Физико-химические основы выделения остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти в электрических полях

Актуальность работы. Процессы выделения твердых парафиновых углеводородов нефти (депарафинизация и обезмасливание нефтепродуктов) являются наиболее сложными и дорогостоящими в производстве масел и парафинов, особенно при переработке остаточного сырья [1−3]. Они характеризуются большим расходом растворителей на разбавление сырья, низкой скоростью фильтрации сырья, высокими энергетическими затратами на регенерацию растворителей и охлаждение сырьевой смеси. Наряду с совершенствованием традиционных методов выделения твердых парафиновых углеводородов идет поиск принципиально новых способов. Одним из них является депарафинизация парафинистых нефтепродуктов в электрических полях. Известный способ электродепарафинизации остаточного масляного рафината с использованием органических растворителей [4−8], характеризующийся рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами депарафинизации, имеет и существенные недостатки: высокая кратность разбавления сырья избирательными растворителямивысокая напряженность электрических полейболее высокие, чем в промышленности значения температурного эффекта депарафинизации.

В связи с этим является актуальным разработка принципиально нового процесса электродепарафинизации парафинистых нефтепродуктов в присутствии депрессорных присадок, практически, без использования органических растворителей.

Цель работы — разработка физико-химических основ выделения остаточных парафиновых углеводородов нефти в электрических полях с использованием депрессорных присадок и небольших добавок (5ч-20% масс.) органических растворителей в качестве активаторов процесса.

Задачи работы:

• Синтез конденсационных азотсодержащих депрессорных присадок для нефтяных масел и полупродуктов производства масел;

• Электрокинетические исследования дисперсных систем остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти:

— в неполярных и бинарных (смеси неполярных и полярных) органических растворителях;

— в присутствии депрессорных присадок (ДП);

— в присутствии ДП и органических растворителей в качестве активаторов процесса;

• Выяснение роли электростатического фактора в механизме действия депрессорных присадок и выяснение механизма формирования электрокинетических потенциалов на поверхности кристаллов остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти;

• Создание принципов подбора депрессорных присадок, органических растворителей в качестве активаторов (поляризаторов), композиций ДП и активаторов для процессов выделения остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти в электрических полях.

Научная новизна работы.

• Установлено, что в неполярных углеводородных растворителях на поверхности кристаллов остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти преимущественно формируется отрицательный, а в неполярных растворителях, содержащих гетероатомы — положительный электрокинетический потенциал. Впервые в концентрированных дисперсных системах остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти в неполярных растворителях (четыреххлористый углерод, толуол) установлено межэлектродное сжатие.

• Показано, что полярные растворители в смеси с неполярными на поверхности кристаллов остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти индуцируют, главным образом, положительный электрокинетический потенциал.

• Впервые получены депрессорные присадки с длиной углеводородных радикалов С21−25, сообщающие кристаллам остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти положительный электрокинетический потенциал. Варьированием длины углеводородных радикалов в присадках можно регулировать их депрессорные свойства. Установлено, что в механизме действия депрессорных присадок определяющее значение имеет ад-сорбционно-сольватационный, а не электростатический фактор.

• Установлено, что формирование носителей электрокинетических потенциалов в дисперсных системах остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти происходит за счет разного рода взаимодействий ДП, органических растворителей и гетероорганических соединений нефтепродуктов: электроно-донорно-акцепторных (ЭДА) — взаимодействий с образованием комплексов с переносом заряда (КПЗ) и кислотно-основных взаимодействий за счет протолитических реакций с образованием ионных пар. В электрических полях высокого напряжения КПЗ и ионные пары являются источниками ион-радикалов и ионов.

Практическая ценность работы. Разработаны физико-химические основы выделения остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти в электрических полях с использованием депрессорных присадок и небольших добавок (5-^-20% масс.) органических растворителей в качестве активаторов процесса. Созданы принципы подбора присадок, активаторов, композиций присадок и активаторов для процессов выделения остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти в электрических полях. Предложены схемы формирования электрокинетических потенциалов на поверхности кристаллов остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти, которые позволяют формализовано подбирать депрессорные присадки и активаторы (поляризаторы), научно-обоснованно прогнозировать знак и величину электрокинетического потенциала дисперсной фазы при выделении остаточных твердых парафиновых углеводородов нефти в электрических полях.

Апробация работы. По результатам работы опубликовано 9 научных статей в центральной печати и получено два патента на изобретение. Отдельные разделы работы доложены на международной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 1996) и научно-практической конференции «Тюменская нефть — вчера и сегодня» (Тюмень, 1997).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений.