Исследование применения технологии волокнистой жидкостной пленки в области предварительной обработки сырой нефти

Thread Content

Аннотация: В данной статье описываются принципы массообменного разделения при предварительной обработке сырой нефти с использованием волокнистых жидких пленок, а также проводятся промышленные испытания и исследования по адаптивности к сырой нефти. Результаты показали: после трехступенчатой предварительной обработки с использованием волокнистой жидкостной мембраны содержание солей составляет <3,0 мг NaCl/л, содержание воды — <0,2%, содержание кальция и железа — <10,0 мкг/г, а содержание воды в нефти — <150 мг/л. Все эти показатели соответствуют требованиям промышленного производства, что делает этот метод более эффективным по сравнению с процессом электродесалинизации. 1. Введение. Технология разделения с использованием жидкостной мембраны (Liquid membrane permeation, LMP) представляет собой метод разделения, очистки или концентрирования, основанный на различиях в способности проникновения компонентов смеси через мембрану. Это новый метод разделения, имитирующий процессы переноса веществ через биологические мембраны; он позволяет решить проблемы, связанные с факторами разделения и селективностью. Он был предложен в 1968 году доктором Ли Няньчжи, американцем китайского происхождения, работавшим в американской компании Exxon. Технология разделения с использованием жидкостных мембран обладает преимуществами по сравнению с технологией разделения с использованием твердых мембран: она более эффективна, быстрая, обеспечивает высокую селективность и позволяет экономить энергию. По сравнению с технологией жидко-жидкостного экстракции, эта технология позволяет одновременно осуществлять процессы экстракции и регрессии, обеспечивает высокий коэффициент разделения и концентрирования, требует меньшего количества экстрагента и снижает потери растворителя. В частности, технология разделения с помощью волокнистой жидкостной мембраны в последние годы быстро развивается в области переработки нефтепродуктов в нашей стране. 2. Принцип разделения веществ при предварительной обработке сырой нефти с использованием волокнистой жидкостной пленки заключается в использовании большого количества специальных гидрофильных волокон в качестве основы. Благодаря различию поверхностного натяжения между нефтяной и водной фазами на поверхности волокон образуется очень тонкая жидкостная пленка. При движении сырой нефти вдоль волокон сквозь эту пленку создается огромная поверхность для процесса переноса веществ, причем расстояние для этого процесса минимально. Это позволяет избежать проблем, связанных с разделением двух фаз, которые возникают при диссипативном переносе веществ. Из-за разницы в концентрации солей они перемещаются в жидкостную фазу. Растворимые в воде неорганические соли попадают непосредственно в эту жидкостную фазу, тогда как органические соли, растворимые в масле, сначала реагируют с вспомогательными веществами, находящимися на поверхности жидкостной фазы, превращаясь в растворимые в воде неорганические соли, после чего также попадают в жидкостную фазу. Таким образом достигается эффект десалинизации сырой нефти. По сравнению с традиционным процессом электродесалинизации сырой нефти, процесс десалинизации сырой нефти с использованием волокнистой жидкостной мембраны обладает следующими техническими преимуществами: простота процесса, отсутствие необходимости в использовании внешнего электрического поля и демульгаторов ； Высокая эффективность передачи веществ; хорошие результаты при обезвоживании, десалинизации, удалении кальция и железа ； Уровень взаимного заражения фаз низкий; содержание воды и нефти после очистки сырой нефти, а также значение COD низкие ； Высокая скорость потока, большой объем обработки ； Низкие эксплуатационные расходы, высокая технико-экономическая эффективность ； Экологичный процесс, высокая по своей сути безопасность. Рисунок 1. Принципиальная схема предварительной обработки сырой нефти с использованием волокнистой жидкостной мембраны. 3. Промышленные испытания. В мае 2014 года филиал компании Sinopec в Чанлинге успешно запустил промышленный установку для трехступенчатой десалинизации сырой нефти с использованием технологии волокнистых жидкостных мембран мощностью 8×10³ кт/год. С тех пор установка работает без проблем. Сырье для обработки в этом устройстве поступает из нефти, транспортируемой по трубопроводам в районе Ичан. Характеристики этой нефти приведены в таблице 1.

**Таблица 1. Характеристики нефти, транспортируемой по трубопроводам в районе Ичан**

| Параметр | Значение |
|-----------|----------|
| Плотность (Кг/м³) | 963,8 |
| Сера (м%) | 0,9271 |
| Вязкость при 100°C (мм²/с) | 56,3 |
| Азот (м%) | 0,5558 |
| Коллоидные вещества (м%) | 21,3 |
| Никель (мкг/г) | 35,5 |
| Асфальтен (м%) | 11,5 |
| Ванадий (мкг/г) | 245,0 |

Эффективность десалинизации показана на рисунке 2. В результате трехэтапной предварительной обработки нефти с использованием волокнистых жидких мембран содержание солей снижается до менее чем 3,0 мг NaCl/л; среднее значение составляет всего 1,5 мг NaCl/л. Это соответствует требованиям промышленного производства. Рисунок 2. Уровень соли в сырой нефти после трехэтапной обработки с использованием волокнистой жидкостной мембраны в ходе промышленных испытаний – 3,2%. Результаты деэссикации показаны на рисунке 3: после такой обработки содержание воды в сырой нефти составляет менее 0,2%, что соответствует требованиям промышленного производства. Рисунок 3. Содержание воды в сырой нефти после предварительной обработки с использованием трехуровневой волокнистой жидкостной мембраны – 3,3%. Результаты деэлементации показаны на рисунке 4. В промышленном испытательном устройстве используется специальный агент для деэлементации KJ-FMT1. После предварительной обработки сырой нефти с помощью трехуровневой волокнистой жидкостной мембраны содержание кальция и железа остается на уровне менее 10,0 мкг/г. Уровень декальцификации превышает 80%, а уровень деферрификации – 70%. Это полностью соответствует требованиям промышленного производства. Рисунок 4. Содержание кальция и железа в сырой нефти после трехступенчатой обработки с использованием волокнистой жидкостной мембраны; значения составляют 3,4. Содержание воды и масла показано на рисунке 5. В результате трехступенчатой обработки с использованием волокнистой жидкостной мембраны в промышленных условиях содержание воды и масла в сырой нефти составляет менее 150 мг/л, что соответствует требованиям промышленного производства. Рисунок 5. Содержание воды и нефти в сырой нефти после предварительной обработки с использованием трехуровневой волокнистой жидкостной мембраны. Статистические данные, полученные на промышленных установках, показывают, что после такой предварительной обработки все показатели соответствуют требованиям промышленного производства. По сравнению с процессом электродесалинизации отсутствует необходимость в введении демульгаторов и использовании внешнего электрического поля, что значительно снижает затраты на эксплуатацию ； Содержание водорастворимых масел и COD значительно ниже по сравнению с процессом электродесалинизации, что обеспечивает заметную экологическую пользу. 4. Исследование адаптируемости технологии предварительной обработки сырой нефти с использованием волокнистой жидкостной пленки было проведено с учетом особенностей довольно типичных для отечественных нефтеперерабатывающих заводов тяжелых и низкокачественных сортов сырой нефти. Как показано на рисунке 6, после трехэтапной предварительной обработки с использованием волокнистой жидкостной мембраны содержание воды в масле Марэй составляет 0,03% ； Содержание соли: 6,20 мг NaCl/л; степень десалинизации: 97,05% ； Содержание масла в воде — 118,50 мг/л. Рисунок 6. Эффективность предварительной обработки масляных волокон с использованием жидкостной мембраны. Как показано на рисунке 7, после трехэтапной предварительной обработки с использованием жидкостной мембраны содержание воды в сырой нефти Тахэ остается на уровне 0,2% ； Среднее содержание соли составляет 7,9 мг NaCl/л, уровень десалинизации превышает 98% ； Содержание маслянистых веществ составляло от 6,8 мг/л до 93,8 мг/л; среднее значение — 36,9 мг/л. Все показатели превосходят аналогичные показатели установок для электродесалинизации за тот же период. Рисунок 7. Эффективность предварительной обработки сырой нефти с использованием волокнистой жидкостной пленки. Результаты проведенных испытаний показывают, что технология волокнистой жидкостной пленки обладает значительными преимуществами в области предварительной обработки сырой нефти: высокая адаптивность к различным видам нефти, эффективное удаление солей и воды, а также низкий процент содержания воды и масла в получаемой смеси. 5. Заключение: По мере увеличения тяжести и ухудшения качества сырой нефти, отечественные НПЗ сталкиваются с все большим количеством проблем при использовании технологии электродесалинизации сырой нефти. Технология волокнистой жидкостной пленки как современный эффективный метод передачи вещества показала в исследованиях, проведенных в области предварительной обработки сырой нефти, способность значительно снижать энергозатраты в процессе передачи вещества, уменьшать количество примесей. Она имеет преимущества в виде сокращения затрат на инвестиции, уменьшения площади, необходимой для ее реализации, а также снижения операционных расходов. Кроме того, эта технология хорошо подходит для обработки сырой нефти, что делает ее перспективной для использования. Отборные статьи с Всекитайской конференции по передовым технологиям в нефтехимической промышленности, организованной компанией Hunan Changling Petrochemical Technology Development Co., Ltd. в 2016 году