Исследование различных методов подготовки тяжелого нефтяного сырья

ПРОБЛЕМЫ НЕФТЕДОБЫЧИ, НЕФТЕХИМИИ, НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ

УДК 622.331

И. Ш. Хуснутдинов

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ПОДГОТОВКИ ТЯЖЕЛОГО НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ

Исследованы различные методы подготовки тяжелого нефтяного сырья. Показано, что Чагадайский природный битум в отличие от Ашальчинского природного битума можно обезвоживать термохимическими методами в жестких условиях. Обезвоживание Ашальчинского ПБ одноступенчатой экстракцией позволило снизить содержание остаточной воды до 0.5%. Применение 4-ступенчатого противоточного процесса позволило значительно увеличить глубину обезвоживания при меньшей кратности. Установлена нижняя граница эффективной кратности растворителя, позволяющая провести эффективное обезвоживание при различной обводненности природных битумов.

Высокая плотность и вязкость природных битумов (ПБ), наличие в них большого количества природных эмульгаторов существенно затрудняет подготовку этого вида сырья. В настоящее время для достижения требуемой глубины обезвоживания природных битумов применяют термохимическое обезвоживание с добавлением углеводородных растворителей (чаще всего дистиллятная фракция ПБ). Однако при этом повышаются затраты на этапе подготовки ПБ, практически вдвое увеличивается нагрузка на блок регенерации, становится невозможным применение некоторых способов облагораживания сырья, например деасфаль-тизации. Было испытано два метода обезвоживания ПБ: термохимический метод, основанный на снижении агрегативной устойчивости водно-битумных эмульсий за счет добавления деэмульгатора при повышенной температуре; и обезвоживание с помощью ацетона. Последний метод основан на избирательной экстракции воды из эмульсии водорастворимым растворителем. Применение второго способа обезвоживания оправдано, если следующим этапом переработки ПБ является деасфальтизация или фракционирование с помощью этого же растворителя, так как при этом совмещается процесс регенерации растворителя и оба процесса протекают на одной установке. В данном случае следует учитывать, что для проведения деасфальтизации и фракционирования ПБ ацетоном содержание остаточной воды в сырье процесса не должно превышать 1.0-1.5 %.

Процесс термохимического обезвоживания был исследован с применением двух видов сырья: Ашальчинского ПБ (скважина № 195) и Чагадайского ПБ с начальным содержанием воды 55 % (скважина № 389 ЦДНГ-1). Процесс проводили при максимально жестких условиях. При этом расход реагента на тонну ПБ колебался от 0,5 до 2 кг, температура процесса 95-98оС. Применялись следующие реагенты: Реапон-4В, Дисолван 4411, Дипроксамин 157, Доуфакс. Остаточное содержание воды при обезвоживании ПБ термохимическим методом показано на рис. 1 и рис.2.

Результаты процесса термохимического обезвоживания сильно зависят от вида сырья, реагента и его расхода на сырье. Для Чагадайского ПБ наилучшие результаты получены с применением Доуфакса. Удалось снизить содержание остаточной воды до 1 % и менее при расходе реагента более 1 кг на тонну сырья. Для Ашальчинского ПБ наилучшие

О 0,5 1,0 1,5 2,0

Расход деэмульгатора, кг/т

Рис. 1 - Остаточное содержание воды при обезвоживании Чагадайского ПБ деэмульгаторами

о,

и

П

О 0 ---------1-------1--------1-----------1

0 0,5 1,0 1,5 2,0

Расход деэмульгатора, кг/т

——дипроксамин-157 —*—реапон-4В ---а---доуфакс —0—дисолван-4411

Рис. 2 - Содержание остаточной воды при обработке Ашальчинского ПБ деэмульгаторами

показатели получены с применением Реапона-4В, однако даже высокий расход реагента не позволил получить содержание остаточной воды в эмульсии ниже 5-4 %.

На основании полученных данных видно, что Чагадайский ПБ можно обезвоживать термохимическими методами в жестких условиях в отличие от Ашальчинского ПБ, обезвоживание которого этим методом не дает требуемых результатов, что связано с более высокой плотностью, вязкостью, высоким содержанием сернистых соединений и САВ.

Для подобного сырья было проведено обезвоживание с помощью растворителя, применяемого в дальнейшем в процессе деасфальтизации. Результаты одноступенчатого обезвоживания Ашальчинского ПБ с помощью ацетона представлены на рис.3. Соотношение

О

Соотношение ацетон : ПБ

а

О 0,5 1 1,5 2

Соотношение ацетон : ПБ

—♦— обезвоживание 5% эмульсии —— обезвоживание 20 % эмульсии

________________________________б________________________________

Рис. 3 - Выход обезвоженного Ашальчинского ПБ (а) и содержание остаточной воды (б) при одноступенчатой экстракции ацетоном

ацетона к ПБ изменялось от 0.5 до 2.0 , температура обезвоживания 20оС. В качестве исходного сырья исследовались эмульсии с содержанием воды 20.0 и 5.0 %. Как видно из рис.3, при повышении кратности ацетона к сырью остаточное содержание воды в ПБ снижается от 20 % в исходной эмульсии до 0.5 % при кратности 2.0. При невысоких кратностях (0,5) остаточное содержание воды превышает 2.0-2.5 %, что недостаточно для проведения процесса деасфальтизации и фракционирования.

Результаты обработки Ашальчинского ПБ с содержанием воды 5% ацетоном незначительно отличаются от результатов обезвоживания эмульсии с содержанием воды 20 %. При обезвоживании с помощью ацетона часть ПБ растворяется в водном растворе растворителя. На рис.3 показана зависимость выхода обезвоженного ПБ от соотношения ацетона к ПБ. Минимальный выход соответствует кратности 2,0 и составляет около 84 %. При кратности 0,5 выход составляет более 95%.

С целью снижения кратности растворителя и повышения глубины обезвоживания в данной работе исследовался 4-ступенчатый противоточный процесс обезвоживания ПБ ацетоном. Противоточный процесс обезвоживания проводился для водно-битумной эмульсии Ашальчинского ПБ с содержанием воды 20, 12.5 и 5% мас. при температуре 20ОС и кратности ацетона к ПБ, равной 1.0, 0.75, 0.5. Сравнение результатов 1- и 4-ступенчатого процессов показывает значительное увеличение глубины обезвоживания. Так, при обезвоживании 20 % эмульсии и кратности 0.5 по 1-ступенчатой схеме содержание остаточной воды составляет 11.5 %, а при 4-ступенчатом процессе - 0.8%. При этом выход обезвоженного ПБ практически не изменяется - 96 и 95 % соответственно (рис. 4).

Рис 4 - Зависимость остаточного содержания воды и выхода обезвоженного 11Ь от соотношения ацетон: 11Ь при 4-ступенчатой экстракции 20% эмульсии

Одной из поставленных задач было нахождение минимальной кратности растворителя, позволяющей провести эффективное обезвоживание при различной обводненности ПБ. Было установлено, что для всего интервала обводненности ПБ нижняя граница эффективной кратности соответствует значению 0.75 (рис. 5). При более высоких значениях кратно-

сти эффективность обезвоживания не увеличивается, что, возможно, связано с удерживанием воды ацетоном, растворенным в обезвоженном ПБ. Выход обезвоженного ПБ при увеличении кратности уменьшается в результате снижения соотношения вода: ацетон в системе, что повышает растворяющую способность ацетона по отношению к компонентам ПБ (рис. 4). При значениях кратности ниже минимально эффективной (0,75) проведение процесса многоступенчатого обезвоживания становится затруднительным по следующим причинам:

- при высоком содержании воды в ПБ (20%) и низкой кратности (0,5) плотность водного раствора ацетона приближается к плотности раствора обезвоженного ПБ, что затрудняет разделение фаз;

- при среднем и низком содержании воды в ПБ (12,5, 5%) и низкой кратности ацетон практически полностью растворяется в ПБ.

Рис. 5 - Зависимость остаточного содержания воды и выхода ПБ от обводненности эмульсии при кратности ацетона 0.75

Остаточное содержание воды практически не меняется при изменении обводненности исходного битума, а выход обезвоженного ПБ снижается со снижением исходной обводненности. Неизменность остаточного содержания воды объясняется ее удерживанием в растворе обезвоженного ацетоном ПБ, а снижение выхода обезвоженного ПБ при снижении исходной обводненности связано с уменьшением влияния воды на растворяющую способность ацетона. Полученные результаты позволяют сделать вывод о более высокой эффективности многоступенчатой противоточной экстракции ацетоном по сравнению с термохимическим методом для обезвоживания сырья типа Ашальчинского ПБ.

© И. Ш. Хуснутдинов - канд. техн. наук, доц. каф. технологии основного и нефтехимического синтеза КГТУ.