Изучение влияния различных факторов на эффективность очистки нефтешлама от механических примесей

Studying the influence of different factors on the efficiency of cleaning oil slips from mechanical impurities
Цитировать:
Изучение влияния различных факторов на эффективность очистки нефтешлама от механических примесей // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Махкамов Б.Р. [и др.]. 2019. № 1 (58). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6837 (дата обращения: 22.06.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье приведены основные данные промывки нефтешлама с реформатом, а также результаты по очистке нефтешлама от механических примесей при скорости потока смеси в гидроциклоне 15 м/с. Промывка нефтешлама проводилась на аппарате Сокслета. Результаты экспериментальных исследований по определению содержания механических примесей в составе нефтешлама с реформатом составили 7,2%.

ABSTRACT

The article presents the basic data of washing the oil sludge with reformate, as well as the results of cleaning the oil sludge from mechanical impurities at a mixture flow rate in a hydrocyclone of 15 m / s. Flushing sludge was carried out on the apparatus of the Soxhlet. The results of experimental studies to determine the content of mechanical impurities in the composition of sludge with reformate amounted to 7.2%.

 

Ключевые слова: нефтешлам, реформат, тяжелая нафта, легкая нафта, механические примеси, массовая доля механических примесей, экстрагирование, аппарат Сокслета, скорость потока.

Keywords: oil sludge, reformat, heavy naphtha, light naphtha, mechanical impurities, mass fraction of mechanical impurities, extraction, Soxhlet apparatus, flow rate.

 

Механические примеси в основном состоят из песка, глины, мельчайших частиц железа и минеральных солей. В готовых очищенных нефтепродуктах механическими примесями могут быть частицы адсорбента (белая глина), железной окалины, минеральных солей и других веществ. Светлые маловязкие нефтепродукты почти не содержат механических примесей вследствие их быстрого оседания. Твердые механические примеси (песок и др.) в смазочных маслах очень вредны, так как царапают и истирают трущиеся поверхности машин и оборудования, вследствие чего остро стоит проблема очистки нефтепродуктов от механических примесей. Существует ряд технологий по очистке нефтепродуктов. Нами был рассмотрен способ очистки, при котором нефтепродукт смешивали с различными разбавителями, которые позволяют уменьшить содержание механических примесей в составе нефтешлама.

Исходя из вышеизложенного, нами собрана экспериментальная гидроциклонная установка для очистки нефтешламов от механических примесей, имеющая производительность по сырью 25,2 л/мин. Геометрические размеры лабораторного гидроциклона следующие: диаметр цилиндрической части D = 100 мм, высота конической части Н = 200 мм, высота цилиндрической части h1 = 100 мм, диаметр входного (питающего) патрубка для суспензии d1 = 15 мм и диаметр патрубка для слива (выхода) очищенного сырья d2, d3 = 20 мм.

Расход через питающее отверстие определяли по формуле

                                                                   (1)

где 1 – коэффициент расхода через питающий патрубок аппарата; dв – диаметр верхнего (сливного) отверстия, м; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; Рвх – давление аппарата, Па; с – плотность разделяемой смеси кг/м3.

Расход выходящих материальных потоков рассчитывали по аналогичным зависимостям:

– расход сливного потока

 

                                                                           (2)

– расход сливного потока

                                                                                           (3)

где в и н – коэффициенты расхода соответственно через верхнее и нижнее отверстия аппарата; dв – диаметр верхнего (сливного) отверстия, м2; dн – диаметр нижнего (шламового) отверстия, м; Рвх – давление аппарата, Па; с – плотность разделяемой смеси кг/м3.

Суммарная производительность по балансовому соотношению записывали уравнением:

                                                            (4)

где Qпроизводительность аппарата, м3/с.

Скорость потока определяли как:

,                                                                            (5)

где Q – производительность аппарата, м3/с; S – поверхность трубопровода, м2.

Массовую долю механических примесей, %, рассчитывали по формуле:

М= [(m1 - m2)/m3] • 100,                                                                 (6)

где m1 – масса стаканчика с фильтром после фильтрования, г; m2 – масса стаканчика с чистым фильтром, г; m3 – масса навески нефти, г.

Содержание механических примесей вычисляли как среднее арифметическое из результатов двух параллельных определений. Если механических примесей содержится не более 0,005%, то данный случай рассматривается как отсутствие механических примесей.

В первую очередь определяли исходное содержание механических примесей в составе нефтешлама без добавления разбавителя. Для этого была использована методика (ГОСТ 6370-83), согласно которой бумажный фильтр был высушен до постоянной массы при 105оС. Навеска нефтяного шлама была предварительно нагрета на водяной бане до 40оС, так как анализируемый нефтяной шлам высоковязкий. Далее навеску нефтяного шлама массой 2 г разбавили бензином массой 25 г. Горячий раствор навески был профильтрован через высушенный бумажный фильтр, помещенный в стеклянную воронку. После фильтрования фильтр был перенесен в бюкс, сушился в термостате в течение 1 часа, после чего был перенесен в эксикатор для доведения до постоянной массы и взвешен, масса стаканчика с фильтром после фильтрования составила 19,6400 г. Перед фильтрованием закрытый стаканчик с фильтром сушился в термостате в течение 1 часа. После сушки стакан был охлажден в эксикаторе в течение 30 мин., затем взвешен на аналитических весах, масса стаканчика с чистым фильтром составила 19,5498 г [1].

После этого была рассчитана массовая доля механических примесей в шламе:

М = [(19,6400-19,5498)/2]·100 = 4,5%

Массовая доля углеводородов нефти

М1=100-38-4,51=57,5%

Содержание воды в нефтешламе – 38 %.

Из проведенных расчетов следует, что анализируемый нефтяной шлам содержит большое количество механических примесей.

Затем мы определяли содержание массовой доли механических примесей в нефтешламе экстрагированием в аппарате Сокслета.

Экстрактор Сокслета был установлен на круглодонную колбу, в которой находился экстрагирующий растворитель, и снабжался обратным холодильником. В центре аппарата находится резервуар, в который помещается гильза, сделанная из бумаги и заполненная твердым образцом, из которого производилась экстракция. Растворитель нагревался до температуры кипения, испарялся и, проходя по боковому отводу, попадал в обратный холодильник, где конденсировался и стекал в гильзу. Пока гильза заполнялась растворителем, происходила экстракция целевого вещества в этот растворитель. Как только уровень жидкости в гильзе достигал верхнего уровня сифона, гильза опустошалась: раствор вещества сливался в исходную колбу, и цикл повторялся снова. Таким образом, прибор позволяет производить многократную экстракцию за счет повторного использования относительно небольшого объема растворителя, при этом экстрагируемое вещество накапливается в основной колбе [3].

Эффективность экстракции дополнительно увеличивается за счет того, что гильза находится непосредственно над колбой и нагревается парами кипящего растворителя.

Навеску нефтешлама и фильтр высушивали в течение 1 часа в сушильном шкафу при температуре 105оС. Выдерживали в эксикаторе в течение 30 минут для доведения до постоянной массы. В капсулу помещали взвешенный на аналитических весах фильтр с 1 г нефтешлама.

Экстракцию заканчивали после того, как фильтр становился совершенно чистым, а промывные воды – прозрачными.

Результаты экспериментальных исследований по определению содержания механических примесей в составе нефтешлама и промывке нефтешлама с реформатом приведены в табл. 1. 

Таблица 1.

Результаты промывки нефтешлама с реформатом

 №

Фракция

Мл

%

1

Потери

86,6

21,65

2

Чистый нефтепродукт

3,4

0,85

3

Выход после перегонки

310

77,5

4

Сумма

400

100

Примечание: содержание механических примесей составило 7,2%

 

Для уменьшения содержания механических примесей нефтешлам перемешивали с разбавителями (реформат, легкая и тяжелая нафта), используя соотношение «разбавитель – 30% и нефтешлам – 70%», в течение 30÷60 мин. при температуре 60ºС. Затем с помощью насоса подавали в гидроциклон для очистки разбавленного шлама от механических примесей. При проведении опытов по определению оптимальной скорости потока нефтешлама внутри гидроциклона она варьировалась в пределах 10÷20 м/с. Результаты экспериментальных исследований по очистке нефтешлама от механических примесей в гидроциклоне приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Результаты по очистке нефтешлама от механических примесей при скорости потока 20 м/с внутри гидроциклона.
(Содержание механических примесей в исходном сырье 7,2%)

 

30% легкая нафта

30% тяжелая нафта

30% реформат

Время перемешивания, мин.

30

60

30

60

30

60

Содержание мех. примесей, в %

0,132

0,12

-

0,55

0,06

0,1

 

Из табл. 1 видно, что при очистке нефтешлама, разбавленного 30%-ной легкой нафтой (время перемешивания в гидроциклоне составило 30 мин.), содержание механических примесей в составе нефтешлама уменьшается от 7,2% до 0,132%; с увеличением температуры до 60ºС этот показатель уменьшается до 0,12%; а с 30%-ным реформатом содержание механических примесей в составе нефтяного шлама заметно уменьшается, т. е. этот показатель достигает своего максимума 0,06%.

Таким образом, на основании проведенных экспериментальных исследований по определению самого подходящего углеводородного сырья для разбавления нефтешлама и изучения содержания в нем механических примесей до и после очистки в гидроциклоне нами определены оптимальные режимные параметры: скорость потока нефтешлама в гидроциклоне – 20 м/с, соотношение разбавителя – 30% реформата и 70% нефтешлама, время перемешивания – 30 мин., при этом содержание механических примесей после очистки в гидроциклоне составило 0,06%.

 

Список литературы:
1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – 8-е изд., перераб. – М.: Химия, 1971.
2. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд. – М.: Химия, 2001. – 568 с.
3. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. / А.И.Скобло, Ю.К.Молоканов, А.И. Владимиров и др. – М.: Недра, 2000. – 677 с.
4. Технология переработки нефти: В 2-х частях. Часть первая. Первичная переработка нефти / Под ред. О.Ф. Глаголевой и В.М. Капустина. – М.: Химия, Колос С, 2006. – 400 с.

 

Информация об авторах

директор ОО «Бухарский нефтеперерабатывающий завод», Республика Узбекистан, г. Бухара

Director of LLC “Bukhara Oil Refinery Plant”, Uzbekistan, Bukhara

заведующий лабораторией, Институт общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент

manager by a laboratory, Institute of General and Inorganic Chemistry of Academy of Sciences of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

ассистент, Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Наманган

Assistant, Namangan Engineering Technology Institute, Uzbekistan, Namangan

доцент, Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Наманган

Associate Professor of Namangan Engineering Technology Institute, Uzbekistan, Namangan

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top