CC BY
43
УДК 665.775
Э. А. Галиуллин, В. Ф. Хайрутдинов, Р. З. Фахрутдинов, С. М. Кириченко, М. И. Фарахов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ НЕОКИСЛЕННЫХ БИТУМОВ
ИЗ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ МЕТОДОМ ТЕРМОПАРОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Ключевые слова: сверхвязкая тяжелая нефть, синтетическая нефть, битум, метод термопарового воздействия.
Разработана технология разделения сверхвязких тяжелых нефтей методом термопарового воздействия с получением синтетической нефти и тяжелого остатка, который можно использовать в качестве различных марок битумов, либо в качестве компонента товарных битумов. Для отработки данной технологии создана экспериментальная установка производительностью до 5 кг/час по сырью. Проведены экспериментальные исследования по термопаровому воздействию на тяжелую нефть с последующим разделением и анализом полученных тяжелых остатков.
Keywords: extra-heavy oil, synthetic oil, bitumen, method of thermosteam impact.
Technology of extra-heavy oils separation using method of thermosteam impact with obtaining synthetic oil and heavy residue, which can be used as various brands of bitumen, or as a component of trade bitumen, was developed. For testing this technology, the laboratory-scale plant with capacity up to 5 kg/h was constructed. Experimental studies of thermosteam impact on heavy oil with subsequent separation and analysis of the resulting products were done.
Введение
Характерной особенностью современной нефтедобычи является постепнное увеличение в мировой структуре сырьевых ресурсов доли труд-ноизвлекаемых запасов, к которым относятся тяжелые и сверхвысоковязкие нефти. Запасы таких нефтей значительно превышают запасы легких и маловязких нефтей и, по оценкам специалистов, они составляют не менее 1 трлн. т. [1].
На территории Российской Федерации основная часть ресурсов тяжелых нефтей и природных битумов приурочена к месторождениям Волго-Уральской, Тимано-Печорской и ЗападноСибирской нефтегазоносных провинций, их запасы по разным оценкам составляют от 30 до 75 млрд тонн. Вопрос их освоения особенно актуален сейчас, в связи со снижением в последнее время объемов запасов кондиционных нефтей [2].
Групповой состав тяжелых и сверхвысоко-вязких нефтей характеризуется низким содержанием парафиновых углеводородов и высоким содержанием смол и асфальтенов, [3] что делает их хорошим сырьем для получения битумов [4].
Перспективным направлением считается вовлечение в строительство дорожных покрытий неокисленных битумов [5, 6]. Это связано с особенностями коллоидного строения и группового состава таких битумов, обуславливающих их повышенные значения растяжимости, адгезии к минеральным материалам, используемым в дорожном строительстве, а также высокую устойчивость к процессам термоокислительного старения [7, 8].
Экспериментальная часть
Технология получения неокисленных битумов из высоковязких и битуминозных нефтей методом паротермического воздействия основана на интенсивной обработке подогретого сырья перегретым водяным паром с получением легкой синтетической нефти и тяжелого остатка.
Для отработки данной технологии была создана экспериментальная установка, представленная на рисунке 1 [9]. Сырьем установки могут выступать сверхвысоковязкая и битуминозная нефть, мазут, гудрон, кубовые остатки процессов нефтехимии и др.
Рис. 1 - Экспериментальная установка термпа-ровой обработки тяжелого нефтяного сырья
Исходное сырье из емкости 1 насосом 2 через подогреватель 5 подается в сепаратор с форсункой. Распыление происходит в форсунке перегретым водяным паром, вода для которого подается из емкости 3 насосом 4 через пароперегреватель 6. Температура пара достигает 450-500°С, что позволяет нагревать углеводороды до меньших температур (менее 300°С), что положительно сказывается на режимах работы подогревателя сырья 5. Далее в сепараторе 7 происходит разделение потока на не-испаряющуюся в данных условиях битумную фракцию и паровую фазу, направляемую в отгонную колонну 8 для разделения. Насадочная колонна 8 работает по принципу укрепляющей ректификационной колонны. Вверху колонны установлен парциальный дефлегматор 9 для обеспечения нисходящего по колонне потока флегмы. Дистиллят из колонны 8 представляет собой смесь легких углеводородов и воды. Снизу колонны отбирается широкая газойлевая фракция. Пары дистиллята конденсируются в холодильнике 9. Далее в жидкостном от-
стойнике 10 происходит разделение дистиллята на углеводородную фракцию и воду.
Результаты и их обсуждение
В рамках данной работы была проведена серия экспериментов по паротермическому воздействию на нефть Куакбашского и Ашальчинского месторождений с последующим анализом полученных остаточных продуктов.
В ходе исследований варьировались температура в смесителе и соотношение водяной пар : сырье для получения остатка, максимально приближенного по своим свойствам к битумам дорожного назначения.
Параметры проведения экспериментов представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры проведения экспериментов
Параметр Значение
Эксп. Эксп. Эксп. Эксп.
№1 №2 №3 №4
Тподогреватель 300 290 300 300
Тсмеситель 597 523 516 527
Т пар 650 620 610 630
Тверх.кол. 147 113 108 121
Тниз.кол. 209 186 114 109
Тбит 341 325 301 331
Соотношение 1,4 1,1 1,1 1,2
вод.пар : нефть
В ходе каждого эксперимента были получены синтетическая нефть и остаточный продут. Остаточные продукты были подвергнуты испытаниям на соответствие дорожным битумам по ГОСТ 22245-90 [10]. Полученные результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2 - Результаты испытаний остаточных продуктов
Показатель
№ образца Пенетра-цияед. Тхр. °С Дуктильность при 0°С, см КиШ, °С
25°С 0°С
1 40 7 -12 2,4 -
2 109 22 -15 29 -
3 114 29 -18 23,5 44
4 63 - -12 4 48
Как видно из данных табл.2, полученные остатки соответствуют основным показателям качества, предъявляемым к дорожным битумам марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130.
Заключение
На укрупненной лабораторной установке проведена серия экспериментов по получению не-окисленных битумов из тяжелых нефтей Куакбаш-ского и Ашальчинского месторождений методом паротермического воздействия. В процессе исследования было установлено что, в зависимости от условий проведения процесса, можно получить остаточные продукты с различными свойствами, приближенные к дорожным битумам марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130. отмечено, что ужесточение ведения процесса (повышение температуры перегретого водяного пара, подогрева исходного сырья и увеличение соотношения пар : сырье) приводит к получению более твердого остаточного продукта.
Литература
1. Д.Г. Антониади, А.А. Валуйский, А.Р. Гарушев, Нефтяное хозяйство, 1, 16 -23 (1999)
2. Д. А. Халикова, С. М. Петров, Н. Ю. Башкирцева. Вестник Казан.Технол.ун-та, 16, 3, 217-221 (2013)
3. В.В. Ан, Е.С. Козин, Ю. М. Полищук, И.Г. Ященко, Геология нефти и газа, 2, 49 - 51 (2000)
4. В.В. Фрязинов, Р.С. Ахметова, Химия, 8, 167-170 (1968)
5. Ш.Х. Аминов. Дисс. канд. техн. наук, Уфа, 2003, 165 с.
6. Т.М. Ризванов, Ю.А. Кутьин, Э.Г. Теляшев, Г.Н. Викторова, М.К. Нефтепереработка и нефтехимия (Уфа, Россия, 22 - 25 мая 2001), 71
7. Ю.А. Кутьин., И.Р. Хайрудинов., Г.Н. Викторова, Т. Г. Биктимирова. Научно-практическая конференция "Проблемы научно-технического обеспечения нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплек-са"(Уфа, Россия, 9-10 июня 1999), 54
8. Е. А. Емельянычева, А. И. Абдуллин, Вестник Ка-зан.Технол. ун-та, 16, 3, 198-204 (2013)
9. Пат. РФ 2371468 (2008)
10. ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия. - Введ. 1 января 1991 г. - 9 с.
© Э. А. Галиуллин - инженер КТС ООО "ИВЦ Инжехим", edward@ingehim.ru; В. Ф. Хайрутдинов - доц. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ, инж. КТС ООО "ИВЦ Инжехим", kvener@yandex.ru; Р. З. Фахрутдинов - проф. каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, frz07@mail.ru; С. М. Кириченко - инж. КТС ООО "ИВЦ Инжехим", kir-sm@inbox.ru; М. И. Фарахов - проф. каф. процессов и аппаратов химической технологии, директор ООО "ИВЦ Инжехим", ingehim@list.ru.
