CC BY
31
УДК 665.622.43.0666
А. А. Верховых, А. А. Елпидинский
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЗИЧЕСКОГО МЕТОДА ПО ИЗВЛЕЧЕНИЮ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПОНЕНТОВ НЕФТИ
Ключевые слова: нефть, подготовка, вязкость, охлаждение, парафин.
В статье рассмотрен процесс облагораживания реологических свойств нефти методом «холодного стержня».
Keywords: oil, preparation, viscosity, cooling, wax. This article describes the process of upgrading the rheological properties of the oil by the "cold bar".
Введение
В последние годы значительная часть добычи нефти обеспечивается включением в процесс разработки месторождений с тяжелыми и высоковязкими нефтями. Но добыча, подготовка на промыслах, транспортировка и переработка такого углеводородного сырья затрудняются из-за значительного содержания в нем
высокомолекулярных парафинов, асфальтенов, смол. Они придают нефти высокую вязкость, плотность, температуру застывания и аномальное реологическое поведение [1]. Особенность реологических свойств подобных нефтей проявляется в непостоянстве их динамической вязкости, зависящей от прилагаемого напряжения сдвига и скорости движения жидкости. Такое течение нефти является неньютоновским и определяется ее коллоидно-химическим состоянием (составом дисперсной фазы и дисперсионной среды), характером межмолекулярных
взаимодействий, структурообразованием [2]. Понижение температуры застывания и вязкости нефти при извлечении из нее парафинов возможно следующими физическими методами:
микроволновым воздействием, ультразвуком, электролизом, электромагнитной обработкой, обработкой "холодным" стержнем [3].
В результате анализа технологий облагораживания реологических свойств нефти для лабораторных исследований был выбран метод извлечения парафинов методом "холодного" стержня. Его удобство заключается в том, что для его реализации не требуются расходные материалы, а сама установка может иметь минимальные размеры, что является существенным достоинством при промысловой подготовке нефти, к примеру, на морских месторождениях.
Задачи лабораторных исследований:
- оценка эффективности метода "холодного" стержня" (по выходу парафинов);
- определение оптимальных факторов депарафинизации (содержание парафина в исходной нефти, температура "холодного" стержня).
Методика проведения эксперимента
Сущность метода "холодного" стержня состоит в определении количества осаждающихся из нефти на
охлаждаемой металлической поверхности асфальтено-смоло-парафиновых отложений.
Установка, реализующая данный метод, состоит из двух блоков:
- блок "холодного" стержня с водяной баней;
- блок термостата / криостата, обеспечивающего создание в стержнях температуры в пределах от -30 до +600С.
Блок "холодного" стержня включает в себя 4 металлических стакана, в которые помещаются испытуемые вещества, и крышки, в которые вмонтированы "холодные" стержни - и-образные полые трубки из нержавеющей стали. Трубки подключены к системе подвода и отвода хладагента (рис. 1).
Рис. 1 - Металлический стакан и параллельно работающие и-образные стержни
Обычно температура нефти в ячейке должна быть на 5°С выше температуры начала кристаллизации парафинов, а температура "холодного" стержня на 5°С ниже температуры начала кристаллизации парафинов. За счет разности температур парафины начинают
выкристаллизовываться на поверхности "холодного" стержня. Во время эксперимента стаканы с нефтью вращаются вокруг стержней. После выдержки стержней в нефти, их вынимают из металлических стаканов и дают стечь остаткам нефти в течение 1020 минут. Затем устанавливают температуру "холодного" стержня +50°С и далее расплавляющиеся парафины собирают в предварительно взвешенные бюксы и взвешивают.
В работе использовались модельные нефти, представляющие собой смесь малопарафинистой
нефти и жидких парафинов в соотношенииях 90:10 и 80:20. Смесь парафина и нефти выдерживалась в статическом состоянии несколько суток для перехода в равновесное состояние, а перед экспериментом снова размешивалась для устранения возможных расслоений.
Обсуждение результатов
Результаты опыта по извлечению высокомолекулярных компонентов модельных нефтей методом "холодного" стержня при различных соотношениях нефть:парафин представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Зависимость выхода парафинов в методе "холодного" стержня от их потенциального содержания нефти
£ Соотношение нефть: парафин, мл Исходное содержание парафина в стакане с нефтью, г Температура стержня, °С Время выдержки холодного стержня в среде, мин Вес отложения, г Выход парафина, %
1 90/10 8,84 -25 30 6,01 67,99
2 4,65 52,60
3 80/20 17,42 24,71 141,8
4 23,01 132,1
Если интерполировать полученные данные, видно, что выход парафина, близкий к 100% достигается при содержании его в нефти не менее 15% мас. Выход в районе 130-140% мас. достигается, видимо, за счет того, что в ячейках кристаллических решетках, образованных парафином на "холодном" стержне, начинают удерживаться и другие углеводороды нефти -асфальтены, смолы и, возможно, более легкие углеводороды.
Параметры исходных веществ и продукта -депарафинизированной нефти и выделенной парафиновой смеси - представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Характеристики используемых веществ и продуктов депарафинизации
Плотность, г^м3 Вязкость
Название вещества кинематическая, мм2^
Используемы вещества
Нефть 0,896 28,76
Смесь жидких парафинов 0,7805 17,45
Нефть/Парафин (80/20) 0,872 33,13
Продукты депарафинизации
Нефть после депарафинизации 0,8697 14,45
Парафиновая смесь 0,9798 -
Судя по плотности выделенной нефти и парафиновой смеси, на "холодном" стержне были выделены не только парафины, но и тяжелые компоненты нефти. Вероятно, смолисто-асфальтеновые вещества. В результате этого наблюдается существенное снижение плотности и достаточно заметное снижение вязкости нефти.
Поскольку экономика процесса
депарафинизации нефти преимущественно зависит от энергопотребления установки, а энергопотребление, в свою очередь, зависит от температур, которые надо обеспечить на стержне, то следующим этапом выясняли, как зависит выход парафиновой смеси от температуры охлаждающего стержня. Результаты представлены на рисунке 2.
Температура, °С
Рис. 2 - Зависимость выхода парафина от температуры "холодного" стержня
На рисунках 3 и 4 приведены фотографии стержней с отложениями при разных температурах.
Результаты свидетельствуют, что эффективная температура стержней находится в пределе от -180С и ниже. Чем ниже температура, тем более объемные кристаллические решетки создаются. Здесь, однако, следует соблюдать баланс, так как при чрезмерно заниженных температурах начнут извлекаться легкие углеводороды нефти.
Рис. 3 - Отложения парафиновой смеси, налипшие на «холодный» стержень при -25°С
Рис. 4 - Отложения парафиновой смеси, налипшие на «холодный» стержень при -150С
Заключение
Метод извлечения парафинов "холодным" стержнем позволяет эффективно выделять парафинистые компоненты нефти, снижая ее плотность (видимо, за счет попутного отделения
тяжелых асфальто-смолистых веществ) и вязкость. Вместе с тем показано, что эффективность метода снижается при содержании парафина в нефти менее 15% и температуре процесса выше -180С. При температуре -250С время процесса кристаллизации высокозастывающих компонентов на стержне может составлять не более 15 минут.
Литература
1. Глущенко В.Н., Силин М.А. Нефтепромысловая химия: Осложнения в системе пласт-скважина-УППН .М.: 2008.-328с.
2. Сафиева Р.З. Физикохимия нефти. Физико-химические основы технологии переработки нефти - М.: Химия, 1998.-448с.
3. Верховых А.А., Ермеев А.М., Елпидинский А.А. Облагораживание реологических свойств нефти физическими методами // Вестник технологического университета. 2015. Т 18. №15 - С.64
© А. А. Верховых - магистр каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, stasechka-best@mail.ru; А. А. Елпидинский - доцент той же кафедры, sinant@yandex.ru.
© A. A. Verkhovykh - Master of the Department of Chemical Engineering of Oil and Gas KNRTU, stasechka-best@mail.ru; A. A. Elpidinsky - Associate Professor of the same department, sinant@yandex.ru.
