Б.С.Байзакова, К.К. Сырманова, Ф.Е.Алтынбеков

Приведены результаты экспериментальных исследований адсорбции различных фракций нефтепродуктов в слоях цеолитных молекулярных сит. Весовым методом изучена адсорбция опытных партий Каражанбасской, Кумкольской и Каламкасской нефтей полимерными молекулярными ситами (цеолитами). Приведены данные по адсорбционной способности слоя цеолита в различных режимах фильтрации жидкой фазы через слой цеолита. Показано, что разработка методов и аппаратуры для адсорбции нефтяных фракций в слоях цеолитных молекулярных сит имеет большие перспективы, и целесообразна отработка технологических режимов и создание аппаратурного обеспечения процессов.

Одним из ведущих направлений в области нефтепереработки на современном этапе являются процессы депарафинизации нефти и нефтепродуктов.

Добываемая в Казахстане нефть по группе основных качественных характеристик относится к различным типам. Свое влияние оказывают глубина, на которой залегают продуктивные пласты, возраст геологических структур, месторасположение скоплений углеводородов.

На недавно разрабатываемых месторождениях п-ва Бузачи – Каламкасе и Каражанбасе добываются нефти, не похожие по своему составу на эмбинские, или на мангистауские нефти. По удельному весу они относятся к тяжелым, высокосмолистым, однако основное их отличие заключается в присутствии в составе группы микроэлементов главным образом ванадийпорфиринового комплекса, что позволяет отнести их к новому типу углеводородных ресурсов. По своему физико-химическому составу Кумкольские нефти легкие (плотность 0,835 г/см³), высокопарафинистые (12–16 %), малосернистые (до 0,5 %). Содержание светлых фракций при температуре 300 ^оС до 45 %, бензиновых до 25 %.

Присутствие в составе нефти высокомолекулярных твердых парафинов усложняет перекачку и переработку таких нефтей, ухудшает эксплуатационные качества получаемых нефтепродуктов, например одну из важных характеристик топлив – температуру застывания.

Содержание парафинов в сырых нефтях Казахстана изменяется в зависимости от их нефтематеринского происхождения в весьма широких пределах. Большая часть парафина, содержащегося в сырой нефти, особенно мангистауской, выкипает в том же температурном интервале, что и масляные дистилляты. Поэтому разделить парафины и масла в процессе переработки нефти невозможно. Это очень сложный и длительный процесс, так как в масляных фракциях содержатся главным образом парафины нормального строения, а в высококипящих фракциях и остаточных продуктах преобладают парафиновые углеводороды изостроения микрокристаллического характера. С этой целью в работе для переработки высокопарафинистых нефтей использована комплексная очистка, включающая карбамидную депарафинизацию и обработку полимерными молекулярными ситами.

Весовым методом изучали адсорбцию опытных партий Каражанбасской, Кумкольской и Каламкасской нефтей полимерными молекулярными ситами (цеолитами). В табл. приведены данные по адсорбционной способности слоя цеолита в различных режимах фильтрации жидкой фазы через слой цеолита.

Величина удельной поверхности и размер переходных пор полимерных молекулярных сит во многом определяется дисперсностью частиц, которая, в свою очередь, зависит от совершенства кристаллической структуры. В текстуре высокодисперсных образцов наряду с переходными порами можно предположить наличие небольшого количества микропор (r = 10–15 Å).

В экспериментах была исследована адсорбционная способность цеолитов вплоть до 50 % адсорбтива. В табл. 1, 2 приведены некоторые результаты экспериментов.

Таблица 1 – Данные по адсорбционной способности цеолита (1%-ного адсорбтива) Т:Ж=1:2

п/п №	Адсорбтив	Исходная концентрация адсорбтива, %	Время прохождения, мин.	Концентрация адсорбата, %
	Кумкольская нефть
в т.ч. бензин прямогонный			0,75
дизельная фракция			0,88
	Каламкасская нефть
в т.ч. бензин прямогонный			0,74
дизельная фракция			0,69
	Каражамбасская нефть
в т.ч. бензин прямогонный			0,77
дизельная фракция			0,73

Таблица 2 – Данные по адсорбционной способности цеолита (10%-ного адсорбтива) Т:Ж=1:5

п/п №	Адсорбтив	Исходная концентрация адсорбтива, %	Время прохождения, мин.	Концентрация адсорбата, %
	Кумкольская нефть
в т.ч. бензин прямогонный			0,19
дизельная фракция			3,51
	Каламкасская нефть
в т.ч. бензин прямогонный			0,24
дизельная фракция			3,72
	Каражамбасская нефть
в т.ч. бензин прямогонный			0,21
дизельная фракция			3,91

Из экспериментальных данных видно, что оптимальным для проведения эксперимента является соотношение твердой и жидкой фазы 1:5, в связи, с чем все дальнейшие эксперименты по исследованию адсорбционных характеристик растворов разных нефтей были продолжены при соотношении твердой и жидкой фазы 1:5.

Рис.1. Зависимость времени истечения фракций Кумкольской нефти

от исходной концентрации

1– бензин прямогонный; 2 – дизельная фракций

Для исследования адсорбционных характеристик цеолита использовали растворы исследуемых нефтей в т.ч. бензин прямогонный и дизельные фракции 10, 20, 30, 40, 50 %-ных концентраций. Характерные данные зависимости времени истечения от концентраций растворов приведены на рисунках 1, 2, 3.

Рис.2. Зависимость времени истечения фракций Каламкасской нефти

от исходной концентрации

1 – бензин прямогонный; 2 – дизельная фракций

Изучение адсорбции опытных партий Кумкольской, Каламкасской и Каражанбасской нефтей на цеолите был применен газохроматографический метод, позволяющий получить точные значения концентрации при заполнении поверхности – примерно и ниже. Измерения проводили на хроматографе Хром-4. Количество пробы, вводимой в испаритель колонки хроматографа, выбирали такое, чтобы степень заполнения поверхности составляла ≈ 0,005.

Обработка хроматографических данных позволили построить диаграммы приведенные ниже.

На рис. 3 приведена характерная диаграмма, иллюстрирующая результаты исследования эффективности очистки растворов опытных партий различных нефти различных месторождений в слоях цеолитных молекулярных сит.

Рис. 3. Степени очистки нефтяных фракций в слоях цеолитов

1 – бензин прямогонный Кумкольской нефти, 2 – дизельная фракция Кумкольской нефти, 3- бензин прямогонный Каламкасской нефти, 4 – дизельная фракция Каламкасской нефти, 5 – бензин прямогонный Каражанбасской нефти, 6 – дизельная фракция Каражанбасской нефти

Результаты проведенных исследований убедительно свидетельствуют, что разработка методов и аппаратуры для адсорбциия нефтянных фракций в слоях цеолитных молекулярных сит имеет большие перспективы. Поэтому дальнейшие исследования будут направлены на отработку технологических режимов и создание аппаратурного обеспечения процессов.

Литература

1. Р.Ф.Зайкина., Н.К.Надиров, А.С.Айдарбаев// Нефть и газ, №1,2001,с.69-71

2. Соколов В.А., Торочешников Н.С., Кельцев Н.В. Молекулярные сита и их применение. М., «Химия», 1984, 155 с.

3. МирскийЯ- В. и др. Синтетические цеолиты и их применение в нефте переработке и нефтехимии. М., ЦНИИТ Энефтехим, 1977. 89 с..

4. Алексеева Р.В., РоманковП. Г., Лепилин В.Н.В кн.:Адсорбенты, их получение, свойства и применение. Л., «Наука», 2004,165с.

5. Петренко Д. С. и др. В кн.: Цеолиты и их применение. Киев, крНИИНТИ, 971,с 55—57.

Дата добавления: 2014-01-04