Разработка и внедрение высокоэффективного деэмульгатора на основе оксиэтилированных алкилфенолформальдегидных смол

Нефтяная промышленность — одна из самых развивающихся и инновационных сфер в мире, где постоянно разрабатываются новые методы и технологии.

В настоящее время в нефтяной промышленности применяют различные химические реагенты, которые позволяют решать ряд проблем, связанных с увеличением нефтеотдачи пластов, торможением коррозии, разрушением водонефтяных эмульсий и др.

Немаловажное значение среди процессов, обеспечивающих улучшение технико-экономических показателей и качества нефтепродуктов, занимает подготовка нефти к переработке, заключающаяся в очистке нефти от вредных примесей до технологически обоснованных норм.

Степень очистки углеводородного сырья (нефти, газового конденсата) от исходных загрязнений — воды, солей, механических примесей — существенно влияет на его переработку, эксплуатационные характеристики и экологическую безопасность [1 — 6]. Высокая степень очистки гарантирует снижение коррозии оборудования, уменьшение зольности продуктов переработки нефти и более эффективную работу вторичных термических и каталитических процессов. Для достижения максимальной очистки в технологических процессах подготовки сырья на промыслах и при глубоком обезвоживании и обессоливании на блоках электрообессоливающих установок (ЭЛОУ) нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) необходимо наряду с модернизацией технологических процессов и оборудования применение эффективных деэмульгаторов [2, 5, 7].

Актуальность работы.

Подготовка нефти к переработке, осуществляемая на НПЗ на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) путем глубокого обезвоживания и обессоливания нефти с применением ПАВ-деэмульгаторов, в последние годы сталкивается с рядом трудностей, в частности, увеличением доли вовлекаемых в переработку тяжелых высоковязких эмульсионных нефтей, требующих применение специальных технологических решений для разрушения стойких водонефтяных эмульсий.

Одним из решений этой сложной проблемы является создание высокоэффективного, универсального для различных нефтей реагента, обладающего высокой деэмульгирующей активностью.

На ЭЛОУ НПЗ применение высокоэффективных деэмульгаторов в сочетании с действием электрополя позволяет снизить содержание хлористых солей и воды до требуемого в современных условиях переработки нефти уровня: остаточного содержания хлоридов — до 3 мг/дм и воды — не более 0,1% [5]. Переработка такой хорошо подготовленной нефти на AT и АВТ обеспечивает снижение коррозии, солеотложений, что приводит к увеличению срока службы технологического оборудования, уменьшению затрат на его ремонт, обеспечению требуемого качества нефтепродуктов [1,2,5].

Одним из эффективных направлений в разработке деэмульгаторов комплексного действия является компаундирование поверхностно-активных веществ (ПАВ) различного строения, позволяющее при наличии определенного набора исходных компонентов получить составы с различными свойствами [9]. Этот путь позволяет улучшить основные свойства деэмульгаторов и расширить их функциональное действие при добыче, транспортировке и подготовке на ЭЛОУ НПЗ различных типов нефтей.

Цель и основные задачи работы.

Цель настоящей работы заключалась в разработке и внедрении эффективного, универсального деэмульгатора на основе оксиэтилированных алкилфенолформальдегидных смол для глубокого обессоливания нефти на ЭЛОУ НПЗ.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Обобщить современные представления о механизме действия и составе деэмульгаторов, о наиболее перспективных типах и химической природе базовых компонентов активной основы деэмульгаторов.

2. Исходя из анализа научно-технической и патентной литературы, разработать условия получения и оптимизации технологии синтеза деэмульгатора на основе оксиэтилированных алкилфенолфор-мальдегидных смол;

3. Исследовать взаимосвязь деэмульгирующей эффективности и поверхностно-активных свойств синтезированных ПАВ с их составом, строением и создать на этой основе композицию эффективного «универсального» деэмульгатора для разрушения стойких водонефтяных эмульсий на ЭЛОУ НПЗ;

4. Наработать опытные партии нового деэмульгатора и провести опытно-промышленные испытания для оценки эффективности разработанного деэмульгатора в сравнении с импортными и отечественными реагентами, применяющимися на блоках ЭЛОУ ряда НПЗ России и СНГ при глубоком обессоливании различных нефтей.

Объект исследования.

Объектом диссертационного исследования являются ПАВ-деэмульгаторы для разрушения водонефтяных эмульсий на ЭЛОУ НПЗ. Предмет исследования.

Предметом исследования является научно-обоснованная разработка эффективного, универсального деэмульгатора на основе оксиэтилированных алкилфенолформальдегидных смол. Научная новизна.

1. Экспериментально установлено, что оксиэтилированные в оптимальных условиях алкилфенолоформальдегидные смолы проявляют высокую деэмульгирующую активность по отношению к водонефтяным эмульсиям различных нефтей, поступающих на российские НПЗ. Найдены оптимальные условия синтеза алкилфенолформальдегидных смол и их оксиэтилирования.

2. Показано, что наибольшей поверхностной активностью и деэмульгирующей эффективностью обладают образцы ОЭАФФС со средней степенью конденсации ш=4 и средней степенью оксиэтилирования п=8−10. Установлена взаимосвязь между поверхностно-активными свойствами деэмульгатора и строением гидрофобной и гидрофильной составляющей молекулы синтезированных деэмульгаторов. Установлена прямая зависимость между работой адсорбции и деэмульгирующей эффективностью.

3. С использованием принципа функциональности на основе синтезированных ПАВ разработан эффективный универсальный композиционный деэмульгатор для разрушения водонефтяных эмульсий различных нефтей.

Практическая ценность и реализация в промышленности.

Разработанный на основе исследований настоящей работы высокоэффективный универсальный деэмульгатор «Геркулес 1603С» рекомендован к опытно-промышленным испытаниям на блоках ЭЛОУ ряда НПЗ: ОАО «Уфимский НПЗ», ОАО «Новокуйбышевский НПЗ», ОАО «Газпромнефтехим Салават», ОАО «Уфанефтехим», ООО «ЛУКОЙЛ-Ухтанефтепереработка» и ОАО «Куйбышевский НПЗ».

Опытно-промышленные испытания проведены на блоках ЭЛОУ установки ЭЛОУ-АВТ-6 ОАО «Уфимский НПЗ». и установки ЭЛОУ-АВТ-4 ОАО «Газпромнефтехим Салават»:

— испытания деэмульгатора «Геркулес 1603С» на блоке ЭЛОУ установки ЭЛОУ АВТ-6 ОАО «Уфимского НПЗ» показали, что его применение при расходе 5 г/т (расход применяемого деэмульгатора «ЛАРСОЛ» — 9−10 г/т) обеспечивает требуемый уровень подготовки нефтей до остаточного содержания воды — в среднем 0,24% масс, и хлоридов — в среднем 3,0 мг/дм. Усредненные значения содержания нефтепродукта в соленых стоках с установки за время фиксированного пробега изменялись от 130 до 283 мг/дм3 (норма не более 500 л мг/дм). испытания деэмульгатора «Геркулес 1603С» на блоке ЭЛОУ установки ЭЛОУ АВТ-4 ОАО «Газпромнефтехим Салават» показали, что при значительно более низком его расходе, чем деэмульгатора «Синтерол» (3,0 г/т против 9,8 г/т) достигается требуемое глубокое обессоливание нефти (2,7 мг/дм3), при остаточном содержании воды в нефти 0,14% об. Усредненное значение содержания нефтепродукта в сточных водах ЭЛОУ значительно ниже при применении деэмульгатора «Геркулес 1603С» по сравнению с деэмульгатором о л.

Синтерол" и составляло 394 мг/дм против 938 мг/дм .

Разработаны и утверждены технические условия и технологический регламент на производство деэмульгатора «Геркулес 1603С».

Деэмульгатор «Геркулес 1603С» производится в промышленном масштабе по Техническим условиям ТУ 38.401−58−2955−01, на него имеются оформленные в установленном порядке: Заключение о допуске при производстве реактивного топлива и гигиеническое заключение Минздрава РФ.

Промышленное применение деэмульгатора «Геркулес 1603С» осуществляется на ОАО «Уфимском НПЗ» с 2010 г., ОАО «Газпромнефтехим Салават», ОАО «ТАНЕКО» с 2011 г, ОАО «Уфанефтехим» с 2012 г. На защиту выносятся:

Результаты исследований по разработке оптимальных условий синтеза оксиэтилированных алкилфенолформальдегидных смол и подтверждение эффективности таких реагентов в качестве деэмульгаторов.

Результаты лабораторных и опытно-промышленных испытаний нового универсального деэмульгатора «Геркулес 1603 С».

Апробация работы.

1. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 7-ми международных научно-практических конференциях: II Международный промышленно-экономический ФОРУМ «Стратегия объединения: Решение актуальных задач нефтегазового и нефтехимического комплексов на современном этапе» (г. Москва, 21−22 мая 2009 г) — V Международная научно-техническая конференция «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем» (РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, г. Москва,.

2009 г.) — III Российская конференция «Актуальные проблемы нефтехимии» (г. Звенигород, 2009 г.) — VI Международная научно-техническая конференция «Глубокая переработка нефтяных дисперсных систем» (РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, г. Москва, 2011 г.) — IX Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, г. Москва, 2012 г.) — XIII Международная научно-практическая конференция ЮТЕСН-ЕМЕГЮУ «Новые процессы, технологии и материалы нефтяной отрасли XXI века» (РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, г. Москва, 20−21 ноября 2012 г.), Международная научно-практическая конференция «НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКА-2013» (г. Уфа, 22 мая 2013 г.). Публикации.

По теме диссертации опубликованы 3 статьи и в том числе 2 статьи в журналах из перечня рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и 7 тезисов докладов, подготовлена заявка на получение патента.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, списка сокращений и приложений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. На основе изононилфенола и других алкилфенолов синтезирован ассортимент алкилфенолоформальдегидных смол резольного и новолачного типов в присутствии растворителя и без него.

Установлено, что все образцы синтезированных новолачных смол представляют собой смеси линейных структур с различной степенью конденсации, а образцы резольных смол — смесь линейных и разветвленных олигомеров. Оксиэтилированием синтезированных смол получены неионогенные ПАВ с различной молекулярной массой гидрофобной части и различным содержанием полиэтиленгликолевых цепей.

2. Исследованы поверхностно-активные и деэмульгирующие свойства образцов ПАВ. Установлено, что образцы ОЭАФФС в ряду соединений со средней степенью конденсации ш^, ш=8 и ш=10 проявляют высокие поверхностно-активные свойства и могут потенциально быть эффективными деэмульгаторами водонефтяных эмульсий.

3. На основании результатов исследований поверхностно-активных и деэмульгирующих свойств синтезированных ПАВ-деэмульгаторов разработан деэмульгатор оптимизированного состава, представляющий собой оксиэтилированную алкилфенолформальдегидную смолу со средней степенью конденсации т=4 и степенью оксиэтилирования п=10 превосходящий по всем исследуемым параметрам другие образцы ОЭАФФС.

Установлены оптимальные условия технологии синтеза деэмульгатора алкилфенольного типа, отобранного в качестве активной основы нового композиционного «универсального» деэмульгатора для разрушения водонефтяных эмульсий на ЭЛОУ НПЗ.

4. С использованием принципа функциональности разработан и исследован эффективный композиционный универсальный деэмульгатор («Геркулес 1603 С») для разрушения в условиях электрополя водонефтяных эмульсий различных нефтей. Установлено, что он обладает высокой деэмульгирующей эффективностью, обеспечивая коалесценцию мелких капель воды, что очень важно для разрушения стабильных эмульсий высокоэмульсионных нефтей.

5. На ЭЛОУ ряда НПЗ проведены опытно-промышленные испытания деэмульгатора «Геркулес 1603 С», показавшие его высокую эффективность при относительно низких дозировках. Полномасштабное промышленное применение разработанного деэмульгатора «Геркулес 1603 С» осуществляется на ЭЛОУ 5-ти НПЗ (ОАО «Уфанефтехим», ОАО «Уфимский НПЗ», ОАО «Новоил», ОАО «Газпромнефтехим Салават», ОАО «Танеко»), обеспечивая глубокое обезвоживание и обессоливание нефтей различной природы и качества.

6. Производство деэмульгатора «Геркулес 1603 С» осуществляется ООО «КОЛТЕК ИНТЕРНЕШНЛ» (в г. Сафоново, Смоленская область) в соответствии с техническими условиями ТУ 38.401−58−2955−01. Имеются оформленные в установленном порядке допуск к его применению на установках ЭЛОУ-АТ (АВТ) НПЗ при производстве реактивного топлива, паспорт безопасности и гигиенический сертификат.