CC BY
4
УДК 665.637.048.5-022.357
ВЛИЯНИЕ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ НЕФТЯНОЙ СИСТЕМЫ НА ВЫХОД НЕФТЕПРОДУКТОВ ПРИ ВАКУУМНОЙ ПЕРЕГОНКЕ
Н. И. Полежаева, Д. Д. Махнев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
В работе показано, что для интенсификации вакуумной перегонки мазутов в модифицированном (экстремальном) состоянии могут быть применены различные факторы (скорость нагрева мазута, вакуум оптимального значения, температура, импульсность подачи добавки и т.д.).
Ключевые слова: сложная структурная единица, экстремальное состояние, нефтяная система, вакуумная перегонка.
INFLUENCE OF THE EXTREME STATE OF THE OIL SYSTEM ON THE OUTPUT OF PETROLEUM PRODUCTS DURING VACUUM DISTILLATION
N. I. Polezhaeva, D. D. Mhaknev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: [email protected]
The paper shows that to intensify the vacuum distillation of fuel oils in a modified (extreme) state, various factors can be applied (fuel oil heating rate, vacuum of the optimum value, temperature, additive supply impulse, etc.).
Key words: complex structural unit, extreme state, petroleum system, vacuum distillation.
Молекулярные растворы нефти представляют собой смесь различных низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений. В условиях атмосферной и вакуумной перегонки нефти из нее вырабатываются не склонные к структурированию в условиях получения, хранения и применения нефтепродукты (газовые, бензиновые, керосиновые фракции) и подвергающиеся структурированию (дизельные, вакуумные дистилляты и остатки). Для того чтобы последние удовлетворяли требованиям потребителей, их подвергают соответствующей дополнительной переработке, заключающейся в устранении не регулируемых в условиях хранения и применения нефтепродуктов процессов фазообразования [1,2]. В ряде случаев оказывается целесообразным применение в качестве сырья технологических процессов и в виде готового продукта смеси углеводородов одного и того же гомологического ряда, различающихся внутри ряда только молекулярной массой. Благодаря близости физико-химических свойств такого сырья достигаются лучше условия для реализации технологических процессов в получении конечных продуктов с высоким выходом и степенью чистоты. Для разделения сложных смесей углеводородов на концентраты (гачи, петролатумы, ароматические концентраты) существуют различные способы: кристаллизация, адсорбция, ректификация и др.
При понижении (ниже температуры насыщения) и повышении (выше температуры
Секция «Перспективные материалы и технологии»
газонасыщинея) температуры в дистиллятных и остаточных продуктах формируются сложные структурные единицы [3]. На процесс ассоциирования, на возникновение и рост зародышей в жидкой фазе влияет множество факторов: качество сырья (природа, соотношение в нем высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений), скорость изменения температуры в системе в период возникновения и роста зародышей (массовое ассоциирование), механические (применение ультразвука, ассоциирование в среде инертного газа, перемешивание), электрические воздействия, добавка ПАВ и др. [4 - 7]. Проведенные теоретические исследования показали, что лучшие результаты при перегонке нефтяных систем следует ожидать при их нахождении в первом экстремальном состоянии (r min) [8]. Первое экстремальное состояние может быть достигнуто различными способами: компаундированием различных нефтей в определенном соотношении (устанавливается по фактору устойчивости); введением в нефтяную систему добавок; изменением давления в системе (создание вакуума); воздействием различного типа полей (механического, электрического и др.). Так, за счет простого смешения различных нефтей и перегонки их в атмосферной части в экстремальном состоянии возможно увеличение выхода светлых до 3-5% по сравнению с данными, полученными расчетом по правилу аддитивности. На блоках вакуумной перегонки обычно могут применяться следующие варианты работы: перегонка мазута с однократным испарением в одной вакуумной колонне; перегонка мазута с однократным испарением в одной вакуумной колонне с применением отпарных колонн; перегонка мазута с однократным испарением и разделением дистиллятных фракций по двухколонной схеме. По типовым проектам предусмотрена работа вакуумных блоков при абсолютном давлении наверху вакуумной колонн, 60-30 мм рт. ст., и нагреве в печи сырья до температуры 410-415 0С. При этом предусматривается отбор дистиллятных фракций до 500 0С в виде одного, двух или трех вакуумных погонов, подача водяного пара в низ ректификационной колонны и в отпарные колонны. В остатке (гудрон) сохраняются до 20-25 % фракций, выкипающих до 500 0С (сольватированные слои). Извлечение фракций, выкипающих до 500 0С, возможно при вакуумной перегонке мазутов, модифицированных внешними воздействиями. При перегонке мазутов в экстремальном состоянии также изменяется состав вакуумных газойлей. Связь состава сольватного слоя на поверхности ядра сложной структурной единицы с составом дисперсионной среды выражается следующей формулой:
х = N 'с = 1 1 1-+ • С 1 | 1 - #1 ' (1)
N1 • С
где X1 и NI - молярные доли компонентов в сольватном слое и в объёме дисперсионной среды соответственно.
Величина "С" зависит от разности адсорбционных потенциалов компонентов (А) и температуры (Т):
А2 - А1
С = е RT , (2)
При Nl = 0, Xl = 0 и Nl = 1, Xl =1 концентрации компонентов в сольватном слое и в объеме дисперсионной среды одинаковы, то есть N1 - X1 = 0 и не зависит от значения C. Регулирование значений адсорбционных потенциалов компонентов в нефтяной дисперсной системе в процессе перегонки достигается внешними воздействиями, в результате чего могут быть достигнуты значения "С", отличные от 1. Например, при доведении мазута до экстремального состояния ароматическими добавками в нефтяных дисперсных системах происходит существенное увеличение удельной (адсорбционной) поверхности
надмолекулярных структур и соответственно изменение адсорбционных потенциалов компонентов ядра и дисперсионной среды. В результате этого осуществляется селективная адсорбция на поверхности надмолекулярных структур наиболее активных полициклических соединений и обеднение ими дисперсионной среды. Обогащенная малоциклическими с длинной боковой цепью соединениями дисперсионная среда при вакуумной перегонке обусловливает получение вакуумного газойля повышенных качеств, который может быть использован как сырьё для получения высокоиндексных масел, а также для каталитического и гидрокрекинга. Таким образом, для интенсификации вакуумной перегонки мазутов в модифицированном (экстремальном) состоянии могут быть применены различные факторы (скорость нагрева мазута, вакуум оптимального значения, температура, импульсность подачи добавки и т. д.).
Библиографические ссылки
1. Сюняев З. И. Прикладная физико-химическая механика нефтяных дисперсных систем. М.: МИНХ и ГП, 1982. 100 с.
2. Нефтяные дисперсные системы / З. И. Сюняев, Р. З. Сафиева, Р. З. Сюняев. М.: Химия, 1990. 226 с.
3. Полежаева Н. И., Низовцева П. В. Физическое и химическое ассоциирование // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : сб. материалов VII Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. Дню космонавтики (12-16 апреля 2021 г., Красноярск) : в 3 т. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова. СибГУ им. М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2021. Т. 1. С. 454-456.
4. Полежаева Н. И., Коваленко А. Ю. Активация нефтепродуктов с учетом экстремальных состояний дисперсных систем [Электронный ресурс] // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : сб. материалов VII Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. Дню космонавтики (12-16 апреля 2021 г., Красноярск) : в 3 т. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова. -СибГУ им. М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2021. Т. 1. С. 448 - 450.
5. Клочихин К. А., Полежаева Н. И. Влияние адсорбционных явлений на поверхности катализатора на выход продуктов в нефтяных дисперсных системах [Электронный ресурс] // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : сб. материалов VI Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. Дню космонавтики (13-17 апреля 2020 г., Красноярск) : в 3 т. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова. СибГУ им. М. Ф. Решетнева. - Красноярск, 2020. Т. 1 . С. 322-324.
6. Полежаева Н. И., Сашко В. А. Интенсификация гетерогенных каталитических процессов нефтяного сырья изменением качества дисперсионной среды [Электронный ресурс] // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки : сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых (23-24 апреля 2020 г., Красноярск) / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова. СибГУ им. М. Ф. Решетнева. - Красноярск, 2020. С. 486-488. - Режим доступа:
7. Шаповаленко И. Е., Левданская Л. В., Полежаева Н. И. Влияние удельной поверхностной энергии катализатора на выход и качество продуктов реакции нефтяного сырья [Электронный ресурс] // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки : сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых (23-24 апреля 2020 г., Красноярск) / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова. СибГУ им. М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2020. С. 495-497.
8. Полежаева Н. И. Физико-химия нефтяных дисперсных систем. Термодинамика и кинетика фазовых переходов в нефтяных дисперсных системах : учеб пособие ; СибГУ им. М. Ф. Решетнева. Красноярск, 2021. 94 с.
© Полежаева Н. И., Махнев Д. Д., 2022
