Введение к работе
Актуальность работы. Добываемое углеводородное сырье содержит в себе минеральные соли, пластовую воду и различные механические примеси (частицы горных пород, цемента, продуктов коррозии нефтепромыслового оборудования и плотные углеродистые образования самой нефти или газового конденсата). Они образуют с нефтью или газовым конденсатом сложную дисперсную систему «углеводородное сырье – водный раствор солей – твердое тело», разделение которой проводится на промыслах методом отстаивания. При этом частицы, размер которых меньше одного микрона остаются в углеводородном сырье во взвешенном состоянии.
Присутствие механических примесей в углеводородном сырье, помимо значительного износа оборудования, затрудняет переработку нефти и конденсата, повышает зольность мазутов и гудронов, образует отложения в холодильниках, теплообменниках и печах. Это приводит к снижению эффективности технологического оборудования вследствие уменьшения коэффициента теплопередачи, приводит к износу насосов, уменьшает срок службы дорогостоящих катализаторов вторичных процессов переработки углеводородного сырья. Механические примеси также являются стабилизаторами трудноразделимых водонефтяных эмульсий, которые, попадая с углеводородным сырьем в нагревающую аппаратуру, интенсивно испаряются и, резко расширяясь в объеме, нарушают технологический режим работы нефтеперерабатывающих установок, снижая их производительность, потребляя излишнее тепло на подогрев и испарение.
В этой связи исследования состава механических примесей размером меньше одного микрона, содержащихся в сырье различной природы, и уменьшение их количества в сырье приобретает особое значение.
Как известно, механические примеси удаляют из углеводородного сырья физическими методами, которые включают очистку под воздействием гравитационных, центробежных, электродинамических сил, очистку путем фильтрования через пористые перегородки, а также очистку с помощью комбинации этих методов. При этом возникают проблемы с наличием большого парка резервуаров и длительным временем отстоя, подбором фильтрующего материала, подходящего для мелкодисперсных частиц, а также величины напряженности электрического поля для обработки углеводородного сырья различной природы.
Существующие в настоящее время способы уменьшения количества механических примесей, в особенности мелкодисперсных, в углеводородном сырье недостаточно эффективны. Перспективным направлением решения проблемы является дальнейшее совершенствование методов очистки углеводородного сырья от механических примесей размером меньше одного микрона, содержащихся в нефтяном и конденсатном сырье при его подготовке к дальнейшей переработке.
Цель и основные задачи работы. Целью настоящей работы является повышение эффективности технологии очистки углеводородного сырья различной природы (нефтяного и конденсатного) от механических примесей посредством комбинированной волновой обработки углеводородного сырья ультразвуком и магнитным полем в процессе фильтрации на волокновом титановом материале в динамическом режиме.
Для достижения поставленной цели исследования необходимо было решить следующие задачи:
– мониторинг отказов технологического оборудования, связанных с наличием в углеводородном сырье частиц минеральной фазы размером меньше одного микрона;
– интенсификация процесса очистки углеводородного сырья от механических примесей путем волновых воздействий различной природы;
– исследование влияния параметров ультразвука и магнитного поля на глубину очистки углеводородного сырья от механических примесей различной природы и механизма протекающих процессов;
– изучение влияния природы фильтрующего элемента (высокопористый титан с волокнистой структурой) на степень очистки углеводородного сырья от механических примесей;
– создание технологии очистки углеводородного сырья от механических примесей размером меньше одного микрона на основе волновой обработки и использовании титанового фильтра;
– оценка технико-экономических показателей разработанной технологии очистки углеводородного сырья от механических примесей размером меньше одного микрона на основе волновой обработки и использования титанового фильтра.
Научная новизна. В работе впервые:
– определены зависимости изменения степени очистки углеводородного сырья от механических примесей от величины индукции магнитного поля и скорости потока сырья через активный зазор магнитного туннеля;
– установлено, что комбинированное воздействие ультразвуком и магнитным полем при фильтрации углеводородного сырья через фильтры на основе волокновых титановых материалов позволяет повысить степень очистки до 92 % от частиц меньше одного микрона;
– предложен механизм комбинированного влияния магнитного поля и ультразвука с последующей фильтрацией через фильтр на основе волокновых титановых материалов на процесс отделения механических примесей от углеводородного сырья.
Практическая ценность и реализация в промышленности.
Разработана технология, позволяющая достичь высокой степени (до 92%) очистки углеводородного сырья от механических примесей, учитывающая природу сырья и механических примесей в сырье на основе волновой обработки углеводородного сырья и фильтрации через титановые фильтры, которая учтена в перспективных программах развития ГПЗ
ООО «Газпром добыча Астрахань». Планируемый ежегодный экономический эффект от этого внедрения составит 813,28 тыс. руб. Очищенное с помощью предложенной технологии сырье позволит увеличить срок службы технологического оборудования и дорогостоящих катализаторов на установках вторичной переработки углеводородного сырья.
Разработаны конкретные мероприятия по предупреждению остановок технологического оборудования, связанных с наличием в углеводородном сырье частиц минеральной фазы размером меньше одного микрона.
Основные положения и результаты диссертационной работы используются в Астраханском государственном техническом университете при проведении занятий по дисциплинам «Химия и первичная переработка нефти» и «Физико-химия нефтяных дисперсных систем», при курсовом и дипломном проектировании студентов специальности 240403.65 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».
На защиту выносятся:
– распределение механических примесей нефтяного и конденсатного сырья по гранулометрическому составу;
– подбор параметров волнового воздействия на нефтяное и конденсатное сырье для эффективной очистки от механических примесей различного состава в процессе фильтрации;
– механизм влияния волновых воздействий на процесс очистки углеводородного сырья от механических примесей;
– создание технологии очистки углеводородного сырья от механических примесей меньше одного микрона на основе комбинированного воздействия ультразвука и магнитного поля и использования фильтров на основе волокновых титановых материалов;
– оценка технико-экономических показателей разработанной технологии очистки углеводородного сырья от механических примесей размером меньше одного микрона на основе волновой обработки и использования титанового фильтра.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IV, V Международных научно-технических конференциях «Углеводородные системы. Глубокая переработка нефти», Москва, 2008, 2009; Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка – 2009», Уфа, 2009; VII Международной конференции «Химия нефти и газа», Томск, 2009; I-ой научно-технической конференции «Вклад молодых в освоение Астраханского газоконденсатного месторождения – 2009», Астрахань, 2009; Третьей Международной конференции «НЕФТЕГАЗИНТЕХЭКО-2010. Модернизация нефтегазовой отрасли», Москва, 2010; Всероссийской научно-технической конференции «Нефтегазовое и горное дело», Пермь, 2010; IV, V Всероссийских научно-практических конференциях «Нефтепромысловая химия», Москва, 2008, 2010; Международной научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2010», Астрахань, 2010; 52-ой, 53-ой, 54-ой и 55-ой Конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ, Астрахань, 2008-2011; V, IX, X Международных научно-практических конференциях «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт-Петербург, 2008-2011.
Основное содержание работы изложено в 27 публикациях, среди них 3 статьи в журналах по перечню ВАК, 1 патент на изобретение, 2 статьи в научных журналах, материалы и тезисы докладов в сборниках.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и принятых в тексте списка сокращений. Работа изложена на 110 страницах, включает 25 рисунков, 18 таблиц. Список литературы содержит 130 наименований.
