METHODEN DER ULTRASCHALLBEHANDLUNG VON HEIZÖL

METHODEN DER ULTRASCHALLBEHANDLUNG VON HEIZÖL

Semetschenko Dmitry Alexejewitsch

Magister, Staatliche Technische Universität Astrachan,

Russland, Astrachan

Iblaminova Maryam Rashidovna

wissenschaftlicher Leiter, Oberlehrer, Staatliche Technische Universität Astrachan,

Russland, Astrachan

Angesichts der Verschärfung der Umweltanforderungen sowie der Anforderungen an Qualitätsindikatoren von Mineralölprodukten besteht eine dringende Aufgabe darin, neue alternative Methoden zur Intensivierung der Prozesse der Verarbeitung und Lagerung von Mineralölprodukten zu entwickeln, die die negativen Auswirkungen auf die Umwelt reduzieren, sowie die Wirtschaftlichkeit der Unternehmen zu verbessern.

Wellentechnologien haben eine Reihe von Vorteilen, wie z.B.: Reagenslosigkeit, einfache Konstruktion und Bedienung, Verschwendung und Umweltfreundlichkeit, Sicherheit für das Personal, niedrige Investitionskosten, niedrige Betriebskosten, Effizienz und schnelle Amortisation, Einsatzmöglichkeit für bestehende und geplante Installationen. [1]

Ultraschallwirkung auf flüssige Medien ist effektiver als Hochgeschwindigkeitsmischen und Niederfrequenzvibration, was auf das Auftreten von Kavitationsdampf-Gasblasen in flüssigen Medien zurückzuführen ist, die während ihrer Expansion Energie ansammeln und während der Kompression unter Erzeugung von Stoßwellen explodieren und kumulative Jets, die Mikro- und Makroflüsse bilden. [2]

Dieser Beitrag gibt einen kurzen Überblick über Ultraschallverfahren zur Aufbereitung von Heizöl, um dessen Eigenschaften sowohl für den Transport als auch für die Weiterverarbeitung zu verbessern.

Die Autoren von [3] erhielten die Ergebnisse industrieller Tests, die die vielversprechende Anwendung der Technologie mit Ultraschallkavitation zeigen, die von einem Ultraschallgenerator erzeugt wird, um die Qualität von kommerziellem Heizöl zu verbessern. Durch die Einwirkung von Ultraschall auf Heizöl werden Partikel auf molekularer Ebene zersplittert (dispergiert).

Der Einsatz von niederenergetischer Wellenbehandlung (konstantes Magnetfeld 0,1-0,4 T, Ultraschall 50 kHz) und Schwefelwasserstoff-Absorber führt zu einer Änderung des Dispersionsgrades des Systems sowie des Entfernungsgrades von Schwefelwasserstoff, bestimmt durch die Restgehalt an Schwefelwasserstoff im Heizöl. Das Verfahren ermöglicht die Untersuchung der Wechselwirkung von Strukturelementen von öldispergierten Systemen und liefert Informationen über die dispergierte Zusammensetzung von Heizöl, mit deren Hilfe die günstigsten Bedingungen für die Reinigung von Heizöl von Schwefelwasserstoff ermittelt werden können. [4]

Die Autoren von [5] untersuchten die Wirkung der Ultraschallbehandlung auf den Dispersionsgrad des öldispergierten Heizölsystems sowie auf den Grad der Entfernung von Schwefelwasserstoff daraus. Der Einfluss der Ultraschallbehandlungsleistung (30, 70 und 100 W) und einer Durchflussmenge von 0,1 wurde untersucht; 0,3; 0,4 m/s auf den durchschnittlichen Partikeldurchmesser der dispergierten Phase des Heizöls. Der Dispersionsgrad des öldispergierten Heizölsystems erhöht sich, wenn Ultraschall bei allen Geschwindigkeits- und Leistungswerten auf seine Strömung angewendet wird. Mit einer Erhöhung der Belichtungsstärke und einer Verringerung der Flussrate wird die Wirkung verstärkt. Die größte Wirkung der Behandlung wird bei einer minimalen Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 m/s und einer Ultraschallbehandlungsleistung von 100 W beobachtet, wobei in diesem Fall der durchschnittliche Partikeldurchmesser um 46 % abnimmt. Die Beziehung zwischen den Indikatoren der durchschnittlichen Teilchengröße der dispergierten Phase und dem Grad der Entfernung von Schwefelwasserstoff aus Heizöl wurde bestätigt: Je höher die Dispersion des Heizöls, desto größer der Grad der Entfernung von Schwefelwasserstoff.

Die Ultraschallbehandlung erhöht die Effizienz der thermochemischen Zerstörung von Heizöl.

Die Arbeit [6] präsentiert die Ergebnisse des Einflusses von Ultraschall auf den Prozess der thermochemischen Zerstörung von Heizöl in Gegenwart von Schiefer aus der Kenderlyk-Lagerstätte bei verschiedenen Druckbereichen (3,5-5,5 MPa). Die Analyse der Ergebnisse des Einflusses von Druck auf die Ausbeute an thermochemischen Verarbeitungsprodukten zeigt, dass mit einer Erhöhung des Prozessdrucks eine Erhöhung der Ausbeute an Gas, Benzinfraktion (bis 180 ℃) und Dieselfraktionen (180-360 ℃) wird beobachtet und erreicht Maximalwerte im Bereich von 5,0 MPa. Nach Ultraschalleinwirkung bei einer Temperatur von 80 ℃, einer Frequenz von 22 kHz und einer Einwirkung von 25 Minuten steigt die Gesamtausbeute an leichten Destillaten auf 65,0 Gew.-%. Dies ist 10 % höher als ohne den Einsatz von Ultraschall. Die optimalen Parameter basierend auf Experimenten, die in einem Autoklaven mit einem Volumen von 0,5 Litern durchgeführt wurden, können berücksichtigt werden: Druck 5 MPa, Temperatur 415 ℃, Additivkonzentration 10 Gew.-%, isotherme Haltezeit 60 min, Schiefer-Partikelgrößenverteilung 0-0,063 mm und folgende Bedingungen der Ultraschalleinwirkung: 80 °C, Bestrahlungsfrequenz 22 kHz und Einwirkzeit 25 min.

Metalle sind wertvolle Begleitkomponenten, deren Gehalt in Ölen und Ölrückständen vergleichbar sein kann oder den Gehalt in Erzquellen sogar übersteigen kann. In diesem Zusammenhang besteht ein wachsendes Interesse an der Problematik der Entmetallisierung von Schweröl-Einsatzstoffen sowohl zur Effizienzsteigerung und Reduzierung der Verarbeitungskosten als auch für die Herstellung von Metallkonzentrat als eines der marktfähigen Produkte oder Zwischenprodukte. [7]

In [7] wurde die Möglichkeit des Einsatzes chemischer Reagenzien mit sauren funktionellen Gruppen zur Entfernung von Metallen aus Erdöl und Erdölprodukten bei gleichzeitiger Ultraschalleinwirkung untersucht. Das Öl aus dem Usinskoye-Feld (P + C, Bohrloch 1563) und das daraus gewonnene Heizöl wurden untersucht. Als chemische Reagenzien wurden O-Phosphorsäure (1% H₃PO₄) und konzentriert (H₃PO₄), Natriumsulfat (Na₂SO₄), Diethylentriaminpentaessigsäure verwendet. Öl und Heizöl wurden mit wässrigen Reagenzlösungen unter gleichzeitiger Einwirkung von Ultraschall und Temperatur (60-70 ℃) behandelt, gefolgt von einer Zentrifugation der Produkte, um Wasser und wässrige Lösungen zu entfernen. Um eine stabile Dispersion zu erhalten, wurde den chemischen Reagenzien ein Tensid, Tween, zugesetzt. Bei der Behandlung von Öl mit Lösungen von o-Phosphorsäure (1 % und konzentriert), Natriumsulfat und Diethylentriaminpentaessigsäure unter gleichzeitiger Anwendung von Ultraschall wurden die besten Ergebnisse für Eisen und Chrom erzielt, die mit einer Ausbeute von 98,2 % entfernt werden können. Bei Nickel und Vanadium werden 56 % Nickel und 50 % Vanadium entfernt.

Die Akustikbehandlung dient der Vorbeugung und Entfernung von Asphalt-Harz-Paraffin-Ablagerungen. Dies ist eine Vibrationsmethode, die auf der Erzeugung von Ultraschall- und niederfrequenten Vibrationen im Bereich der Paraffinbildung basiert, die auf die Wachskristalle einwirken und deren Mikroverschiebung und Zerstörung verursachen. Das aus dem Ölprodukt freigesetzte Paraffin setzt sich nicht an der Rohroberfläche ab und wird von der Strömung mitgerissen. Die Arbeit [8] bestätigt die Wirksamkeit des Einsatzes der Ultraschallbehandlung, um den Gehalt an Ablagerungen zu reduzieren. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Wirkung der Entfernung von Paraffinablagerungen durch das ultraschallchemische Verfahren besser ist als das chemische Einzelschuss- oder Ultraschallverfahren.

Somit ist die Ultraschallbehandlung von Heizöl ein wirksames Verfahren, um die Bildung von Ablagerungen zu verhindern, Schwefelwasserstoff zu entfernen, zu entmetallisieren und den Prozess seiner thermochemischen Zerstörung zu intensivieren. Diese positiven Ergebnisse lassen sich durch eine Erhöhung des Dispersionsgrades von Heizöl aufgrund des Kavitationseffekts erklären.

Liste der verwendeten Literatur:

1. Pivovarova N.A. Magnetic-field effects on atmospheric distillation of a stable gas condensate / N.A. Pivovarova, A.S. Grazhdantseva, G.V. Vlasova, V.M. Kolosov // Chem. Technol. Fuel. Oil. 2018. V. 54 (1). – Р. 1-7. DOI: 10.1007/s10553-018-0890-2.
2. Хмелев В.Н. Ультразвуковое воздействие через промежуточные среды / В.Н. Хмелев, С.Н. Цыганок, В.А. Шакура // Южно-Сибирский научный вестник, 2020. № 1. – С. 63–68.
3. Аистов Н.М., Моисеева Л.С. Применение ультразвуковой кавитации для улучшения качества товарного мазута //Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2017. – №. 2-3. – C. 55-57.
4. Pivovarova N.A. Relationship between the Degree of Dispersion of Fuel Oil and the Degree of Removal of Hydrogen Sulfide from It / N.A. Pivovarova, E.S. Akishina, M.V. Ryzhova, G.V. Vlasova // Petroleum Chemistry, 2020. Vol. 60. No. 6. P. 716-721. DOI: 10.1134/S0965544120060080.
5. Пивоварова Н.А. Ультразвуковая интенсификация удаления сероводорода из мазута / Н.А. Пивоварова, Е.С. Акишина, М.В. Рыжова, Г.В. Власова // Вестник Астраханского государственного технического университета. 2020. № 2 (70). С. 27–32. DOI: 10.24143/1812- 9498-2020-2-27-32.
6. Kairbekov Zh.K. Influence of ultrasound on thermochemical processing of fuel oil with shale additives at different pressures / Zh.K. Kairbekov, I.M. Jeldybayeva, T.Z. Akhmetov, M.Z. Essenalieva // Chemical Journal of Kazakhstan. – 2021. – Vol. 1, No. 73 – P. 119-125.
7. Коботаева Н.С., Скороходова Т.С. Исследование процесса деметаллизации тяжелого нефтяного сырья с использованием химических реагентов и ультразвукового воздействия // Тезисы докладов Международных конференций «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций» и «Химия нефти и газа», 2018. – С. 601-602.
8. Zhou L., Wang Z. A comparison study on the removal of paraffin wax deposition plug by ultrasound treatment, chemical demulsifier and combination of ultrasound and chemical demulsifier //Petroleum Science and Technology. – 2020. – Т. 38. – №. 9. – С. 690-697.