CC BY
27629. Постнов С.Е., Подчерняева Р.Я., Мезенцева М.В. и др. Необычные свойства воды пограничного слоя / // Вестник российской академии естественных наук. 2009. №3. С. 12-15.
30. Постнов С.Е, Мезенцева М.В., Подчерняева Р.Я и др. Новые подходы в биомедицинской
технологии на основе воды пограничного слоя // Биомедицинская радиоэлектроника. 2009. Т.1. С. 315.
31. Алтоиз Б.А., Поповский Ю.М. Капиллярный вискозиметр. Москва. 2001.123с.
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РАЗРУШЕНИЯ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
Хрисониди В.А.
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»,
старший преподаватель кафедры химии
Струева В.А.
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет», студент MODERN METHODS OF DESTROYING WATER-OIL EMULSIONS
Khrysonidi V.
Kuban State University of Technology Senior Lecturer, Department of Chemistry
Strueva V.
Kuban State University of Technology, student
Аннотация
В настоящее время обводненность продукции значительной части разрабатываемых месторождений является одной из основных и распространенных проблем в нефтяной промышленности. Данная проблема доставляет серьезные осложнения при добыче, сборе и подготовки нефти. Возможность быстрого расслоения водонефтяных эмульсий является важнейшим вопросом в процессе подготовки нефти к переработке.
Целью данной статьи является: изучение особенности воздействияразличных методов обезвоживания водонефтяных эмульсий для получения товарных видов нефтей, определение их эффективности действия, возможности полного отделения воды, выявление степени сложности метода и оборудования, вычисление экономичности процесса.
Abstract
At present, the water cut of a significant part of the developed fields is one of the main and common problems in the oil industry. This problem poses serious complications in the production, collection and preparation of oil. The possibility of rapid separation of oil-water emulsions is a crucial issue in the process of preparing oil for refining.
The objectives of this article are to study the effects of different methods of dehydration of oil-water emulsions to obtain marketable types of oils, determine their effectiveness, the possibility of complete separation of water, identify the degree of complexity of the method and equipment, calculate the efficiency of the process.
Ключевые слова: водонефтяная эмульсия, методы обезвоживания, нефть, деэмульгатор, ВЧ и СВЧ ЭМ поле.
Keywords: water-oil emulsion, dehydration methods, oil, demulsifier, RF and microwave EM field.
В настоящее время обводненность продукции значительной части разрабатываемых месторождений является одной из основных и распространенных проблем в нефтяной промышленности. Данная проблема доставляет весомые трудности при добыче, сборе и подготовке нефти. В процессе образования эмульсий возникает большая поверхность дисперсной фазы, на которой может адсорбироваться значительныйзапас стабилизирующих эмульсию веществ - эмульгаторов. Асфальтены, нафтены, смолы, тугоплавкие парафины (природные ПАВ) являются важнейшими эмульгаторами и стабилизаторами водонефтяных эмульсий. В дополнение к ним записывают глину, кварц, различные соли, иными словами, вещества, представляющие собой мелкие твердые частицы.
Полагают, что стабильность образующихся эмульсий в нефти в большей мере зависит от степени дисперсности эмульгаторов, которая в свою
очередь определяется содержанием в нефти парафинов и аренов, нежели от концентрации эмульгаторов. Устойчивость водонефтяных эмульсий зависит от плотности и вязкости нефти, а такжеразмера глобул воды, то есть ее дисперсности. В промышленных условиях величина капель дисперсной водной фазы составляет от 0,1 до 250 мкм. Более крупные размеры существуют лишь в потоке. Это происходит вследствие ускоренной седиментации в статических условиях. В процессе старения эмульсии из-за увеличения толщины эмульгатора на глобулах воды, стабильностьмногих водонефтяных эмульсий возрастает. Следовательно, повышается их механическая прочность. Старение эмульсий протекает интенсивно только в начальный период после их образования, а затем заметно замедляется.
Обводненность большинства крупных месторождений достигла более 80 %. Это вызвано за счет
применения методов заводнения пластов для увеличения нефтеотдачи. Вода, извлекаемая совместно с нефтью, отделяется лишь частично, большая ее часть переходит в эмульсионное состояние.
Возможность быстрого расслоения водонефтя-ных эмульсий является важнейшим вопросом в процессе подготовки нефти к переработке. Для получения товарной обезвоженной нефти используют различные современные методы обезвоживания:
- механические;
- химические;
- термические;
- электрические.
К механическим методам разрушения эмульсий, как правило,относят:
- отстаивание;
- центрифугирование;
- фильтрацию;
К химическим методам относят внутритруб-ную деэмульсацию, которую проводят посредством добавления в эмульсию химических реагентов-де-эмульгаторов. Перемешиваясь при движении с эмульсией, они разрушает ее. Выбор деэмульгатора зависит от типа нефти, количества и состава водяной фазы, интенсивности перемешивания, температуры, скорости отстоя и т.д. Лучшими реагентами считаются те, которые недефицитны, расходуются в малых дозах, не корродируют аппаратуру и не изменяют свойства нефти. По характеру действия на нефтяные эмульсии делятся на:
- электролиты (некоторые минеральные и органические кислоты, щелочи, соли);
- неэлектролиты (бензол, сероуглерод, ацетон, спирт, фенол, эфир, бензин);
-.коллоиды (натриевые соли высокомолекулярных смоляных, жирных и сульфокислот).Зная и устраняя причины образования эмульсий, можно значительно упростить процесс деэмульгирования и, следовательно, снизить затраты на подготовку нефти, поступающей на нефтеперерабатывающие заводы. Химические методы отличаются большой гибкостью и простотой применения.
К термическим методам относят термическое воздействие, заключающееся в том, что нефть, подвергаемую обезвоживанию, перед отстаиванием нагревают до температуры от 45 °С до 80 °С. При нагревании уменьшается прочность слоев эмульгатора на поверхности капель, что облегчает их слияние. Кроме того, уменьшается вязкость нефти и увеличивается разница плотностей воды и нефти, что способствует быстрому разделению эмульсии. Подогрев осуществляют в резервуарах, теплообменниках и трубчатых печах.
Следующий метод разрушения - электрическое воздействие. Этот метод чаще всего применяется на нефтеперерабатывающих заводах. Основной его целью является процесс обессоливания нефти на ЭЛОУ (электроочистительных установках). Также метод применим и при очистке нефтепродуктов от водных растворов щелочей и кислот. Такой процесс очистки именуют, как электрофай-нинг. В любом из этих случаев используют электрическое поле высокой напряженности. В случае,
когда эмульсию помещают в электрическое поле, созданное переменным током, скорость слияния глобул и расслоения эмульсии увеличивается в 5 раз. Переменный ток наделяет большей вероятностью столкновения глобул. При этом разрыв оболочек адсорбированного на глобулах эмульгатора облегчается возникающим в них натяжением и перенапряжением. Отстоявшаяся вода, соли которой растворились, выводится из нижней части электо-родегидратора, а обезвоженная нефть из ее верхней части. Основными технологическим параметрами процесса являются: температура, давление, удельная производительность дегидраторов, расход ди-эмульгатора, расход промывной воды и степень ее смешения с нефтью, напряженность электрического поля. Разогрев нефти, применяемый на ЭЛОУ, позволяет уменьшить ее вязкость, что определенно повышает подвижность капелек воды в нефтяной среде, а также ускоряет их коалесценцию. Процесс подогрева нефти на ЭЛОУ также несет в себе серьезные недостатки, так как с повышением температуры сильно увеличивается электропроводность нефти. Засчет этого увеличивается расход электроэнергии, а условия работы проходных и подвесных изоляторов существенно затрудняются. Вследствие чего подогрев разных нефтей на ЭЛОУ проводят в интервале температур от 60 °С до 150 °С, выбирая для каждой нефти оптимальное значение, обеспечивающее минимальные затраты на ее обессоливание.
На производстве преимущественно используют комбинированные методы разрушения водо-нефтяных эмульсий. Данные методы нельзя отнести только к одной из указанных выше групп. Термохимический отстой с применением эффективных разрушающих реагентов - деэмульгаторов считается основнымсовременнымметодом деэмульгиро-вания и обезвоживания нефти на промыслах. Смесь нагревают в трубчатых теплообменниках (на предприятиях часто в трубчатых огневых печах) до 50 ^ 70 °С. Процесс осуществляется в специальных отстойниках под давлением до 15 а.т.м. Вода отстаивается и отделяется от нефти, а затем ее спускают в канализацию. На отдельных установках также применяются дополнительные меры, облегчающие де-эмульсацию. Примером служит подкачка к эмульсии некоторой части воды, отделяющейся в отстойнике, до поступления ее в подогреватель. При смешении этой воды с эмульсией происходит сокращение расхода деэмульгатора за счет повторного использования того деэмульгатора, который отводится из отстойника с промывными водами. Добавление щелочи или щелочных отходов нефтепереработки совместно с деэмульгатром несет благоприятное воздействие на разложение эмульсий, имеющих кислую среду в воде. Это также приводит к уменьшению расхода деэмульгатора, причем достаточно пониженной температуры отстаивания эмульсии для того, чтобы полностью отделить воду и соль. Помимо того, что этот способ являетсяса-мым простым в осуществлении и обслуживании, так еще и, по мнению зарубежных специалистов, он считается самым дешевым.
Все вышеперечисленные методы обезвоживания, а также их комбинации используются для решения проблемы разрушения устойчивых эмульсий «углеводород-вода». Ноэффективность этих методов для вышеуказанного типа эмульсий довольно низкая. Сложность разрушения эмульсий обусловлена повышенным содержанием в их составе природных эмульгаторов и очень близких значений плотности углеводородной и водной фаз. Использование традиционных методов разрушения приводит к увеличению себестоимости добычи и подготовки нефти на производстве.
Исходя из этого, предложен более перспективный метод разрушения стойких гельсодержащих водонефтяных эмульсий, основанный на использовании электромагнитного поля радиочастотного и микроволнового диапазонов, в ходе которого происходит резонансное взаимодействие поля с веществом. Основная цель данного метода - выделение водной и нефтяной фаз, входящих в состав гельсо-держащих эмульсий.
Радиочастотное (РЧ) электромагнитное поле воздействует на полярные составляющие нефти-асфальтены исмолы. Степень выделения воды из исследуемых образцов разрушаемой эмульсии меняется в зависимости от ее состава. Так при воздействии на эмульсию постоянного магнитногополя с индукцией 0,1 - 0,57 Тл в течение 1 - 3 мин степень выделения воды варьируется от 48 % до 71 %. Подобного рода результат получен при воздействии постоянного и переменного электромагнитного поля с индукцией 0,1 - 1,0 Тл. Расслоение водоне-фтяных эмульсий достигает своего максимального эффекта при ВЧ электромагнитном воздействии. В этом случаенагрев происходит за счет поляризации полярных составляющихмасла. Структура высокомолекулярных соединений нефти разрушается, когда частота полярных молекул масла совпадает с электромагнитным полем. Таким образом, для того, чтобы эффективно использовать ВЧ электромагнитное поле, важно измерить диэлектрик с целью подготовки сырой нефти, чьи параметры являются основой для определения резонансной частоты в диапазоне РЧ. В другом случае наиболее эффективно воздействие СВЧ электромагнитнымполем. Под воздействием микроволнового излучения нагрев происходит из-за поляризации молекул воды.
В том случае, когда происходит радиочастотное и микроволновое воздействие осуществляется интенсивный нагрев водонефтяной эмульсии. За счет повышения температурыпроисходит уменьшение вязкости масла, а также снижение межфаз-ногоповерхностного натяжения. Однако эффект при воздействии СВЧ ЭМ полем будет зависеть от толщины бронирующей оболочки, расположенной вокруг глобул. В зависимости отеготолщины будет заметен процесс распрыскивания глобул воды. В отличие от статического режима привоздействии СВЧ ЭМ полем на испытуемые образцы вдинами-ческом режиме, можно заметить увеличение капель воды, а также их слияние. Причемэффективность
действия в данном режиме зависит от скорости потока. Сего возрастаниемпроисходит увеличение эффективности действия поля. Можно сделать вывод о том, что диэлектрическая проницаемость влияет навероятность осаждения.
Для более полного выделения из стойких гель-содержащих водонефтяных эмульсий водной и нефтяной фаз предложено использовать ультразвуковое воздействие совместно с добавкой суспензии нанопорошка оксида алюминия в ацетонитриле. Вместе с тем будет заметно полное разрушение «геля» и 100 %-ное выделение водной и нефтяной фаз.
Степень разделения водонефтяной эмульсии мало зависит от температуры водной фазы. В большей степениона зависит от средней температуры эмульсии. Более того, если будет произведена достаточно высокая микроволновая энергия в течение длительного времени, то такое излучение станет не эффективным для водоотделения. Связано это с чрезмерным кипением образцов.
Отсюда следует, что разрушение водонефтя-ных эмульсий в электромагнитных полях зависит от различных факторов:
- содержания и концентрации высокомолекулярных соединений;
- количества воды;
- диэлектрических свойствводонефтяных эмульсий;
- частоты и интенсивности электромагнитного поля;
- времени воздействия.
Выводы: в работе рассмотрены различные методы разрушения водонефтяных эмульсий, выбор более рационального из них весьма затруднителен. Поэтому основной задачей является выбор и применение такого метода, который стал бы наиболее целесообразным. Для этого происходит тщательное изучение свойств эмульсий, при описании различных методов дается оценка положительных и отрицательных особенностей каждого из них. Рациональность методов определяется с помощью та-кихкачественных показателей, как эффективность действия, возможность полного отделения воды, максимальная простота метода и оборудования, экономичность процесса. На сегодняшний день отсутствуют технологии, позволяющие разрушить все виды эмульсий. Экологические и экономические проблемы, связанные с образованием и накоплением немалых объемов водо-углеводородных эмульсий, требуют улучшения и создания таких технологий, которые смогут проводить утилизацию подобных продуктов.
Список литературы
1. Тронов В.П. Разрушение эмульсии при добыче нефти. М: Недра, 1974. - 271 с.
2. Ковалева Л.А., Зиннатуллин Р.Р. Исследование устойчивости водонефтяной эмульсии вэлек-тромагнитном поле в зависимости от её диэлектрических свойств // Нефть и газ. 2010. № 2. С. 59-63.
3. Ковалева Л.А., Миннигалимов Р.З., Зинна-туллин Р.Р. Развитие электромагнитной технологии
для утилизации нефтешлама // Нефт. хоз-во. 2009. № 9. С. 48-51
4. Воюцкий А. Р. Курс коллоидной химии. М.: Политиздат, 1976. - 356 с.
5. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества, свойства и применение. Л.: Химия, 1981. - 246 с.
6. Смирнов Ю.С., Мелошенко Н.Т. Химическое деэмульгирование нефти как основа ее промысловой подготовки // Нефтяное хозяйство, 1989. №2. С. 64-69.
7. Хрисониди В.А., Мамий С.А. Исследование адсорбционной емкости цеолитов с размером пор 3А0 // Наука XXI века: проблемы, перспективы и
актуальные вопросы развития общества, образования и науки. материалы межвузовской весенней научной конференции. Филиал ФГБОУ ВО "Майкопский государственный технологический университет" в поселке Яблоновском. 2018. С. 414-419.
8. Паранук А.А., Хрисониди В.А. Перспективный метод разделения бинарных растворов метанол-вода // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2017. № 12. С. 12-14.
9. Паранук А.А., Хрисониди В.А. Исследование адсорбционной емкости цеолита КАСО // Успехи современного естествознания. 2016. N° 9. С. 29-33.
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕГЕНЕРАЦИИ КАТАЛИЗАТОРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В
НЕФТЕГАЗОВОМ СИНТЕЗЕ
Хрисониди В.А.
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»,
старший преподаватель кафедры химии Басманова В.Р.
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет», студент MODERN METHODS OF REGENERATION OF CATALYSTS USED IN OIL AND GAS SYNTHESIS
Khrysonidi V.
Kuban State University of Technology Senior Lecturer, Department of Chemistry
Basmanova V.
Kuban State University of Technology, student
Аннотация
В ходе эксплуатации катализаторов при проведении процессов гидрообессеривания, гидроочистки и гидрокрекинга, активность и селективность катализатора уменьшается, происходит его дезактивация. Причиной этому служит закоксовывание, то есть осаждение на нем смеси тяжелых углеводородов, угля и металлов. Более того данный процесс является обратимым. Продолжение пробега катализатора становится экономически нецелесообразным. Для этих целей используется регенерация катализатора, в результате которой кокс удаляется и восстанавливаются каталитические свойства.
В данной статье рассматриваются различные современные методы регенерации катализаторов, используемых в нефтегазовом синтезе.
Abstract
During the operation of catalysts in the course of hydrodesulfurization, hydrotreating and hydrocracking processes, the activity and selectivity of the catalyst decreases, and its deactivation occurs. The reason for this is coking, that is, the deposition of a mixture of heavy hydrocarbons, coal and metals on it. Moreover, this process is reversible. Continuing the run of the catalyst becomes economically impractical. For these purposes, catalyst regeneration is used, as a result of which the coke is removed and the catalytic properties are restored.
This article discusses various modern methods for the regeneration of catalysts used in oil and gas synthesis.
Ключевые слова: катализатор, нефтегазовый синтез, регенерация, промышленные катализаторы.
Keywords: catalyst, oil and gas synthesis, regeneration, industrial catalysts.
Катализаторы - это вещества, изменяющие темп химической реакции или вызывающие реакцию в целом, но не входящие в состав продуктов. Различают два типа катализаторов:
- гомогенные;
- гетерогенные.
Первый тип катализаторов принимает участие непосредственно в гомогенных реакциях, второй -в гетерогенных. Определенные комплексы металлов, кислоты и основания являются классическими представителями, предназначенными для гомогенного катализа, для гетерогенного катализы такими
представителями являются металлы, их оксиды, сульфиды и другие.
Помимо гомогенного и гетерогенного катализаторов выделяют катализаторы, которые были классифицированы по следующим признакам:
- по типу реакции катализа (кислотно-основной, окислительно-восстановительный катализаторы);
- по группе процесса катализа (катализаторы, применяемые в синтезе аммиака, крекинге нефтепродукта);
- по методу изготовления;
