Изменение углеводородного состава нефтепродуктов под воздействием кавитации

Цели. Интерес к применению явления кавитации для обработки углеводородных смесей, в частности нефти и нефтепродуктов, и отсутствие в литературе системного подхода к проведению подобных исследований открывает необходимость более глубокого изучения влияния этого физического воздействия на характеристики и детальный углеводородный состав нефтяного сырья. В связи с этим, цель данной работы заключается в изучении влияния условий, при которых возникает кавитация, на изменение физико-химических свойств и углеводородного состава нефти и нефтепродуктов.

Методы. В качестве объектов исследования были взяты два образца нефти и четыре прямогонные фракции — бензиновая, керосиновая, дизельная и мазут, обладающие различными характеристиками и углеводородным составом. Кавитационную обработку проводили в гидродинамическом режиме на аппарате Донор-2 в диапазоне перепадов давления от 20 до 50 МПа. Количество циклов обработки составляло от 1 до 20. Плотность определяли пикнометрическим методом, показатель преломления — на рефрактометре типа Аббе, а фракционный состав или выход фракций — перегонкой при атмосферном или пониженном давлении соответственно для светлых или темных нефтепродуктов. Углеводородный состав бензиновой фракции определяли хромато-масс-спектрометрическим методом.

Результаты. В работе показано изменение плотности и фракционного состава объектов исследования после их обработки при различных условиях. Уделено особое внимание углеводородному составу бензиновой фракции: показано увеличение содержания в ней нормальных алканов за счет увеличения количества структур, обладающих меньшей длиной углеродной цепи, по сравнению с компонентами сырья, не подвергнутого кавитационному воздействию.

Выводы. Представлены результаты исследования влияния кавитационной обработки нефти и ее отдельных фракций на изменение физико-химических характеристик объектов исследования. Установлено, что характер изменений зависит от условий обработки и исходных характеристик образца. Высказано предположение о том, что в результате кавитационного воздействия могут протекать процессы крекинга и уплотнения. Возможность протекания реакций крекинга подтверждена результатами хроматографии и определения группового углеводородного состава образцов.

1. Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны: пер. с англ. М.: Мир; 1964, 466 с.

2. Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация: пер. с англ. М.: Мир; 1974, 687 с.

3. Шестаков С.Д. Основы технологии кавитационной дезинтеграции. Теория кавитационного реактора и ее приложения в производстве хлебопродуктов. М.: ЕВА-пресс; 2001, 173 с.

4. Промтов М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика. М.: Машиностроение-1; 2001, 260 с.

5. Думитраш П.Г., Болога М.К., Кучук Т.В., Шемякова Т.Д. Кавитационные технологии при диспергировании и гомогенизации. Электронная обработка материалов. 2009;4(258):102–107. https://elibrary.ru/qyxcrh, https://doi.org/10.3103/S1068375509040152

6. Агранат Б.А. Ультразвуковая технология. М.: Металлургия; 1974, 504 с.

7. Хафизов Ф.Ш., Хафизов Н.Ф., Ванчухин Н.П. Процессы нефтепереработки в кавитационно-вихревых аппаратах. Уфа: Изд-во Фонда содействия развитию научных исследований; 1999, 110 с.

8. 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

9. Воробьев С.И., Торховский В.Н., Туторский И.А., Казмалы И.К. Механодеструкция углеводородов нефти с помощью дезинтегратора высокого давления. Вестник МИТХТ. 2008;3(3):77–84.

10. Муллакаев М.С., Абрамов В.О., Баязитов В.М., Баранов Д.А., Новоторцев В.М., Еременко И.Л. Изучение воздействия кавитации на реологические свойства тяжелой нефти. Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2011;5:24–27. https://elibrary.ru/oimnnj

11. Галимов Р.А., Мардиншин Р.Н., Харлампиди Х.Э., Дахнави Х.Э. Влияние электромагнитного поля на отбор узких фракций светлых нефтепродуктов. Вестник Казанского технологического университета. 2010;5: 171–177. https://elibrary.ru/motycd

12. Промтов М.А. Кавитационная технология улучшения качества углеводородных топлив. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2008;2:6–8. https://elibrary.ru/ilgqdp

13. Иванов С.В., Воробьев С.И., Торховский В.Н., Герзелиев И.М. Применение гидродинамической кавитации для повышения эффективности каталитического крекинга вакуумного газойля. Вестник МИТХТ. 2013;8(3): 67–69. https://elibrary.ru/qgslud

14. Терентьева В.Б., Пешнев Б.В., Николаев А.И. Гидродинамическая активация тяжелых нефтяных остатков. Тонкие химические технологии. 2021;16(5):390–398. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2021-16-5-390-398

15. Николаев А.И., Пешнев Б.В., Алхамеди М.Х.И. Кавитационная обработка обводненных нефтепродуктов. Известия высших учебных заведений. Химия и хим. технология. 2022;65(7): 94–99. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226507.6611

16. Рыбак Б.М. Анализ нефти и нефтепродуктов. М.: Гостоптехиздат; 1962, 888 с.

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. Ultrason. Sonochem. 2018;42:493–507. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.12.010

18. Пешнев Б.В., Николаев А.И., Никишин Д.В., Алхамеди М.Х.И. Перспективы использования явления кавитации при переработке нефти. Известия высших учебных заведений. Химия и хим. технология. 2023;66(4): 110–116. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236604.6760