ПЕРЕРАБОТКА ТЯЖЕЛЫХ ОСТАТКОВ

Свойства тяжелых остатков с позиции теории нефтяных дисперсных систем

Нефть и нефтепродукты представляют собой сложные дисперсные системы. Особенно ярко это проявляется для тяжелых остатков, и в частности для сырья висбрекинга, где используются гудроны и другие остаточные продукты типа экстрактов, крекинг-остатков и т.д. Тяжелые нефтепродукты представляют собой нефтяные дисперсные системы (НДС), в которых в качестве дисперсной фазы выступают различного рода ассоциаты, состоящие из значительного числа молекул и обладающие выраженной поверхностью раздела фаз [4].

Очевидная необходимость изучения поведения НДС в процессах нефтепереработки послужила основой для разработки системного подхода в описании их свойств и механизма фазовых превращений [5]. Предпосылками к развитию указанного направления явились обширные теоретические и практические разработки, проведенные многими учеными в разное время. База такого подхода была заложена работами Ребиндера [6]. В последние годы - это работы Сюняева [4,7 - 11], Сафиевой [12], Туманяна [13], Унгера [5], Глаголевой [14], Фукса [15] и др.

В работах З.И. Сюняева [4, 7-11] показано, что в результате протекания фазовых переходов в большинстве случаев происходит образование НДС. Частицей дисперсной фазы НДС является сложная структурная единица (ССЕ). Приведена комплексная оценка поведения НДС на основе экстремального и антибатного изменений размеров ядра и адсорбционно-сольватного слоя ССЕ в дисперсных системах под влиянием внешних воздействий.

Асфальтеновые структурные единицы НДС состоят из двух частей - ядра и сольватного слоя. Ядром ССЕ служат стабильные радикалы, обладающие самым высоким (из всей системы) потенциалом парного взаимодействия. Вокруг ядра послойно с постепенно снижающимся потенциалом межмолекулярного взаимодействия (ММВ) группируются ароматические, нафтеновые и парафиновые углеводороды [5,12].

Гетеросоединения могут располагаться в различных слоях, начиная с первого, поскольку известно, что эти соединения (за исключением сернистых соединений тиофенового типа) обладают наименьшей энергией разрыва связей и являются потенциальными источниками образования свободных радикалов [ 16,17].

Нефтяные остатки, а также смеси на их основе, в зависимости от соотношения компонентов могут быть отнесены к малоструктурированным или структурированным НДС [6]. Структурномеханические свойства подобных систем определяются внутренними и внешними контактными взаимодействиями компонентов, склонных к образованию надмолекулярных структур. Внутренние контактные взаимодействия надмолекулярных структур определяют физические и эксплуатационные свойства (низкотемпературные, вязкостнотемпературные, структурно-механические свойства и агрегативная устойчивость НДС).

Не менее важные эксплуатационные свойства многих нефтепродуктов проявляются через внешние контактные взаимодействия их с поверхностью рабочего тела. К таким нефтепродуктам относятся смазочные масла, битумы, кокс и др.

НДС с большим содержанием парафина в присутствии относительно малых количеств смолисто-асфальтеновых веществ (САВ) ведут себя как высокодисперсные тиксотропные системы с коагуляционными контактами, в которых взаимодействие ССЕ ограничивается соприкосновением обычно через прослойку дисперсионной среды, а иногда при прорыве сольватной оболочки и непосредственным точечным контактом [18].

Одной из важнейших характеристик НДС является устойчивость, которая косвенно определяет способность системы сопротивляться внутренним процессам межчастичного взаимодействия, приводящим к изменениям размеров частиц дисперсной фазы и, соответственно, дисперсности системы, сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы в объеме [13]. Она определяет эффективность проведения многих технологических процессов нефтепереработки, а также получения различных нефтепродуктов, склонных к расслоению, без значительного изменения их качества в процессе хранения и применения [12,19].

У термодинамически неустойчивых лиофобных НДС различают кинетическую (седиментационную) и агрегативную устойчивости.

Кинетическая устойчивость определяется способностью НДС противодействовать оседанию ССЕ под влиянием сил тяжести и сопротивления среды и зависит от размера дисперсных частиц, толщины адсорбционно-сольватного слоя, вязкости системы и др. Высокодисперсные НДС являются кинетически устойчивыми, грубодисперсные относятся к кинетически неустойчивым.

Под агрегативной устойчивостью понимают способность НДС противодействовать процессам, ведущим к уменьшению межфазной поверхности, а именно процессам изотермического укрупнения малых частиц, коалесценции и коагуляции. Интенсивность этих процессов зависит от природы, фазового состояния, дисперсности и концентрации ССЕ в НДС [10].

Агрегативная устойчивость может быть оценена коэффициентом дисперсности, предложенным Трекслером [20].

В качестве критерия устойчивости против расслоения НДС предложен фактор, устойчивости [21-23]. Он представляет собой отношение концентраций дисперсной фазы асфальтенов, которое устанавливается под действием центробежных сил за определенное время в двух слоях (верхнем и нижнем), расположенных на некотором фиксированном расстоянии друг от друга в направлении сил, и принимает значения от 0 до 1.

Фактор устойчивости является количественной мерой выпадения асфальтенов в нефтях и нефтяных остатках. Выработка соответствующих рекомендаций по предупреждению седиментационной неустойчивости нефтяного сырья имеет большое значение для снижения отложений САВ в процессах переработки и хранения тяжелых нефтепродуктов (судовых, котельных топлив, мазутов и др.) [12].

О термической устойчивости судят по времени, в течение которого установка работает без повышения давления в змеевике (по повышению давления в рабочем контуре установки) или по снижению температуры продуктов крекинга на выходе из змеевика [24-26].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >