 6,9 6,3 4,6
Средняя ароматика 5,4 7,7 10,2 8,6 9,8 7,1 9,4 4,0
Тяжелая ароматика 27,8 25,5 25,6 28,5 24,9 23,7 24,2 21,8
Ароматические углеводороды суммарно 40,2 38,41 42,2 46,3 41,0 37,7 39,8 30,4
Смолы 2,8 3,6 2,3 1,0 2,2 1,5 2,1 3,0
Потери 0,2 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,3
Итого 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
152
Групповой углеводородный состав масляных фракций 420-495 °С, получаемых из смеси Западно-сибирской и Каменноложской нефтей
Г руппа углеводородов Содержание углеводородных групп (мас.%) при соотношении Западно-сибирской и Каменноложской нефтей, мас.%
100/0 90/10 80/20 70/30 0/100
Эксп. Эксп. Расчет. Эксп. Расчет. Эксп. Расчет. Эксп.
Парафинонафтеновые 46,2 52,4 47,7 50,5 49,1 48,3 50,6 62,6)
Легкая ароматика 10,8 15,8 14,5 13,3 13,5 14,3 12,5 6,6
Средняя ароматика 7,1 5,9 7,0 3,8 6,6 6,5 6,3 5,3
Тяжелая ароматика 32,8 24,8 28,6 30,7 28,4 26,9 28,3 24,6
Ароматические углеводороды суммарно 50,7 46,5 50,1 47,8 48,6 47,7 47,1 36,5
Смолы 2,9 1Д 1,8 1,6 1,9 3,9 2,0 0,9
Потери 0,2 0,0 0,4 0,1 0,4 0,1 0,4 0,0
Итого 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
Полученные данные по групповому углеводородному составу масляных фракций близки к рассчитанным (см. табл. 3 и 4). При увеличении доли Каменноложской нефти содержание парафинонафтеновых углеводородов в масляных фракциях (385-445 и 420-495 оС) возрастает, а ароматических снижается.
Таким образом, по результатам исследований можно заключить, что потенциальное содержание светлых нефтепродуктов больше в Каменноложской нефти, а масляных фракций больше в нефти Западной Сибири. Масляные фракции Каменноложской нефти по углеводородному составу отличаются большим содержанием парафинонафтеновых углеводородов и меньшим содержанием ароматических углеводородов, особенно полициклических, по сравнению с масляными дистиллятами Западно-сибирской нефти. Для увеличения выхода светлых нефтепродуктов (фракций, выкипающих до 360 оС) оптимальным массовым соотношением между Западно-сибирской и Каменноложской нефтями является (мас.%) соотношение 60/40. В этом случае выход светлых нефтепродуктов возрастает на 0,5-0,7 мас.% по отношению к потенциальному содержанию данных фракций в той и другой нефти. С точки зрения увеличения выхода масляных фракций более подходящими соотношениями между данными нефтями являются (мас.%) соотношения в интервале 80/20-70/30.
Список литературы
1. Технология переработки нефти. Ч.1. Первичная переработка нефти / под ред. О.Ф. Глаголевой, В.М. Капустина. М.: Химия: КолосС, 2005. 400 с.
2. Чернышова Е.А. Изменение дисперсного состояния системы при компаундировании нефтей // Наука и технология углеводородных дисперсных систем: материалы 1 Междунар симп. М., 1997.
3. А.с. 1049522 (СССР). 1983. Бюл. №39.
4. Туманян Б.П. Научные и прикладные аспекты теории нефтяных дисперсных систем. М.: Техника, 2000. 336 с.
5. Поверхностно-активные вещества в процессах переработки нефти / Т.П. Клокова, О.Ф. Глаголева, Н.К. Матвеева [и др.] // Химия и технология переработки масел. 1997. № 1. С. 20-21.
Получено 17.06.2009
