Efektywne odsiarczanie ropy naftowej za pomocą urządzenia z warstwą wirową

Złożoność obróbki i odsiarczania ropy naftowej i jej produktów w celu usunięcia niepożądanych związków siarki wynika ze złożonego składu materiału i ogromnej różnorodności związków siarki. Ropa naftowa składa się z węgla, wodoru, siarki, tlenu i azotu. Występują niewielkie ilości metali, głównie niklu i wanadu. Węglowodory stanowią 75% całkowitego składu oleju. Siarka występuje we wszystkich rodzajach i gatunkach ropy, jej zawartość waha się od 0,3% w ropie słodkiej do 3-8% w ropie kwaśnej, a liczba różnych związków siarki sięga 250.

Rosnące wydobycie kwaśnej ropy sprawia, że ​​odsiarczanie staje się coraz ważniejszym priorytetem. Problemy konwencjonalnego procesu odsiarczania wstępnego mogą wynikać z selektywności w stosunku do ekstrahowanych związków siarki, a także dużej ilości chemikaliów, w tym kosztownych katalizatorów. Z badań wynika, że ​​wpływ kawitacji hydrodynamicznej na ropę naftową sprzyja odsiarczeniu. Najbardziej obiecującym sposobem kawitacji jest urządzenie z warstwą wirową cząstek ferromagnetycznych, znane również jako AVS.

Opracowywana technologia, oprócz zmniejszenia ilości niepożądanych zanieczyszczeń, musi spełniać jeszcze kilka innych wymagań dotyczących zastosowania w rafineriach ropy naftowej. Jednym z głównych celów nowej technologii jest minimalizacja zużycia energii i środków chemicznych do krakingu termicznego i katalitycznego. Przetwarzanie ciekłych węglowodorów metodą kawitacji w urządzeniu z warstwą wirową AVS jest bardzo obiecujące.

Aby zweryfikować wpływ intensywnego ruchu dużej liczby pierwiastków ferromagnetycznych na ropę naftową w procesie odsiarczania przeprowadzono szereg eksperymentów zmniejszających ilość siarki i organicznych związków siarki. Eksperyment przeprowadzono w temperaturze 70oC na laboratoryjnej maszynie badawczej z 1-litrową komorą roboczą z materiału niemagnetycznego.

Przed obróbką komorę wypełniono pewną ilością pierwiastka ferromagnetycznego, a następnie olejem. Uruchomiono agregat i po pewnym czasie przerobiony olej odsączono, sedymentowano i oddzielono od emulsji zawierającej związki siarki. Oddzielony olej poddano ponownej obróbce w maszynie.

Jakość procesu odsiarczania w AVS określano poprzez pobieranie próbek przetworzonego oleju co 10 sekund. W celu określenia optymalnych warunków (czasu) procesu znaleziono zależność szybkości usuwania treści w funkcji czasu przetwarzania. Ustalono, że czas trwania procesu nie może przekraczać 40 sekund. Dłuższy czas przetwarzania zmniejsza efektywność odsiarczania.

Wyniki testu przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1 – Wyniki eksperymentu [Kuimov, 2018]

W procesie doświadczalnego odsiarczania ropy naftowej w urządzeniu AVS stwierdzono:

• Najefektywniejszy proces redukcji zawartości siarki do 80 ppm w 1 kg surowca uzyskano przy co najmniej 120 mikrocyklach, zgodnie z wybranymi programami łączenia faz.
• Praca AVS, ze względu na dużą moc bierną i związany z tym niski współczynnik mocy, będzie miała istotny wpływ na bilans mocy biernej w systemie zasilania obiektu.

Zakres skuteczności odsiarczania w doświadczeniach wahał się od 40 do 97% w zależności od czasu procesu. Innymi słowy, efekt intensywnego ruchu dużej ilości pierwiastków ferromagnetycznych przez 40 sekund zmniejsza zawartość siarki i związków siarki w próbce ropy naftowej średnio o 97%. Dłuższy czas obróbki znacznie obniża efektywność procesu.

Uzyskane wyniki i znalezione zależności dla zastosowania AVS mogą być wykorzystane przy projektowaniu instalacji odsiarczania węglowodorów ciekłych.

Biorąc powyższe pod uwagę, wdrożenie opracowanej metody odsiarczania ropy naftowej w konwertorze elektromechanicznym z dyskretnym składnikiem wtórnym jest możliwe w minirafineriach ropy naftowej. Ta przyjazna dla środowiska i niedroga metoda odsiarczania może poprawić asortyment i jakość produktów. Na podstawie analizy minirafinerii każda z nich przerabia od 4 do 10 ton ropy. Dlatego nowa technologia zostanie zaprojektowana na wydajność 8 ton na dobę.

AVS może wydajnie przetwarzać do 0,15 tony materiału na godzinę. Aby zwiększyć wydajność, kilka modułów AVS można zainstalować kolejno na przewodzie doprowadzającym olej, a AVS można zainstalować równolegle, aby zwiększyć całkowitą wydajność.

• Dwa ułożone kolejno systemy AVS mogą przetwarzać około 5 ton ropy naftowej w ciągu 24 godzin.
• Aby zwiększyć wydajność do 10 ton na dobę, można zainstalować kolejno dwie pary modułów AVS.

Dlatego szacuje się, że 10 ton na 24 godziny wymaga czterech jednostek AVS o identycznym zapotrzebowaniu na moc.

Jednocześnie przy projektowaniu instalacji odsiarczania ropy naftowej opartej na systemie AVS należy wziąć pod uwagę niski współczynnik mocy tych urządzeń. Projekt powinien uwzględniać dodatkowe koszty urządzeń kompensacji mocy biernej.