Исследование воздействия магнитной обработки на свойства нефтяного сырья
Параметры и результаты технологических процессов нефтепереработки и нефтехимии определяются качеством поступающего на переработку углеводородного сырья, что, в свою очередь, напрямую зависит от эффективности используемых методов его подготовки и очистки. Современный этап развития химии и технологии углеводородов характеризуется прогрессирующим ухудшением свойств и качества перерабатываемых нефтей из-за увеличения обводненности, коррозионной агрессивности, содержания серы, солей и пр. В этой связи снижение влияния указанных негативных факторов на разделение и трансформации углеводородного сырья является одним из приоритетных направлений науки и техники.
В технологических процессах подготовки сырья для нефтепереработки и нефтехимии используются химические реагенты различного назначения, но в осложненных условиях традиционные химические методы и стандартные технологии во многих случаях оказываются недостаточно эффективными. Наряду с химическими используется ряд физических методов воздействия на нефть и водно-органические смеси, в том числе и обработка их магнитным полем, что позволяет в ряде случаев улучшить их свойства и облегчить разделение.
Совместное использование магнитной обработки рассмотренных нефтяных эмульсий и химических реагентов, применяемых в процессах их подготовки, позволило увеличить деэмульгирующий эффект в среднем на 15 % без увеличения расхода реагентов.
На основании лабораторных исследований и формализации априорной информации принята следующая гипотеза о механизме воздействия магнитного поля на водонефтяные эмульсии. Изначально эмульсия представляет собой субстанцию класса «нефть в воде» или «вода в нефти», причем на границах раздела фаз образуются так называемые «бронирующие оболочки», препятствующие самопроизвольному разрушению эмульсии.
Молекулы деэмульгатора, адсорбируясь на поверхности раздела фаз, вытесняют менее поверхностно-активные природные эмульгаторы. Однако, хотя пленка, образуемая деэмульгатором, обладает малой прочностью, действия сил тяжести недостаточно для обеспечения быстрого осаждения и коалесценции мелких капель. Магнитное поле вызывает поляризацию капель воды и их взаимное притяжение, что приводит к значительному ускорению коагуляции и коалесценции капель и их быстрому отстою.
Механизм действия магнитной обработки на образование АСПО, согласно принятой гипотезе, таков: в движущейся жидкости происходит разрушение агрегатов, состоящих из субмикронных ферромагнитных микрочастиц соединений железа, находящихся при концентрации 10–100 г/т в нефти и попутной воде, что приводит к резкому (в 100–1000 раз) увеличению концентрации центров кристаллизации парафинов и солей и формированию на поверхности ферромагнитных частиц пузырьков газа микронных размеров. В результате разрушения агрегатов кристаллы парафина выпадают в виде тонкодисперсной, объемной, устойчивой взвеси, а скорость роста отложений уменьшается пропорционально уменьшению средних размеров, выпавших совместно со смолами и асфальтенами в твердую фазу кристаллов парафина.
Механизм воздействия магнитного поля на процесс солеотложения, согласно принятой гипотезе, можно описать следующим образом: магнитное поле оказывает влияние на кинетику кристаллизации, обусловливающее увеличение концентрации центров кристаллизации в массе раствора, водная система выводится из равновесия, возрастает скорость образования осадков и формируется множество мелких кристаллов практически одинакового размера.
Провоцирование кристаллообразования приводит к тому, что в дальнейшем, вместо образования отложений на поверхности оборудования, взвесь образуется в объеме раствора, выносится из опасной зоны и ее можно удалять с помощью специальных устройств. Обрабатывать магнитным полем водную систему предпочтительно до начала процесса формирования кристаллов. Максимальный эффект от магнитной обработки был получен на водных системах при относительно невысоких температурах (до 70–80 0С) и повышенном содержании ионов солей (250300 мг/л и выше).
Согласно принятой гипотезе при воздействии магнитного поля на систему «металл — электролит» одновременно протекают два взаимоисключающих процесса: сдвиг потенциала коррозии в отрицательную область, что должно привести к снижению коррозионной стойкости металла; ускорение поляризуемости системы, что приводит к снижению скорости коррозии. Последнее связано с тем, что процессы гидратации ионов металла и подвода деполяризатора к поверхности металла замедляются под воздействием магнитного поля. Ускорение поляризации при магнитной обработке преобладает над процессом увеличения термодинамической нестабильности металла (сдвиг потенциала в область более отрицательных значений), в результате чего скорость коррозии замедляется.
Обработка магнитным полем осуществлялась с помощью лабораторной установки УМПЛ-1, которая позволяет поддерживать постоянное магнитное поле, а также задавать частоту (от 1 до 100 Гц), напряженность (от 0 до 40 кА/м) и форму (синусоидальная, треугольная и прямоугольная) ее изменения. В делительную воронку помещали 250 мл исследуемой жидкости. Далее открывали вентиль, и жидкость через индуктор перетекала в химический стакан. Обработка магнитным полем производилась в индукторе, подключенном к генератору установки УМПЛ-1.
Исследования воздействия магнитного поля на водонефтяные эмульсии проводились в соответствии с ASTMD-1401. Обработка эмульсии проводилась однократно путем пропускания эмульсии из делительной воронки через индуктор экспериментального стенда. Затем эмульсия перемешивалась в емкости в течениеминут и ставилась на отстой при комнатной температуре со снятием показаний степени разрушенности через 15, 30, 60 и 120 минут. Для каждого опыта брали 100 мл эмульсии.
Исследования влияния магнитного поля на образование солеотложений проводились в соответствии с методикой, разработанной в УГНТУ. Методика основана на сравнении размеров и формы кристаллов хлористого натрия, выделившихся из необработанной и обработанной магнитным полем жидкости. Для анализа отмеряли по 150 мл обработанного и необработанного магнитным полем насыщенного водного раствора соли в химические стаканы емкостью 200–300 мл и упаривали до уменьшения объема в 2 раза на электроплитке в строго идентичных термобарических условиях. Содержимое стаканов охлаждали до комнатной температуры, отфильтровывали выпавшую в осадок соль и оценивали форму и размер ее кристаллов с использованием микроскопа типа «Микмед-1–0» и сит лабораторных ЛО 251–1.
Оценка коррозионной агрессивности сред проводилась гравиметрическим методом (ГОСТ 9.502–82, ГОСТ 9.506–87), суть которого заключается в определении потери массы металлических образцов за время их пребывания в испытуемой среде. Подготовленные образцы помещались в U-образные гравиметрические ячейки с обработанной и необработанной магнитным полем исследуемой средой. При гравиметрическом методе скорость коррозии характеризуется массовым показателем Кт (г/м -ч).
Литература:
- Шайдаков В. В., Князев В. Н., Инюшин Н. В., Хайдаров Ф. Р., Лаптев А. Б., Никитин Р. В. Исследования влияния магнитной обработки на водонефтяные эмульсии НПУ «Белкамнефть». — Деп. в ВИНИТИ 07.05.01, № 1178-В 2001.
- Кузнецов В. С., Инюшин Н. В., Хайдаров Ф. Р., Шайдаков В. В., Лаптев А. Б., Никитин Р. В. Лабораторная установка для определения параметров магнитной обработки жидкости — УМПЛ. — Деп. в ВИНИТИ 07.05.01, № 1174-В 2001.
- http://ogbus.ru/authors/Chernova/Chernova_2.pdf
