Способ выделения полярных соединений нефти в процессе ее транспортировки по магистральному нефтепроводу
METHOD OF INRUSH OIL POLAR COMPOUNDS IN THE PROCESS OF ITS TRANSPORTATION BY MAIN OIL PIPELINE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области транспорта и хранения нефти, а именно к области выделения полярных соединений нефти в процессе ее транспортировки по магистральному нефтепроводу. Нежелательные примеси, прежде всего серо- и металлоорганические соединения удаляют на нефтеперерабатывающих заводах. Процессы эти называют деметаллизацией и сероочисткой.
Уровень техники
Существуют различные способы выделения полярных соединений нефти. Известно, что сырая нефть является термодинамически неустойчивой системой, где постоянно протекают процессы фазовых превращений, а именно, агломерируются и осаждаются тяжелые соединения нефти (парафины, смолы, асфальтены); агломерируется и осаждается диспергированная в нефти вода; агломерируются и осаждаются мельчайшие неорганические примеси различного происхождения.
Эти процессы обуславливают состав отложений на стенках магистральных нефтепроводов и днищах резервуаров. Периодически магистральные нефтепроводы подвергают очистке с помощью очистных устройств (механических скребков), а донные отложения нефтяных резервуаров очищают, главным образом, с помощью экстрагентов. Процесс сбора и утилизации отложений в общем случае можно отнести к частичной очистке от тяжелых металлов, серы и механических примесей, поскольку первые порции осажденных асфальтенов как раз богаты указанными соединениями. Однако процессы самопроизвольного осаждения тяжелых соединений в процессе транспортировки и хранения нефти протекают на небольшую глубину и промышленного значения не имеют.
На нефтеперерабатывающих заводах (далее - НПЗ) осуществляют селективное удаление неорганических примесей, тяжелых металлов и серы. Указанные соединения присутствуют во всех фракциях нефти, но в основном они концентрируются в тяжелых фракциях, - смолах и асфальтенах. Осаждение лишь небольшой части асфальтенов, позволяет избирательно выделять указанные соединения из тяжелой нефти. Частичное осаждение асфальтенов осуществляют добавлением нерастворителя. [Savastano С.А.; The Solvent Extraction Approach to Petroleum Demetallation. Fuel Science and Technology Int'l., 9 (7), 855-871 (1991).]. Недостатком способа является большой расход экстрагентов и необходимость в применении отдельной технологической линии.
Из уровня техники известна обработка тяжелой/битуминозной нефти или тяжелой фракции легкой нефти сверхкритическими флюидами [Xiangyang Zou. Selective Removal of Inorganic Fine Solids, Heavy Metals and Sulfur from Bitumen/Heavy Oils. Doctor of Philosophy, 2003, Department of Chemical Engineering and Applied chemistry, University of Toronto]. Недостатком указанного способа является необходимость наличия специального оборудования, работающего под высоким давлением, использование взрывоопасных этилена и пропана.
Из уровня техники известен способ выделения полярных соединений нефти, а именно соединений никеля и ванадия, путем применения экстрагентов, таких как этиленкарбонат, пропиленкарбонат, диметилсульфон [патент США US 4643821, опубл. 17.02.1987].
К достоинствам способа следует отнести применение экстрагентов, имеющих большую по сравнению с нефтью плотность, что обеспечивает их быстрое оседание в процессе экстракции и высокую температуру кипения, что обеспечивает низкие потери экстрагентов; а также способность связывать в комплексы ванадий и никель.
Недостатками данного способа являются частичная растворимость каждого из экстрагентов в ароматических углеводородах, а следовательно и в нефти, что обусловливает «вымывание» и следовательно высокие потери экстрагентов, высокие соотношения растворитель: нефть, от 0,1: 1,0 до 1: 1, что требует применения больших объемов экстрагентов, и высокая стоимость каждого из экстрагентов.
В заявленном изобретении предлагается аналогичные процессы проводить методом экстракции не смешивающейся с нефтью органической жидкостью, а именно глицерином в процессе транспортировки нефти по магистральному нефтепроводу.
Сущность изобретения
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа выделения полярных соединений нефти в процессе ее транспортировки по магистральному нефтепроводу, устраняющего вышеперечисленные недостатки, а именно применение больших объемов экстрагентов с высокой стоимостью.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в снижении потери экстрагента, сокращении объема расходуемого экстрагента, повышении качества нефти и улучшении ее фракционного состава за счет применения в качестве экстрагента глицерина, не смешивающегося ни с алифатическими, ни с ароматическими соединениями нефти.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что способ выделения полярных соединений нефти в процессе ее транспортировки по магистральному нефтепроводу заключается в том, что в поток нефти, протекающий по магистральному нефтепроводу в режиме турбулентного перемешивания, вводят глицерин для абсорбирования полярных соединений нефти, далее поток нефти с глицерином направляют в резервуар, отстаивают до образования нижнего глицеринового слоя, содержащего полярные соединения нефти, который затем направляют на внешний адсорбер, где осуществляют выделение полярных соединений нефти.
Кроме того, в частном случае реализации заявляемого изобретения количество введенного глицерина составляет не более 4% от общего объема потока нефти.
Кроме того, в частном случае реализации заявляемого изобретения процесс отстаивания потока нефти с глицерином в резервуаре составляет от 48 до 72 часов.
Кроме того, в частном случае реализации заявляемого изобретения оставшийся после процесса адсорбции глицерин возвращают обратно в магистральный нефтепровод.
Кроме того, в частном случае реализации заявляемого изобретения внешний адсорбер содержит адсорбент, представляющий собой гранулированный насыпной адсорбент, изготовленный на основе силикагеля.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Сущность заявляемого изобретения поясняется схемой, на которой показано использование глицерина для осуществления способа выделения полярных соединений нефти в процессе ее транспортировки по магистральному нефтепроводу.
3
Заявляемый способ основан на использовании турбулентного перемешивания нефти при движении по магистральному нефтепроводу для выделения полярных соединений нефти, а именно никель- и ванадий-органических, серо-органических, азотсодержащих соединений. В поток нефти вводят несмешивающийся с нефтью глицерин, который имеет плотность (1,26 г/см) выше плотности нефти. Глицерин является распространенным, недорогим и нетоксичным веществом. В то же время он эффективно абсорбирует в себя полярные соединения нефти при ее движении по магистральному нефтепроводу в процессе турбулентного перемешивания.
Средний магистральный нефтепровод имеет диаметр D 700 мм и расстояние между резервуарными парками L примерно 300 км. Нефть движется по нему со средней скоростью 2 км/ч и проходит это расстояние за 150 часов, или около 6 суток. Таким образом, данный отрезок магистрального нефтепровода можно рассматривать в виде реактора (экстрактора) объемом
и периодичностью действия 6 суток, причем в каждой точке реактора реализуется турбулентный режим перемешивания. В стационарных заводских условиях такой экстрактор был бы нерентабельным.
В лаборатории экспериментально определяют оптимальное время контакта глицерина с нефтью при перемешивании, которое отвечает наиболее полному извлечению полярных соединений. Затем, зная линейную скорость прохождения нефти по магистральному нефтепроводу, рассчитывают местоположение пункта ввода глицерина в магистральный нефтепровод. Ввод глицерина в поток нефти, проходящий по магистральному нефтепроводу осуществляют, предпочтительно, с помощью насоса-дозатора.
Количество вводимого глицерина должно составлять не более 4% от общего объема потока нефти. Это обусловлено тем, что патрубок, через который происходит откачка нефти из резервуара, расположен на высоте 50 см. Это составляет 1/20 части от общей высоты резервуара и, является верхней границей нижнего слоя глицерина, что соответствует 5% от общего объема нефти. Таким образом объем глицерина должен составлять менее 5% от общего объема потока нефти, предпочтительно не более 4%.
При движении нефти по магистральному нефтепроводу турбулентное перемешивание является неотъемлемой характеристикой потока. Процесс абсорбции на данном этапе протекает следующим образом. Глицерин при введении в магистральный нефтепровод диспергируется на мелкие капли с большой общей поверхностью контакта нефть - глицерин, и за шесть суток нахождения в трубопроводе капельки глицерина абсорбируют в себя большую часть полярных соединений нефти. Далее поток нефти с глицерином направляют в резервуар, где в процессе отстаивания образуется нижний глицериновый слой, содержащий полярные соединения нефти. В процессе движения потока нефти с глицерином по магистральному нефтепроводу образуется мелкая дисперсная система глицерин - нефть и для ее разделения необходимо время, достаточное для полного отделения глицерина от нефти и образования нижнего глицеринового слоя, которое, исходя из практики, составляет от 48 до 72 часов.
Затем нижний глицериновый слой, отстоявшийся в резервуаре, направляют на внешний адсорбер, содержащий адсорбент, где полярные соединения отделяются от глицерина, а последний возвращается для повторного использования. В качестве адсорбента для выделения полярных соединений нефти применяют гранулированный насыпной адсорбент, изготовленный на основе силикагеля.
Предложение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку его осуществление возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.