Влияние магнитного поля на результат висбрекинга нефтяного остаточного сырья

На современном этапе развития нефтегазоперерабатывающей промышленности применение новых, прогрессивных техноло­гий, высокоэффективных катализаторов и реагентов с целью увеличения глу­бины переработки нефтегазоконденсатного сырья привели к утяжелению угле­водородных остатков, что негативно сказывается на конверсии, коксообразовании и качестве продуктов деструктивных процессов: каталитического и терми­ческого крекинга, гидрокрекинга и висбрекинга [1].

Включение висбрекинга в схему переработки нефти позволяет значительно увеличить отбор вакуумного газойля и тем самым увеличить ресурсы сырья для каталитического крекинга.

Важным свойством нефтяных дисперсных систем является кинетическая устойчивость, которая связана с размерами частиц дисперсной фазы: чем мель­че частица, тем выше устойчивость системы к расслоению на фазы [2].

Интенсификация процессов переработки тяжелых углеводородных ос­татков в соответствии с теорией регулируемых фазовых переходов, которая за­ключается в управлении межмолекулярными взаимодействиями в нефтяной системе, фазовыми переходами и соответственно кинетикой изменения разме­ров дисперсных частиц с помощью внешних воздействий, дает возможность более полно реализо­вать его потенциальные возможности и добиться повышения количественных и качественных показателей продуктов в технологических процессах [3, 4].

Нами изу­чено влияние постоянного магнитного поля с различной напряжённостью на диаметр частиц дисперсной фазы различных углеводородных остатков.

Изучение влияния постоянного магнитного поля на дисперсное состояние углеводородных остатков и на эффективность проведения процесса висбрекин­га проводили на базе лабораторной установки висбрекинга, с использованием сырьевой ёмкости, дозирующего насоса, обогреваемых транспортных линий, нагреваемого до требуемой температуры реактора и аппарата создающего постоянное магнитное поле (магнетизатора) [5].

Исходное сырье обрабатывали магнитным полем с индукциями 0,15 Тл, 0,3 Тл, 0,45 Тл. По итогам обработки для каждого образца мазута определяли плотность, вязкость и диаметр частиц. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Свойства мазута после обработки магнитным полем

В результате воздействия на сырье постоянного магнитного поля средний диаметр частиц уменьшился на 10,5 - 34 % (отн.). Видно, что наибольший эффект достигается при воздействии на остатки постоянного магнитного поля с индукцией В = 0,3 Тл (34 % отн).

Из представленных данных видно, что наименьший размер частиц получился после обработки магнитным полем сырья с индукцией В=0,3 Тл. Вязкость при этом у этого образца по сравнению с первоначальной уменьшилась, но среди обработанных магнитным полем образцов является самой высокой. Среди обработанных образцов данный образце также характеризуется самой высокой плотностью.

Таким образом, воздействие постоянного магнитного поля на нефтяные остатки снижает средний диаметр частиц дисперсной фазы, что приводит к увеличению дисперсности, и, следовательно, гомогенности нефтяных дисперс­ных систем, что благоприятно сказывается в дальнейшим при проведении процесса висбрекинга.

В промышленности висбрекинг проводят при температурах от 400 до 500°С и объемной скорости подачи сырья от 0,3 до 10 ч^-1. При выборе пара­метров проведения процесса необходимо учитывать тип сырья, варианты технологических схем, конструктивные особенности реакционного оборудования и т.п. В лабораторных условиях была проведена серия экспериментов, целью которой явилось определение влияния температуры реакции на лабораторной установке для следующих типов сырья: исходный мазут (1) и мазут после прохождения магнитного поля с индукцией В=0,3 Тл (2).

На рисунке 1 и таблице 2 показаны выходы основных продуктов процесса висбрекинга при температуре 440 ^оС и объемной скорости подачи сырья 3 ч^-1.

Рисунок 1. Выход основных продуктов при висбрекинге

Таблица 2

Выход продуктов в ходе процесса висбрекинга

Из представленных данных видно, что после обработки магнитным полем выход светлых продуктов увеличивается в ходе проведения процесса висбрекинга: суммарный выход светлых после обработки составляет 28,9 % мас, без обработки – 23,2 % мас., что на 5,7 % мас. выше.

Выход кокса и углеводородного газа снижается на 0,1 % мас.

Сравнение характеристик остатков приведено в таблице 3.

Таблица 3

Характеристика сырья и остатков после висбрекинга

Анализ представленных зависимостей обнаруживает тен­денцию к снижению коксообразования с уменьшением усредненного размера частиц дисперсной фазы при повышении индукции постоянного магнитного поля.

Показатели остатка, полученного из сырья без предварительной об­работки, уступают в сравнении с остатком висбрекинга, сырье которого под­верглось воздействию постоянным магнитным полем (см. табл. 3.3).

В результате воздействия постоянным магнитным полем на нефтяные дисперсные системы происходит изменение парного взаимодейст­вия между слоями дисперсных частиц при переориентации молекул, содержа­щих парамагнитные частицы в направлении поля и изменении размера частиц в результате перераспределения углеводородов между внешними слоями дис­персных частиц и дисперсионной среды НДС. Гомогенность системы возраста­ет, а вместе с этим уменьшается вязкость, температура застывания и коксуе­мость нефтяных систем. В результате предварительной гомогенизации сырья, в процессе висбрекинга вероятность разрушения структуры асфальтенов и выде­ление свободных радикалов в дисперсионную среду увеличивается. Эти ради­калы рекомбинируют с молекулами других углеводородов или с другими пара­магнитными частицами, образовавшимися в результате реакций термодеструк­ции или десорбированных с ядер ССЕ в результате магнитной обработки.

В отличие от жесткого термического воздействия на углеводородные сис­темы, когда при определенной температуре происходит резкое повышение па­рамагнитной активности сырья, воздействие постоянным магнитным полем приводит к постепенному нарастанию концентрации парамагнитных частиц в системе в результате гомолитической диссоциации, и к повышению выхода светлых продуктов в результате освобождения части иммобилизационной дис­персионной среды.

Таким образом, воздействие постоянного магнитного поля на нефтяные остатки снизило средний диаметр частиц дисперсной фазы, что благоприятно сказывается в дальнейшим при проведении процесса висбрекинга.

1. Телекова, Л. Р. Висбрекинг: новые тенденции и технологии / Л. Р. Телекова, А. В. Дияковская // Colloquium-Journal. – 2020. – № 3-2(55). – С. 98-100.
2. Ахатова, Г. Ф. Повышение эффективности установки висбрекинга гудрона / Г. Ф. Ахатова // Матрица научного познания. – 2020. – № 7. – С. 35-38.
3. Пивоварова, Н.А. Висбрекинг нефтяного сырья / Н.А. Пивоварова, Б.П.Туманян, В.И. Белинский. – М.: Изд-во «Техника». ООО «ТУМА ГРУПП», 2002. – 64 с.
4. Современные методы интенсификации процесса висбрекинга и их классификация / Г. В. Тараканов, А. Ф. Нурахмедова, И. В. Савенкова, А. Р. Рамазанова // Вестник Астраханского государственного технического университета. – 2016. – № 2(62). – С. 38-46.
5. Козырев, О. Н. Интенсификация процесса висбрекинга углеводородных остатков: специальность 05.17.07 "Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществ": диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Козырев Олег Николаевич. – Астрахань, 2003. – 167 с.