Понизитель вязкости тяжелых нефтей на основе хлопкового соапстока

АННОТАЦИЯ

В мире значительная часть добываемой нефти имеет высокую вязкость из-за присутствия в нем значительного количества парафина, церезина, смол, асфальтенов и других сопутствующих углеводороду веществ. Такие нефти имеют плохую текучесть, что отрицательно сказывается при их транспортировке по трубопроводам и промышленной переработке на нефтеперерабатывающих предприятиях. С целью решения данной проблемы нами на основе хлопкового соапстока синтезированы ПАВ для снижения вязкости тяжелых нефтей.

ABSTRACT

At this time in the world, a significant part of the produced oil has a high viscosity due to the presence of a significant amount of paraffin, resins, asphaltenes and other hydrocarbon-related substances in it. Such oils have poor fluidity, which adversely affects their transportation through pipelines and industrial processing at oil refineries. In order to solve this problem, we synthesized surfactants based on cotton soap stock to reduce the viscosity of heavy oils.

Ключевые слова: транспортировка, нефть, высоковязкий, трубопровод, асфальтен, парафин, смола, растворитель, поверхностно-активные вещества, текучесть, фосфолипид, жирные кислоты, доомыленый хлопковый соапсток, индекс эффективности, степень сдвига.

Keywords: transportation, oil, high viscosity, pipeline, asphaltene, paraffin, resin, solvent, surfactants, fluidity, phospholipid, fatty acids, saponified cotton soap stock, efficiency index, shear rate.

Сегодня транспортировка нефти по трубопроводу считается одним из экономичных способов их доставки на места переработки и потребления. При этом, в случае использования электронасосов, чем выше вязкость транспортируемой нефти, тем больше расход электроэнергии, а порой бывают случаи остановки движения высоковязких нефтей по трубопроводам из-за их нетранспортабельности.

Известно, что высокая вязкость нефтей обусловлена значительным содержанием в них асфальтенов, парафина, церезина, смол, серы, механических примесей и др. [1, 2]

Использование химических реагентов (растворителей, разжижителей, поверхностно-активных веществ) и т.п. в той или иной степени способствует повышению текучести высоковязких нефтей по трубопроводу. Однако, при этом не всякие реагенты считается эффективными, т.к. часть из них повышает взрывопожароопасность трубопроводов, а часть-сильно увеличивает себестоимость их транспортировки [3].

Поэтому, в настоящее время интенсивно ведутся поисковые работы по созданию эффективных реагентов-понизителей вязкости нефтей и разработке нетрадиционных (электромагнитных и т.п.) способов повышения их текучести по трубопроводу.

В Узбекистане на месторождениях Джаркурган, Джаркак, Шурчи и других добывают высоковязкие тяжелые нефти, которые требуют применения эффективных реагентов и нетрадиционных способов повышения их текучести по трубопроводам.

На масложировых предприятиях Республики ежегодно образуются более 10 тысяч тонн хлопкового соапстока - отхода щелочной рафинации растительных масел, который содержит в основном натриевые соли насыщенных и ненасыщенных жирных кислот (мыла), фосфолипиды, нейтральные жиры, госсипол, свободную щелочь, воду и др. [4].

Как видно хлопковый соапсток является сложным по составу водомаслорастворимым веществом и имеет щелочную природу. Он хорошо эмульгирует воднонефтяную смесь и сильно изменяет её поверхностно-активные свойства, на подобии раствором мыла т.е. ионогенных ПАВ.

Концентрирование хлопкового соапстока, т.е. удаление из него значительного количества воды позволяет снизить его расход при транспортировке, высоковязких нефтей, что позволяет стабилизировать технологические режимы переработки и доставки углеводородного сырья.

В составе хлопкового соапстока содержатся нейтральные триглицериды, фосфолипиды, натриевые соли жирных кислот от С₁₄ до С₁₈, не омыляемые вещества и другие. Доомыление хлопкового соапстока водным раствором NаОН позволяет значительно увеличить содержание натриевых солей жирных кислот и получить мылоподобный ПАВ для снижения вязкости тяжелых нефтей с высокими флоккулирующими свойствами.

Нами осуществлено доомыление хлопкового соапстока 30 % - ным раствором NаОН до рН=9,0 с последующим процеживанием до постоянной массы при 65-70 ⁰С.

В табл. 1. представлены основные показатели хлопкового соапстока до и после его доомыления раствором NAOH.

Таблица 1.

Основные показатели хлопкового соапстока до и после его доомыления водным раствором NаОН

х) Приложение: Под жирными кислотами в соапстоках подразумевают жирные кислоты, связанные в виде их натриевых солей.

Из табл. 1 видно, что после доомыление хлопкового соапстока водным раствором NаОН в основном образует натриевые соли жирных кислот С₁₄-С₁₈, которые хорошо снижають вязкости нефтей и проявляют ингибирование флокуляции асфальтенов.

Таблица 2.

Показатели индексов эффективности (J_эфф) понижения вязкости местных нефтей доомыленным хлопковым соапстоком (ДХС) в количестве 450 г/т при 40 ⁰С

Из табл.2 видно, что введение доомыленного хлопкового соапстока (в количестве 450 г/т) в состав нефти месторождений «Миршади», «Кокдумалак», «Жанубий Аламышик», «Джаркак» и «Шурчи» позволило значительно снизить их динамическую вязкость (μ). Причем, с увеличением скорости сдвига нефти (от 9 до 439 с^-1) степень снижения их динамической вязкости повышается, что положительно сказывается в улучшении их текучести по трубороводу.

Присутствие в данных нефтях и доомыленном хлопковом соапстоке определенного количества воды способствует повышению процесса эмульгирования водорастворимых компонентов в данной смеси и их поверхностно-активных свойств, что обуславливает хорошую текучесть по трубопроводам.

Содержащиеся в доомыленном хлопковом соапстоке натриевые соли жирных кислот, фосфатиды, нейтральные масла и свободная щелочь сильно изменяют межмолекулярные связи высоковязких нефтей и улучшает их структурно- реологические свойства.

Известно, что динамическая вязкость нефтей зависит от температуры, скорости их сдвига и других показателей. Особенно данный показатель зависит от состава нефтей (содержания парафина, смол, механических примесей, серы и др.) [5]. Безусловно с изменением месторождений нефтей изменяются их составы и содержания, что требует индивидуального подхода при выборе эффективной присадки.

Учитывая это, нами исследован индекс эффективности (J_эфф), который вычислялся делением исходной динамической вязкости нефти на значение динамической вязкости смеси нефти с присадкой (J_эфф = ). Данный индекс показывает во сколько раз уменьшается динамическая вязкость исходной нефти при введении исследуемой присадки [6].

Нами на основе полученных экспериментальных данных рассчитаны индексы эффективности применения доомыленного хлопкового соапстока при понижении динамической вязкости местных нефтей. Результаты расчетов представлены в табл. 3.

Из табл. 3 видно, что применение доомыленного хлопкового соапстока в качестве понизителя динамической вязкости (μ) даёт наилучшие результаты при добавлении его в нефти месторождений «Джаркак», «Жанубий Аламышик» и «Шурчи». При этом с увеличением степени сдвига от 9 до 439 с^-1 во всех исследуемых нефтях наблюдается значительные повышения индексов эффективности (J_эфф) с использованием ДХС. При истечении сдвига γ=245÷437 с^-1 показатель индекса эффективности использования доомыленного хлопкового соапстока при транспортировке выше указанных нефтей изменяется в пределах S_эфф=1,32÷1,76. Из этих данных видно, что использование композиции мыла, фосфатидов и других компонентов в виде доомыленного хлопкового соапстока позволяет значительно повысить текучесть местных нефтей по трубопроводам.

Таблица 3.

Изменения динамической вязкости нефти месторождений «Миршади», «Кокдумалак, «Жанубий Аламышик», «Джаркак» и «Шурчи» с добавкой доомыленного хлопкового соапстока (ДХС) в количестве 450 г/т в зависимости от скорости сдвига при 40 ⁰С.

Таким образом, проведенные исследования позволяют рекомендовать к использованию в качестве понизителя вязкость нефти доомыленного хлопкового соапстока (ДХС) – отхода масло рафинационного производства. При этом следует заметить, что наибольше значение индекса эффективности (J_эфф) предлагаемого ДХС наблюдается при высоких (более 249 с^-1) скоростях сдвига исследуемых нефтей.

Список литературы:
1. Сваровская Н.А. Подготовка, транспорт и хранение скважинной продукции // Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2004. – 268 с.
2. Петрухина Н.Н. Регулирование превращений компонентов высоковязких нефтей при их подготовке к транспорту и переработке // Дисс. на соис. учен степ к.т.н., Москва – 2014, С. 205.
3. Набиев А.Б. Разработка технологии получения веществ, снижающих вязкость тяжелых нефтей и их применение // Авт. дисс. док фил (PhD) по тех наук. Ташкент. – 2018, С. 50.
4. Рузметова Д.Т., Салиханова Д.С., Абдурахимов С.А., Эшметов И.Д., Абдурахимов А.А. Исследование изменений состава жирных кислот хлопкового соапстока при их фракционировании // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2017. № 10(40).
5. Кирсанов Ю. Г., Шишов М. Г., Коняева А. П. Анализ нефти и нефтепродуктов / М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2016. – 88 с.
6. Набиев А.Б., Абдурахимов С.А. Интенсификация транспортировки высоковязких нефтей по трубопроводу // Монография, Ташкент – 2017. С. 138.