CC BY
142
УДК 665.6.001
Н. А. Пивоварова, Н. А. Клепова, Ю. А. Куранова, А. Т. Пивоваров*
Астраханский научно-исследовательский и проектный институт газа *Астраханский государственный технический университет
АКТИВАЦИЯ СЫРЬЯ ВАКУУМНОЙ ПЕРЕГОНКИ ВОЗДЕЙСТВИЕМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Разделение нефти на дистиллятные и остаточные фракции производится на установках атмосферной и атмосферно-вакуумной перегонки нефти (АТ и АВТ). Обычно на промышленных установках сумма отбираемых дистиллятных фракций (нк-350 °С) не соответствует значению потенциала светлых фракций нефти, выкипающих до 350 °С, и может быть меньше на 5-7 % мас. [1].
Проблема наиболее полного извлечения дистиллятных фракций при перегонке из нефтей является основной для технологов и до сих пор она решалась главным образом разработкой новых конструкций контактных устройств. В последнее время предложены высокоэффективные методы физико-химической технологии переработки нефтяных дисперсных систем (НДС) для интенсификации процессов атмосферно-вакуумной перегонки нефти, не требующие значительных затрат и существенной реконструкции действующих установок АТ и АВТ [2].
Исследователи школы З. И. Сюняева предложили использовать различные физико-химические приемы предварительной подготовки сырья (применение волновых технологий, введение добавок) для интенсификации процессов атмосферно-вакуумной перегонки нефти и регулирования фракционного состава нефтепродуктов. Воздействие добавок на внутреннюю структуру НДС приводит к изменению ее дисперсного состояния и высвобождению легкокипящих компонентов из связанного состояния в составе сложной структурной единицы (ССЕ) [2-4].
Так, например, в качестве эффективных и практически доступных добавок предложено использовать отработанные моторные масла, которые оказывают диспергирующее действие на сырье перегонки, а следовательно, способствуют углублению отбора дистиллятных фракций [4].
Сотрудниками Томского института химии нефти исследуется влияние волновых обработок на реологические, физико-химические свойства нефтей. Авторы работы [5] делают вывод, что при магнитном воздействии изменение реологических свойств нефтей определяется соотношением содержания бензольных и спиртобензольных смол. Следовательно, изменение реологических свойств нефти будет влиять на результаты её перегонки.
Целью настоящей работы является исследование влияния постоянного магнитного поля в динамических условиях на фракционный состав компаундов мазута Астраханского газоперерабатывающего завода (АГПЗ) с тяжелым нефтяным остатком (ТНО). Физико-химические характеристи-
ки мазута АГПЗ и компаундов представлены в табл. 1. Фракционный состав определяли вакуумной перегонкой на колбе Мановяна при остаточном давлении 0,3 мм рт. ст. [6]. Нефтепродукт подвергали воздействию постоянного магнитного поля с магнитной индукцией 0,225 Тл при линейной скорости потока нефтепродукта 0,008 м/с, температура обработки составляла 100 °С. Размер частиц дисперсной фазы определяли согласно методике [7, 8].
Таблица 1
Физико-химические характеристики мазута АГПЗ и компаундов
Показатели Содержание нефтяного остатка в мазуте АГПЗ, %
0 20 40 60 80
Вязкость условная при 80 °С, °ВУ 2,3 3,7 4,5 6,8 8,4
Зольность, % мас. 0,02 0,030 0,045 0,048 0,053
Массовая доля механических примесей, % 0,02 0,041 0,055 0,063 0,078
Массовая доля серы, % 1,87 1,92 2,00 2,04 2,07
Массовая доля воды, % Следы Следы Следы Следы Следы
Температура вспышки в открытом тигле, °С 177 222 228 231 237
Температура застывания, °С 28 27 25 28 29
Плотность при 20 °С, кг/м3 925 940 946 952 955
Коксуемость, % мас. 1,8 3,0 3,7 5,0 6,1
После магнитной обработки отмечали, что выход дистиллятных фракций, выкипающих при температуре до 400 °С, возрос на 3,1-6,4 % для компаундов мазута с содержанием тяжелого нефтяного остатка 20, 40, 60, 80 %; а глубина отбора фракции нк-450 °С для компаундов с содержанием тяжелого нефтяного остатка 40, 60, 80 % возросла на 2,1-4,1 % мас. (табл. 2).
Таблица 2
Результаты глубокой вакуумной перегонки остаточных нефтепродуктов
Выходы дистиллятов, % об. Содержание нефтяного остатка в компаунде мазута АГПЗ, %
Мазут АГПЗ | 20 | 40 | 60 | 80
Значения
До 350 °С 9,5 8,0 5,5 5,0 4,6 2,5 4,2 3,1 6,5 4,4
До 400 °С 39,2 39,0 23,1 20,0 15,2 8,8 11,5 6,2 13,4 10,1
До 450 °С 61,0 59,1 40,0 39,9 41,2 37,1 22,1 20,0 18,8 15,1
До 500 °С 70,1 69,9 60,0 56,1 51,0 50,1 37,8 37,5 28,7 25,8
Примечание. 1, 3, 5, 7, 9 - с магнитной обработкой;
2, 4, 6, 8,1 0 - без магнитной обработки.
Графическая зависимость, представленная на рис. 1, отражает тенденцию: после воздействия магнитным полем уменьшается средний раз-
мер частиц дисперсной фазы и заметно возрастает средний выход дистиллятов при вакуумной перегонке компаундов мазута и ТНО.
г
а
§
со
:г
&
ф
§
га
а
С!
10
о
(1) о4
а ■
Содержание полугудрона в мазуте, % мас.
Рис. 1. Увеличение среднего выхода дистиллятов при разгонке компаундов под воздействием магнитного поля:
1 - диаметр частиц до воздействия магнитным полем, нм;
2 - диаметр частиц после воздействия магнитным полем, нм;
3 - увеличение среднего выхода дистиллятов, % мас.
Приведенные выше данные демонстрируют целесообразность включения блока магнитной обработки углеводородных остатков в промышленную схему установки вакуумной перегонки.
В качестве базовой принята типовая схема вакуумной перегонки мазута с однократной перегонкой [1], приведенная на рис. 2. Мазут (I) насосом 1 подается на установку вакуумной разгонки. Перед нагревом в печи 3 мазут подвергается воздействию магнитного поля в магнетизаторе 2, далее нагревается до 400-410 °С и направляется в вакуумную колонну 4. В колонне поддерживается остаточное давление 6,6 кПа. Для снижения температуры низа и облегчения условий испарения из гудрона легких компонентов в низ колонны подается водяной пар II.
Рис. 2. Принципиальная технологическая схема установки вакуумной перегонки мазута с блоком магнитной обработки
С верха колонны отводят водяной пар и газы разложения III, которые отсасываются многоступенчатым эжектором 5.
В вакуумной колонне предусмотрен отбор боковых потоков. Часть этих потоков после охлаждения возвращается в колонну в качестве циркуляционного орошения, предназначенного для съема избыточного тепла и улучшения условий ректификации. Остаток из вакуумной колонны -гудрон - откачивается с установки.
Влияние постоянного магнитного поля можно объяснить тем, что при наложении внешнего магнитного поля на компаунд происходит изменение размера ССЕ в результате перераспределения углеводородов между внешними слоями дисперсных частиц и дисперсионной средой. Часть углеводородов переходит из внешнего слоя в дисперсионную среду, увеличивая тем самым количество наиболее легких компонентов в нефтяной системе. Явление увеличения отбора дистиллятных фракций при разгонке остаточных нефтепродуктов, подверженных воздействию магнитного поля, также может быть объяснено увеличением количества парамагнитных центров, ростом мелкодисперсности системы.
Таким образом, воздействие постоянным магнитным полем на нефтяные остатки перед началом перегонки позволяет увеличить глубину отбора дистиллятов от сырья. Вовлечение новых методов подготовки углеводородного сырья позволяет также снижать энергозатраты процессов нефтепереработки. Так, при равном отборе дистиллятных фракций температура процесса перегонки может быть снижена на 2-30 °С в зависимости от содержания нефтяного остатка в компаунде, следовательно, уменьшатся энергозатраты на подогрев сырья в печи АТ.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Мановян А. К.. Технология первичной переработки нефти и природного газа: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд. - М.: Химия, 2001. - 568 с.
2. Сафиева Р. З. Физикохимия нефти. Физико-химические основы технологии переработки нефти. - М.: Химия,1998. - 448 с.
3. Володин Ю. А. Варианты углубления переработки нефти с помощью физикохимических воздействий: Автореф. дис. ... канд. техн. наук / РГУ им. И. М. Губкина. - М., 1999. - 24 с.
4. Кожевникова Ю. В. Рациональные пути подготовки нефтяных дисперсных систем - сырья атмосферно-вакуумной перегонки: Автореф. дис. . канд. техн. наук / РГУ им. И. М. Губкина. - М., 2000. - 23 с.
5. Структурно-реологические свойства нефтей в магнитном поле / Ю. В. Лоскутова, Д. Н. Малофеевский, Н. В. Юдина, Ф. Г. Унгер // Химия нефти и газа: Материалы конф. / Том. Ин-т химии нефти. - Томск, 2002. - С. 108.
6. Мановян А. К. Методика определения фракционного состава тяжелых нефтепродуктов. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2000. - 19 с.
7. Пивоварова Н. А., Туманян Б. П., Береговая Н. М. Определение параметров частиц дисперсной фазы в нефтяных системах колориметрическим методом. -Астрахань: Изд-во АГТУ, 2001. - 10 с.
Получено 29.07.04
RAW MATERIAL ACTIVATION OF VACUUM DISTILLATION BY MEANS OF THE MAGNETIC FIELD IMPACT
N. A. Pivovarova, N. A. Klepova, U. A. Kuranova, A. T. Pivovarov
Magnetic field impact on fractional composition of fuel oil compounds is investigated. Masout was taken from the Astrakhan Gas Processing Complex with a heavy oil residue. After magnetic treatment the outlet of distillate fractions boiling out at 400 °C increased to 3,1-6,4 % for fuel oil compounds with a heavy oil residue. The rise of selection of distillate fractions while the permanent petroleum products flashing subjected to the magnetic field impact can be explained by the greater amount of Steam Magnetized Centre, growth of the system’s fine dispersion & transition of a number of hydrocarbons from the external layer into the dispersion medium. It was determined that the constant magnetic field impact on oil residues before starting distillation allows to increase the selection depth of distillates from raw material.
