CC BY
86
ПРОБЛЕМЫ НЕФТЕДОБЫЧИ, НЕФТЕХИМИИ, НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ
УДК 665.62:537.8:534.23
Р. А. Галимов, Х. Э. Харлмапиди, В. А. Ходкевич
СОХРАННОСТЬ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ АКТИВАЦИИ НЕФТИ ВО ВРЕМЕНИ
Ключевые слова: нефть, электромагнитная активация. оИ, еlectromagnetic activation.
Электромагнитная обработка нефти при увеличении времени активации повышает вязкость нефти при минимальном изменении плотности, что указывает на возрастание дисперсности системы. Повышение отбора легких фракций (н.к. - 200оС) ограничено содержанием наиболее неполярных углеводородов во внешних слоях сложных структурных единиц нефтяной системы. Эффект воздействия электромагнитного поля наблюдается не менее 45 суток и в зависимости от параметров обработки отличается характером влияния. Electromagnetic processing of oil at increase in time of activation raises viscosity of oil at the minimum change of density that specifies in increase of dispersion of system. Increase of selection of easy fractions (н.к. - 200оС) it is limited by the maintenance of not most polar hydrocarbons in external layers of difficult structural units of oil system. The effect of influence of an electromagnetic field is observed not less than 45 days and depending on processingparametres differs character of influence.
В оригинальной литературе последних десятилетий значительно выросло количество публикаций, посвященных нетрадиционным методам интенсификации технологических процессов, в том числе в нефтяной отрасли. Часть из них прошли полупромышленные испытания и внедрены на ряде производств малой и большой мощности. Примерами служат кавитационный способ при разгонке высоковязких нефтей или остаточных фракций [1], магнитное поле при добыче нефтей, в частности, для устранения налипания асфальтосмолопарафиновых отложений в насосно-компрессорных трубах [2], электрическое поле в процессах подготовки нефти [3] и др.
Однако результаты физических воздействий, как правило, имеющих волновую природу, часто носят дискуссионный характер. К таким физическим воздействиям, несомненно, относится активация нефтей и нефтепродуктов в магнитном поле. В число неоспоримых данных, не подлежащих сомнению при магнитной активации, входят повышение выхода светлых фракций и снижение температуры начала их кипения [4-6]. Остальные положения, вытекающие из исследований влияния магнитного поля на физико-химические свойства нефтей и нефтепродуктов, носят противоречивый характер. Необходимо отметить, что эксперименты отличаются условиями: природой сырья, магнитными характеристиками, аппаратурным исполнением, продолжительностью активации и т.д.
Несомненно, что любое внешнее волновое воздействие на исследуемые объекты приводит к изменению их физико-химических характеристик. Так, авторы работы [6] резюмируют, что направление изменения реологических свойств нефти в магнитном поле зависит от содержания нейтральных и полярных смол. Аналогичную зависимость от природы нефти имеют антиоксидантные и парамагнитные свойства смолисто-асфальтеновых компонентов после магнитной обработки [7,8]. Авторы работы [4] считают, что «облученные» в магнитном поле некоторые составляющие нефтяной системы в исходное состояние не возвращаются, т.е. для них время релаксации бесконечно [9].
Изучению сохранности влияния электромагнитной активации нефти во времени от продолжительности обработки посвящена данная работа.
Экспериментальная часть
Исследования проводили на проточной установке, позволяющей изменять скорость подачи нефтяного сырья, варьировать электрические характеристики генератора электромагнитного поля и т.д. Генератор электромагнитного поля состоял из четырех зон. Сырье отделялось от активатора электромагнитного поля диамагнитным материалом. Объем исходной нефти - 3,0 л, частота тока промышленная - 50 Гц, рабочее напряжение переменного тока - 150 В, сила тока - 20 А, потребляемая мощность генератора электромагнитного поля - 4,4 кВт, начальная температура нефти -20оС, рабочий объем реактора - 0,72 л.
Реологические свойства и разгонку нефти проводили по ГОСТу. В качестве сырья использовали сборную акташскую нефть, плотность при 20оС - 0,9103 кг/м3, кинематическая вязкость при 20оС - 94,5846 мм2/с, температура начала кипения - 49оС.
Исходную нефть пропускали через установку со скоростью, указанной в табл.1, отбирали пробы для анализов, оставшееся количество нефти служило сырьем для следующей стадии активации. Изменение скорости истечения нефти через установку связано с уменьшением количества сырья и зависело от его реологических характеристик при постоянстве прочих параметров аппарата.
Таблица 1 - Изменение скоростей истечения нефти в ходе последовательной шестикратной активации в электромагнитном поле
Стадия активации 1а 2а 3а 4а 5а 6а
Скорость потока нефти, л/мин 0,71 0,68 0,29 0,25 0,21 0,12
Обсуждение результатов
На рис.1 приведены данные по отбору легких фракций (н.к. - 200оС) из нефти при хранении образцов 45 суток после каждой стадии последовательной шестикратной электромагнитной активации.____________________________________________________________
Бремя, сут.
Рис. 1 - Отбор фракции нк. - 200о С при хранении активированных нефтей
Как видно из рис.1, характер влияния «магнитной памяти» после электромагнитной активации нефти на отбор легкой фракции при хранении образцов зависит от количества обработок и для первых двух ступеней индивидуален. После первой активации нефтяная система испытывает положительный эффект воздействия электромагнитного поля на изменение отбора легкой фракции в ходе всего эксперимента. После хранения активированного образца нефти 45 суток, вероятно, можно считать, что система близка к равновесному состоянию по отношению к легким фракциям. Указанная закономерность выражается в монотонном увеличении отбора фракций н.к. - 200оС при хранении образца однократно активированной нефти в ходе опыта.
После второй и последующих активаций отбор легких фракций нефти достигает максимального значения, равного 16,0% об. по отношению к исходной нефти (11,5% об.). Последнее, скорее всего, указывает на преобладание в механизме изменения выхода легких фракций процесса перехода углеводородов из состава внешнего слоя сложной структурной единицы (ССЕ) в дисперсионную среду [11], что снижает силу их удерживания в нефтяной системе. Достижение максимального отбора легких фракций после второй и последующих активаций, означающее повышение передаваемой энергии нефтяной системе, свидетельствует об исчерпании их потенциала.
Из вторично активированного образца нефти в течение первых 10 суток отбор легких фракций снижается на 0,5% об. или 11,0% отн. Необходимо отметить, что максимальное изменение вязкости в сторону повышения наблюдается на участке второй активации. Увеличение вязкости нефтяной системы при практически неизменной плотности, характерное для наших экспериментов, указывает на повышение ее дисперсности, т. е. возрастание количества частиц (более меньших ССЕ) в единице объема дисперсной среды. Следовательно, новые ССЕ обладают меньшим размером ядра, более слабыми спиновой поляризацией и магнитным моментом [9,12]. Для их формирования необходимы составляющие внутренних и внешних слоев. Вероятно, наиболее конструктивными составляющими указанных слоев являются те молекулы, которые ранее формировали подобные слои и сохранили «память», в частности, ориентацию спинов и т.д. Именно участием молекул углеводородов легких фракций, перешедших из внешнего слоя ССЕ исходной нефти в дисперсионную среду при соответствующей активации в формировании внешних слоев ССЕ меньших размеров, объясняется снижение отбора (содержания в дисперсионной среде) легких углеводородов. Однако последнее не исключает участие в формировании новых ССЕ молекул дисперсионной среды, что изменяет не только свойства, но и структуру нефтяной системы. Постепенное формирование внешних слоев новых ССЕ при хранении активированных нефтей, возможно, связано с преодолением клеточного эффекта [9,10].
Заметим, что после 45 суток хранения отбор легких фракций из образцов нефти после первой и второй активации равнозначен. Последнее, скорее всего, указывает на одинаковую природу «магнитной памяти» нефтяной системы по отношению к легким фракциям независимо от стадий электромагнитных обработок и ее возможности по обратимости эффекта воздействия электромагнитного поля. Сказанное подтверждается симбатным характером изменения отбора легких фракций из образцов нефти при последующих активациях. Дополнительно обратим внимание на то, что отбор легких фракций из всех активированных образцов нефти к 45 суткам хранения нивелируется.
Другие закономерности характерны для отбора фр.200-300оС при хранении из образцов нефти после отдельной стадии последовательной шестикратной электромагнитной активации, которые приведены на рис.2.
Рис. 2 - Отбор фракции 200 - 300о С при хранении активированных нефтей
Как следует из рис.2, первая электромагнитная обработка нефти повышает отбор фр.200-300оС на 1,0 % об., после 10 суток хранения еще на 1,5 % об. При дальнейшем хранении намечается тенденция к снижению выхода данной фракции: к 45 суткам хранения уменьшение отбора составляет 0,5 % об, от 2,5 % об. максимального роста или 20% отн. Вид зависимости отбора фр. 200-300оС аналогичен зависимости выхода фр. н.к - 200оС после первой активации при хранении. Отбор фр. 200-300оС из исходной нефти равен 17,5 % об.
Углеводороды, входящие в состав фр.200-300оС, условно относят к промежуточным слоям ССЕ, между слабополярными и внешними. Постепенное разрушение внешних слоев и перехода их составляющих в дисперсионную среду приводит к аналогичным явлениям в промежуточных слоях ССЕ, что изменяет количественный выход фракции.
Как видно из рис.2, вид зависимости отбора фр.200-300оС из однократно активированной нефти симбатен аналогичной зависимости отбора легкой фракции для двукратно активированной нефти. Однако вторая электромагнитная обработка снижает отбор изучаемой фракции на 0,6 % об., что, скорее всего, связано с началом формирования нефтяной системы с новой дисперсностью. После 10 суток хранения новая нефтяная система интенсивно развивается, что сопровождается высвобождением части промежуточного слоя, ответственного за повышение отбора фракции 200-300оС на 1,8 % об. В дальнейшем как после первой активации намечается тенденция к снижению выхода данной фракции.
Третья электромагнитная активация уменьшает выход фр.200-300оС, количественно равный второй активации (0,6 % об.). По сравнению с первой и второй активацией после 10 суток хранения отбор изучаемой фракции снижается тоже на 0,6 % об. по отношению к начальной ситуации, а по сравнению со второй активацией на 2,0 % об. При дальнейшем хранении отбор фракции имеет тенденцию к повышению отбора.
После четвертой стадии электромагнитной обработки хранение активированных образцов нефти в течение 45 суток мало сказывается на количественном отборе фр.200-300оС. Полученные закономерности хорошо заметны на рис.3.
Рис. 3 - Отбор фракции 200 - 300о С при хранении от стадии электромагнитной обработки
Из рис.2 и 3 видно, что дальнейшая активация повышает отбор фр.200-300оС, причем нефтяная система стремится к равновесному состоянию, свидетельствующему об исчерпании потенциала данной фракции.
Литература
1. Козлов, В.А. Механические процессы глубокой переработки тяжелого углеводородного сырья /В .А.Козлов [и др.] // Матер. межд. конф. Химия нефти и газа. - Томск: Изд-во института оптики и атмосферы СО РАН, 2003. - С. 473-475.
2. Карпов, Б.В. Использование физических полей для предупреждения отложений парафина при добыче нефти / Б.В.Карпов [и др.] // Нефтяное хозяйство. - 1997. - №7. - С. 46-47.
3. Ахметов, С.А. Физико-химическая технология глубокой переработки нефти и газа / С.А.Ахметов. - Уфа:УГНТУ, 1997. - 279 с.
4. Леоненко, В.В. Влияние магнитного поля и акустических колебаний на дидецилсульфид / В.В.Леоненко, Г.А.Сафонов // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2005. - №7. - С. 27-29.
5. Галимов, Р.А. Многостадийная активация нефтей в электромагнитном поле /Р.А.Галимов, Р.Н.Марданшин, Х.Э.Харлампиди // Вестник КГТУ.-2008.-№4.-С.121-126
6. Структурно-реологические свойства нефтей в магнитном поле / Ю.В.Лоскутова [и др.] //Химия нефти и газа. Матер. V Межд. конф.-Томск: Изд-во инс-та оптики и атмосферы СО РАН, 2003.-С. 316-318.
7. Лоскутова, Ю.В. Влияние магнитной обработки на антиоксидантные и парамагнитные свойства смолисто-асфальтеновых компонентов нефти / Ю.В. Лоскутова, Н.В.Сизова, Н.В.Юдина [и др.] // Нефтехимия. - 2005. - Т.45. - №2. - С.146-150.
8. Лоскутова, Ю.В. Влияние магнитного поля на парамагнитные, антиоксидантные и вязкостные характеристики ряда нефтей / Ю.В.Лоскутова, Н.В.Юдина, С.И.Писарева // Нефтехимия. - 2008. -Т.48. - №1. - С.50-54.
9. Пивоварова, Н.А. Природа влияния постоянного магнитного поля на нефтяные дисперсные системы /Н.А.Пивоварова //Нефтепереработка и нефтехимия. - 2004. - №10. - С. 20-26.
10. Бучаченко, А.Л. Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях / А.Л.Бучаченко, Р.З.Сагдеев, К.М.Салихов. - Новосибирск: Наука, 1978.-183 с.
11. Пивоварова, Н.А. Влияние магнитного поля на результаты перегонки нефтяных остатков / Н.А.Пивоварова [и др.] //Нефтепереработка и нефтехимия. - 2003. - №12. - С.23-26.
12. Маслов, В.В. Кавитационное диспергирование дисперсной фазы буровых растворов /В.В.Маслов, Р.Ю.Кузнецов // Известия вузов. Нефть и газ. - 2006. - №6. - С.42-45.
© Р. А. Галимов - д-р хим. наук, проф. каф. общей химической технологии КГТУ; В. А. Ходке-вич - асп. той же кафедры; Х. Э. Харлмапиди - д-р хим. наук, проф., зав. каф. общей химической технологии КГТУ. Б-тай:кЬаг1атр1&@к81и.т
