Анализ плотности и вязкости дистиллятов фракций, образованных при перегонке нефтегазоконденсатных смесей углеводородными парами

АННОТАЦИЯ

Приведены основные результаты определения плотности и вязкости дистиллятов фракций бензина, керосина и дизельного топлива, полученные при атмосферной перегонке нефти, газового конденсата и их смесей в опытной ректификационной колонне с применением паров воды и углеводородного сырья. Показано, что образованные при перегонке нефтегазоконденсатного сырья с применением углеводородных паров дистилляты имеют меньшую плотность и вязкость, чем плотности и вязкости дистиллятов, полученные при перегонке водяным паром. При этом разница в уменьшении плотности дистиллятов составляет (кг/м³): для фракции бензина 0,7÷1,8 %, керосина 1,3÷1,8 % и дизельного топлива - 2,3÷1 %. Рост значений вязкости дистиллятов, образованных при перегонке углеводородными парами (относительно результатов контрольных опытов с водяным паром) (ν, м/с²) составляет: для фракции бензина от 6,2 до 30 %, керосина на 9,8÷38 % и дизельного топлива − падает от 68,6 до 19,1 %.

Соответствие результатов измерения плотности и вязкости дистиллятов фракций к регламентированным их значениям, свидетельствует об эффективности избирательного применения углеводородных теплоносителей при атмосферной перегонке нефтегазоконденсатного сырья.

ABSTRACT

Given the main results of the determination the density and viscosity of distillates of petrol fractions, kerosene and diesel fuel obtained by atmospheric distillation of oil, gas condensate and their mixtures in an experimental distillation column using vapors of water and hydrocarbons raw. It is shown that distillates formed during the distillation of oil and gas condensate raw materials with the use of hydrocarbon vapors have a lower density and viscosity than the density and viscosity of distillates obtained during water vapor distillation. At the same time, the difference in reducing the density of distillates is (kg / m³): for the fraction of gasoline 0.7÷1.8 %, kerosene 1.3÷1.8% and diesel fuel-2.3÷1 %. The increase in the viscosity values of distillates formed during distillation with hydrocarbon vapors (relative to the results of control experiments with water vapor) (v, m/s2) is: for the fraction of gasoline from 6.2 to 30 %, kerosene by 9.8÷38 % and diesel fuel-falls from 68.6 to 19.1 %.

The correspondence of the results of measuring the density and viscosity of distillates of fractions to their regulated values indicates the effectiveness of the selective use of hydrocarbon heat carriers in the atmospheric distillation of oil and gas condensate raw materials.

Ключевые слова: перегонка, нефть, газовый конденсат, фракция, дистиллят, бензин, керосин, дизельное топливо, плотность, вязкость, водяной пар, углеводородные пары, температура, ректификационная колонна.

Keywords: distillation, oil, gas condensate, fraction, distillate, petrol, kerosene, diesel fuel, density, viscosity, water vapor, hydrocarbon vapor, temperature, distillation column.

По существующей технологии производства моторного топлива при перегонке углеводородного сырья и отпарке дистиллятов фракций применяется перегретый водяной пар, который увеличивает степень испарения компонентов сырья за счёт снижения парциального давления их паров [1-3]. Однако, процессу перегонки водяным паром присущий ряд технологических недостатков, в частности [1,4]:

− с технологической точки зрения водяной пар является посторонним агентом, который занимает части рабочего пространства аппаратов, что приводит к увеличению их массы и габаритов в стадии проектирования;

− при отделении от воды технологического конденсата, образующегося при конденсации паров фракций, возникает вероятность обводнения топлива, появляется необходимость его осушки и очистки сточной воды, «загрязненной» остатками нефтепродуктов и химическими примесями;

− образуемая при перегонке, неоднородная парожидкостная смесь воды и нефтепродуктов препятствует интенсивному протеканию конденсации пара и снижает эффективность работы тепло- и массообменных аппаратов.

По этим причинам, в технологическом плане, целесообразным является резкое сокращение расхода водяного пара на процесс перегонки нефти или же проведение данного процесса без его участия. В этом аспекте разработана новая технология перегонки нефтегазоконденсатного сырья с применением альтернативного (взамен водяного пара) теплоносителя − паров топливных фракций, выходящих из ректификационной колонны [4-6]. При этом освобождается до 2,0÷6,5 % технологического пространства аппаратов [2, 4], ранее занятое водяным паром. Это служит основой для интенсификации процессов тепло- и массообмена при конденсации пара и повышения эффективности составных аппаратов нефтеперегонной установки.

Для расчета и рациональной организации процесса в нефтеперегонной установке, важное значение имеет изучение физических, физико-химических и теплофизических свойств жидкого углеводородного сырья и продуктов его перегонки [1, 2]. В частности, значения плотности и вязкости, являющиеся основными показателями качества дистиллятов топливных фракций, зависят от состава перегоняемого сырья, применяемого вида теплоносителя и выбора технологического режима перегонки (температура, давление) в атмосферной ректификационной колонне и его составного тепло- и массообменного оборудования [3, 7, 8].

В этом аспекте нами были проведены измерения плотности и вязкости дистиллятов фракций бензина, керосина и дизельного топлива, полученные при перегонке нефти, газового конденсата и их смесей в экспериментальной ректификационной колонне с применением паров углеводородного сырья и воды (в качестве контрольного опыта) [9-11].

В опытах по определению плотности проб сырья и дистиллятов фракций при 20^о С применен стандартизированный ареометрический метод по ГОСТ 3900-85 [3, 12, 13], с использованием ареометров для нефти типа АНТ и АН (Украина, ТУ3 14307481.008-95).

Опыты по измерению кинематической вязкости объектов исследования проведены на экспериментальной установке [4,14,15], применяя широко распространенный метод капилляра [3,11,13] в соответствии с ГОСТ 33-2000 (ИСО 3104-94) [16] с использованием вискозиметра ВПЖ-4 АКЛ 2.842.032 (№ 2129, диаметр капилляра d = 0,82 мм, постоянная прибора К = 0,02880 мм²/с²). Расхождение последовательных определений значений вязкости от его среднего арифметического значения не превышало ±1,2 %.

Значение кинематической вязкости исследуемой пробы сырья ν (мм²/с), измеренной при помощи вискозиметра, рассчитывали по формуле [12]:

                                                                         (1)

где g = 9,81 м/с²; τ_ср - среднее арифметическое значение времени истеченияпробы сырья, с;

К = 0,0288 мм²/с² - постоянная вискозиметра.

Динамическая вязкость μ (мПа·с) нефти и нефтепродуктов рассчитана по измеренному значению вязкости ν (мм²/с) [2]:

μ = ν ^. ρ ^.10^-3,                                                                           (2)

где ρ - плотность при температуре определения вязкости ν.

В нижеследующей таблице приведены результаты измерения плотности и вязкости проб дистиллятов топливных фракций, полученные перегонкой в опытной атмосферной установке нефти (Н, 100 %), газового конденсата (ГК, 100 %) и их смесей, имеющих следующие соотношения составных компонентов: 10%Н+90%ГК, 20%Н+80%ГК, 30%Н+70%ГК, 40%Н+60%ГК, 50%Н+ 50%ГК, 60%Н+40%ГК, 70%Н+30%ГК, 80%Н+20%ГК и 90%Н+10%ГК. 

Таблица

Плотность и вязкость образцов дистиллятов фракций бензина, керосина и дизельного топлива нефтегазоконденсатного сырья при 20^о С

На рисунках 1−3, построенные по данным таблицы, изображены кривые изменения плотностей фракций бензина, керосина и дизельного топлива, полученные в ходе опытов по перегонке газового конденсата, нефти и их смесей на опытной  установке с применением водяного пара и паров углеводородного сырья.

Рисунок 1. Изменение плотности фракции бензина, полученного перегонкой сырья парами воды и углеводородов

Рисунок 2. Изменение плотности фракции керосина, полученного перегонкой сырья парами воды и углеводородов

Рисунок 3. Изменение плотности дизельного топлива, образованного при перегонке сырья парами воды и углеводородов

Сравнение кривых изменения плотностей дистиллятов показывают, что во всех экспериментах с применением углеводородных паров, образованные дистилляты фракций имеют меньшую плотность, чем плотности дистиллятов, полученные при перегонке водяным паром. При этом разница в уменьшении плотности дистиллятов составляет (кг/м³): для фракций бензина от 735÷730 до 792÷778 кг/м³, что составляет 0,7÷1,8 %, керосина от 780÷770 до 820÷805 (или 1,3÷1,8 %) и дизельного топлива - от 800÷782 до 830÷822 (или 2,3÷1 %).

На рисунках 4÷6 изображены кривые изменения кинематического коэффициента вязкости дистиллятов фракций бензина, керосина и дизельного топлива, полученные при перегонке газового конденсата, нефти и их смесей с различной концентрацией составных компонентов.

Сравнение кривых изменения вязкости дистиллятов фракций на рисунках свидетельствует о том, что полученные при перегонке углеводородными парами дистилляты фракций имеют меньшую вязкость, чем вязкости дистиллятов, образованные при контрольных опытах (в присутствии водяного пара).

Рисунок 4. Изменение вязкости бензина, полученного перегонкой нефтегазоконденсатного сырья парами воды и углеводородов

Рисунок 5. Изменение вязкости фракции керосина, полученного перегонкой нефтегазоконденсатного сырья парами воды и углеводородов

Рисунок 6. Изменение вязкости дизельного топлива, образованного при перегонке сырья парами воды и углеводородов

Однако с ростом содержания нефти в смесях наблюдается относительный неравномерный рост величины кинематической вязкости ν полученных дистиллятов. Рост вязкости дистиллятов, образованных при перегонке углеводородными парами (относительно результатов контрольных опытов) (ν, м/с²) следующее: для фракций бензина от 0,65÷1,69 до 0,69÷0,99 (или 6,2-30 %), керосина от 1,01÷2,87 до 0,92÷2,08 (или 9,8-38 %) и дизельного топлива − от 1,72÷2,99 до 1,02÷2,51 (падает от 68,6 до 19,1 %).

Таким образом, приведенные в таблице величины плотности и вязкости дистиллятов нефтегазоконденсатного сырья находятся в пределах их регламентированных значений [17], что свидетельствует о перспективности применения паров углеводородного сырья в качестве альтернативного теплоносителя при атмосферной перегонке нефти [5, 6, 18], способствующий проведения процесса ректификации при мягких температурных режимах.

Список литературы:

1. Глаголева О. Ф., Капустин В. М., Гюльмисарян Т. Г. Технология переработки нефти. В 2-х ч. − Ч. 1. − Первичная переработка нефти. − М.: Химия, КолосС, 2006. − 400 с.
2. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа. − СПб: Недра, 2013. − 544 с.
3. Мановян А. К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. −М.: Химия, 2001. − 568 с.
4. Худайбердиев А. А. Интенсификация подогрева нефтяного сырья /  А. А. Худайбердиев. − Ташкент: Navroz, 2019. − 213 с.
5. Салимов З.С., Худайбердиев А.А., Шарипов К.К., Хурмаматов А.М. Эффективное использование углеводородных паров в первичной перегонке нефтегазо-конденсатного сырья // Узбекский журнал нефти и газа. – Ташкент, 2011. − № 2. − С.34-35.
6. Салимов З. С., Абдурахмонов О. Р., Сайдахмедов Ш. М. Интенсификация процесса ректификации нефтегазоконденсатного сырья. − Т.: ФАН, 2011. − 150 с.
7. Скобло А. И., Молоканов Ю. К., Владимиров А. И. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. − М.: Недра, 2000. − 677 с.
8. Ахметов С. А., Сериков Т. П., Кузеев И. Р., Баязитов И. М. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа / Под ред. С.А. Ахметова. − СПб.: Недра, 2006. − 868 с.
9. Худайбердиев А. А., Раджибаев Д. П. Изучение распределения температуры потоков в опытной ректификационной колонне // Журнал: Химическая промышленность. – СПб., 2016. – № 5. – С. 224-229.
10. Раджибаев Д. П. Ректификационная колонна для перегонки нефтегазоконденсатного сырья / Материалы республиканской НТК: Актуальные проблемы переработки нефти и газа Узбекистана. – Ташкент, ИОНХ РУз, 8-9 ноября 2012. – С. 257-259.
11. Раджибаев Д. П., Махкамов Б. Р., Абдуллаев Д. Изучение процесса перегонки нефтегазоконденсатной смеси в модельной ректификационной установке / Сборник докладов международной НТК: Состояние и перспективы инновационных идей и технологий в области нефтехимии. – Т.1. – Фергана: ФарПИ, 16-17 мая 2015. – С. 283-285.
12. Химия нефти. Руководство к лабораторным занятиям: Учебное пособие для вузов / И. Н. Дияров, И. Ю. Батуева, А. Н. Садыков, Н. Л. Солодова. – Л.: Химия, 1990. – 240 с.
13. ГОСТ 3900-85. Межгосударственный стандарт. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности. – М., 1987. – 36 с.
14. Исмаилов О. Ю., Худайбердиев А. А., Сайидмуродов М. М. Изучение вязкости нефти, газового конденсата и их смесей // Международный научно-технический журнал “Химическая технология. Контроль и управления”. – 2012. – №6. – С. 50-54.
15. Салимов З. С., Исмаилов О. Ю. Плотность и вязкость жидких углеводородов при температурах 20-98^о С // Научно-технический журнал «Нефтепереработка и нефтехимия». – Москва, 2014. – №1. – С. 18-22.
16. ГОСТ 33-2000 (ИСО 3104-94). Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости. Принят Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 18 от 18.10.2000 г.) взамен ГОСТ 33-82.
17. Технологический регламент установки атмосферной перегонки смеси газоконденсата и нефти и фракционирования гидроочищенной нефти (установка 10) Бухарского НПЗ. – TR 16472899 001 2009.
18. Абдурахмонов О. Р., Салимов З. С., Сайдахмедов Ш. М., Худойберганов А. А. Совершенствование атмосферной перегонки нефтегазоконденсатного сырья //  Журнал Нефти и газа Узбекистана, 2011. – №1. – С. 24-27.