В настоящее время все более остро поднимается вопрос о рациональном использовании нефтяных запасов. Транспортировка нефти и увеличение выхода ценных нефтепродуктов и продуктов нефтехимии является актуальным направлением в совершенствовании современных технологий переработки нефти. Поиск эффективных способов транспортировки нефти и усовершенствования ее первичной переработки с целью увеличения выхода светлых фракций и повышения качества получаемых нефтепродуктов обуславливает актуальность данного исследования. Как известно, при добыче, транспортировке и подготовке нефти к дальнейшей переработке вводят специальные вещества (реагенты), способствующие созданию оптимальных условий проведения разных технологических процессов. Однако при этом не уделяется достаточного внимания изучению их влияния на физико-химические свойства нефти и на результаты последующих технологических процессов переработки. В статье представлены объекты, методы и характеристики нефтяного сырья. Приведены данные исследований влияния реагентов, вводимых на стадии промысловой подготовки нефтяного сырья, на результаты атмосферной перегонки. Установлено, что наличие реагентов даже в остаточных концентрациях позволяет существенно увеличить выход светлых фракций при атмосферной перегонке нефти за счет воздействия на надмолекулярные структуры нефтяных фракций. Выявлено, что увеличение выхода светлых фракций до 5–6 % достигается при наличии реагентов РХТ и Флоудин даже в минимальных концентрациях. Объяснить поведение нефтяного сырья, химизм, механизм протекающих в них реакций возможно представив его как нефтяную дисперсную систему. Таким образом можно спрогнозировать поведение системы и пути интенсификации процессов переработки.
атмосферная перегонка, парафинистая нефть, химические реагенты, выход светлых фракций
Введение
Энерго- и ресурсосбережение является одним из приоритетных направлений в развитии многих отраслей промышленности [1]. Наряду с совершенствованием схем, рациональной организацией потоков и т. п. необходимо учитывать особенности сырья с точки зрения межмолекулярных взаимодействий и тем самым влиять на фазовые переходы различными методами воздействия на сырье [2–8]. Наиболее простым и доступным способом является использование различных добавок и поверхностно-активных веществ. В настоящее время в качестве активирующих добавок для модификации нефти перед прямой перегонкой исследован широкий круг веществ различной химической природы. Это нефтепродукты с высоким содержанием ароматических структур (экстракты селективной очистки масел, различные фракции газойля каталитического крекинга, фракции каменноугольной смолы и т. д.), углеводороды (твердые парафины), соединения с функциональными группами –NH2, –OH, –COOH и др. [9].
Эффективность введения различных технологических добавок в нефть при ее транспортировке исследована в работе [10]. Было установлено, что введение различных технологических добавок в нефть приводит к изменению межмолекулярных взаимодействий и перестройке структуры нефтяной дисперсной системы, в связи с чем изменяются ее физико-химические и дисперсные характеристики.
Исследование активации прямой перегонки нефти эфирами кислот рапсового масла было проведено авторами [11]. Исследуемые добавки вводили в нефть в количестве 1,5 % от ее массы и проводили атмосферную и вакуумную перегонку нефти. Сопоставление материальных балансов перегонок нефти, не содержащей добавки, и активированной нефти позволило установить влияние эфиров рапсового масла на отбор дистиллятных фракций. Согласно полученным данным, добавки эфиров изменяют температуру начала кипения бензиновой фракции. Наиболее существенно повышают значение начала кипения продукты этерификации кислот рапсового масла н-бутанолом-1 и н-пентанолом-1. Максимальный отбор обеспечивается при введении в нефть пентиловых эфиров рапсового масла (ПэЭРМ), что позволяет увеличить отбор и кубовые остатки, полученные при выделении эфиров из продуктов этерификации вакуумной перегонки.
Цель работы – изучение влияния технологических добавок различной природы и их концентрации на выход светлых нефтепродуктов при атмосферной перегонке нефтяного сырья.
Исследование влияния реагентов
Объектом исследования послужила нефть месторождения им. Ю. Корчагина, расположенного в северной части акватории Каспийского моря. Характеристика представлена в табл. 1.
Таблица 1
Table 1
Характеристика нефти
Characteristics of oil
|
Наименование |
Значение |
|
Плотность при 20 °С, кг/м3 |
813 |
|
Температура застывания, °С |
–6 |
|
Кинематическая вязкость при 20 ºС, мм2/с |
11,4 |
|
Средний размер частиц дисперсной фазы, нм |
260 |
|
Содержание асфальтенов, % масс. |
1,15 |
Для оценки влияния на выход светлых дистиллятов при атмосферной перегонке использовались технологические добавки, которые вводились в нефтяное сырье еще на стадии промысловой подготовки: РХТ-РТ марки А, Флоудин марки ТН и Сонпар-5403. Исследования проводили в диапазоне концентраций добавок 10–50 г/т.
Ингибитор Сонпар-5403, характеристика которого приведена в табл. 2, предотвращает асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО) на поверхности нефтепроводов и взаимодействует с молекулами парафина, препятствуя процессу укрупнения кристаллов и способствуя поддержанию кристаллов во взвешенном состоянии в процессе их движения. Помимо этого, ингибитор имеет детергентные свойства, обладающие сильной отмывающей способностью.
Таблица 2
Table 2
Характеристика ингибитора парафиноотложений Сонпар-5403 по ТУ 20.59.59-010-00151816-2021
Characteristics of paraffin deposition inhibitor Sonpar-5403 according to TC 20.59.59-010-00151816-2021
|
Реагент |
Внешний вид |
ρ420, кг/м3 |
υ20, мм2/с |
tзaст, ºС |
|
Сонпар-5403 |
Однородная жидкость |
906 |
3,49 |
–50 |
Депрессорная присадка Флоудин марки ТН, характеристика которой приведена в табл. 3, предназначена для снижения температуры застывания нефтей и нефтепродуктов, для понижения вязкости нефти при ее добыче и транспортировке, а также для предотвращения образования АСПО в нефтепромысловом оборудовании. Депрессорные присадки серии Флоудин марки ТН представляют собой композиционную смесь полярных сополимеров в углеводородном растворителе.
Таблица 3
Table 3
Характеристика депрессорной присадки Флоудин марки ТН по ТУ 20.59.59-123-53501222-2017
Characteristics of the depressant additive Flowdin of the TN brand according to TC 20.59.59-123-53501222-2017
|
Реагент |
Внешний вид |
ρ415, кг/м3 |
υ20, мм2/с |
tзaст, ºС |
|
Флоудин |
Однородная жидкость |
900 |
3,49 |
–50 |
Растворитель РХТ-РТ марки А, характеристика которой приведена в табл. 4, предназначен для предотвращения образования АСПО в нефтепромысловом оборудовании.
Таблица 4
Table 4
Характеристика реагента РХТ-РТ марки А
Characteristics of the reagent PXT-PT A brand
|
Реагент |
Внешний вид |
ρ420, кг/м3 |
υ20, мм2/с |
tзaст, ºС |
|
РХТ-РТ |
Однородная жидкость |
910 |
4,68 |
–50 |
В результате атмосферной перегонки нефтяного сырья получены зависимости, представленные на рис. 1–3.
Рис. 1. Результаты атмосферной перегонки нефтяного сырья (концентрация реагентов 10 г/т)
Fig. 1. Results of atmospheric distillation of crude oil (reagent concentration 10 g/t)
Рис. 2. Результаты атмосферной перегонки нефтяного сырья (концентрация реагентов 30 г/т)
Fig. 2. Results of atmospheric distillation of crude oil (reagent concentration 30 g/t)
Рис. 3. Результаты атмосферной перегонки нефтяного сырья (концентрация реагентов 50 г/т)
Fig. 3. Results of atmospheric distillation of crude oil (reagent concentration 50 g/t)
Из данных рис. 1 видно, что при наличии в нефти реагента даже в малых количествах происходит увеличение выхода светлых фракций при атмосферной перегонке. Установлено, что ингибитор коррозии в большей степени влияет на увеличение выхода светлых фракций – выход бензиновой и дизельной фракции увеличился на 6,5 и 8 % соответственно.
Из данных рис. 1–3 видно, что наличие в нефтяном сырье даже остаточного содержания реагентов различной природы приводит к увеличению выхода светлых фракций в ряду: РХТ-РТ < Флоудин < Сонпар-5403.
В то же время при анализе каждого реагента по отдельности установлено что, при повышении его концентрации в нефти происходит увеличение выхода светлых фракций для РХТ-РТ и Флоудин, а для Сонпар наблюдается обратная тенденция.
Данную зависимость можно проследить по температурам начала и конца кипения нефти в процессе атмосферной перегонки, результаты которой приведены в табл. 5.
Таблица 5
Table 5
Результаты атмосферной перегонки нефти месторождения им. Ю. Корчагина
Results of atmospheric distillation of oil from the Yu. Korchagin field
|
Температура |
РХТ-РТ марки А |
Флоудин марки ТН |
Сонпар-5403 |
||||||
|
10 г/т |
30 г/т |
50 г/т |
10 г/т |
30 г/т |
50 г/т |
10 г/т |
30 г/т |
50 г/т |
|
|
t начала кипения, оС |
86 |
74 |
72 |
69 |
68 |
54 |
58 |
61 |
66 |
|
t конца кипения, оС |
273 |
277 |
280 |
260 |
296 |
269 |
310 |
294 |
264 |
Заключение
Исследование выхода светлых дистиллятов и в зависимости от концентрации технологических добавок показало, что их влияние весьма значительно и разнообразно. Наличие в нефтяном сырье даже остаточного содержания ингибитора парафиноотложений, который вводится на стадии добычи и транспортировки, приводит к увеличению выхода светлых фракций. Предположительно, это связано с химическим составом реагента, в процессе атмосферной перегонки который изменяется. Такая же тенденция с предположительным изменением химического состава реагента в процессе атмосферной перегонки нефтяного сырья наблюдается и при введении депрессорной присадки. Таким образом, получив результаты процесса первичной переработки нефтяного сырья в присутствии различных реагентов, можно рекомендовать специалистам на стадиях добычи, транспортировки и промысловой подготовки регулировать природу и концентрацию вводимых реагентов с целью увеличения эффективности дальнейшей переработки.
1. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 года: распоряжение Правительства Российской Федерации от 9 июня 2020 г. № 1523-р. URL: http://government.ru/docs/39847 (дата обращения: 20.09.2024).
2. Прогноз развития энергетики мира и России 2019 / под ред.: А. А. Макарова, Т. А. Митровой, В. А. Кулагина. М., 2019. 210 с.
3. Стратегии развития минерально-сырьевой базы Российской Федерации до 2030 г.: проект (версия от 12.09.2016). URL: https://mineral.ru/Analytics/rutrend/168/557/RF%20MSB%20Strategy%20-%20Project%202017-01-16.pdf (дата обращения: 25.09.2024).
4. Safin Z. I., Kemalov A. F., Kemalov R. A., Ter-entyeva N. A. Comprehensive assessment of oil refineries and plants for the processing of heavy oils and natural bitumens // Вестн. Технолог. ун-та. 2019. № 9. С. 188.
5. Как повлияют санкции ЕС на работу НПЗ в России. URL: https://www.vedomosti.ru/business/articles/2022/02/27/911173-sanktsii-es-npz (дата обращения: 13.09.2024).
6. Глубина переработки нефти в России. URL: https://magazine.neftegaz.ru/articles/pererabotka/661187-glubina-pererabotki-nefti-v-rossii (дата обращения: 13.09.2024).
7. Пивоварова Н. А., Гражданцева А. С., Власова Г. В., Колосов В. М. Влияние магнитного поля на результаты атмосферной перегонки стабильного газового конденсата // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. 2015. № 2. С. 24–33.
8. Гуров Ю. П., Курмачев Н. А. Увеличение выхода светлых дистиллятов при первичной переработке нефтяного сырья // Материалы Нац. с международ. участием науч.-практ. конф. «Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе». Тюмень: ТИУ, 2019. С. 57–59.
9. Володин Ю. А. Варианты углубленной переработки нефти с помощью физико-химических воздействий: дис. … канд. техн. наук. М., 2000. 161 с.
10. Муслимова Ю. Н., Власова Г. В. Оценка влияния концентрации технологических добавок в нефтяном сырье при его транспортировке // Материалы Международ. науч.-практ. конф. «Наука сегодня: проблемы и перспективы развития». В 2-х ч. Ч. 1. Вологда, 2018. С. 17–18.
11. Грушова Е. И., Шариф А. С., Шрубок А. О. и др. Активация перегонки нефти эфирами кислот рапсового масла // Изв. высш. учеб. заведений. Нефть и газ. 2014. № 1. С. 79–84.
