Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЛИЯНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПРИСАДКИ К КОТЕЛЬНОМУ ТОПЛИВУ'

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЛИЯНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПРИСАДКИ К КОТЕЛЬНОМУ ТОПЛИВУ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
56
5
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАЗУТ / МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПРИСАДКА / ДЕЭМУЛЬГАТОР / СКОРОСТЬ КОРРОЗИИ / ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ / ВЯЗКОСТЬ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Зверева Эльвира Рафиковна, Плотникова Виктория Павловна, Сафина Гульшат Галлямутдиновн, Дударовская Ольга Геннадьевна, Шагеев Марат Фаридович

ЦЕЛЬ. На основе экспериментальных исследований оценить влияние многофункциональной присадки на коррозионную активность мазута, на реологические свойства и теплоту сгорания топлива, установить механизм процесса и предельно допустимую концентрацию присадки. МЕТОДЫ. Лабораторный эксперимент по исследованию коррозионной активности и скорости коррозии мазута М100 Нижнекамского НПЗ в присутствии деэмульгатора Дипроксамин-157 при температуре 80 0С; экспериментальные исследования влияния деэмульгатора на скорость и полноту обезвоживания мазута при температурах от 60-85 0С, исследования влияния Дипроксамина-157 на физико-химические и эксплуатационные характеристики мазута М 100. Для изучения свойств топочного мазута были определены: условная вязкость при температуре 70℃, 80℃, 90, температура застывания, низшая теплота сгорания рабочей массы топлива при концентрациях присадки от 0,1 до 1,0 % масс. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведенные исследования показывают, что деэмульгатор Дипроксамин-157 концентрации 0,5 %, проявляет достаточно высокую деэмульгирующую способность в разрушении водомазутной эмульсии (98%). Также были проведены исследования по изучению влияния температуры в широком диапазоне от 60-85 0С на степень обезвоживания мазута с деэмульгатором Дипроксамин-157. Поверхностная активность и деэмульгирующая способность неионогенного деэмульгатора Дипроксамин-157 наиболее полно проявляются при температуре 85 0С. Механизм отделения влаги в мазуте заключается во внедрении деэмульгатора в межфазовое пространство и в вытеснении присутствующих там природные поверхностно-активные вещества (асфальтены, нафтены, смолы, парафины), тем самым происходит изменение поверхностного натяжения и соответственно разрушаются образовавшиеся микроэмульсии. Были проведены исследования влияния Дипроксамина-157 на реологические характеристики мазута М 100. Улучшение текучести мазута при введении в них депрессоров можно объяснить, как поверхностным, так и объемным механизмом их действия. Изучение влияния присадки на теплоту сгорания топлива показало, что калорийность мазута не изменяется при добавлении в него присадки в количестве не более 0,5 % (масс.). ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основании теоретических, расчетных и экспериментальных данных показано, что Дипроксамин-157 может использоваться как многофункциональная присадка для разрушения стойких нефтяных эмульсий, и как следствие уменьшения скорости коррозии нефтяного и теплоэнергетического оборудования, так и для улучшения реологических свойств мазутов, что способствует повышению текучести топлива, при этом уменьшаются энергетические затраты на подогрев мазута и на перекачку его по трубопроводам. Изучен механизм влияния присадки на реологические свойства топочного мазута, в результате показано, что снижение температуры застывания и вязкости мазута объясняется поверхностным и объемным механизмом действия многофункциональной - деэмульгирующей и депрессорной присадки Дипроксамин-157. Определена предельно-допустимая концентрация многофункциональной присадки в мазуте - 0,5 масс. %.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Зверева Эльвира Рафиковна, Плотникова Виктория Павловна, Сафина Гульшат Галлямутдиновн, Дударовская Ольга Геннадьевна, Шагеев Марат Фаридович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STUDY OF THE MECHANISM OF INFLUENCE OF A MULTIFUNCTIONAL ADDITIVE TO BOILER FUEL

Аbstract: PURPOSE. On the basis of experimental studies, to evaluate the effect of a multifunctional additive on the corrosiveness of fuel oil, on the rheological properties and heat of combustion of fuel, to establish the mechanism of the process and the maximum permissible concentration of the additive. METHODS. Laboratory experiment to study the corrosiveness and corrosion rate of M100 fuel oil at the Nizhnekamsk refinery in the presence of a demulsifier Diproxamine-157 at a temperature of 80 ° C; experimental studies of the effect of a demulsifier on the rate and completeness of fuel oil dehydration at temperatures from 60-85 ° C, studies of the effect of Diproxamine-157 on the physicochemical and operational characteristics of fuel oil M 100. To study the properties of fuel oil, the relative viscosity was determined at a temperature of 70 ℃, 80 ℃ , 90, pour point, lower heat of combustion of the working mass of fuel at additive concentrations from 0.1 to 1.0% of the mass. RESULTS. The studies carried out show that the demulsifier Diproxamine-157 with a concentration of 0.5% exhibits a sufficiently high demulsifying ability in the destruction of water-oil emulsion (98%). Also, studies were carried out to study the effect of temperature in a wide range from 60-85 ° C on the degree of dehydration of fuel oil with a demulsifier Diproxamine-157. The surface activity and demulsibility of the nonionic demulsifier Diproxamine-157 are most fully manifested at a temperature of 85 ° C. The mechanism for separating moisture in fuel oil consists in introducing a demulsifier into the interphase space and in displacing the natural surfactants present there (asphaltenes, naphthenes, resins, paraffins), thereby changing the surface tension and, accordingly, destroying the formed microemulsions. Studies have been carried out on the effect of Diproxamine-157 on the rheological characteristics of fuel oil M 100. The improvement in the fluidity of fuel oil when depressants are introduced into them can be explained by both surface and volumetric mechanisms of their action. The study of the effect of the additive on the heat of combustion of the fuel showed that the calorific value of fuel oil does not change when the additive is added to it in an amount of no more than 0.5% (wt.). CONCLUSIONS. Based on theoretical, calculated and experimental data, it was shown that Diproxamine-157 can be used as a multifunctional additive for the destruction of persistent oil emulsions, and as a consequence of a decrease in the corrosion rate of oil and heat power equipment, and to improve the rheological properties of fuel oils, which contributes to an increase in fuel fluidity. , at the same time, energy costs for heating fuel oil and for pumping it through pipelines are reduced. The mechanism of the effect of the additive on the rheological properties of fuel oil has been studied, as a result, it has been shown that the decrease in the pour point and viscosity of fuel oil is explained by the surface and volumetric mechanism of action of the multifunctional demulsifying and depressant additives Diproxamine-157. The maximum permissible concentration of a multifunctional additive in fuel oil has been determined - 0,5 wt. %.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЛИЯНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПРИСАДКИ К КОТЕЛЬНОМУ ТОПЛИВУ»

© Э.Р. Зверева, В.П. Плотникова, Г.Г. Сафина, О.Г. Дударовская, М.Ф. Шагеев, и др. УДК 628.162.5

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЛИЯНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПРИСАДКИ К КОТЕЛЬНОМУ ТОПЛИВУ

Э.Р. Зверева1, В.П. Плотникова2, Г.Г. Сафина1, О.Г. Дударовская1, М.Ф. Шагеев1, Л.О. Зверев3, С.Р. Романов4, А.И. Назаров1

1 Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия 2 ПАО «ТГК-1», г. Санкт-Петербург, Россия 3 Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, Высшая школа технологий и энергетики, г. Санкт-Петербург, Россия 4Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия

6еЫгав@11$1. ги

Резюме: ЦЕЛЬ. На основе экспериментальных исследований оценить влияние многофункциональной присадки на коррозионную активность мазута, на реологические свойства и теплоту сгорания топлива, установить механизм процесса и предельно допустимую концентрацию присадки. МЕТОДЫ. Лабораторный эксперимент по исследованию коррозионной активности и скорости коррозии мазута М100 Нижнекамского НПЗ в присутствии деэмульгатора Дипроксамин-157 при температуре 80 0С; экспериментальные исследования влияния деэмульгатора на скорость и полноту обезвоживания мазута при температурах от 60-85 °С, исследования влияния Дипроксамина-157 на физико-химические и эксплуатационные характеристики мазута М100. Для изучения свойств топочного мазута были определены: условная вязкость при температуре 70°С, 80°С, 90, температура застывания, низшая теплота сгорания рабочей массы топлива при концентрациях присадки от 0,1 до 1,0 % масс. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведенные исследования показывают, что деэмульгатор Дипроксамин-157 концентрации 0,5 %, проявляет достаточно высокую деэмульгирующую способность в разрушении водомазутной эмульсии (98%). Также были проведены исследования по изучению влияния температуры в широком диапазоне от 60-85 0С на степень обезвоживания мазута с деэмульгатором Дипроксамин-157. Поверхностная активность и деэмульгирующая способность неионогенного деэмульгатора Дипроксамин-157 наиболее полно проявляются при температуре 85 0С. Механизм отделения влаги в мазуте заключается во внедрении деэмульгатора в межфазовое пространство и в вытеснении присутствующих там природные поверхностно-активные вещества (асфальтены, нафтены, смолы, парафины), тем самым происходит изменение поверхностного натяжения и соответственно разрушаются образовавшиеся микроэмульсии. Были проведены исследования влияния Дипроксамина-157 на реологические характеристики мазута М100. Улучшение текучести мазута при введении в них депрессоров можно объяснить, как поверхностным, так и объемным механизмом их действия. Изучение влияния присадки на теплоту сгорания топлива показало, что калорийность мазута не изменяется при добавлении в него присадки в количестве не более 0,5 % (масс.). ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основании теоретических, расчетных и экспериментальных данных показано, что Дипроксамин-157 может использоваться как многофункциональная присадка для разрушения стойких нефтяных эмульсий, и как следствие уменьшения скорости коррозии нефтяного и теплоэнергетического оборудования, так и для улучшения реологических свойств мазутов, что способствует повышению текучести топлива, при этом уменьшаются энергетические затраты на подогрев мазута и на перекачку его по трубопроводам. Изучен механизм влияния присадки на реологические свойства топочного мазута, в результате показано, что снижение температуры застывания и вязкости мазута объясняется поверхностным и объемным механизмом действия многофункциональной - деэмульгирующей и депрессорной присадки Дипроксамин-157. Определена предельно-допустимая концентрация многофункциональной присадки в мазуте - 0,5 масс. %.

Ключевые слова: мазут; многофункциональная присадка; деэмульгатор; скорость коррозии; теплота сгорания; вязкость.

STUDY OF THE MECHANISM OF INFLUENCE OF A MULTIFUNCTIONAL ADDITIVE TO BOILER FUEL

ER. Zvereva1, VP. Plotnikova2, GG. Safina1, OG. Dudarovskaya1, MF. Shageev1, LO. Zverev3, SR. Romanov4, AI. Nazarov1

1Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia 2PJSC «TGK-1», St. Petersburg, Russia 3St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design, Higher School of Technology and Energy, St. Petersburg, Russia 4Kazan (Volga Region) Federal University, Kazan, Russia 6elvira6@list. ru

Abstract: PURPOSE. On the basis of experimental studies, to evaluate the effect of a multifunctional additive on the corrosiveness of fuel oil, on the rheological properties and heat of combustion of fuel, to establish the mechanism of the process and the maximum permissible concentration of the additive. METHODS. Laboratory experiment to study the corrosiveness and corrosion rate of M100 fuel oil at the Nizhnekamsk refinery in the presence of a demulsifier Diproxamine-157 at a temperature of 80 ° C; experimental studies of the effect of a demulsifier on the rate and completeness of fuel oil dehydration at temperatures from 60-85 ° C, studies of the effect of Diproxamine-157 on the physicochemical and operational characteristics of fuel oil M 100. To study the properties of fuel oil, the relative viscosity was determined at a temperature of 70 °C, 80 °C , 90, pour point, lower heat of combustion of the working mass of fuel at additive concentrations from 0.1 to 1.0% of the mass. RESULTS. The studies carried out show that the demulsifier Diproxamine-157 with a concentration of 0.5% exhibits a sufficiently high demulsifying ability in the destruction of water-oil emulsion (98%). Also, studies were carried out to study the effect of temperature in a wide range from 60-85 ° C on the degree of dehydration of fuel oil with a demulsifier Diproxamine-157. The surface activity and demulsibility of the nonionic demulsifier Diproxamine-157 are most fully manifested at a temperature of 85 ° C. The mechanism for separating moisture in fuel oil consists in introducing a demulsifier into the interphase space and in displacing the natural surfactants present there (asphaltenes, naphthenes, resins, paraffins), thereby changing the surface tension and, accordingly, destroying the formed microemulsions. Studies have been carried out on the effect of Diproxamine-157 on the rheological characteristics of fuel oil M 100. The improvement in the fluidity of fuel oil when depressants are introduced into them can be explained by both surface and volumetric mechanisms of their action. The study of the effect of the additive on the heat of combustion of the fuel showed that the calorific value of fuel oil does not change when the additive is added to it in an amount of no more than 0.5% (wt.). CONCLUSIONS. Based on theoretical, calculated and experimental data, it was shown that Diproxamine-157 can be used as a multifunctional additive for the destruction ofpersistent oil emulsions, and as a consequence of a decrease in the corrosion rate of oil and heat power equipment, and to improve the rheological properties offuel oils, which contributes to an increase in fuel fluidity. , at the same time, energy costs for heating fuel oil and for pumping it through pipelines are reduced. The mechanism of the effect of the additive on the rheological properties of fuel oil has been studied, as a result, it has been shown that the decrease in the pour point and viscosity offuel oil is explained by the surface and volumetric mechanism of action of the multifunctional demulsifying and depressant additives Diproxamine-157. The maximum permissible concentration of a multifunctional additive in fuel oil has been determined -0,5 wt. %>.

Keywords: fuel oil; multifunctional additive; demulsifier; corrosion rate; heat of combustion; viscosity.

Введение

Качество топочного мазута оказывает существенное влияние на условия его транспортировки, хранения и сжигания, на объем выбросов вредных веществ в атмосферу, а также на работу основного и вспомогательного оборудования тепловых электростанций. Потребление высокосернистых вязких мазутов в качестве котельных топлив приводит к выбросу больших количеств вредных веществ в атмосферу. При использовании высокосернистого топлива, повышается точка росы уходящих газов, образуются серная и

сернистая кислоты, способствующие низкотемпературной коррозии оборудования, и, как следствие, к частым ремонтам и замене хвостовых частей котельных агрегатов. Для снижения коррозионного разрушения металла применяют следующие способы: используют малосернистое топливо; минимальные избытки воздуха и поддерживают температуру стенки выше точки росы серной кислоты [1]. Нефть и мазут являются также носителями коррозийных агентов (вода и кислород), свыше 70% отказов оборудования происходят по причине коррозионных повреждений. Поэтому срок службы нефтяного оборудования и теплоэнергетического оборудования в значительной мере определяется эффективностью его антикоррозийной защиты [2-3].

Один из способов повышения эффективности использования топлива связан с добавлением специальных веществ, улучшающих его эксплуатационные свойства -присадок, улучшающих антикоррозионные, депрессорные, вязкостные и антиокислительные свойства. Применение присадок основано на связывании агрессивных агентов, содержащихся в мазуте, с переводом их в неагрессивные и не дающие отложений соединения.

Для предотвращения коррозии теплоэнергетического оборудования, широко применяются добавки на основе магния, кальция и марганца (группа присадок ВНИИНП, присадка ВТИ-4ст, минеральная присадка на алюмосиликатной основе, Pгotea Coгonata M-29 и другие) [4-5].

Для удаления из нефти и нефтепродуктов растворенной воды, являющейся причиной коррозионного износа оборудования, используются в основном химические методы. В основе этих методов обезвоживания лежат химические реакции, протекающие между содержащейся в углеводородах водой и вводимым в них химическим реагентом, который, вступая в реакцию с водой, взаимодействует с кислородом воды, образуя нерастворимое в углеводородной фазе соединение.

Физико-химические методы обезвоживания основываются на способности некоторых веществ, являющихся адсорбентами (силикагель, алюмогель, цеолиты и др.), связывать молекулы воды, находящейся в углеводородной фазе в эмульгированном и растворенном состоянии. Поглощающая способность адсорбентов, по мере насыщения водой снижается и требуется их замена или регенерация. Для восстановления свойств адсорбентов применяется осушка в токе горячего воздуха, высокотемпературный нагрев или промывка растворителем, или сочетание этих методов [6-7].

К физико-механическим методам относят методы разделения эмульсий в силовых полях естественным путем: в центробежном поле - разделение в центрифугах-сепараторах и гидроциклонах, в электрическом поле - электрокоагуляция, в гравитационном поле -отстаивание; или же с применением таких мероприятий, которые способствовали бы механическому разрушению защитных пленок [8].

В нефтяной промышленности для расслоения подготовленной водонефтяной эмульсий, как правило, используется емкостную аппаратуру. В качестве емкостной аппаратуры периодического действия, как правило, применяются резервуары, при заполнении которых водонефтяной эмульсией происходит осаждение подтоварной воды. В аппаратах непрерывного действия, представляющих собой, как правило, горизонтальные стальные отстойники нефти, подтоварная вода отделяется при непрерывном поступлении эмульсии в него.

Движение водонефтяной смеси в зависимости от выбранного аппарата, может, осуществляется горизонтально или вертикально и зависит от конструкции отстойника и расположения распределительных устройств. Наибольшее распространение в нефтяной промышленности получили цилиндрические отстойники в виде горизонтальных сосудов объемами до 200 м3. Для повышения эффективности работы данных аппаратов используют внутренние интенсифицирующие устройства.

Производительность аппаратов объемом 200 м3 для отстоя водонефтяной эмульсии на ступенях обезвоживания может достигать 400 т/ч.

Скорость процесса осаждения описывается предельной скоростью, которая в режиме Стокса определяется по формуле

у =Рв °0

'ос

■V „Л

1 - Рн . Рв

где р рн , - плотность капли воды и нефти (нефтепродукта), кг/м3; Б0 - диаметр капли, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; р. н - динамическая вязкость нефти (нефтепродукта) (Пах).

Одним из распространенных методов обезвоживания нефти является разрушение эмульсий с применением деэмульгаторов [6, 9].

Наибольшее распространение для разделения водонефтяных эмульсий получили деэмульгаторы, действие которых направлено на разрушение защитных или бронирующих слоев на каплях эмульгированной воды. Такая активность обусловлена химическим строением деэмульгатора как поверхностно-активного вещества (ПАВ), одна часть молекулы, которого имеет сродство к углеводородам (гидрофобная), а другая к воде (гидрофильная).

Под эффективностью деэмульгатора Д понимают его способность к деэмульгации, представляющую отношение массового или объемного количества товарной нефти С (мазута) к массовой или объемной части деэмульгатора д, т.е.:

Д = с/q . (2)

Способность к деэмульгации для современных реагентов может составлять более 100000.

Материалы и методы

Одним из перспективных деэмульгаторов для нефтяной промышленности является Дипроксамин-157 - продукт взаимодействии этилендиамина с окисью пропилена, далее - с окисью этилена и последующим оксипропилированием полученного полимера.

По внешнему виду представляет собой прозрачную вязкую жидкость от желтого до коричневого цвета. Массовая доля азота, %, в пределах 0,50 - 0,55. Водородный показатель (рН) водной эмульсии с массовой долей Дипроксамина-157, 5%, не выше составляет 12. Массовая доля золы, %, не более 0,5 (ТУ 6-14-614-76, изм. 1 - 6).

Плотность - 1,0286 г/см3. Он плохо растворяется в воде, хорошо растворим в ароматических углеводородах и в нефти. Имеет низкую температуру застывания (-380С).

Дипроксамин-157 относят к неионогенным деэмульгаторам, не образующим ионов в водных средах. В нефтяной промышленности активно применяются неионогенные реагенты для обезвоживания эмульсий, это связано с малым влиянием на них содержащихся в эмульсии водорастворимых солей и кислотно-щелочных характеристик среды.

На обезвоживающих и обессоливающих установках как правило используют 1-2 %-ный раствор деэмульгатора. Однако, в зависимости от условий применения, для разрушения обводненных эмульсий, можно применять растворы и других концентраций, включая 100 %-ные деэмульгаторы.

Дипроксамин 157 был испытан в качестве присадки на высокосернистом топочном мазуте марки М100 Нижнекамского НПЗ, который используется на КТЭЦ-1 в качестве аварийного и резервного топлива. Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 10585-99 «Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия». Структурно-групповой состав топочного мазута М100 Нижнекамского НПЗ представлен в основном парафиновыми (49 %), ароматическими (42 %) и нафтеновыми углеводородами (8 %).

Результаты

В данной работе были проведены исследования скорости коррозии мазута М100 Нижнекамского НПЗ в присутствии деэмульгатора Дипроксамин-157 при температуре 80 0С (рис.1).

Определение коррозионной активности топлива проводилось гравиметрическим методом по ГОСТ 18598-73. Средняя скорость коррозии рассчитывалась по убыли массы образца, пластинки из стали марки Ст20 в зависимости от времени [10]:

w=, (3)

1000•Бт

где Ж - скорость коррозии, г/м2-ч; Ш\ - масса образца до испытания, г; т2 - масса образца после испытания, г; Б - площадь поверхности образца, см2; т - продолжительность опыта, ч.

В результате связывания эмульсионной воды Дипроксамином-157 (до 90%), понижается скорость коррозии нефтяного и теплоэнергетического оборудования более чем на 40 %, по сравнению с использованием «чистого» мазута.

Результаты экспериментальных исследований влияния деэмульгатора на скорость и полноту обезвоживания мазута при различных температурах представлены на рисунках 2-3.

Исследования проводились в интервале температур от 60 до 850С. при концентрации Дипроксамина-157 - 0,5 % (масс.).

Объектами исследования являлись искусственные водомазутной эмульсии 10 процентной обводненности, полученные с использованием проб мазута М100 и дистиллированной воды. Для приготовления стабильной водомазутной эмульсии в делительную воронку наливали 200 см3 мазута М100 Нижнекамского НПЗ, заданное количество деэмульгатора (с помощью микродозатора), и дистиллированной воды при температуре 70 °С.

Рис.1. Зависимость скорости коррозии мазута от Fig. 1. The dependence of the corrosion rate of fuel концентрации присадки Дипроксамин-157 при oil on the concentration of the additive Diproxamine-температуре 800С. 157 at a temperature of800C.

Объем раствора деэмульгатора, дозируемого в навеску эмульсии, вычисляется по формуле:

m (100-Тср) 1000

Гд 1000 Qp' (4)

где т - навеска эмульсии, мл; Жср - исходная средняя обводненность эмульсии, %; Qp -заданная дозировка деэмульгатора, г/т.

Затем смесь перемешивали в течение 7 минут. Скорость вращения мешалки 600 об/мин. Полученную водомазутную эмульсию помещали в термостат при температурах 60, 65, 70, 75, 80, 850С. Затем через каждые 30 мин измеряли объем выделившейся воды.

Результаты экспериментальных исследований влияния деэмульгаторов на скорость и полноту обезвоживания мазута при различных температурах представлены на рисунках 2-3.

Рис.2. Зависимость доли отделившейся влаги ш, Fig. 2. Dependence of the fraction of .separated % от времени отстаивания т, мин при moisture т, % of the .settling time t, min at a температуре 800С. temperature of800C.

100 90 I 80 70 60 50 40 30 20 10

0 I— 60

Рис.3. Зависимость доли отделившейся влаги ш, Fig. 3. Dependence of the fraction of separated % от температуры Т, 0С moisture а, % on the temperature T, 0С

Приведенные на рисунках 2-3 данные показывают, что деэмульгатор Дипроксамин-157 концентрации 0,5 %масс., проявляет достаточно высокую деэмульгирующую способность в разрушении водомазутной эмульсии. При температуре

80 0С через 3 часа

доля отделившейся влаги составила 85 %; через 24 часа доля отделившейся влаги при той же температуре составила 98 %.

Также были проведены исследования по изучению влияния температуры в широком диапазоне от

60-85 0С на степень обезвоживания мазута с деэмульгатором Дипроксамин-157. Через 180 минут максимальная степень обезвоживания составила 98 % при температуре 85 0С. Поверхностная активность и деэмульгирующая способность неионогенного деэмульгатора Дипроксамин-157 наиболее полно проявляются при температуре 85 0С.

Механизм отделения влаги в мазуте заключается во внедрении деэмульгатора в межфазовое пространство и в вытеснении присутствующих там природные поверхностно-активные вещества (асфальтены, нафтены, смолы, парафины), тем самым происходит изменение поверхностного натяжения и соответственно разрушаются образовавшиеся микроэмульсии.

Адсорбируясь на коллоидных или грубодисперсных частицах природных эмульгаторов, молекулы деэмульгаторов изменяют их смачиваемость, что переводит эти частицы с границы раздела в объем водной или нефтяной фазы, занимают их место на границе раздела фаз. Поверхностное натяжение при этом понижается. Образующиеся адсорбционные слои из молекул деэмульгатора практически не обладают заметными структурно-механическими свойствами, что способствует быстрой коалесценции капель воды с такими оболочками при их столкновениях друг с другом. После разрушения эмульсии, площадь поверхности раздела фаз сокращается на несколько порядков, и избыточные молекулы поверхностно-активных веществ перераспределяются в объеме нефти (мазута) [11-13].

Для наиболее эффективной деэмульсации необходимо использовать комплекс мер, среди которых и использование деэмульгаторов, и нагревание (с применением подогревателей различных типов), и отстаивание (в специальных отстойниках или ёмкостях промежуточного хранения), воздействие электрических/электростатических полей, импульсные воздействия, фильтрация через специальные пористые материалы.

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования зависимости скорости коррозии технологического оборудования от концентрации деэмульгатора в мазуте показали необходимость использования деэмульгирующей присадки, являющейся ингибитором коррозии.

Были проведены исследования влияния Дипроксамина-157 на физико-химические и эксплуатационные характеристики мазута М 100. Для изучения свойств топочного мазута были определены условная вязкость при температуре 70°С, 80°С, 90°С (рис. 4), температура застывания (рис. 5), низшая теплота сгорания рабочей массы топлива (рис. 6). Концентрация Дипроксамина-157 варьировалась от 0,1 до 1,0 % масс.

Определение условной вязкости мазута проводилось в вискозиметре ВУ-М-ПХП, согласно ГОСТ 6258-85.

65 70 75 80 85

Вязкость. 3ВУ 14

Рис. 4. Зависимость условной вязкости мазута от Fig. 4. Dependence of the conditional viscosity of

концентрации присадки Дипроксамин-157 при fuel oil on the concentration of the additive

различных температурах Diproxamine-157 at different temperatures

T.°C

Рис. 5. Зависимость температуры застывания мазута от концентрации присадки Дипроксамин-157

Fig. 5. Dependence of the solidification temperature of fuel oil on the concentration of the additive Diproxamine-157

Согласно полученным экспериментальным данным соединения присадки сорбируются на поверхности зарождающихся кристаллов парафиновых углеводородов и препятствуют их росту и ассоциации [1, 14], тем самым оказывая положительное действие на реологические свойства мазута: снижается вязкость и температура застывания. В связи с этим уменьшаются энергетические затраты на подогрев мазута и на перекачку его по трубопроводам.

Улучшение текучести мазута при введении в них депрессоров можно объяснить, как поверхностным, так и объемным механизмом их действия.

Поверхностное действие проявляется в том, что молекулы присадки, имеющие длинные алкильные радикалы, встраиваются в растущие кристаллы парафиновых углеводородов, начиная со стадии зародышеобразования. При этом полярные функциональные группы присадки ориентируются в дисперсионную среду и тормозят встраивание парафиновых углеводородов в растущую структуру, что ограничивает ее рост [15-16].

В результате объемного действия молекулы депрессорной присадки, за счет высокой полярности функциональных групп, формируют собственные ассоциаты и мицеллы при температурах более высоких, чем температура ассоциатообразования молекул нормальных парафинов. Такие мицеллы содержат полярные группы внутри ассоциата, а алифатические радикалы направлены в дисперсионную среду. Это способствует сольватации мицелл

молекулами нормальных парафиновых углеводородов и созданию аморфизированных структур. Их кристаллизация в охлажденных нефтяных дисперсных системах носит локализованный характер, и при конденсации образуются крупные, слабо связанные друг с другом дендриты. Таким образом, участие подобных сольватированных структур в образовании сплошных пространственных сеток в растворе начинается при более низких температурах [17-18].

МДж'кг

Рис. 6. Зависимость теплоты сгорания мазута от Fig. 6. The dependence of the heat of combustion of концентрации присадки fuel oil on the concentration of the additive

Дипроксамин-157 Diproxamine-157

Следует отметить, что при сжигании мазута с Дипроксамином-157 в количестве 0,1 -1,0 масс. % в калориметрической бомбе теплота сгорания уменьшается (рис.6). Однако, учитывая, что допустимое расхождение по ГОСТ 21261-91 между параллельными опытами составляет 130 кДж/кг (31 ккал/кг), то можно сделать вывод, что калорийность мазута не изменяется при добавлении в него присадки в количестве не более 0,5 % (масс.). Следовательно, предельно-допустимая концентрация многофункциональной присадки в мазуте - 0,5 масс. %.

Выводы

На основании теоретических, расчетных и экспериментальных данных показано, что Дипроксамин-157 может использоваться как многофункциональная присадка для разрушения стойких нефтяных эмульсий, и как следствие уменьшения скорости коррозии нефтяного и теплоэнергетического оборудования, так и для улучшения реологических свойств мазутов, что способствует повышению текучести топлива, при этом уменьшаются энергетические затраты на подогрев мазута и на перекачку его по трубопроводам. Изучен механизм влияния присадки на реологические свойства топочного мазута, в результате показано, что снижение температуры застывания и вязкости мазута объясняется поверхностным и объемным механизмом действия многофункциональной -деэмульгирующей и депрессорной присадки Дипроксамин-157. Определена предельно-допустимая концентрация многофункциональной присадки в мазуте - 0,5 масс. %.

Литература

1. Зверева Э.Р., Дмитриев А.В., Шагеев М.Ф., и др. Результаты промышленных испытаний карбонатной присадки к мазуту // Теплоэнергетика. 2017. № 8. С. 50-56.

2. Баубек А.А., Грибков А.М., Жумагулов М.Г., и др. Исследование водо-мазутной эмульсии при использовании диспергатора волновой обработки // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. № 1. С. 68-79.

3. Yan Ch., Jin Yu., Levtsev A. The loop with pulse circulation of oil for fuel oil heating // Bulletin of Science and Practice. 2018. V. 4. № 10. pp. 261-272.

4. Данилов А.М. Новый взгляд на присадки к топливам (обзор) // Нефтехимия. 2020. Т. 60. № 2. С. 163-171

5. Семихина, Л.П., Семихин Д.В., Перекупка А.Г. Подбор деэмульгаторов с учетом температурного режима подготовки нефти // Нефтяное хозяйство. 2003. № 9. С. 25-27.

6. Сладовская О.Ю., Отажонов С.И., Галина Л.А., и др. Современные реагенты-деэмульгаторы для разрушения водонефтяных эмульсий // Вестник технологического университета. 2018. Т.21. №2. С. 49 -53

7. Moran K., Czarnecki J. Competitive adsorption of sodium naphthenates and naturally occurring species at water-in-crude oil emulsion droplet surfaces // Colloidsand Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2007. V. 292. pp. 87-98.

8. Simanzhenkov V., Raphael ldem. Crude Oil Chemistry // Marcel Dekker, Inc. 2003. V. 410. pp. 135-140.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9. Pavlova A., Ivanova R. Determination of petroleum hydrocarbons and polycyclic aromatic hydrocarbons in sludge from wastewater treatment basins //Journal of Environmental Monitoring. 2003. V. 5. №. 2. pp. 319-323.

10. Дремичева Е.С., Зверева Э.Р. Изучение коррозионных процессов нефтяного оборудования // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. Т. 20. № 1-2. С. 138-143.

11. Гладий Е.А., Кемалов А.Ф., Гайнуллин В.И. и др. Оценка эффективности широкого применения реагентов-деэмульгаторов для обезвоживания нефти термохимическим способом // Экспозиция нефть газ. 2015. № 5. С. 18-20.

12. Зверева Э.Р., Хабибуллина Р.В., Макарова А.О., и др. Изменение реологических свойств тяжелого котельного топлива при добавлении углеродных нанотрубок и обезвоженного карбонатного шлама // Нефтехимия. 2019. Т. 59. № 1. С. 98-103.

13. Бажайкин С.Г., Жедь В.Н., Тухватуллина А.Р., и др. О некоторых аспектах влияния депрессорных присадок на реологические свойства нефти // Нефтяное хозяйство. 2021. № 1. С. 82-86.

14. Шайхиев И.Г., Галиханов М.Ф., Дряхлов В.О., и др. Влияние деэмульгатора и параметров обработки коронным разрядом полисульфонамидных мембран на разделение водонефтяных эмульсий // Вода: химия и экология. 2019. № 1-2 (118). С. 77-82.

15. Дерюгина О.П., Скворцова Е.Н. Выбор деэмульгаторов для транспорта и подготовки нефти кондинского месторождения // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2019. № 6. С. 96-102.

16. Мирзаахмедова М.А., Хамраев С.С., Алимов А.А. Технология получения неиногенного деэмульгатора водонефтяных эмульсий // Технологии нефти и газа. 2016. № 3 (104). С. 16-18.

17. Карпенко И.Н., Коновалов В.В., Титкова М.С. Исследование взаимосвязи критической концентрации мицеллообразования и эффективности действия деэмульгаторов // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2016. № 3 (51). С. 123-129.

18. Вахитова Р.И., Сарачева Д.А., Киямов И.К., и др. Разрушение устойчивых эмульсий с применением нанодиспергированных фуллеренов // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2020. Т. 63. № 4. С. 74-80.

Авторы публикации

Зверева Эльвира Рафиковна - д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры «Технологии в энергетике и нефтегазопереработке», Казанский государственный энергетический университет, e-mail: 6elvira6@list.ru.

Плотникова Виктория Павловна - канд. экон. наук, начальник центра - начальник отдела развития персонала, Учебный центр ПАО «ТГК-1».

Сафина Гульшат Галлямутдиновна - канд. хим. наук, доцент кафедры «Технологии в энергетике и нефтегазопереработке», Казанский государственный энергетический университет.

Дударовская Ольга Геннадьевна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Теоретические основы электротехники», Казанский государственный энергетический университет.

Шагеев Марат Фаридович - канд. техн. наук, доцент кафедры «Энергообеспечение предприятий, строительство зданий и сооружений», Казанский государственный энергетический университет.

Зверев Леонид Олегович - студент, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна.

Романов Семен Романович - ассистент, Казанский (Приволжский) федеральный университет.

Назаров Алексей Игоревич - студент, Казанский государственный энергетический университет.

References

1. Zvereva ER, Dmitriev AV, Shageev MF, et . The results of industrial testing of carbonate additive to fuel oil. Heat and power engineering. 2017;8:50-56.

2. Baubek AA, Gribkov AM, Zhumagulov MG, et al. The study of water-fledged emulsion when using a wave processing dispersant. News of higher educational institutions. Energy problems. 2021;23(1):68-79.

3. Yan Ch, Jin Yu, Levtsev A. The Loop with Pulse Circulation of Oil for Fuel Oil Heating. Bulletin of Science and Practice. 2018;4(10):261-272.

4. Danilov AM. A new look at the additives to fuels (review). Petrochemistry. 2020;60(2):163-171

5. Semikhina LP, Semikhin DV, Pubdka AG. Selection of demulsifiers, taking into account the temperature regime of oil preparation. Oil industry. 2003;9:25-27.

6. Sladovskaya OYu, Otazonov SI, Galina LA, et al. Modern deemulipators reagents for the destruction of water imulted emulsions. Bulletin of the University of Technology. 2018;21(2):49 -53

7. Moran K, Czarnecki J. Competitive AdSorption of Sodium Naphthenates and Naturally Occurring Species at Water-In-Crude Oil Emulsion Droplet Surfaces. Colloidsand Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2007;292:87-98.

8. Simanzhenkov V, Raphael ldem. Crude oil chemistry. Marcel dekker, inc. 2003;410: 135-140.

9. Pavlova A, Ivanova R. Determination of petroleum hydrocarbons and polycyclic aromatic hydrocarbons in sludge from wastewater treatment basins. Journal of Environmental Monitoring. 2003;5(2):319-323.

10. Dormicheva ES, Zvereva ER. The study of corrosion processes of oil equipment. News of higher educational institutions. Energy problems. 2018;20(1-2):138-143.

11. Gladiy EA, Kemalov AF, Gaincline VI. et al. Evaluation of the effectiveness of the wide use of demulsifators reagents for dehydration with thermochemical method. Exposition of oil gas. 2015;5:18-20.

12. Zvereva ER, Khabibullina RV, Makarova AO, et al.Changes in the rheological properties of heavy boiler fuel when adding carbon nanotubes and dehydrated carbonate sludge. Petrochemistry. 2019;59(1):98-103.

13. Barzhakin SG, Jedding VN, Ternuvtullina AR, et al. On some aspects of the influence of depressor additives on the rheological properties of oil. Oil industry. 2021;1:82-86.

14. Shayheyev IG, Galikhanov MF, Dryakhlov VO, et al. The effect of the demulsifier and processing parameters by the crown discharge of polysulfonamide membranes on the separation of water imulted emulsions. Water: chemistry and ecology. 2019;1-2(118):77-82.

15. Derdygina OP, Skvortsova EN. Selection of demulsifiers for transport and preparation of oil of the Konceda deposit. News of higher educational institutions. Oil and gas. 2019;6:96-102.

16. Mirzahmedova MA, Khamraev SS, Alimov A.A. Technology of obtaining a non-coogenic water demulsifia emulsion. Oil and gas technology. 2016;3(104):16-18.

17. Karpenko IN, Konovalov VV, Titkova MS. The study of the relationship of the critical concentration of micelle formation and effectiveness of the action of demulsifiers. Bulletin of the Samara State Technical University. Series: Technical Sciences. 2016;3(51): 123-129.

18. Vakhitova R.I., Saracheva D.A., Kiyamov I.K., Sabitov LS, Dumler E.B Destruction of sustainable emulsions using nanodisserigated fullerenes. News of higher educational institutions. Series: Chemistry and chemical technology. 2020;63(4):74-80.

Authors of the publication

Elvira R. Zvereva - Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia, e-mail: 6elvira6@list.ru.

Victoria P. Plotnikova - Department of the Training Center of PJSC TGK-1, St. Petersburg, Russia

Gulshat G. Safina - Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia.

Olga G. Dudarovskaya - Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia.

Marat F. Shageev - Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia.

Leonid O. Zverev - St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design, , St. Petersburg, Russia.

Semyon R. Romanov - Kazan (Volga Region) Federal University, Chemical Institute them. A.M. Butlerova, Kazan, Russia.

Alexey I. Nazarov - Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia.

Получено 23 июня 2021г.

Отредактировано 30 июня 2021г.

Принято 01 июля 2021г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.