Библиографическое описание:

Жумаев К. К., Рахимов Б. Б., Дуров Ш. Ш. Экспериментальные исследования температурных зависимостей вязкости нефтяных шламов // Молодой ученый. — 2013. — №5. — С. 57-60.

При утилизации продукции нефтешламовых амбаров и донных отложений основной проблемой является их высокая вязкость. Одним из способов понижения вязкости — повышение температуры среды. Поэтому возникает необходимость определения зависимости вязкости данного продукта от температуры. С целью определения зависимости вязкости от температуры были проведены исследования реологических свойств нефтяного шлама.По своим реологических характеристикам нефтешламы относятся, как правило, к неньютоновским жидкостям. Решающее влияние на изменение реологических свойств таких систем оказывает макромолекулярный уровень организации их структуры и сильная зависимость от внешних факторов (температура, давление, физические поля, добавление реагентов и т. д.).

Макрореологические параметры несут информацию о микроструктуре нефтяных систем. Носителями структурно-механических свойств нефтяных систем являются высокомолекулярные компоненты. Присутствие высокоплавких парафинов и асфальтосмолистых веществ в нефтяных системах, их дисперсность и степень взаимодействия обеспечивают определенный уровень прочности структуры нефтяной дисперсной системы.Нелинейное изменение вязкости нефтяных систем при нагреве обусловлено внутренней перестройкой их структуры при нагреве и переходом ее из связанного дисперсного состояния в свободное. Переход твердой фазы в жидкую характеризуется не одной температурной точкой, а областями перехода. Разность между температурами плавления и температурой кристаллизации для смеси парафинов значительно больше, чем для отдельных компонентов.

В работе [1] подробно рассмотрены зависимости реологических характеристик различных эмульсий от соотношения воды, асфальтосмолистых веществ и парафинов. Результаты экспериментальных исследований показали, что вязкость нефтяных эмульсий увеличивается с увеличением содержания воды вплоть до того, пока она не обратится из системы «вода в нефти» в систему «нефть в воде», вязкость которых очень мала. В данной работе было установлено, что чем больше содержание асфальтосмолистых веществ в эмульсии, тем ниже температура ее застывания, а чем больше содержание парафинов, тем температура застывания выше.

Для исследования температурных зависимостей вязкости нами использовался вискозиметр «Rheometer» по Геплеру, принцип работы которого основан на падении шарика в исследуемой среде.

Вязкость рассчитывали по формуле:       

где t — время прохождения шариком фиксированного расстояния в исследуемой среде (сек.), p—давление, оказываемое шариком на исследуемую среду (), k —постоянная прибора.

На рис. 1 изображены графики зависимости вязкости образцов нефтешлама № 2 и № 4 от температуры. В температурном ходе образца № 2 можно выделить несколько характерных участков. На первом —до 32 °С — происходит плавное снижение значения вязкости. Второй участок — от 32 до 50 °С —характеризуется резким снижением вязкости, очевидно, за счет плавления парафинов и деструктуризации асфальтосмолистых веществ.

После того, как процесс плавления парафинов заканчивается (52–88 °С), увеличение температуры в меньшей степени влияет на изменение вязкости.

Для образца № 4 во всем диапазоне исследования происходит плавное снижение вязкости. Для исследования зависимости вязкости от содержания воды, изготавливали образцы водонефтяных эмульсий с различным содержанием воды.

Рис. 1. Зависимость вязкости от температуры для образцов № 2 (кривая 1) и № 4 (кривая 2).

На рис. 2. представлены кривые зависимости вязкости образцов от температуры при различном содержании воды, по которым видно, что вязкость нефтешлама уменьшается с повышением температуры и увеличивается с повышением концентрации воды в ней. При более высоких температурах разница в значениях вязкости становится незначительной.

Лабиринт

Рис. 2. Зависимость вязкости образца № 3 от температуры при различном содержании воды.

Увеличение вязкости с повышением концентрации в них воды обуславливается увеличением взаимодействия между каплями, благодаря более тесному сближению глобул воды, вследствие чего трение между слоями увеличивается, и вязкость растёт. То есть с ростом концентрации воды резко возрастает агрегация капель, поскольку с увеличением содержания воды растет число капель, находящихся в тесной близости в каждый момент времени. При низких скоростях сдвига, не вызывающих серьезных изменений в структуре агрегатов, каждый агрегат ведет себя как отдельная сфера с объемом, большим, чем сумма объемов составляющих его капель, потому что внутри структуры удерживается некоторое количество непрерывной фазы. Это изменяет соотношение эффективных объемов дисперсной и непрерывной фаз. В условиях оптимальной упаковки агрегаты связываются в непрерывную сетку [2].

На рисунке 3 приведен график зависимости  от температуры для донных нефтешламовых остатков Бухарского нефтеперерабатывающего завода.

Рис. 3. Зависимость вязкости от температуры для донных остатков из Бухарского нефтеперерабатывающего завода.

Полученные результаты показали, что в зависимости  наблюдаются три характерных участка снижения вязкости, на каждом из которых функция  может быть описана экспоненциальной зависимостью с разными показателями степени.

На первом участке (35–48 °С) при увеличении температуры вязкость постепенно понижается. На втором же участке (48–54 °С) происходит резкое снижение вязкости, за счет плавления парафинов и деструктуризации асфальтосмолистых веществ. После того, как процесс плавления парафинов заканчивается (54–75 С), увеличение температуры в меньшей степени влияет на изменение вязкости.

Литература:

1.      Аванесян В. Г. Реологические особенности эмульсионных смесей. М., Недра, 1980.-116с.

2.      Елисеев Н. Ю. Вязкость дисперсных систем. М., фирма «Блок», 1998. -80с.

Основные термины (генерируются автоматически): зависимости вязкости, изменение вязкости, Зависимость вязкости, определения зависимости вязкости, температурных зависимостей вязкости, зависимости вязкости образцов, вязкости нефтяных, плавления парафинов, снижение вязкости, вязкости нефтяных шламов, изменение вязкости нефтяных, процесс плавления парафинов, плавления парафинов и деструктуризации, счет плавления парафинов, графики зависимости вязкости, исследования зависимости вязкости, кривые зависимости вязкости, плавное снижение вязкости, Зависимость вязкости образца, температуры в меньшей степени.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос