Применение магнитных полей в нефтяной и нефтегазовой промышленности

УДК 665

Л. Е. Аксютина, Н. А. Пивоварова

Астраханский научно-исследовательский и проектный институт газа

ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В НЕФТЯНОЙ И НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Новая концепция перспективного развития нефтяной и нефтегазовой промышленности предполагает повышение эффективности использования и увеличение глубины переработки углеводородного сырья с целью устойчивого обеспечения возрастающих потребностей народного хозяйства в продуктах нефте- и газопереработки. Важной задачей при этом является создание оптимальных условий осуществления технологических процессов по всей цепочке, включая добычу углеводородного сырья, его хранение, транспортировку и переработку, а также хранение и применение нефтепродуктов [1].

С этой целью нефтяные и газоконденсатные системы на различных стадиях подвергают различным воздействиям: механическим, электрическим, химическим и различным их комбинациям.

К механическим методам относят отстой, фильтрование, центрифугирование [2]. Методы малопроизводительны и в чистом виде практически не применяются.

При химическом воздействии в нефтяные и нефтегазовые системы вводят специальные реагенты, способствующие созданию наилучших условий проведения технологических процессов. К подобным реагентам следует отнести деэмульгаторы в процессах обезвоживания и обессолива-ния, ингибиторы коррозии и парафиноотложения, пеногасители, катализаторы и пассиваторы в каталитических процессах, присадки к топливам и маслам и т. п. [1, 3]. Химические методы нашли широкое применение в практике, так как отличаются гибкостью, простотой и используются как на промыслах, так и на нефтегазоперерабатывающих заводах. Но, несмотря на достоинства данного метода, наилучшие показатели качества нефтяного и нефтегазового сырья и продуктов достигаются в его сочетании с другими способами.

Электрическому воздействию, в частности, подвергаются нефтяные дисперсные системы в процессах обессоливания и обезвоживания в элек-тродегидраторах (ЭДГ) на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ). Электрохимический метод обессоливания и обезвоживания нефти и нефтепродуктов является достаточно эффективным. При использовании данного способа остаточное содержание хлористых солей в обессоленной нефти может достигать 3-5 мг/л, воды - до 0,1 % мас. Но для достижения таких результатов на многих нефтеперерабатывающую заводах необходимо произвести реконструкцию ЭЛОУ, требующих значительных дополнительных затрат, как капитальных (установка дополнительных ЭДГ и их обвязка), так и эксплутационных (дополнительный расход воды, электро-

энергии и т. п.). В настоящее время [4, 5] требования к качеству перерабатываемого сырья постоянно растут: так, остаточное содержание хлоридов должно составлять 1-3 мг/л.

Наряду с развитием и совершенствованием традиционных методов воздействия на нефтяные и нефтегазовые системы, все большее применение находят методы, реализуемые на основе различной физической природы: лазерной, магнитной, ультразвуковой, радиационной и т. д. Модернизация традиционных технологий в области варьирования новых параметров и компонентов процесса или среды лишь незначительно повышает показатели существующих процессов. Резкого повышения эффективности производства и качества получаемых продуктов можно добиться путем применения нетрадиционных способов воздействия на процесс. Одним из таких методов является магнитная обработка нефтяных систем, которая открывает новые возможности в нефтяной и нефтегазоперерабатывающей промышленности.

Проведен ряд исследований, связанных с решением проблем по перекачке высоковязких парафинистых нефтей по трубопроводу [6]. Автор констатирует, что при магнитной обработке вязкость изменяется для разных нефтей по-разному: высокопарафинистые нефти демонстрируют более высокие значения вязкости, для парафинистых происходит снижение реологических параметров, для группы высоковязких нефтей изменения незначительны. С практической точки зрения наиболее актуальным является рассмотрение проблем, связанных с применением на практике магни-тоактиваторов для снижения количества твердого осадка, образующегося на стенках нефтяного оборудования. Воздействие постоянного магнитного поля приводит к существенным структурным преобразованиям и, как следствие, к изменению температуры застывания нефти. В [6] приведены значения ингибирующей способности магнитного поля предотвращать образование нефтяного осадка, а также значения изменения температуры застывания нефти после магнитной обработки.

Новые методы и технологии нашли применение также с целью интенсификации добычи нефти на поздней стадии разработки месторождений и ее обезвоживания и обессоливания. В добытом нефтяном и нефтегазовом сырье вода, в которой растворены соли, находится частично в капельном и, главным образом, эмульгированном состоянии. Учеными Уфимского государственного нефтяного технического университета проведен ряд исследований [7, 8] и представлены результаты лабораторных испытаний влияния магнитной обработки на остаточную обводненность нефти, добываемой в нефтегазодобывающем управлении (НГДУ) «Уфанефть», а также представлены результаты внедрения установок магнитной обработки промысловой жидкости, добываемой в НГДУ «Арланнефть». Воздействие на промысловые жидкости проводилось переменным магнитным полем различной частоты и напряженности.

В [9] показано, что при подготовке нефти на промыслах для экономии деэмульгатора и энергозатрат поток жидкости, поступающей на обработку, делят на равные части, каждую часть потока подвергают воздейст-

вию магнитного поля и отстою в малогабаритных трубчатых отстойниках. Как показывают предварительные эксперименты, обработка эмульсии магнитными полями сокращает время отстоя нефти и воды в 2-3 раза, применение малогабаритных аппаратов при таком способе уменьшает металлоемкость установки не менее чем в 2 раза.

Для увеличения активности свойств деэмульгатора предложены способы обработки деэмульгатора магнитным полем. Для воздействия на деэмульгатор [10] используют слабое высокочастотное магнитное поле. Обработке подвергается товарная форма деэмульгатора. Предлагаемый способ позволяет в несколько раз увеличить скорость и глубину разделения водонефтяных эмульсий при неизменной концентрации деэмульгатора либо достичь снижения концентрации деэмульгатора в 2-3 раза без снижения скорости и глубины обезвоживания.

В способе обезвоживания нефти, предлагаемом в [11], товарную форму деэмульгатора предварительно растворяют в воде до 1-4 % и воздействуют постоянным магнитным полем на водный раствор деэмульгатора при его протекании через зазоры омагничивающего устройства. После этого эмульсию смешивают с деэмульгатором, причем концентрация деэмульгатора в водонефтяной эмульсии составляет 5-10 мг/л, и отстаивают. Предлагаемый способ позволяет увеличить степень обезвоживания водонефтяной эмульсии при минимальных количествах деэмульгатора в 1,3—1,5 раза.

В нефтяной и нефтегазовой промышленности значительное место занимают вторичные процессы по переработке подготовленного сырья. Интенсификация этих процессов непосредственно ведет к улучшению качества конечных продуктов переработки (бензина, дизельного топлива, мазута).

В [12] исследовано влияние воздействия постоянным магнитным полем на стадии приготовления методом пропитки на характеристики катализатора гидроочистки. Приведены данные, показывающие, что магнитная обработка пропиточного раствора позволяет увеличить содержание активных металлов на катализаторе на 7-15 %. При этом относительная объемная активность таких образцов на 12-16 % превосходит активность катализаторов, полученных традиционным способом, существенно увеличивается также удельная поверхность и механическая прочность.

Влияние магнитной обработки дизельного топлива на эффективность работы двигателя, увеличение его надежности, улучшение экологичности представлены в [13]. В насос двигателя автомобиля КАМАЗ на стенде был поставлен магнитный туннель. При прохождении магнитного поля в жидкости формируется метаструктура, в результате чего изменяются свойства дизельного топлива, например поверхностное натяжение. Снижение этого показателя при оптимальных условиях приводит к образованию более мелких капель в толпливно-воздушной смеси, что, в свою очередь, облегчает горение, обеспечивая полноту сгорания топлива. В результате на 70 % уменьшается количество соединений экологически вредного монооксида углерода и снижается расход топлива.

Влияние воздействия магнитного поля описано в [14]. На примере висбрекинга различных нефтяных остатков и их компаундов показано, что

коксообразование при воздействии магнитным полем на поток сырья уменьшается, а выход светлых продуктов увеличивается.

Изменение фракционного состава нефтяных остатков на примере мазута и его компаундов с более тяжелым остатком при наложении постоянного магнитного поля рассмотрено в [15]. Остаточный нефтепродукт нагревали и на проточной установке подвергали воздействию постоянного магнитного поля. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что воздействие магнитным полем на нефтяные остатки перед началом перегонки позволяет увеличить глубину отбора дистиллятов от сырья. При равном отборе дистиллятных фракций температура процесса может быть снижена на 2-30 °С в зависимости от типа остаточного нефтепродукта, что существенно снижает энергозатраты на проведение процесса вакуумной разгонки.

Таким образом, углубление переработки нефти, повышение эффективности, улучшение качества нефтепродуктов всегда было и остается в ряду наиболее актуальных проблем. Традиционными путями решения проблемы (применение новых конструкционных и технологических решений при вводе новых установок, разработка новых типов катализаторов и т. п.) не всегда можно добиться желаемых результатов. Все традиционные способы являются трудноосуществимыми, требуют больших капитальных вложений и значительного времени. Заметное повышение эффективности возможно путем интенсификации уже существующих процессов с наложением магнитных полей на нефтяные и нефтегазовые системы. Использование магнитных полей позволяет быстрее и качественнее разделить водонефтяные эмульсии при подготовке нефти, значительно уменьшить расход дорогостоящих деэмульгаторов в процессе обессоливания и обезвоживания, улучшить качество катализаторов, применяющихся во вторичных процессах нефтепереработки, увеличить выход дорогостоящих дистиллятных фракций, уменьшить отходы. Эти способы гораздо менее энергоемки, просты в аппаратурном исполнении и наиболее экологичны.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Туманян Б. П. Научные и прикладные аспекты теории нефтяных дисперсных систем. - М.: ООО «ТУМАГРУПП». Изд-во «Техника», 2000. - 336 с.

2. Мановян А. К. Технология первичной переработки нефти и природного газа: Учеб. пособие для вузов. - 20-е изд. - М.: Химия, 2001. - 568 с.

3. Аббасов В. М., Сеидов З. Дж., Самедов А. М. Реагенты комплексного действия, применяемые для химико-технологической защиты от коррозии установки ЭЛОУ-АВТ в ПО «Азернефтянаджаг» // Нефтепереработка и нефтехимия: НТИС. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2000. - № 8. - С. 9-10.

4. Исследования на пилотной ЭЛОУ по глубокому обезвоживанию и обессоли-ванию нефтей Сабирдинского и Сухореченского месторождений / Ф. М. Ху-торянский, А. И. Лелюхин, Е. В. Ергина и др. // Наука и технология углеводородов. - 2003. - № 1. - С. 24-31.

5. Способ удаления хлоросодержащих соединений из нефти: Заявка 93052711/04 РФ, МКИ6 С10 033/02 / С. Ш. Гершуни, Г. А. Юшманова, Н. И. Рассоханский и др. - № 93052711; Заявл. 19.11.93; Опубл. 10.12.96, Бюл. № 34.

6. Лоскутова Ю. В. Влияние магнитного поля на реологические свойства нефтей: Автореф. дис.... канд. хим. наук. - Томск: Изд-во Ин-та оптики атмосферы СО РАН, 2003. - 22 с.

7. Лабораторные исследования влияния магнитного поля на водонефтяные эмульсии НГДУ «Уфанефть» / В. В. Шайдаков, А. Б. Лаптев, Н. В. Инюшин и др. - Уфа: Уфим. гос. нефт. техн. ун-т., 2001. - 6 с.

8. Габдуллин Р. Ш., Куршев В. В., Князев В. Н. Влияние магнитной обработки на водонефтяные эмульсии и АСПО. - Уфа: Уфим. гос. нефт. техн. ун-т., 2001. - 6 с.

9. Пат. 2095119 РФ, МКИ6 В 01 D 17/06. Способ обезвоживания нефти / Газизов М. Г., Хазиев Н. Н., Голубев В. Ф. - № 96113911/25; Заявл. 04.07.96; Опубл. 10.11.97. Бюл. № 31.

10. Пат. RU 2067492, B 01 D 17/06. Способ обезвоживания нефти / Л. П. Семихи-на - № 93056733/26; Заявл. 23.12.93; Опубл. 10.10.96. Бюл. № 28.

11. Пат.2152817 РФ, МПК7 B 01 D 17/06. Способ обезвоживания водонефтяной эмульсии / Велес П. Р., Пивоварова Н. А., Щугорев В. Д. и др.; ООО «Астра-ханьгазпром», ОАО «Газпром». - № 99124158/ 12; Заявл. 15.11.99; Опубл. 20.07.2000, Бюл. № 20.

12. Получение катализаторов гидроочистки с улучшенными характеристиками / Н. А. Пивоварова, И. Р. Насиров, Б. И. Белинский и др. // Химия и химическая технология. - 2003. - Т. 46, № 6. - С. 114-117.

13. Велес Парра, Пивоварова Н. А. Снижение токсичности выхлопных газов при предварительной магнитной обработке дизельного топлива // Материалы V Всерос. науч. конф., 9-10 октября 2002 г., Астрахань. - Астрахань: Изд-во АГПУ, 2002. - С. 201-203.

14. Способ переработки тяжелого углеводородного сырья: Заявка 2002116712 RU, МКИ7 С 10 G 15/00 / Н. А. Пивоварова, Б. И. Белинский, О. Н. Козырев, Б. П. Туманян / Приор. 21.06.2002.

15. Влияние магнитного поля на результаты перегонки нефтяных остатков // Н. А. Пивоварова, Н. А. Клепова, Б. И. Белинский, Б. П. Туманян // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2003. - № 12. - С. 23-26.

Получено 30.07.04

THE APPLICATION OF MAGNETIC FIELDS IN OIL & OIL-&-GAS INDUSTRY

L. E. Aksutina, N. A. Pivovarova

The more qualified oil treatment, the rise of its efficiency, the improvement of petroleum products quality to the desirable results are not always available using traditional methods (the application of new constructive & technological solutions, the development of new types of accelerators etc.). All of it is quite realizable but requires extra fundamental & exploitation expenses. Magnetic field impact on oil dispersed systems increases the degree of emulsion separation & allows: 1) to decrease the consumption of expensive reagent-demulsificators during the process of salt elimination & dehydration;

2) to improve accelerators’ quality during the process of retreatment, to enlarge the outlet of the highly expensive distillate fractions & to lower wastes. These methods are less powerconsuming, simple in equipment maintenance & more ecologically clean.