Нефтеподготовка

В основе многих процессов переработки нефти и нефтяных остатков лежат фазовые переходы, характерные для нефтяных дисперсных систем.

Воздействовать на кинетику фазовых переходов можно химическими веществами (поверхностно-активными веществами - ПАВ, присадками и т. д.) и физическими полями (тепловыми, кавитационными, электромагнитными). В результате такого вмешательства изменяется радиус ядра и толщина адсорбционно-сольватной оболочки сложной структурной единицы, которая является элементом нефтяной дисперсной системы.

Изменение баланса сил между частицами дисперсной системы и уменьшение размеров дисперсных частиц вследствие химического или физического воздействия позволяет увеличить выход целевых нефтепродуктов, улучшить их качество, а также снизить энергетические затраты. Достигается это за счёт снижения температуры плавления и испарения меньших по размерам частиц дисперсной фазы. Например, при введении в мазут западно-сибирской нефти оптимального количества экстракта среднестатистические размеры дисперсных частиц в 2%-ом гептановом растворе уменьшаются с 147 до 130 нм, а выход вакуумного дистиллята при перегонке в сопоставимых условиях возрастает на 7% (масс.).

Однако воздействие на нефть и её остатки с помощью химических веществ приводит к существенному возрастанию себестоимости конечного продукта, ускоренному износу ректификационных колонн и является практически нерегулируемым процессом.

Значительно более выгодным является использование для активирования нефти физических полей, например, тепловыми, электромагнитными или кавитационными. Кавитационная обработка нефти проводится с помощью вихревых теплогенераторов (ВТГ).

Использование ВТГ для обработки нефти приводит к следующим результатам:

1. Очищение нефти от примесей (парафина).

Кавитация ускоряет диффузию нефти в полости парафина, интенсифицирует процесс его разрушения. Ускорение растворения парафина происходит за счёт интенсификации перемешивания нефти на границе нефть-парафин и действия импульсов давления, которые как бы разбрызгивают частицы парафина.

Нефть не обладает вязкостью, подчиняющейся законам Ньютона, Пуазейля, Стокса, так как длинные беспорядочно расположенные молекулы парафина и смол образуют некоторую гибкую решетку, в которой располагается раствор. Поэтому система оказывает значительное сопротивлений силам сдвига. Кавитация разрывает непрерывную цепочку, разрушая связи между отдельными частями молекул. Связи эти сравнительно малы, поэтому необходимо незначительное воздействие.

После прекращения воздействия молекулы парафина и смол медленно восстанавливают первоначальную систему благодаря беспорядочному броуновскому движению. Однако при обработке нефти кавитационным полем конечный продукт стабилен не менее 60 суток.

Анализ исследований показывает, что под воздействием кавитационного поля нарушаются С-С связи в молекулах парафина, вследствие чего происходят изменения физико-химического состава: уменьшение молекулярного веса, температуры кристаллизации и др.

2. Уменьшение вязкости нефти.

Кавитация влияет на изменение структурной вязкости, т. е. на временный разрыв Ван-дер-ваальсовых связей. Необратимое уменьшение вязкости нефти имеет место после облучения нефти кавитационным полем, этот эффект получается за один проход через установку ВТГ.

3. Повышение температуры нефти.

Для того чтобы нефть можно было транспортировать по трубам, она должна иметь определённую текучесть, для этого её подогревают до температуры 40°С. В результате вязкость нефти снижается для транспортировки по трубам.

Сравнение технико-экономических показателей установок нагрева нефти

Сравним три установки нагрева нефти:

ВТГ-110 – вихревой теплогенератор (ВТГ);
НУС-0,1 – нагреватель устьевой;
СПН-100 – индукционный нагреватель.
Установка ВТГ включает следующие этапы:

• доставка;
• монтаж (установка на площадку, врезка в нефтепровод, подключение к эл. линии);
• подведение электрических мощностей (если таковых нет, можно использовать другой привод, например, дизельный двигатель).

Процесс доставки и запуска установки прост, т. к. ВТГ имеет сравнительно небольшой вес. В установке ВТГ нет нагревательных элементов, к электрической сети подключается только двигатель и автоматика. ВТГ походит на насос для перекачивания жидкостей.

Установка нагревателя НУС-0,1 включает следующие этапы:

• доставка;
• составление проекта объекта;
• подведение необходимых коммуникаций (газопровод, эл. линия);
• монтаж (установка на площадку, врезка в нефтепровод);
• согласование с органами надзора;
• ведение службы по контролю за оборудованием.

Процесс доставки НУС-0,1 усложняется в связи с большим весом установки. Перед установкой оборудования необходим проект подвода и отвода для газа и нефти. Подвод коммуникаций (газ) осуществляет специализированная организация. Монтаж оборудования довольно трудоёмкий. Согласование с органами надзора занимает большое количество времени и средств.

Установка нагревателя СПН-100 включает следующие этапы:

• доставка;
• монтаж (сооружение помещения для оборудования, монтаж теплообменников, врезка в нефтепровод, сооружение теплотрассы, подключение к эл. линии);
• подведение электрических мощностей;
• согласование с органами надзора.

Доставка и монтаж СПН-100 довольно трудоёмкие из-за большого веса установки, кроме того, необходимо специальное помещение для нагревательного оборудования, проведение теплотрассы. Согласование с органами надзора занимает большое количество времени и средств.

Подведём итог сравнения установок нагрева нефти.

• Нагреватель НУС-0,1 является источником повышенной опасности, т. к. нагрев нефти происходит за счёт сгорания газа.
• Установка индукционного нагрева СПН-100 безопасна в использовании, однако имеет дорогостоящий монтаж и эксплуатационные затраты.
• Вихревой теплогенератор ВТГ-110 производит нагрев нефти с одновременным изменением её структуры, что уменьшает нагрузку на нефтепровод и затраты на перекачку нефти.

Нагрев нефти с помощью вихревого теплогенератора ВТГ имеет следующие преимущества:

• равномерный нагрев нефти (отсутствие локальных перегревов);
• уменьшение вязкости нефти за счёт разрыва парафиновых цепочек (восстановление до первоначального состояния около двух месяцев);
• снижение затрат на подогрев нефти не менее чем на 30%;
• снижение затрат на перекачивание нефти в два и более раза;
• отсутствие нагревательного элемента и взрывозащищённое исполнение ВТГ обеспечивают безопасность при его эксплуатации;
• относительно малые габаритные размеры ВТГ.