Гидродинамическая активация тяжелых нефтяных остатков

Цели. В последние годы прослеживается тенденция увеличения в общем объеме добываемой нефти высоковязких, тяжелых нефтей, переработка которых требует новых технологических подходов. Эта задача тесно связана с необходимостью повышения глубины переработки нефти. Среди подходов, предлагаемых для решения отмеченных задач, встречается метод механохимической активации, который основан на использовании эффекта кавитации, создаваемого ультразвуковым или гидродинамическим способами. Цель работы заключалась в исследовании возможности использования эффекта кавитации для повышения глубины переработки нефти.
Методы. В качестве сырья использовались прямогонные и «вторичные» нефтепродукты: вакуумный газойль, газойль каталитического крекинга, мазуты. Активация проводилась в дезинтеграторе высокого давления, принцип действия которого заключался в сжатии нефтепродукта с последующим его пропусканием через диффузор. При этом происходил резкий «сброс» давления до атмосферного, и в гидродинамическом потоке возникало явление кавитации. Градиент давлений на диффузоре варьировался от 20 до 50 МПа, а количество циклов обработки от 1 до 10. Определение плотности, коэффициента рефракции и фракционного состава нефтепродуктов осуществлялось с использованием стандартных и общепринятых методов.
Результаты. В работе представлены результаты влияния механохимической активации нефтепродуктов на изменение их физико-химических характеристик. Показано, что повышение градиента давлений и числа циклов обработки приводит к снижению температур начала кипения нефтепродуктов, их плотности и увеличению выхода фракций, выкипающих до 400 °C. Выход фракции с температурами кипения 400–480 °C и остатка при этом снижается. Отмечено снижение плотности и показателя преломления фракций с температурами кипения до 480 °C и повышение плотности остатка. Установлено, что эффект от явления кавитации (увеличение выхода фракций с температурами кипения до 400 °C, снижение плотности нефтепродукта) возрастал при увеличении градиента давлений и количества циклов обработки.
Выводы. Показано, что увеличение давления от 20 до 50 МПа и количества циклов гидродинамической кавитации способствует большему изменению плотности, температуры начала кипения и выхода фракций. Установлено, что повышение числа циклов обработки свыше 5 нецелесообразно. Отмечено, что с увеличением исходной плотности нефтепродукта эффективность воздействия возрастает. По плотностям и температурам кипения отдельных фракций нефтепродуктов оценена средняя молекулярная масса этих фракций. Расчет подтвердил предположение о протекании реакций крекинга нефтепродуктов под воздействием кавитации и свидетельствует о протекании процессов уплотнения.

1. Халикова Д.А., Петров С.М., Башкирцева Н.Ю. Обзор перспективных технологий переработки тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов. Вестник Казанского технологического университета. 2013;16(3):217–221.

2. Муслимов Р.Х., Романов Г.В., Каюкова Г.П. и др. Комплексное освоение тяжелых нефтей и природных битумов пермской системы Республики Татарстан. Казань: ФЭН; 2012. 396 с. ISBN 978-5-9690-0175-8

3. Муслимов Р.Х., Романов Г.В., Каюкова Г.П., Юсупова Т.Н., Петров С.М. Перспективы тяжелых нефтей. Всероссийский экономический журнал ЭКО. 2012;(1):35–40.

4. Галиуллин Э.А., Фахрутдинов Р.З. Новые технологии переработки тяжелых нефтей и природных битумов. Вестник технологического университета. 2016;19(4):47–51.

5. Шакирзянова Г.И., Сладовская О.Ю., Сладовский А.Г., Зимнякова А.С., Нигметзянов Н.С. Замедленное коксование как эффективная технология углубления переработки нефти. Вестник технологического университета. 2017;20(14):75–78.

6. Солодова Н.Л., Терентьева Н.А. Современное состояние и тенденции развития каталитического крекинга нефтяного сырья. Вестник Казанского технологического университета. 2012;15(1):141–147.

7. Хаджиев С.Н. Наногетерогенный катализ – новый сектор нанотехнологий в химии и нефтехимии (Обзор). Нефтехимия. 2011;51(1):3–16.

8. Галимов Р.А., Кротов В.В., Марданшин Р.Н., Харлампиди Х.Э., Кутуев А.А. Дифференциация нефти в магнитном поле. Вестник технологического университета. 2010;(3):467–471.

9. Мозговой И.В., Грязнов В.А., Миронова Е.В., Мозговой Е.И. Перспективы использования ультразвука в пиролизе. Омский научный вестник. 2010;3(93):300–303.

10. Промтов М.А. Перспективы применения кавитационных технологий для интенсификации химико-технологических процессов. Вестник ТГТУ. 2008;14(4):861–869.

11. Промтов М.А. Изменение фракционного состава нефти при гидроимпульсной кавитационной обработке. Вестник ТГТУ. 2017;23(3):412–419. https://doi.org/10.17277/vestnik.2017.03.pp.412-419

12. Бесов А.С., Колтунов К.Ю., Брулев С.О., Кириленко В.Н., Кузьменков С.И., Пальчиков Е.И. Деструкция углеводородов в кавитационной области в присутствии электрического поля при активации водными растворами электролитов. Письма в ЖТФ. 2003;29(5):71–77.

13. Кравченко О.В. Физико-химические преобразования углеводородных соединений с использованием новых кавитационных устройств. Авиационно-космическая техника и технология. 2007;1(37):65-69.

14. Бахтин Б.И., Десятов А.В., Корба О.И., Кубышкин А.П., Скороходов А.С. Низкотемпературный крекинг углеводородов в кавитационных ультразвуковых полях. Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2009;(6):14–19.

15. Иванов С.В., Антонюк Н.С., Луцковская В.А., Кравченко В.В., Воробьев С.И., Торховский В.Н. О возможности увеличения глубины отбора вакуумных дистиллатов при перегонке нефти за счет предварительной механоактивации. Вестник МИТХТ (Тонкие химические технологии). 2012;7(2):48–50.

16. Bhangu S.K., Ashokkumar М. Theory of sonochemistry. Top. Curr. Chem. (Z). 2016;374(4):56. https://doi.org/10.1007/s41061-016-0054-y

17. Avvaru B., Venkateswaran N., Uppara P., Iyengar S.B., Katti S.S. Current knowledge and potential applications of cavitation technologies for the petroleum industry. Ultrasonics Sonochemistry. 2018;42:493–507. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.12.010

18. Воробьев С.И., Торховский В.Н., Туторский И.А., Казмалы И.К. Механодеструкция углеводородов нефти с помощью дезинтегратора высокого давления. Вестник МИТХТ (Тонкие химические технологии). 2008;3(3):78–85.

19. Сиротюк М.Г. Акустическая кавитация. М.: Наука; 2008. 271 с. ISBN 978-5-02-036656-5

20. Смородов Е.А., Галиахметов Р.Н., Ильгамов М.А. Физика и химия кавитации: монография. М: Наука; 2008. 225 с. ISBN 978-5-02-036626-8

21. Рудин М.Г., Сомов В.Е., Фомин А.С. Карманный справочник нефтепереработчика. М.: ЦНИИТЭнефтехим; 2004. 336 с.

22. Глаголева О.Ф., Капустин В.М. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. М.: Химия. КолосС; 2007. 400 с.