Способ переработки тяжелых нефтяных фракций. Обработка тяжелой нефти


Способ переработки тяжелых нефтяных фракций

Изобретение касается способа переработки тяжелых нефтяных фракций путем механообработки, переработку тяжелых нефтяных фракций ведут в присутствии ацетилена в течение 30-40 минут при температуре не более 20°С. Изобретение может быть использовано в нефтехимической промышленности для увеличения выхода бензиновых фракций из тяжелых нефтей. 1 табл.

 

Изобретение может быть использовано в нефтехимической промышленности для увеличения выхода бензиновых фракций из тяжелых нефтей.

Известен способ переработки тяжелых нефтяных фракций путем смешения исходного сырья с добавкой, полученной путем обработки нефтепродуктов озонсодержащим газом, нагревание и последующее разделение продуктов на фракции. Нефтепродукты для получения добавки содержат не менее 0,65% серосодержащих соединений в пересчете на серу и не менее 3,5% полиареновых соединений. Смешение добавки с исходным сырьем производят из расчета содержания 0,5-13 г поглощенного добавкой озона на 1 кг получаемой смеси. Обработку нефтепродуктов озонсодержащим газом ведут преимущественно при 20-60°С до насыщения взятого количества нефтепродуктов озоном [Патент РФ №2123026, МПК С10G 009/00, С10G 011/00].

Известен способ переработки нефтяного сырья с целью увеличения выхода светлых нефтепродуктов, заключающийся в разложении нефти методом легкого гидропиролиза в присутствии мелкодисперсного суспендированного катализатора - концентрата металлов, полученного при газификации тяжелого остатка после перегонки нефти в смешанной плазме синтез-газа и водяного пара. Источником водорода для процесса легкого гидропиролиза нефти и плазменной газификации тяжелого остатка является тяжелый остаток и водяной пар. Данный способ переработки высоковязких высокосернистый нефтей позволяет увеличить выход светлых фракций за счет разложения смол и асфальтенов. При потенциальном содержании в высоковязкой нефти светлых фракций 35 мас.% их выход составит 60 мас.% [Патент РФ №2187536. 2002.08.20, С10G 47/02].

Известен способ получения легких дистиллятных фракций из тяжелого нефтяного сырья термической или каталитической переработкой в присутствии метансодержащего газа с содержанием метана 50-100% при объемном соотношении его с сырьем от 0,1 до 500, и временем процесса от 30 мин до 10 ч. Температура процесса 250-420°С, давление 7,03-421.8 кгс/см. В качестве катализатора используют элемент или его соединение, выбранные из группы VI Периодической таблицы, или группы VIII, соединения на основе фосфора, нанесенные на оксид алюминия или диоксид кремния [Патент РФ №2045567, С10G 9/00, С10G 11/00, опубл. 1995.10.10].

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения легких фракций из отбензиненной нефти путем ее механохимической обработки в среде воздуха и водорода, при этом дополнительный выход светлых фракций составляет 5-7% [Ю.Г.Попова, А.К.Головко, Ю.Ф.Патраков. Механохимические превращения отбензиненной талаканской нефти и ее смесей с углем.// Материалы 5 международной конференции «Химия нефти и газа», 22-26 сентября 2003 г., с.470-473.]. Недостатком этого способа является низкий выход светлых фракций.

Задачей предлагаемого способа является увеличение выхода светлых фракций из отбензиненной нефти.

Технический результат достигается тем, что в герметично закрываемый реактор планетарной мельницы помещают мелющие стальные шары, отбензиненную нефть и закачивают ацетилен (воздух из реактора предварительно удаляется). Процесс механообработки протекает при температуре не более 20°С за счет внешнего охлаждения в течение 30 минут.Выход светлых фракций достигает 18%.

Механоактивацию отбензиненной нефти проводят в механохимическом реакторе лабораторной центробежно-планетарной шаровой мельницы типа АГО-2. Ацетилен вводят в герметичный предварительно вакуумированный охлаждаемый проточной водой реактор. Внутренний объем реактора (80 см3) заполняют мелющими шарами диаметром 8 мм (суммарная масса шаров 120 грамм) и отбензиненной нефтью в количестве 10 граммов. Корпус реактора и мелющие шары изготовлены из закаленной стали. Давление в реакторе после заполнения ацетиленом составляло 0,1 МПа. Частота вращения реактора в переносном движении 1290 об/мин. Механическую активацию системы проводят в течение 5, 10, 20, 30 и 40 мин при комнатной температуре. Фракционный состав нефти до и после механоактивационной обработки определяют разгонкой по ГОСТ 2177-99.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Отбензиненную нефть подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 5 минут, в описанных выше условиях. Из механообработанной отбензиненной нефти выделяют 7 мас.% фракции, выкипающей до 200°С. Результаты приведены в таблице.

Пример 2. Отбензиненную нефть подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 10 минут, в описанных выше условиях. Из механообработанной отбензиненной нефти выделяется 10 мас.% фракции, выкипающей до 200°С. Результаты приведены в таблице.

Пример 3. Отбензиненную нефть подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 20 минут, в описанных выше условиях. Из механообработанной отбензиненной нефти выделяют 15 мас.% фракции, выкипающей до 200°С. Результаты приведены в таблице.

Пример 4. Отбензиненную нефть подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 30 минут, в описанных выше условиях. Из механообработанной отбензиненной нефти выделяют 18 мас.% фракции, выкипающей до 200°С. Результаты приведены в таблице.

Пример 5. Отбензиненную нефть подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 40 минут, в описанных выше условиях. Из механообработанной отбензиненной нефти выделяют 18 мас.% фракции, выкипающей до 200°С. Результаты приведены в таблице.

Пример 6. Отбензиненную нефть подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 30 минут, в среде водорода. Из механообработанной отбензиненной нефти выделяют 7 мас.% фракции, выкипающей до 200°С. Результаты приведены в таблице.

Пример 7. Отбензиненную нефть подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 30 минут, в среде воздуха. Из механообработанной отбензиненной нефти выделют 5 мас.% фракции, выкипающей до 200°С. Результаты приведены в таблице.

Параметры процессаПо предлагаемому способу Примеры 1-5По прототипу Примеры 6,7
Температура, °С20202020202020
Время обработки, мин.5102030403030
Выход светлых фракций, % мас.71015181857

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить выход светлых фракций на 11% по сравнению с прототипом.

Способ переработки тяжелых нефтяных фракций путем механообработки, отличающийся тем, что переработку тяжелых нефтяных фракций ведут в присутствии ацетилена в течение 30-40 мин при температуре не более 20°С.

www.findpatent.ru

Способ переработки тяжелого нефтяного сырья

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к извлечению металлов из тяжелого нефтяного сырья, и может быть использовано при обогащении углеродсодержащего сырья различного происхождения. Способ кавитационно-экстракционного извлечения ценных металлов из тяжелого нефтяного сырья включает смешение исходной нефти с водой и керосином. Полученная смесь подвергается ультразвуковой обработке с частотой в пределах от 22 до 44 кГц от 5 до 10 минут, затем легкую фракцию отправляют на переработку, а тяжелая фракция смешивается с водой и химическим экстрагентом. Полученная суспензия обрабатывается ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 кГц от 10 до 20 минут. Тяжелая фракция транспортируется на кавитационную обработку, где происходит выделение асфальтеновой фракции, ассоциированной с металлами. Полученная асфальтеновая фракция подается на обогатительный передел для извлечения металлов с помощью традиционных обогатительно-металлургических технологий. Легкая фракция после кавитационной обработки содержит металлопорфирины и объединяется с легкой фракцией после ультразвуковой обработки и направляется в фармацевтическую промышленность. Техническим результатом изобретения является повышение выхода легких фракций и увеличение глубины переработки тяжелого нефтяного сырья за счет извлечения ценных металлов. 2 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к извлечению металлов из тяжелого нефтяного сырья, и может быть использовано при обогащении углеродсодержащего сырья различного происхождения.

Известен способ перевода металлов из углеводородной фазы в водную фазу, композиция для осуществления способа, обработанная углеводородная эмульсия (патент RU №2346024, опубл. 28.08.2003 г.), который включает добавление к эмульсии углеводородов и воды, достаточного количества композиции, чтобы перевести металлы и/или амины из углеводородной фазы в водную фазу, содержащую, по меньшей мере, одну растворимую в воде гидроксикислоту. Затем эмульсия разделяется на углеводородную фазу и водную фазу, где, по меньшей мере, часть металлов и/или аминов переведена в водную фазу.

Недостатком данного способа является низкая степень очистки нефтяного сырья, что негативно сказывается на дельнейшем технологическом процессе.

Известен способ излечения гелеподобного концентрата при обработке углеводородных масел (патент RU №2398007, опубл. 27.08.2010 г.), включающий одновременное воздействие на исходное сырье электростатического поля с напряженностью не менее 750 В/см и магнитного поля с напряженностью 400 А/м с частотой импульсов 50 Гц и при длительности воздействия 10 с с одновременным дополнительным ультразвуковым воздействием частотой от 18000 до 44000 Гц, обеспечивающим осаждение на электродах гелеподобного концентрата, содержащего кластеры Au, и/или V, и/или Ni, и/или Al, и/или Са, и/или S, и/или Si, и/или Р, и/или Со, отделение концентрата от электродов при помощи растворителя и извлечение из концентрата гетероорганических кластеров.

Недостатком является повышенный расход энергии из-за создания и поддержания на постоянном уровне одновременно электростатического и магнитного полей, а так же дополнительного ультразвукового воздействия.

Известен способ кавитационной обработки жидких нефтепродуктов (патент RU №2455341, опубл. 10.07.2012 г.), который включает эмульгирование нефтепродукта путем интенсивного кавитационного воздействия с последующей рециркуляцией. Обрабатывают непрерывный поток нефтепродукта, при этом часть обработанного нефтепродукта направляют на дальнейшую переработку или сжигание, а остальную часть смешивают с потоком входного необработанного нефтепродукта, причем пропорцию смешения, а также мощность кавитационного устройства регулируют в соответствие со значениями измерительной информации (значениями коэффициентов оптического поглощения и преломления жидкого углеводорода, его диэлектрической проницаемости, температуры, по которым вычисляется вязкость и содержание низкомолекулярных углеводородов), являющейся показателями качества нефтепродуктов, полученными с поточных анализаторов на входе и выходе кавитационного устройства и содержащими данные о свойствах обработанного и необработанного нефтепродукта.

Недостатком данного способа является низкое извлечение таких металлов, как никель, ванадий и титан, которые вызывают коррозию установок при дальнейшей переработке нефтяного сырья.

Известно совершенствование переработки тяжелой нефти и битума (патент RU №2394067, опубл. 10.07.2010 г.), которое включает деасфальтизацию растворителем, по меньшей мере, части металлсодержащих тяжелой нефти или битума с образованием асфальтеновой фракции и деасфальтированной нефтяной (ДАН) фракции, существенно свободной от асфальтенов, имеющей пониженное содержание металлов; подачу сырья, содержащего ДАН фракцию и фракцию смолы, в реакционную зону установки крекинга с псевдоожиженным катализатором (ПКК) с ПКК катализатором для отложения части металлов из ДАН фракции на ПКК катализатор; подачу углеводородного потока, имеющего пониженное содержание металла из установки ПКК в газификатор или в газификатор и на установку гидроочистки.

Недостатком является сложность технологической схемы. Также недостатком является то, что металлы, которые содержатся в тяжелом нефтяном сырье, являются отвальным продуктом, подлежащим утилизации.

Известен способ извлечения металлов из высоковязких нефтей (патент KZ А4 №23169, опубл. 15.11.2010 г.), принятый за прототип, включающий выделение из исходной нефти легкой и тяжелой фракций, термическую обработку тяжелой фракции с последующим извлечением из зольных остатков соединений металлов, при этом исходную нефть подвергают резонансно-волновому воздействию путем ультразвуковой обработки и/или низкочастотной кавитации с последующим центрифугированием, жидкую фракцию после центрифугирования направляют на транспортировку, а шламы с механическими примесями подвергают магнитной сепарации, где происходит разделение на парамагнитную фракцию, содержащую соединения ванадия, и ферромагнитную фракцию, содержащую соединения никеля и железа, парамагнитную фракцию прокаливают при 350-500°C и из образующихся зольных остатков извлекают ванадий, а из ферромагнитной фракции извлекают никель и железо.

Недостатками являются сложность при реализации и энергоемкость. А так же неполное извлечение тяжелых металлов, вызывающих коррозию установок при транспортировке и переработке нефтяного сырья.

Техническим результатом изобретения является повышение выхода легких фракций и увеличение глубины переработки тяжелого нефтяного сырья за счет извлечения ценных металлов.

Технический результат достигается тем, что исходную нефть смешивают с водой и керосином, полученную смесь обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 кГц от 5 до 10 минут, затем легкую фракцию отправляют на переработку, а тяжелую фракцию смешивают с водой и химическим экстрагентом, полученную суспензию обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 кГц от 10 до 20 минут, затем тяжелую фракцию отправляют на кавитационную обработку, где осуществляют выделение асфальтеновой фракции и легкой фракции, легкая фракция после кавитационной обработки объединяется с легкой фракцией после ультразвуковой обработки, а асфальтеновая фракция, ассоциированная с металлами, поступает на обогатительный передел для дальнейшего извлечения металлов.

Способ переработки тяжелого нефтяного сырья поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 - кавитационно-экстракционная схема извлечения ценных металлов из тяжелого нефтяного сырья.

Реализация способа осуществляется следующим образом (фиг. 1). Извлекаемую из скважины нефть подают в смеситель. Также в смеситель добавляют воду и керосин. С внешней стороны смесителя устанавливают четыре излучателя. В течение 5-10 минут смесь обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах 22-44 КГц. Обработка ультразвуком вызывает в суспензиях явление кавитации, что позволяет увеличить выход легколетучих фракций при ее перегонке. Под воздействием эффектов кавитации в жидкости образуются локальные области с высокими значениями температуры и давления, в которых образуются высокореакционные частицы; происходит рекомбинация гидроксильных радикалов с образованием перекиси водорода Н2О2, которая является катализатором деструктивных процессов.

Схема образования:

.

После обработки легкую фракцию откачивают насосом и транспортируют на нефте-перерабатывающий завод. Тяжелую фракцию перекачивают в смеситель, в котором происходит смешение с водой и химическим экстрагентом. С внешней стороны смесителя устанавливают шесть излучателей. В течение от 10 до 20 минут смесь обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 КГц. После этого нефтяной остаток, который содержит асфальтены, подают в камеру с плунжером. В камере происходит кавитационная обработка. На данной стадии при кавитации происходит разрыв непрерывной цепочки, с разрушением связи между отдельными частями молекул, влияющими на изменение структурной вязкости, то есть на временный разрыв ван-дер-ваальсовых связей. Под воздействием кавитации большой интенсивности на протяжении длительного времени нарушаются С-С-связи в молекулах парафина, вследствие чего происходят изменения физико-химического состава (уменьшение молекулярного веса, температуры кристаллизации и др.) и свойств нефтепродуктов (вязкости, плотности, температуры вспышки и др.). В процессе кавитационной обработки нефти и нефтепродуктов энергия, выделяющаяся при схлопывании кавитационных пузырьков, используется для разрыва химических связей между атомами больших молекул углеводородных соединений. При кавитации углеводородного сырья происходит деструкция молекул, вызванная микрокрекингом молекул и процессами ионизации. Полученная после кавитационной обработки асфальтеновая фракция содержит большую часть таких металлов, как ванадий, никель, железо и титан. Получение этих металлов из асфальтеновой фракции осуществляют с помощью традиционных обогатительно-металлургических технологий. Легкая фракция, полученная после второй стадии ультразвуковой обработки и кавитационной обработки, содержит металлопорферины железа и магния, которые являются сырьем для фармацевтической промышленности.

Способ поясняется следующим примером. Тяжелую, высоковязкую нефть извлекают из скважины и подают в смеситель. В смесителе нефть смешивается с водой и керосином в пропорции 70:15:15. Состав экстрагента для экстракции гетеросоединений из углеводородной фазы подобран как смесь вода - экстрагент в соотношении 1:1. Так как при использовании чистого экстрагента было установлено, что при экстракции тяжелых углеводородов его часть переходит в углеводородную фазу. Следовательно, была выбрана экстракционная система, включающая селективный полярный экстрагент и полярный растворитель, ограниченно смешивающиеся друг с другом. Полярные растворители наиболее активно растворяют полярные вещества, а также обладают способностью сольватировать. Пропорции нефтяной смеси подобраны таким образом, чтобы экстрагент не оказывал негативного воздействия на дальнейшую переработку осветленной фракции на НПЗ.

Полученную смесь в течение 10 минут обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 КГц. Оптимальная частота воздействия для большинства жидкостей, используемых на практике, соответствует 22 кГц. В результате эксперимента установлен предел частоты ультразвука для неньютоновских жидкостей (табл. 1).

Время обработки ультразвуком также было установлено экспериментально (табл. 2.).

Данные показывают, что даже при относительно малой длительности воздействия структура разрушается, что приводит к резкому спаду значения вязкости. Дальнейшая обработка характеризуется спадом скорости изменения вязкости и приближается к 0 при времени обработки более 70 мин. Оптимальное время воздействия с точки зрения технологии и экономики составляет от 10 до 15 мин. Указанные частоты акустических колебаний соответствуют резонансной частоте, при которой происходит разрушение связей атомов в молекулах нефтяного сырья и наблюдается явление кавитации, что позволяет увеличить выход легколетучих фракций при ее перегонке. Легкая фракция, полученная после обработки ультразвуком, направляется на нефтеперерабатывающий завод. Тяжелая фракция поступает во второй смеситель, где происходит смешение с водой и экстрагентом в пропорции 50:25:25% соответственно. Увеличение количества воды и экстрагента связано с тем, что на экстракцию поступает тяжелая фракция после первичной переработки. Полученную смесь подвергают второй стадии ультразвуковой обработки с частотой в пределах от 22 до 44 КГц в течение 15 минут. После этого нефтяной остаток, который содержит асфальтены, подают в камеру с плунжером, где осуществляется кавитационная обработка. Асфальтеновая фракция, полученная после кавитационной обработки, содержит тяжелые металлы (ванадий, никель, железо, титан и др.). Асфальтеновая фракция направляется в обогатительный передел, где для извлечения металлов перерабатывается по традиционным обогатительно-металлургическим схемам. Легкая фракция, полученная после второй стадии ультразвуковой обработки и кавитационной обработки, содержит металлопорферины железа и магния, и направляется в фармацевтическую промышленность.

Разработанный способ позволяет снизить плотность тяжелого нефтяного сырья на 5-10 градусов API с одновременным снижением вязкости на 80-90%, содержания серы - на 40% и тяжелых металлов - более чем на 60%.

Способ переработки тяжелого нефтяного сырья, включающий ультразвуковую обработку исходной нефти с выделением легкой и тяжелой фракций с последующим извлечением из тяжелой фракции соединений металлов, отличающийся тем, что исходную нефть смешивают с водой и керосином, полученную смесь обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 кГц от 5 до 10 минут, затем легкую фракцию отправляют на переработку, а тяжелую фракцию смешивают с водой и химическим экстрагентом, полученную суспензию обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 кГц от 10 до 20 минут, затем тяжелую фракцию отправляют на кавитационную обработку, где осуществляют выделение асфальтеновой фракции и легкой фракции, легкая фракция после кавитационной обработки объединяется с легкой фракцией после ультразвуковой обработки, а асфальтеновая фракция, ассоциированная с металлами, поступает на обогатительный передел для дальнейшего извлечения металлов.

www.findpatent.ru

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛОГО НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к извлечению металлов из тяжелого нефтяного сырья, и может быть использовано при обогащении углеродсодержащего сырья различного происхождения.

Известен способ перевода металлов из углеводородной фазы в водную фазу, композиция для осуществления способа, обработанная углеводородная эмульсия (патент RU №2346024, опубл. 28.08.2003 г.), который включает добавление к эмульсии углеводородов и воды, достаточного количества композиции, чтобы перевести металлы и/или амины из углеводородной фазы в водную фазу, содержащую, по меньшей мере, одну растворимую в воде гидроксикислоту. Затем эмульсия разделяется на углеводородную фазу и водную фазу, где, по меньшей мере, часть металлов и/или аминов переведена в водную фазу.

Недостатком данного способа является низкая степень очистки нефтяного сырья, что негативно сказывается на дельнейшем технологическом процессе.

Известен способ излечения гелеподобного концентрата при обработке углеводородных масел (патент RU №2398007, опубл. 27.08.2010 г.), включающий одновременное воздействие на исходное сырье электростатического поля с напряженностью не менее 750 В/см и магнитного поля с напряженностью 400 А/м с частотой импульсов 50 Гц и при длительности воздействия 10 с с одновременным дополнительным ультразвуковым воздействием частотой от 18000 до 44000 Гц, обеспечивающим осаждение на электродах гелеподобного концентрата, содержащего кластеры Au, и/или V, и/или Ni, и/или Al, и/или Са, и/или S, и/или Si, и/или Р, и/или Со, отделение концентрата от электродов при помощи растворителя и извлечение из концентрата гетероорганических кластеров.

Недостатком является повышенный расход энергии из-за создания и поддержания на постоянном уровне одновременно электростатического и магнитного полей, а так же дополнительного ультразвукового воздействия.

Известен способ кавитационной обработки жидких нефтепродуктов (патент RU №2455341, опубл. 10.07.2012 г.), который включает эмульгирование нефтепродукта путем интенсивного кавитационного воздействия с последующей рециркуляцией. Обрабатывают непрерывный поток нефтепродукта, при этом часть обработанного нефтепродукта направляют на дальнейшую переработку или сжигание, а остальную часть смешивают с потоком входного необработанного нефтепродукта, причем пропорцию смешения, а также мощность кавитационного устройства регулируют в соответствие со значениями измерительной информации (значениями коэффициентов оптического поглощения и преломления жидкого углеводорода, его диэлектрической проницаемости, температуры, по которым вычисляется вязкость и содержание низкомолекулярных углеводородов), являющейся показателями качества нефтепродуктов, полученными с поточных анализаторов на входе и выходе кавитационного устройства и содержащими данные о свойствах обработанного и необработанного нефтепродукта.

Недостатком данного способа является низкое извлечение таких металлов, как никель, ванадий и титан, которые вызывают коррозию установок при дальнейшей переработке нефтяного сырья.

Известно совершенствование переработки тяжелой нефти и битума (патент RU №2394067, опубл. 10.07.2010 г.), которое включает деасфальтизацию растворителем, по меньшей мере, части металлсодержащих тяжелой нефти или битума с образованием асфальтеновой фракции и деасфальтированной нефтяной (ДАН) фракции, существенно свободной от асфальтенов, имеющей пониженное содержание металлов; подачу сырья, содержащего ДАН фракцию и фракцию смолы, в реакционную зону установки крекинга с псевдоожиженным катализатором (ПКК) с ПКК катализатором для отложения части металлов из ДАН фракции на ПКК катализатор; подачу углеводородного потока, имеющего пониженное содержание металла из установки ПКК в газификатор или в газификатор и на установку гидроочистки.

Недостатком является сложность технологической схемы. Также недостатком является то, что металлы, которые содержатся в тяжелом нефтяном сырье, являются отвальным продуктом, подлежащим утилизации.

Известен способ извлечения металлов из высоковязких нефтей (патент KZ А4 №23169, опубл. 15.11.2010 г.), принятый за прототип, включающий выделение из исходной нефти легкой и тяжелой фракций, термическую обработку тяжелой фракции с последующим извлечением из зольных остатков соединений металлов, при этом исходную нефть подвергают резонансно-волновому воздействию путем ультразвуковой обработки и/или низкочастотной кавитации с последующим центрифугированием, жидкую фракцию после центрифугирования направляют на транспортировку, а шламы с механическими примесями подвергают магнитной сепарации, где происходит разделение на парамагнитную фракцию, содержащую соединения ванадия, и ферромагнитную фракцию, содержащую соединения никеля и железа, парамагнитную фракцию прокаливают при 350-500°C и из образующихся зольных остатков извлекают ванадий, а из ферромагнитной фракции извлекают никель и железо.

Недостатками являются сложность при реализации и энергоемкость. А так же неполное извлечение тяжелых металлов, вызывающих коррозию установок при транспортировке и переработке нефтяного сырья.

Техническим результатом изобретения является повышение выхода легких фракций и увеличение глубины переработки тяжелого нефтяного сырья за счет извлечения ценных металлов.

Технический результат достигается тем, что исходную нефть смешивают с водой и керосином, полученную смесь обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 кГц от 5 до 10 минут, затем легкую фракцию отправляют на переработку, а тяжелую фракцию смешивают с водой и химическим экстрагентом, полученную суспензию обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 кГц от 10 до 20 минут, затем тяжелую фракцию отправляют на кавитационную обработку, где осуществляют выделение асфальтеновой фракции и легкой фракции, легкая фракция после кавитационной обработки объединяется с легкой фракцией после ультразвуковой обработки, а асфальтеновая фракция, ассоциированная с металлами, поступает на обогатительный передел для дальнейшего извлечения металлов.

Способ переработки тяжелого нефтяного сырья поясняется следующими фигурами:

фиг. 1 - кавитационно-экстракционная схема извлечения ценных металлов из тяжелого нефтяного сырья.

Реализация способа осуществляется следующим образом (фиг. 1). Извлекаемую из скважины нефть подают в смеситель. Также в смеситель добавляют воду и керосин. С внешней стороны смесителя устанавливают четыре излучателя. В течение 5-10 минут смесь обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах 22-44 КГц. Обработка ультразвуком вызывает в суспензиях явление кавитации, что позволяет увеличить выход легколетучих фракций при ее перегонке. Под воздействием эффектов кавитации в жидкости образуются локальные области с высокими значениями температуры и давления, в которых образуются высокореакционные частицы; происходит рекомбинация гидроксильных радикалов с образованием перекиси водорода Н2О2, которая является катализатором деструктивных процессов.

Схема образования:

.

После обработки легкую фракцию откачивают насосом и транспортируют на нефте-перерабатывающий завод. Тяжелую фракцию перекачивают в смеситель, в котором происходит смешение с водой и химическим экстрагентом. С внешней стороны смесителя устанавливают шесть излучателей. В течение от 10 до 20 минут смесь обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 КГц. После этого нефтяной остаток, который содержит асфальтены, подают в камеру с плунжером. В камере происходит кавитационная обработка. На данной стадии при кавитации происходит разрыв непрерывной цепочки, с разрушением связи между отдельными частями молекул, влияющими на изменение структурной вязкости, то есть на временный разрыв ван-дер-ваальсовых связей. Под воздействием кавитации большой интенсивности на протяжении длительного времени нарушаются С-С-связи в молекулах парафина, вследствие чего происходят изменения физико-химического состава (уменьшение молекулярного веса, температуры кристаллизации и др.) и свойств нефтепродуктов (вязкости, плотности, температуры вспышки и др.). В процессе кавитационной обработки нефти и нефтепродуктов энергия, выделяющаяся при схлопывании кавитационных пузырьков, используется для разрыва химических связей между атомами больших молекул углеводородных соединений. При кавитации углеводородного сырья происходит деструкция молекул, вызванная микрокрекингом молекул и процессами ионизации. Полученная после кавитационной обработки асфальтеновая фракция содержит большую часть таких металлов, как ванадий, никель, железо и титан. Получение этих металлов из асфальтеновой фракции осуществляют с помощью традиционных обогатительно-металлургических технологий. Легкая фракция, полученная после второй стадии ультразвуковой обработки и кавитационной обработки, содержит металлопорферины железа и магния, которые являются сырьем для фармацевтической промышленности.

Способ поясняется следующим примером. Тяжелую, высоковязкую нефть извлекают из скважины и подают в смеситель. В смесителе нефть смешивается с водой и керосином в пропорции 70:15:15. Состав экстрагента для экстракции гетеросоединений из углеводородной фазы подобран как смесь вода - экстрагент в соотношении 1:1. Так как при использовании чистого экстрагента было установлено, что при экстракции тяжелых углеводородов его часть переходит в углеводородную фазу. Следовательно, была выбрана экстракционная система, включающая селективный полярный экстрагент и полярный растворитель, ограниченно смешивающиеся друг с другом. Полярные растворители наиболее активно растворяют полярные вещества, а также обладают способностью сольватировать. Пропорции нефтяной смеси подобраны таким образом, чтобы экстрагент не оказывал негативного воздействия на дальнейшую переработку осветленной фракции на НПЗ.

Полученную смесь в течение 10 минут обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 КГц. Оптимальная частота воздействия для большинства жидкостей, используемых на практике, соответствует 22 кГц. В результате эксперимента установлен предел частоты ультразвука для неньютоновских жидкостей (табл. 1).

Время обработки ультразвуком также было установлено экспериментально (табл. 2.).

Данные показывают, что даже при относительно малой длительности воздействия структура разрушается, что приводит к резкому спаду значения вязкости. Дальнейшая обработка характеризуется спадом скорости изменения вязкости и приближается к 0 при времени обработки более 70 мин. Оптимальное время воздействия с точки зрения технологии и экономики составляет от 10 до 15 мин. Указанные частоты акустических колебаний соответствуют резонансной частоте, при которой происходит разрушение связей атомов в молекулах нефтяного сырья и наблюдается явление кавитации, что позволяет увеличить выход легколетучих фракций при ее перегонке. Легкая фракция, полученная после обработки ультразвуком, направляется на нефтеперерабатывающий завод. Тяжелая фракция поступает во второй смеситель, где происходит смешение с водой и экстрагентом в пропорции 50:25:25% соответственно. Увеличение количества воды и экстрагента связано с тем, что на экстракцию поступает тяжелая фракция после первичной переработки. Полученную смесь подвергают второй стадии ультразвуковой обработки с частотой в пределах от 22 до 44 КГц в течение 15 минут. После этого нефтяной остаток, который содержит асфальтены, подают в камеру с плунжером, где осуществляется кавитационная обработка. Асфальтеновая фракция, полученная после кавитационной обработки, содержит тяжелые металлы (ванадий, никель, железо, титан и др.). Асфальтеновая фракция направляется в обогатительный передел, где для извлечения металлов перерабатывается по традиционным обогатительно-металлургическим схемам. Легкая фракция, полученная после второй стадии ультразвуковой обработки и кавитационной обработки, содержит металлопорферины железа и магния, и направляется в фармацевтическую промышленность.

Разработанный способ позволяет снизить плотность тяжелого нефтяного сырья на 5-10 градусов API с одновременным снижением вязкости на 80-90%, содержания серы - на 40% и тяжелых металлов - более чем на 60%.

Способ переработки тяжелого нефтяного сырья, включающий ультразвуковую обработку исходной нефти с выделением легкой и тяжелой фракций с последующим извлечением из тяжелой фракции соединений металлов, отличающийся тем, что исходную нефть смешивают с водой и керосином, полученную смесь обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 кГц от 5 до 10 минут, затем легкую фракцию отправляют на переработку, а тяжелую фракцию смешивают с водой и химическим экстрагентом, полученную суспензию обрабатывают ультразвуком с частотой в пределах от 22 до 44 кГц от 10 до 20 минут, затем тяжелую фракцию отправляют на кавитационную обработку, где осуществляют выделение асфальтеновой фракции и легкой фракции, легкая фракция после кавитационной обработки объединяется с легкой фракцией после ультразвуковой обработки, а асфальтеновая фракция, ассоциированная с металлами, поступает на обогатительный передел для дальнейшего извлечения металлов.

edrid.ru

Исследование процесса паротермической обработки Ашальчинской тяжелой нефти Текст научной статьи по специальности «Химическая технология. Химическая промышленность»

УДК 665.775

Э. А. Галиуллин, Р. З. Фахрутдинов, Р. Джимасбе

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПАРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ АШАЛЬЧИНСКОЙ ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ

Ключевые слова: сверхвязкая тяжелая нефть, синтетическая нефть, паротермическая обработка.

Исследуется технология обработки тяжелых нефтей перегретым водяным паром с получением синтетической нефти и тяжелого остатка. Приведены результаты экспериментальных исследований и анализы полученных битумов. Выявлены закономерности влияния режимов работы установки на выход и свойства продуктов. Произведена оценка соответствия показателей качества тяжелых остатков требованиям на битумы дорожные вязкие.

Keywords: extra-heavy oil, synthetic oil, thermosteam impact.

lechnology of processing heavy oil with superheated steam producing synthetic crude oil and heavy residue is studied. The experimental results and anal

ysis of the residue are represented. The regularities of the influence of operating modes of the installation on the yield and properties of the products. An assessment of compliance with quality indicators of heavy residues requirements on viscous bitumen road.

дых парафинов делает ее подходящим сырьем для производства дорожных битумов.

Таблица 1 - Данные анализов исходной нефти на соответствие требованиям ГОСТ 51858-2002)

Показатель Значение Ед.изм. По ГОСТ 51858-2002

Содержание воды 1 % об. 3 группа

Кинем. Вязкость 20°С 50°С 2530 236 сСт -

Плотность, 20°С 0,960 г/см3 4 тип

Фр. Состав: до 200°С до 300°С до 350°С 2,5 14,9 21,5 % мас. 4 тип

Содержание хлористых солей 200 PPm 2 группа

Содержание общей серы 4,6 % мас. 4 класс

Введение

Увеличение доли тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов в мировой ресурсной базе обуславливает повышающийся интерес к поиску эффективных методов переработки этого сырья. Предлагаются различные технологии облагораживания, основанные на традиционных процессах, ориентированные на сырье с высоким содержанием САВ, повышенной плотностью и вязкостью [1].

Данная статья посвящена исследованию паротер-мической обработки сверхвязкой нефти (СВН) Ашальчинского месторождения республики Татарстан.

Технология основана на разделении тяжелого сырья с применением перегретого водяного пара на 3 фракции: легкую синтетическую нефть, тяжелую синтетическую нефть и остаток - который можно рассматривать с позиции неокисленных битумов. Понятие «синтетическая нефть» означает смесь жидких дистиллятов, полученная при апгрейдинге (облагораживании) тяжелых нефтей, угля, сланцев и природных битумов. Синтетическая нефть характеризуется облегченным фракционным составом, меньшей плотностью и вязкостью, в сравнении с исходным сырьем [2].

Лабораторная установка и описание ее работы приведены в более ранних публикациях [3-8]. Целью исследований, описываемых в данной статье, является оценка выхода синтетической нефти и определение состава получаемого остатка при подаче избытка пара.

Экспериментальные данные

Предварительно были проведены анализы сырья, Ашальчинской нефти в соответствии со стандартом [9], а также анализ ее группового состава по методике ВНИИ НП. Результаты анализов приведены в табл.1-2.

Опираясь на результаты анализов, можно заключить, что Ашальчинская нефть, согласно классификации стандарта, относится к битуминозным особо-высокосернистым сверхвязким нефтям с высоким содержанием САВ. Высокое содержание смол и ас-фальтенов при практически полном отсутствии твер-

Таблица 2 - Данные анализа группового состава исходной нефти

Образец Компоненты, % мас

Асф. Масла Бенз. смолы Спиртобенз. смолы

Ашал. нефть 3 64,5 20,5 12

По технологии паротермической обработки тяжелого нефтяного сырья [10] была проведена серия экспериментов с нефтью Ашальчинского месторождения. Соотношение пар: сырье во всех экспериментах составляло 2,6-2,7:1.

Данные о режимах проведенных экспериментах приведены в табл. 3, выходы продуктов в табл. 4, а результаты анализа полученных остатков - в табл.5.

Из данных таблиц 3-4 видно, что с повышением температуры в нижней части колонны увеличивается выход синтетической нефти, с уменьшением выхода остатка. Эта зависимость прослеживалась также в экспериментах с соотношением

пар: сырье равным 1:1 [3, 4]. Отличие данной серии опытов от предыдущих экспериментов заключается в том, что для обеспечения равного выхода остатка требуется меньший нагрев, что обусловлено избытком водяного пара, снижающего парциальное давление выкипающих фракций. Во всех экспериментах температурный режим подбирался таким образом, чтобы исключить термическое разложение сырья (температура куба не должна превышать 4000С).

Таблица 3 - Параметры проведенных экспериментов

Таблица 4 - Выходы продуктов

Таблица 5 - Результаты анализа образцов полученных остатков

В эксперименте №2 в колонну подавался перегретый пар с температурой около 400-410°С для получения максимального кол-ва синтетической нефти. Выход остатка в этих условиях составил всего 20% мас., при этом его пенетрация составила всего 11 ед. Эксперименты № 3-5 проводились с целью получения битума, отвечающего требованиям стандартов [11,12] по пенетрации. Для этого подбирались условия по температуре в кубе. Полученные остатки соответствуют по пенетрации дорожным битумам марок БНД 40/60, 90/130, 60/90 соответственно (по старому стандарту), и БНД 50/70, БНД 100/130, БНД 70/100 соответственно (по новому стандарту).

Из проведенных экспериментов вытекает, что определяющим свойства кубового остатка является температура куба, и, подбирая температурный режим куба, можно получить остаток с соответствующей стандартам свойствами - пенетрацией, температурой размягчения.

На рис. 1,2 приведены зависимости выхода тяжелого остатка и его пенетрации от температуры в кубе колонны.

§ 20

10 ■

0 ------------

290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 Температура куба, гр. С

Рис. 1 - Зависимости выхода тяжелого остатка от температуры в кубе колонны

300 250

Ч 200

I 150 С 100

0 -I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1

290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 Температура куба, гр. С

Рис. 2 - Зависимости пенетрации остатка от температуры в кубе колонны

Для остатков из экспериментов 2 и 3 был определен групповой состав (табл. 6).

Таблица 6 - Результаты анализа группового состава остатков

Анализ группового состава двух образцов остатков, полученных при граничных температурных условиях куба (мягкого и жесткого) позволяет связывать малакометрические свойства остатков с их групповым составом для данного типа сырья.

Заключение

На основании проведенных экспериментальных исследований Ашальчинской нефти можно заключить, что образец относится к особо-высокосернистой сверхвязкой нефти с высоким содержанием САВ.

Показано, что паротермической обработкой Ашальчинской СВН можно выделить синтетическую нефть и остаток, соответствующий по некоторым параметрам битумам, определен групповой состав этого продукта. Определен благоприятный режим этого процесса.

Параметр Ед. Номер эксперимента

изм №1 №2 №3 №4 №5

Продолжительность Мин. 34 50 27 35 30

эксп-та

Соотношение

пар:нефть (по массе) - 2,7 2,6 2,6 2,6 2,7

Температура

подогрева сырья низа колонны верха колонны °С 308 302 151 308 400 225 313 350 161 306 330 187 303 340 201

Наименование продукта Выход, % масс. по экспериментам

№1 №2 №3 №4 №5

Легкая синт.нефть 17 29 11 23 6

Тяжелая синт.нефть 22 45 49 20 39

Суммарно синт.нефти 39 74 60 43 45

Остаток 55 20 35 49 47

Потери 6 6 5 8 8

Образец Пенетрация, 0,1 мм Температура, °С

размягчения размягчения

№1 275 - -20

№2 11 74 -

№3 52 54,2 -

№4 101 46 -9

№5 71 49 -5

№ Асфальтены. Масла Бенз. Спиртобенз.

остатка %мас. %мас. смолы смолы

%мас. % мас.

2 10,5 56 25,5 8

3 20 27 42 11

Литература

1. Галиуллин Э.А., Фахрутдинов Р.З. Вестник КТУ, 19, 4, 47-52 (2016)

2. Курочкин А.К., Топтыгин С.Л. СФЕРА. Нефтегаз, 1, 92105, (2010)

3. Галиуллин Э.А. и др. Вестник КТУ, 17, 6, 252-253, (2014)

4. М.И. Фарахов и др. Нефтепереработка и нефтехимия, 5, 17-19, (2014)

5. Галиуллин Э.А. и др. Сборник материалов конференции: "Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе", 1, 32-36, (2014)

6. Галиуллин Э.А., Фахрутдинов Р.З. Сборник материалов конференции:«Нефтегазопереработка и нефтехимия», 115-117, (2015)

7. Галиуллин Э.А.и др.. Сборник тезисов конференции: "Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России", 206, (2016)

8. Галиуллин Э.А. и др Вестник КТУ, 19, 4, 55-58, (2016)

9. ГОСТ Р 51858-2002. Нефть. Общие технические условия

10. Патент РФ 2566775

11. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия

12. ГОСТ 33133-2014. Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические требования

© Э. А. Галиуллин, аспирант кафедры химической технологии переработки нефти и газа, [email protected]; Р. З. Фахрутдинов, профессор кафедры химической технологии переработки нефти и газа, [email protected]; Р. Джимасбе, магистрант кафедры химической технологии переработки нефти и газа, [email protected]

© Е. А. Galiullin, postgraduate student, of "Chemical technology of petroleum and gas processing" department of Kazan national research technological university, [email protected]; R. Z. Fakhrutdinov, professor of "Chemical technology of petroleum and gas processing" department of Kazan national research technological university, [email protected]; R. Djimasbe, undergraduate student of "Chemical technology of petroleum and gas processing" department of Kazan national research technological university, [email protected]

cyberleninka.ru

Способ извлечения тяжелых нефтей

 

Изобретение используется в горном деле, в частности при добыче тяжелых нефтей, и обеспечивает растворимость в пласте пленочной нефти, увеличение нефтеотдачи пласта и интенсивность отбора нефти. Сущность изобретения: по способу при добыче тяжелых нефтей вводят в пар растворитель. В качестве растворителя в пар с температурой 330 - 360 К вводят дизтопливо в пределах 0,005 мас.%. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при добыче высоковязких нефтей.

Способы добычи тяжелых нефтей со снижением вязкостей последних хорошо известны. Так, в заявке 2184763 Великобритания, кл. E 21 B 43/22; E 1 "Поверхностно-активное вещество для извлечения тяжелых нефтей" приводится ПАВ, состоящий из полиолефинового сульфоната с разветвленной цепью и мол. м. 200 - 1000 и алкилированного ароматического алкоксильфоната, а также нефтерастворимого спирта. При его применении улучшаются приемистость скважин, соотношение подвижностей тяжелой нефти и воды. Реагент при концентрации 0,4-2 мас. % эффективен при высокой степени минерализации пластовых жидкостей. При его использовании приемистость скважин увеличивается до 270%. Известен способ извлечения тяжелой нефти (Пат. 4487262 США. МКИ E 21 B 43/22, НКИ 166/271/, заключающийся в обработке пластов тяжелой нефти, содержащих двуокись кремния, смесью горячих водных растворов окиси бикарбоната натрия в молярном соотношении 1:3,3 и значении pH смеси свыше 11. Реакция взаимодействия растворов с нефтью в пласте сопровождается образованием метасиликата натрия, CO2 и выделением тепла, что приводит к растворению CO2 в пластовой нефти и снижения ее вязкости, растворению метасиликата натрия в воде и уменьшению поверхностного натяжения на границе нефть-порода. После чего проводится обычное заводнение горячей водой для вытеснения подвижной нефти. Известен термический способ добычи нефти, использующий в качестве растворителя нефть пониженной вязкости (Пат. 4461350 США, кл. E 21 B 43/24, 166/272). Суть способа заключается в том, что горячая нефть через нагнетательные скважины подается в пласт, где она растворяет вязкую нефть, нагревает пласт, что приводит к уменьшению вязкости пластовой нефти и вытеснению пластовой нефти к эксплуатационным скважинам. Известен способ добычи тяжелых нефтей (Пат. 1172159, Канада, кл.E 21 B 43/27, НКИ 166 25) путем введения в него агента, понижающего вязкость. Агент, уменьшающий вязкость (оксал, формальдегид, хлорамин, гидрозин, диамид), может вводиться в пласт вместе с паром или в процессе реализации любого другого метода теплового воздействия на пласт. Этот агент может вызывать модификацию химической структуры углеводорода. Известен способ добычи тяжелых нефтей (Пат. 4166502, США, кл.E 21 B 43/24, 1979 (с. 14+1 л.р.), включающий введение в теплоноситель растворителя, причем в качестве теплоносителя используется пар. Рассмотренные способы воздействия на нефтяной пласт с тяжелой нефтью позволяют снизить ее вязкость и тем самым увеличить нефтеотдачу пласта. Однако за счет рассмотренных методов воздействия от пласта может быть отобрана только та часть нефти, которая находится в трещинах и порах, а пленочная нефть за счет большого сцепления со скелетом коллектора отобрана быть не может. Сущность заявляемого способа заключается в следующем: тяжелая нефть, находящаяся в порах и трещинах пласта (25-30%) от всего объема с вязкостью 11-15 Пас, при температуре 281K разогревается теплоносителем через пароподающие скважины до 330-360K со снижением вязкости до 0,030 Пас. При такой вязкости нефть из трещин и пор легко дренируется к нефтедобывающим скважинам, а та часть нефти, которая находится в пленочном состоянии, покрывающая поверхность твердой фазы (до 70% от общего объема), при этом остается в коллекторе. Для ее отбора необходимо снизить сцепление пленки нефти с твердой фазой коллектора, т.е. смыть пленку. Этого можно достигнуть, введя в теплоноситель растворитель нефтяной пленки. Было доказано, что добавление в теплоноситель (пар) растворителя нефтяной пленки может значительно увеличить нефтеотдачу пласта и интенсивность отбора нефти. По схеме (фиг. 1) испытывались нефтенасыщенные образцы с добавлением в теплоноситель реагента (керосин, дизтопливо) в интервалах 0,001-0,020 мас.%. Результаты экспериментов приведены в таблице и на фиг.2. Экспериментально доказано, что при температурах 330-360K коэффициент нефтеотдачи при введении растворителя в пределах 0,005 мас.% увеличивается соответственно на 43-46%. Результаты экспериментальных работ были внедрены на нефтешахтах ЯРЕГИ. В нефтяной пласт вместе с паром с применением дозировочных агрегатов НДР 2,5/400 К/Д 13 А/В по схеме, представленной на фиг. 3, подавался растворитель (дизтопливо) из расчета на первой стадии закачки 12,5 кг на 1 т добываемой нефти. После 14 дней закачки количество растворителя было уменьшено на 50%. В 1995-99 гг. эксперимент проводился на истощенных площадях нефтешахт ЯРЕГИ. За счет обработки нефтепласта пародизельной эмульсией при вышеуказанных параметрах дополнительно было получено только за период с 07.08.96 по 01.11.96 г. 151 т нефти из 16 скв., т.е. увеличение составило около 85%. Промышленный эксперимент подтвердил лабораторные изыскания и в настоящее время позволяет в условиях нефтешахт ЯРЕГИ получать дополнительно на одну тонну закачиваемого в пласт теплоносителя 0,5-0,7 т нефти.

Формула изобретения

Способ добычи тяжелых нефтей путем введения в пар растворителя, отличающийся тем, что в пар с температурой 330 - 360К в качестве растворителя вводят дизтопливо в пределах 0,005 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

www.findpatent.ru