ЗАО «ВКМ групп», ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет»

ЛОКАЛЬНОЕ КАВИТАЦИОННОЕ АЭРИРОВАНИЕ ПРИ ОЧИСТКЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ ОТ СЕРЫ

К. В. Лебединский, Н. Е. Курносов, А. А. Николотов

На территории Российской Федерации, в зависимости от месторождения нефти, она имеет различный химический состав, кроме основных углеводородов содержит множество химических элементов снижающих ее товарное качество. Распределение классов нефти на территории РФ показано на рисунке 1. Доля высокосернистых нефтей (более 2% серы) в российских разведанных запасах – около 12,5%, три четверти их сосредоточены в Волго-Уральском бассейне, в том числе около 30% – в Республике Татарстан [1].

При переработке нефти качество (класс) получаемых продуктов напрямую зависит от остаточного содержания серы (рисунок 2).

Рисунок 2 – Основные характеристики товарных нефтепродуктов

Получение высококачественных товарных нефтепродуктов связано с высокими затратами на процесс, причем доля гидроочистки (очистки от серы) от всего технологического процесса может достигать 37 %.

Для улучшения качества товарных нефтепродуктов и снижения затрат на процесс очистки от сернистых соединений, необходимо модернизировать процесс гидроочистки.

Существующие технологии гидроочистки достаточно затратные, но на сегодняшний день применяется повсеместно. Процесс осуществляется при давлении 1 – 10 МПа, температуре 300 – 450 ˚С, атомарный водород до 500 м³/м³.

Недостатки существующих установок гидроочистки: Высокие затраты строительства (требуется капитальное строительство сооружений); Большой требуемый объем газа-катализатора (1,5 м3 водорода на 1 м3 нефти); Устаревшая технология гидроочистки (низкая глубина переработки исходного сырья) (не более 75 %); Высокие эксплуатационные затраты на создание рабочего давления (до 20 МПа) и температуры (350-450 ˚С).

Для снижения затрат на гидроочистку разрабатываются различные способы (химические – сорбентами, катализаторами; биологические – бактериями; физические – окислением кислородом воздуха, электромагнитными импульсами, кавитацией). [2-3]

На наш взгляд наиболее перспективно использование кавитации ввиду достаточно низких затрат на процесс по сравнению с другими способами.

Однако, применение кавитации в технологиях очистки нефтепродуктов от серы, является новым этапом развития данной отрасли и на сегодняшний день находится на стадии идеи и попыток теоретического объяснения.

Кавитация сопровождается рядом эффектов, среди которых мощное местное ударное воздействие на жидкость схлопывающимися пузырьками газа является наиболее ценным для разработки новой технологии гидроочистки нефтепродуктов.

Кавитация, несомненно, может иметь огромное значение для гидроочистки, однако необходимо не только высокое давление и температура, но и постоянный приток атомарного водорода, что в условиях достижения кавитации реализовать достаточно трудно.

В связи с этим, необходимо проведение исследований по возможностям очистки нефти от серы с использованием кавитации для разработки новых технологий ее перегонки и снижения себестоимости товарных нефтепродуктов.

Проведенные ранее исследования по повышению эффективности кавитационного воздействия на жидкость показали, что за счет управляемого локального ввода газа-катализатора в зону кавитации значительно интенсифицируется физико–химические процессы, связанные с ускорением химических реакций и увеличивается кавитационный эффект [9].

Процессы кавитации сопровождается значительным местным ударным воздействием на структуру жидкой среды с давлением более 100 МПа, а температура внутри пузырька может достигать 1500 ˚С [6-8, 10].

Данные условия вполне могут быть использованы для разрушения молекулярных сернистых соединений в нефтепродуктах и перехода серы для проведения дальнейших химических реакций с водородом и выхода легкоудаляемого газа сероводорода.

Необходимо учесть, что газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, вызывают быстрое вступление в реакцию почти любой среды или материала.

Можно создать условия протекания процесса гидроочистки на основе кавитации и локального ввода газа-катализатора (водорода). Принципиальная схема кавитационной гидроочистки нефтепродуктов приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема кавитационной гидроочистки

Используя данную технологию и реализовав структуру управления процессом локальной кавитации можно осуществлять очистку нефтепродуктов от сернистых соединений на действующих НПЗ, позволив существенно снизить затраты на ее переработку.

Преимущества разрабатываемой установки гидроочистки: Не требуется капитальное строительство объекта (мобильность комплекса); Низкие затраты газа-катализатора (0,3 м³ водорода на 1 м³ нефти); Не требуется создание высокого давления (работа на атмосферном давлении и температуре не более 150 ˚С); Глубина переработки до 95 %.

На сегодняшний день подобных технологий еще не существует и проведение поисковых проблемно-ориентированных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ направленных на получение положительных результатов в данной области, несомненно, вызовет профессиональный интерес у компаний, занимающихся добычей и переработкой нефтепродуктов.

Список использованной литературы

1. [Электронный ресурс]. URL: http://www.mineral.ru/Facts/russia/131/288/index.html.

2. [Электронный ресурс]. URL: http://www.afuelsystems.com/ru/sulf/sulfur.html.

3. [Электронный ресурс]. URL: http://www.teros-mifi.ru/category/tech/ochistka_nefti_ot_sery _i_vrednykh_primesejj.html.

4. Черножуков, Н. И. Технология переработки нефти и газа. Часть 3. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов. Под ред. А. А. Гуреева и Б. И. Бондаренко. – 6–е изд., пер. и доп. – М. : Химия, 1978 г. – 424 с.

5. Эрих, В. Н. Химия и технология нефти и газа. / В. Н. Эрих, М. Г. Расина, М. Г. Рудин / Изд. 2–е, пер. Л. : Химия, 1977. – 424 с.

6. Young, F.R.Cavitation /F. R. Young. – London, U. K. : Imperial Collage Press, 1999. – 418 p.

7. Пирсол, И. Кавитация / И. Пирсол ; пер. с англ. Ю. Ф. Журавлева ; ред., предисл. и дополн. Л. А. Эпштейна. – М. : Мир, 1975. – 95 с.

8. Федоткин, И. М. Кавитация. Использование кавитации в промышленности (физические эффекты при кавитации, кавитационные аппараты, их использующие) / И. М. Федоткин, И. С. Гулый, Н. И. Шаповалюк. – Киев : Арктур-А, 1998. – 134 с.

9. Лебединский, К. В. Совершенствование технологии гидродинамической кавитационной очистки деталей от масляных загрязнений: дис. канд. тех. наук. Пензенский государственный университет, Пенза. – 2012 г.

10. Биркгоф, Г. Струи, следы и каверны. Г. Биркгоф, Э. Сарантонелло. Пер. с англ. М.: Мир, 1964. 466с