Дипломная работа: Модификация нефтяного сырья в аппарате с вихревым слоем

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова»

Кафедра Технологии нефтехимического синтеза и искусственного жидкого топлива им. А.Н. Башкирова

КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

по специальности 240403.65 -«Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

на тему: Модификация нефтяного сырья в аппарате с вихревым слоем

Заведующий кафедрой ТНХС и ИЖТ,

д.х.н., профессор В.Ф. Третьяков

Руководитель, к.т.н., с.н.с, В.Н. Торховский

Студент группы БС-66 Н.Н. Мишин

Москва 2011

Содержание

• Введение
• 1.Обзор научно-технической литературы
• 1.1 Электрические и магнитные свойства углеводородов
• 1.2 Влияние постоянного магнитного поля на показатели нефтяного сырья
• 1.3 Влияние переменного магнитного поля в аппарате свихревым слоем на характеристики нефтяного сырья
• 1.4 Особенности аппаратов с вихревым слоем
• 1.5 Магнитные поля вихревого слоя [1]
• 1.6 Использование кавитации для интенсификации деструктивных превращений нефтяного сырья
• 2. Экспериментальная часть
• 2.1 Характеристики исходного сырья
• 2.2 Схема и описание установки
• 2.2.1 Общий вид и принцип работы установки
• 2.2.2 Определение характеристик магнитного поля индуктора
• 2.3 Методы исследования сырья и продуктов
• 2.3.1 Определение фракционного состава
• 2.3.2 Статистическая обработка результатов разгонки
• 2.3.3 Определение физико-химических свойств образца и его фракций
• 3. Результаты исследований и их обсуждение
• 3.1 Топочный мазут марки М-100
• 3.1.1 Обработка только во вращающемся электромагнитном поле
• 3.1.2 Обработка в присутствии ферромагнитных элементов
• 3.2 Прямогонный мазут, выработанный на предприятии «Орскнефтеоргсинтез» из смеси нефтей Шкаповского месторождения Башкортостана
• 3.3 Прямогонный мазут, выработанный на предприятии ООО «ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез» из товарной смеси нефтей Западной Сибири и Татарстана
• 4. Рекомендации по оформлению технологической части
• 5. Экологическая часть. Охрана труда
• 5.1 Введение
• 5.2 Пожароопасные свойства горючих веществ и материалов и меры безопасности при работе с ними. Пожарная безопасность
• 5.3 Характеристика токсичных веществ и меры безопасности
• 5.4 Обеспечение безопасности при работе с электроустановками
• 5.5 Анализ потенциально опасных и вредных факторов при выполнении экспериментальных исследований
• 5.6 Санитарно-гигиенические (микроклиматические) условия в рабочем помещении
• 6. Экономическая часть
• 6.1 Затраты на заработную плату
• 6.2 Затраты на реактивы
• 6.3 Энергетические затраты
• 6.4 Расчет амортизации установок, приборов и оборудования
• 6.5 Затраты, связанные с выполнением измерений и анализов
• 6.6 Накладные расходы
• 6.7 Суммарные затраты на выполнение работы
• Выводы
• Список литературы

Введение

В связи с ростом цен на нефть и нефтепродукты, ужесточением требований к качеству товарных продуктов основная задача нефтеперерабатывающего комплекса заключается в повышении эффективности переработки нефти, увеличении выхода светлых фракций, повышении качества товарных нефтепродуктов.

Российскими и зарубежными исследователями предлагаются различные способы и технологии для решения этих задач. Разрабатываются новые более эффективные катализаторы, совершенствуются технологии и аппаратурное оформление процесса. Наряду с этим проводятся исследования с использованием нетрадиционных методов активации (модификации) сырья, позволяющие увеличить выход продуктов и повысить их качество. К таким методам относят активацию сырья за счет воздействия на нефть и ее отдельные фракции механических напряжений, магнитных и электромагнитных полей, ультразвука и др.

На кафедре ТНХС и ИЖТ в рамках данной работы начаты поисковые исследования с использованием аппарата вихревого слоя (АВС), в котором на объект исследования оказывает воздействие магнитное поле переменного электрического тока.

Аппараты такого типа применяют для интенсификации технологических процессов. Они используются для перемешивания и измельчения твердых веществ в сухом виде или в жидкости. АВС применяют для процессов химического модифицирования наполнителей (например, каолина) при изготовлении полимеров. Применение АВС для получения суспензий в латексной технологии значительно ускоряет процесс их приготовления. Вихревой слой можно применить для интенсификации различных типов химических реакций [1]:

· окислительно-восстановительных, в частности тех, где один из реагентов находится в твердой фазе;

· соединения - полимеризации и поликонденсации;

· замещения - вытеснение водорода из неорганических и органических соединений металлами;

· разложения - для твердых веществ это механохимическое разложение, для жидкостей это может быть электролиз;

· гидролиза - установлено, что скорость реакции гидролиза бикарбоната натрия в вихревом слое частиц никеля увеличивается на два порядка по сравнению со скоростью в аппарате с мешалкой.

Реализация химических реакций в аппарате с вихревым слоем требует создания оптимальных условий, связанных со спецификой собственно магнитного поля. При этом условия протекания самой реакции (продолжительность, температура, давление, наличие катализатора и др.) является сугубо индивидуальными.

В [1] имеется лишь упоминание (без ссылки на конкретные результаты) о том, что применение АВС для воздействия на нефтяное сырье позволяет увеличить выход легкокипящих фракций.

Целью исследований, результаты которых приводятся в настоящей работе, является выявление условий и степени влияния переменного магнитного поля АВС на состав и свойства тяжелого нефтяного сырья с различными характеристиками.

1. Обзор научно-технической литературы

1.1 Электрические и магнитные свойства углеводородов

В 1820 году Андре-Мари Ампер открыл явление возникновения магнитного поля вокруг проводника с током. Магнитное поле возникает вокруг провода с током всегда, даже в отсутствие других проводников, когда магнитное взаимодействие не наблюдается. И в этом случае в окружающем проводник пространстве происходят определенные физические изменения [2].

Магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной, которая называется магнитной индукцией и обозначается буквой «В». Среда влияет на помещенное в нее магнитное поле, и степень влияния характеризуется величиной напряженности магнитного поля (Н) [3-5]. Связь между этими величинами выражается формулой:

В=мм₀Н, (1)

где м -магнитная проницаемость вещества (безразмерная величина), а м₀ - магнитная постоянная, измеряется в генри на метр (Гн/м).

Магнитная проницаемость м для различных веществ может быть как больше, так и меньше единицы. Вещества, для которых м<1, называются диамагнитными или диамагнетиками, а вещества с м>1 - парамагнитными или парамагнетиками. Так как магнитная восприимчивость ч = м - 1, то для парамагнетиков ч положительна, а для диамагнетиков - отрицательна.

Намагниченность вещества I (магнитный момент единицы объема) связана с напряженностью магнитного поля выражением:

I= ч?H, (2)

Отрицательное значение ч в диамагнетиках обозначает, что в этих веществах намагниченность направлена противоположно намагничивающему полю. Для данного вещества ч приблизительно пропорциональна плотности вещества. Поэтому в различных таблицах часто приводят удельную магнитную восприимчивость:

, (3)

где - плотность вещества, килограмм на кубический метр, кг/м³.

На основе справочных величин, представленных в [6] (см. табл. 1) был проведен анализ особенностей изменения магнитной восприимчивости ч в зависимости от молекулярной массы и строения молекул углеводородов (табл.1).Некоторые физические показатели данных углеводородов показаны в табл. 2. Анализ показывает, что наиболее диамагнитными являются легкие фракции алканов с молекулярными массами (86-156)•10^-3 кг/моль. Циклоалканы с молекулярной массой (84-140)•10^-3 кг/моль характеризуются параметром ч в промежуточном диапазоне между алканами, а также аренами. Бензол и его гомологи, нафтено-ароматические углеводороды и многоядерная ароматика отличаются существенно более низкими значениями магнитной восприимчивости. Выявленные закономерности отражены на рис.1.

Таким образом, наиболее диамагнитными являются легкие фракции, состоящие в основном из парафино-нафтеновых углеводородов, служащих сырьем для выработки бензинов и дизельного топлива.

По мере перехода к керосиновым и масляным фракциям доля парафино-нафтеновых углеводородов в них существенно уменьшается, а содержание аренов повышается, что вызывает увеличение магнитной восприимчивости соответствующих фракций. Магнитная восприимчивость остатков нефти значительно больше, чем у легких фракций, что связано с увеличением доли содержания парамагнитных компонентов в соответствующих фракциях.

Таблица 1. Магнитная восприимчивость углеводородов.

Таблица 2. Некоторые физические костанты углеводородов.