Технологічні аспекти агрегативної нестабільності нафтових сумішей

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми виникнення асфальтосмолопарафінових відкладень (АСПВ) на технологічному обладнанні при переробці, зберіганні та транспортуванні нафти, а також розробці способів попередження їх утворення і видалення. Вперше систематизовані та експериментально перевірені критерії визначення сумісності та порядку змішування різних нафт при створенні технологічних сумішей; розроблено оригінальну оптичну експрес-методику прогнозування стабільності та сумісності компонентів нафтових сумішей. Обчислені значення констант кінетичних рівнянь, які дозволили кількісно зв’язати швидкість утворення відкладень з низькотемпературними властивостями нафти та умовами її зберігання і перекачування. Отримано нові співвідношення, які зв’язують температуру застигання нафти і вміст потенційно твердих компонентів – смол, парафінів та асфальтенів. Для розчинення нафтових відкладень розроблена нова композиція, до складу якої входять ароматичні розчинники та блок-кополімери на основі пропіленгліколю. Запропонована одностадійна схема підготовки бітуму, модифікованого полімерами і додатками АСПВ. Показана можливість застосування нафтових відкладень як компонентів дорожніх покриттів. Диссертационная работа посвящена решению проблемы возникновения асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) на технологическом оборудовании при переработке, хранении и транспортировании нефти, а также разработке способов предупреждения образования отложений и их удаления. Впервые систематизированы и экспериментально проверены критерии определения совместимости и порядок смешения разных нефтей при создании технологических смесей. Качественную и количественную оценку совместимости нефтей и устойчивости их смесей осуществляли методом бумажной хроматографии, по параметру Хейтхауза, а также центрифугированием (скорость 1000 об/мин), в результате которого отделяли твердую фазу отложений. Кроме того, был разработан новый метод фотоколориметрического сравнительного исследования растворов индивидуальных нефтей в бензоле, толуоле и н-гексане. Аппроксимация полученных данных линейными уравнениями и их общее решение относительно коэффициента светопоглощения позволило найти зависимость между соотношением смол (С), парафинов (П), асфальтенов (А) и аддитивной плотностью совместимых и несовместимых смесей. В работе представлены результаты определения порядка смешения нефтей методом осцилляторов. Данный метод предназначен для создания стабильной нефтяной смеси с целью получения повышенного выхода целевого компонента (масляной фракции 300-500оС). Разгонка полученных смесей позволила получить увеличенный выход масляной фракции на 0,45 %. Изучена кинетика образования АСПВ в статических и динамических условиях, установлена количественная зависимость скорости формирования отложений от температуры застывания нефти, еѐ вязкости, градиента температур внешней среды и нефти, а также скоростью ее перемещения. Получены количественные соотношения между температурой застывания нефти и содержанием потенциально твѐрдых компонентов – смол, парафинов и асфальтенов. Оказалось, что увеличение соотношения С/(П+А) в пределах 10 – 25 способствует снижению температуры застывания приблизительно на 10оС. Для решения вопроса о расширении ассортимента растворителей АСПО была создана композиция, содержащая блок-кополимер оксидов этилена (ОЭ) и пропилена (ОП) на базе пропиленгликоля и смесь ароматического и алифатического растворителей. Данная смесь способствует растворению АСПО и стабилизирует образовавшийся раствор. Изучена возможность использования нефтяных отложений (после предварительной подготовки и удаления минеральной части) в качестве добавок к модифицированным битумам с последующим изготовлением асфальтобетонов. Испытания показали, что полученные асфальтобетоны удовлетворяют условия стандарта (ДСТУ Б В.2.7-119-2011) по показателям водонасыщения и прочности при сжатии. Предложена одностадийная схема подготовки битума, модифицированного полимерами и добавками АСПО. The thesis is devoted to the solution of the problem of asphalt-resin-paraffin deposition on technological equipment for processing, storage and transportation of oil, as well as developing ways of preventing of their formation and removal. For the first time the criteria for determination of different oils compatibility and order of their mixing are systematically and experimentally tested; the original optical express-method of forecasting the stability and compatibility of oil mixtures is designed. The constants for kinetic equations that allow calculating the mass of deposits in accordance of with low-temperature properties of oils and conditions of storage and pumping were found. New correlations between the temperature of oil’s pour point and concentration of potentially solid components (resins, paraffins and asphaltenes) are obtained. The new composition for dissolution of oil deposits, which consists from aromatic solvents and block-copolymers based on propylene glycol is proposed. The one-step scheme of bitumen modification by polymers and additions of asphalt-resin-polymers is offered. The possibility of oil deposits utilization such as components of asphaltic concretes road coatings is shown.