Малюгин, Р. В.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

XХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ» Секция 8: Физические методы в науке и технике ДЕМЕТАЛЛИЗАЦИЯ И ОБЕССЕРИВАНИЕ СЫРОЙ НЕФТИ В ПОТОКЕ Малюгин Р.В. Научный руководитель: Орлов А.А., д.т.н., профессор Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30 malyugin@tpu.ru В связи с ростом объемов глубокой переработки нефти, а также вовлечением в переработку нефтей, богатых неуглеродородными компонентами, все большее значение приобретает решение проблем, связанных с наличием гетероорганических соединений в нефтяном сырье. Из–за присутствия этих компонентов значительно осложняется технология переработки, снижаются срок действия и селективность катализаторов, ухудшаются эксплуатационные характеристики получаемых продуктов [1]. Существенная часть компонентов сжигается в составе топлив, в результате в атмосферу выбрасываются оксиды серы, азота, металлов, что наносит непоправимый вред окружающей среде. Присутствие серы в нефти способствует коррозии и разрушению металлических конструкций оборудования.  Наиболее надежными и доступными способами выделения сераорганических соединений являются окисление различными окислителями, адсорбция на силикагеле и оксиде алюминия, сернокислотная и щелочная экстракция, а также каталитические методы: гидроочистка и биодесульфуризация [2]. Существенными недостатками почти всех этих способов являются низкий коэффициент использования сырья, малая производительность устройств и нерентабельность при реализации их для крупномасштабных производств. Интерес к нефтям и природным битумам как источникам получения ванадия, никеля и других редкоземельных металлов определяется тем, что во многих из них концентрация металлов соизмерима, а во многих случаях превосходит концентрацию в самых богатых рудах. В то же время наличие металлов и их оксидов в сырой нефти затрудняет дальнейшую (глубокую) переработку нефти, так как металлы (такие как, ванадий, железо, никель), содержащиеся в остатке, при каталитическом крекинге являются "ядами" для катализаторов, мешают крекингу нефти, либо использованию продуктов крекинга [3]. Для удаления металлов из нефтей используются: экстракционно-осадительные; адсорбционные и адсорбционно–каталитические; гидрогенизационные; термические; химические и другие нетрадиционные способы. Во многих случаях проблема деметаллизации нефти и нефтепродуктов решается при деасфальтизации, гидроочистке, гидрокрекинге. Большие перспективы имеют способы, основанные на глубокой деструкции исходного сырья (коксование, термоконтактный крекинг), что позволяет резко повысить выход топливных фракций и сконцентрировать основное количество ванадия и никеля в коксе [4]. В качестве нетрадиционных можно отметить создание электрохимических методов очистки нефти от металлов, метода деасфальтизации и деметаллизации сырой нефти или её фракций [5]. Недостатками этих методов являются необходимость разбавления нефти растворителем для уменьшения ее вязкости, невозможность их использования для очистки в потоке нефти, дополнительная очистка применяемых реагентов или их утилизация [5]. В связи с этим задачей наших исследований являлось создание такого способа рафинирования нефти в потоке, который обеспечивал бы реализацию безреагентной технологии с учётом экологических требований к ней. Для достижения технического результата нами предложен новый способ деметаллизации и обессеривания сырой нефти в потоке. Обработка сырой нефти в потоке осуществляется электрохимически на переменном асимметричном токе плотностью 50–100 А/м2 с асимметрией (отношением плотности тока отрицательного полупериода к плотности тока положительного полупериода Iк / Iн) 8–10 и частотой тока, определяемой по формуле: 110 нf f An= , где f – значение частоты выделяемого элемента; A – атомный вес выделяемого элемента; fн – значение частоты выделения водорода; n – валентность выделяемого элемента, при этом частота для выделения водорода fн =96500 Гц – постоянная величина. С помощью этого способа можно извлекать из сырой нефти любые элементы. Каждый элемент выделяется на определенной частоте, поэтому одновременное извлечение элементов возможно только при наличии для него индивидуального двухкамерного диафрагменного электролизера, настроенного на частоту данного элемента. Сырая нефть последовательно пропускается через эти электролизеры. Порядок пропускания значения не имеет. Способ осуществляется следующим образом: сырая нефть из магистрального нефтепровода после сброса давления проходит механическую фильтрацию, подвергается электрохимической деметализации и обессериванию, затем выравнивается давление с давлением в магистральном трубопроводе и обработанная нефть сбрасывается в общий поток. Продукты, полученные в результате деметаллизации, 23 XХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ» Секция 8: Физические методы в науке и технике обессеривания и извлечения необходимых ценных компонентов могут быть использованы в качестве сырья для нужд промышленного производства. Для деметаллизации нефти (выделения из нее ванадия, никеля и железа) брали три двухкамерных диафрагменных электролизёра (по числу выделяемых элементов) и через проточные анодные камеры пропускали один литр сырой нефти со скоростью 1,389·10⁻⁶ м3/сек при плотности переменного, асимметричного тока 500–600 А/м2 и асимметрии (отношении плотности тока отрицательного полупериода к плотности тока положительного полупериода Iк /Iн) 8–9. В катодные непроточные камеры заливали 50·10⁻⁶ м3 принимающего буферного водного 0,01% раствора соляной кислоты. Для выделения серы один литр сырой нефти пропускали через проточную катодную камеру двухкамерного диафрагменного электролизёра со скоростью 1,389·10⁻⁶ м3/сек при плотности переменного асимметричного тока 300–400 А/м2 и асимметрии (отношение плотности тока отрицательного полупериода к плотности тока положительного полупериода Iк / Iн) 8–9. В анодную непроточную камеру заливали 50·10⁻⁶ м3 принимающего буферного водного 0,01% раствора соляной кислоты. Частоты выделения указанных металлов и серы из нефти рассчитывали по приведенной выше формуле. Они представлены в таблице 1. Результаты лабораторных исследований по деметаллизации и обессериванию сырой нефти в потоке представлены в таблицах 1, 2. Таблица 1. Экспериментальные  результаты по деметаллизации и обессериванию сырой нефти в потоке  Выделяемый элемент Исходное содержание элемента, кг/м3 Выделяемый элемент Сумма примесей Сера fS=90±1 Гц Принимающий раствор Нефть    Следы 7,4·10⁻²    Следы 1,7·10⁻² Ванадий fV=475±1 Гц Принимающий раствор Нефть    Следы 8,8·10⁻²    Следы 1,8·10⁻² Никель fNi=90±1 Гц Принимающий раствор Нефть    Следы 3,8·10⁻²    Следы 1,7·10⁻² Железо fFe=22±1 Гц Принимающий раствор Нефть    Следы 5,5·10⁻²    Следы 1,6·10⁻² Таблица 2. Экспериментальные  результаты по деметаллизации и обессериванию сырой  нефти в потоке  Выделяемый элемент Содержание элемента после электролиза, кг/м3 Выделяемый элемент Сумма примесей Сера Принимающий раствор Нефть   7,3·10⁻² 0,6·10⁻²   Следы 1,6·10⁻² Ванадий Принимающий раствор Нефть   8,6·10⁻² 0,4·10⁻²   Следы 1,7·10⁻² Никель Принимающий раствор Нефть   3,7·10⁻² 0,1·10⁻²   Следы 1,6·10⁻² Железо Принимающий раствор Нефть   5,5·10⁻² 0,2·10⁻²   Следы 1,6·10⁻² Степень извлечения ванадия, никеля, железа и серы лежит в диапазоне 90–98%. Предложенный способ имеет высокую эффективность технологических приёмов, характеризуется простотой изготовления и эксплуатации, низкой себестоимостью оборудования, не требует дополнительных реагентов, пригоден для комплексного рафинирования нефти от серы и различных металлов в потоке сырой нефти с учётом экологических требований, и может быть использован в аналитической химии для определения содержания серы в нефти и нефтепродуктах. Список литературы: 1. Байматов А.Е., Жакупова Г.Ж. Серосодержащие соединения нефти и основные методы очистки нефти и нефтяных фракций от них: учеб. пособие для студентов высших учебных заведений для химико-технологических специальностей нефтегазового дела и специалистов в области переработки нефти и газа. – Актобэ: АГУ им. К. Жубанова. – 2010. – С. 36. 2. Сираева И.Н. Особенности переработки сернистых нефтей // Нефтегазовое дело. – 2011. – №5. – С. 318–322. 3. Способ деметаллизации сырой нефти и устройство для его осуществления // патент РФ № 2133766 от 14.10.1996 г. 4. Соскинд Д.М., Грибков В.В., Слатвинский–Сидак Н.П. и др./Химия и технология топлив и масел. – 1988. – №4. – С. 5–7. 5. Способ деасфальтизации и деметаллизации сырой нефти или ее фракций // патент № 2014344 РФ от 03.06.1991 г. 24 

Деметаллизация и обессеривание сырой нефти в потоке

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University