Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Автореферат диссертации'
Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении «Государственный научный центр социальной и судебной психиатрии им. В.П.Сербского» Федераль...полностью>>
'Программа'
СУЩНОСТЬ ИДЕОЛОГИИ 1. Сущность национал-большевизма - испепеляющая ненависть к античеловеческой СИСТЕМЕ троицы: либерализма/демократии/капитализма. Че...полностью>>
'Доклад'
Доклад первого заместителя Генерального прокурора Российской Федерации Александра Буксмана на Координационном совещании руководителей правоохранитель...полностью>>
'Документ'
следы на земле 4 Григорьев Говорящий ворон 3 Даль Старик-годовик 4 Дик В дебрях кара-кумбы ...полностью>>

Воздействие высоковольтного электрогидравлического разряда на физико-химические свойства нефти и нефтепродуктов

Главная > Автореферат диссертации
Сохрани ссылку в одной из сетей:

На правах рукописи

ЖУКОВА Екатерина Михайловна

воздействие высоковольтного

электрогидравлического разряда

на физико-химические свойства

нефти и нефтепродуктов

Специальность: 02.00.04 – Физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Саратов – 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет

им. Н.Г. Чернышевского»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Севостьянов Владимир Петрович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор

Панова Лидия Григорьевна

кандидат технических наук

Акчурин Вячеслав Анверович

Ведущая организация:

Институт нефтехимического синтеза

им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН)

Защита состоится «27» ноября 2008 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.07 при Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, корп. 1, химический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке им. В.А. Артисевич Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.

Автореферат разослан «24» октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Сорокин В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В последние десятилетия в области естественных наук появилось принципиально новое направление научных работ, связанное с изучением воздействия на вещество таких физических факторов как радиация, электромагнитное излучение, ультразвук, плазма, высокое давление, повышенная температура, космический вакуум, гравитация и т.д., как при изолированном, так и при совместном воздействии.

Перечисленные выше действующие факторы часто характеризуются условным термином «химия экстремальных воздействий»1, причем «экстремальность на химическом языке» совершенно логично интерпретировалась проф. Л.Т. Бугаенко (Московский государственный университет, кафедра электрохимии) понятием, которое «…не соответ­ствует математическому и не обозначает ни минималь­ное, ни максимальное воздействия, а скорее необычность, нестандартность воздействия – конец цитаты»2.

Несмотря на различные механизмы передачи энергии молекулам и атомам вещества, общим критерием экстремальности воздействия может служить возникновение промежуточных высокоактивных состояний частиц вещества, что в итоге приводит к качественному изменению микро- и макрохарактеристик обрабатываемого объекта, появлению новых свойств.

Одним из видов комплексного экстремального воздействия является эффект высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда (ВКЭГР)3, который сочетает в себе одновременное воздействие на вещество сильного механического сжатия, мощного ультразвука, жесткого рентгеновского, УФ- и ИК-излучения. Образующиеся в процессе разряда электромагнитные поля также оказывают сильное влияние, как на сам разряд, так и на ионные процессы, протекающие в окружающей его жидкости. Под их воздействием происходят разнообразные физические изменения и химические реакции в обрабатываемом материале.

Открытие и использование высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда в технике относится к середине ХIХ века. Прошедший период невелик с позиции истории, но соответствует периоду больших достижений в науке, стремительного ускорения научно-технического прогресса.

Таким образом, актуальность применения ВКЭГР в химическом материаловедении как экстремального процесса, изменяющего физико-химические свойства веществ, в том числе, нефти и нефтепродуктов, очевидна.

Исходя из сказанного, цель работы состояла в установлении закономерностей изменения физико-химических свойств нефти и нефтепродуктов при воздействии высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда для оптимизации процесса их переработки.

Для достижения поставленной цели в условиях высоковольтного электрогидравлического разряда необходимо решить следующие задачи:

- изучить изменение физико-химических свойств нефти (товарной и отбензиненной) в индивидуальном состоянии, в смеси с мазутом, в условиях барботажа воздухом, в присутствии катализатора и, как результат, увеличить глубину ее переработки;

- на примере природных и искусственных водонефтяных эмульсий изучить механизм электрогидравлического воздействия на их стабильность и возможность разделения на исходные компоненты;

- в системе «нефть-сланцы» оценить эффективность использования нефти в качестве экстрагента органической части сланцев;

- установить механизм изменения состава и физико-химических свойств некоторых компонентов нефти при их гидролизе или глубоком разложении до сажеобразования;

- оптимизировать состав и физико-химические свойства катализаторов переработки нефти за счет получения нано- и мелкодисперсных каталитически активных порошков переходных металлов и их оксидов и равномерного распределения их на неорганических носителях и в полимерных матрицах.

Таким образом, на защиту выносятся следующие основные научные положения:

- закономерности в изменении физико-химических свойств нефти и некоторых нефтепродуктов при различных условиях их обработки высоковольтным электрогидравлическим разрядом, позволяющие направленно интенсифицировать крекинг-процессы;

- механизм влияния электрогидравлической обработки на состав и физико-химические свойства некоторых компонентов нефти, в частности, получение из бензола и декана наноразмерных частиц сажи; при разложении фенола (в системе «фенол-вода-перекись водорода») до элементарного углерода и его оксидов, а из эфиров дикарбоновых кислот – соответствующих кислот;

- увеличение выхода светлых фракций (в системе «нефть-сланцы») под влиянием высоковольтного электрогидравлического разряда при экстрагировании органической части горючих сланцев и последующей ректификации нефтяных экстрактов;

- способы электрогидравлического синтеза и дробления стекло- и металлических порошков переходных металлов и оксидов до нано- и микронного гранулометрического состояния с равномерным распределением их в неорганических и полимерных матрицах для каталитических систем переработки нефти.

Данная работа представляет собой один из первых шагов в указанном выше научном направлении, что, на наш взгляд, делает ее весьма значимой как с теоретической, так и с прикладной точек зрения.

Работа выполнена в рамках инновационного Проекта № 1.1.14.4 «Программное и техническое обеспечение испытательного стенда для моделирования ситуаций в химическом материаловедении» по Мероприятию № 1.1.14 «Создание регионального инновационного научно-образовательного центра «Химия природных и синтетических материалов».

Методы исследований и достоверность полученных результатов основываются на применении:

- реактивов, соответствующих ГОСТам и сертифицированного сырья (нефть, мазут, сланцы и др.);

- комплекса физико-химических методов анализа, которые с необходимой точностью и достоверностью давали не только необходимую информацию, но и дополняли друг друга (ИК- и УФ-спектроскопия, рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализы, дифференциально-термический анализ, Оже-спектроскопия, газовая хроматография, электронная просвечивающая микроскопия, оптические измерения, включая седиментационный анализ, измерение индивидуальных параметров веществ (вязкость, плотность, критические температуры фазовых переходов веществ), определение реологических свойств соединений и композитов;

- компьютерной и вычислительной техники для статистической обработки экспериментальных данных.

Научная новизна работы определяется тем, что в условиях электрогидравлического воздействия впервые:

- системно изучены закономерности влияния высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда на изменение физико-химических свойств и глубины переработки нефти, ее смеси с мазутом с применением NaY-катализаторов, барботажа реакционной смеси воздухом или инертным СО2;

- показано применения нефти, как дешевого экстрагента органической части сланцев в системе «нефть-сланцы»;

- подобраны режимы и предложены механизмы химического превращения и глубокого разложения нефтепродуктов (фенола, декана, бензола, эфиров дикарбоновых кислот) с получением уникальных по физико-химическим свойствам соединений (например, наноразмерной углеродной сажи).

- предложены механизмы электрогидравлического дробления и синтеза каталитически активных нано- и микроразмерных металлических порошков переходных металлов и их оксидов.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты могут быть применены:

- при глубокой массовой переработке нефти и нефтепродуктов;

- в процессе активации каталитических систем на основе переходных и редкоземельных металлов и их оксидов с синтезом наноразмерных частиц и равномерного их распределения в матрице катализаторов;

- при получении наноразмерных частиц углерода для каталитических систем и изделий электронной техники.

- при чтении общих и специальных курсов по Химической технологии, Экстремальным воздействиям в химической технологии в учебных процессах классических и технологических университетов страны.

Апробация работы

Основные положения работы доложены автором на научных конференциях различного уровня: Международной конференции «Техническая химия. От теории к практике» (Пермь, 2008); Международной конференции «Народное хозяйство Западного Казахстана: состояние и перспективы развития» (Уральск, 2004); «Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию факультета защиты растений и агроэкологии Саратовского государственного аграрного университета» (Саратов, 2007); Всероссийской конференции «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии», посвященной 75-летию химического факультета Саратовского государственного университета (Саратов, 2004).

Публикации

Основные результаты работы изложены в 14 публикациях: две статьи в журналах, рекомендованном ВАК РФ при защите кандидатских диссертаций, 7 статей в сборниках научных статей, 3 тезисов докладов, 2 патента РФ.

Объём и структура работы

Диссертация изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 31 таблицу и состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников из 126 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность поставленной в работе проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, отражена научная новизна, дана краткая аннотация содержания диссертации и приведены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе (Литературный обзор. Экстремальные воздействия в химическом материаловедении) рассмотрены современные представления о влиянии экстремальных воздействий в области химического материаловедения. Особое место уделено теоретическим и прикладным аспектам физикохимии высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда, как эффективного инструмента изменения физико-химических свойств соединений. Рассмотрена математическая модель ВКЭГР. Глава заканчивается изложением цели работы, задач по ее реализации, сформулированных научных положений диссертации.

Во второй главе констатируется, что реактивы, используемые в работе, соответствовали ГОСТам и Техническим условиям. Нефть и сланцы, относящиеся к сырьевым материалам, были получены с конкретных месторождений. Качество, контроль и хранение материалов также регламентировалось нормативными документами. Используемые материалы были одной партии и в достаточном количестве для проведения всего цикла экспериментальных работ.

При проведении экспериментов применялся комплекс физико-химических методов анализа, дополняющих друг друга. Использованы ИК- и УФ-приборы класса UR и УФ, приборы для рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа (ДРОН-03), дифференциально-термического анализа (система Паулик-Паулик-Эрдей – Q-1000Д), Оже-спектроскопии (установка изготовления ФГУП НИИ знакосинтезирющей электроники «Волга»), хроматографии («Цвет», «Кристалл-2000М»), электронной просвечивающей микроскопии и т.д.

Установки электрогидравлического воздействия (УЭГВ) являются основным элементом экспериментальной части диссертационной работы. Поэтому этим устройствам было уделено самое пристальное внимание и в части обсуждения их конструкторских особенностей, и при самостоятельной разработке отдельных узлов, включая вопросы патентования. Считаем, что в общем плане (для проведения необходимых экспериментальных исследований по синтезу и переработке различного рода соединений) УЭГВ необходимо рассматривать, как составную часть из двух блоков. Первый – сама установка с ее электрической частью, технической защитой, возможностью выхода на необходимый электрический режим и т.д.; второй – устройство электрогидравлического разряда (УЭГР), т.е. химический реактор (рис. 1).

Рис. 1. Схема устройства электрогидравлического разряда: 1 – металлический реактор, 2 – корпус реактора, 3 – магнитная рубашка реактора, 4 – нагреватель реактора, 5, 7 – электроды ЭГУ, 6 – слив, 8 – мешалка, 9 – ультразвуковой излучатель, 10 – ультрафиолетовый излучатель, 11 – приемник конденсата, 12 – газовые часы на выходе газов, 13 – выход газов, 14 – холодильник, 15 – термопара, 16 – электродвигатель мешалки, 17 – вход газов, 18 – газовые часы на входе газов, 19 – дозатор, 20 – манометр

Третья глава посвящена электрогидравлической обработке нефти. Исходя из того, что нефть является одним из невозобновляемых видов сырья, актуальной является задача ее более глубокой переработки. Считаем, что решением этой проблемы может стать использование в технологии метода ВКЭГР. Поэтому целью исследования явилось системный поиск закономерности влияние высоковольтного короткоимпульсного электрогидравлического разряда на изменение физико-химических свойств и глубину переработки нефти, смеси ее с мазутом с применения барботажа реакционной смеси воздухом и NaY-катализаторов. Иными словами, найти пути экспериментального повышения выхода светлых нефтяных фракций за счет более глубокого использования тяжелых, что особенно важно при производстве бензина.

В эксперименте был использован метод фракционной перегонки нефти, который наиболее прост в реализации и стандартизирован практически во всех странах: в России – по ГОСТ 2177-99, в США – по ASTM D-93.

В работе преимущественно использовались два вида сырья:

- товарная нефть Степновского месторождения Саратовской области (образец «С»),

- товарная нефть Куриловского месторождения Саратовской области (образец «К»).

Так как работа проводилась с товарной и отбензиненной нефтью, при перегонке осуществлялся отгон дистиллята близкой к бензиновой, керосиновой, газойлевой фракций, а остаток, выкипающий выше Т>350оС квалифицировался, как мазут.

Поскольку керосин отгоняется в интервале Т=110-320С, а газойль Т=270-360С, то четко отделить одну фракцию от другой практически невозможно. Для анализа полученных данных было условно принято: вся масса продукта, которая отгонялось до Т=320С – керосин, до 350С – атмосферный газойль, далее – мазут.

Рассмотрен «мягкий» режим воздействия электрогидравлического разряда на нефть. Для этой цели использовалась установка типа ТХ-20,0-9 с воздушным разрядником, что давало возможность воспроизвести каждый последующий электрический импульс по мощности и своим характеристикам (кроме формы меандр), не превышающий предыдущий.

Экспериментально было найдено, что практически 20 импульсов достаточно для протекания конверсионных процессов (табл. 1). При количестве разрядов менее пяти-шести эффекты ЭГВ проявляются достаточно слабо, а более 30-35 – наблюдается коксование нефти, т.е. образование частичек элементарного углерода. Именно эти критерии определили граничные условия проведения эксперимента.

Таблица 1

Фракционный состав нефти до и после электрогидравлического

воздействия

Т,°С

Дистиллят, об. %

Отбензиненная нефть, образец

«С»

«К»

«С»

«К»

«С»

«К»

«С»

«К»

Количество разрядов

0

10

20

40

310

35,0±1,5

38,0±1,5

35,0±1,0

36,0±1,5

42,0±2,0

42,0±1,5

35,0±1,0

35,0±1,0

320

37,0±2,0

40,0±1,5

39,0±1,5

39,0±1,0

44,0±1,5

44,0±2,0

38,5±1,5

38,0±1,5

330

39,0±1,5

42,0±2,0

42,0±1,5

43,0±1,5

52,0±2,0

48,0±1,5

43,5±1,0

42,0±1,5

340

51,0±2,0

47,0±1,5

46,0±2,0

49,0±2,0

55,0±1,5

51,0±2,0

52,0±1,5

48,0±2,0

350

52,0±1,5

53,0±1,5

54,0±1,0

59,0±2,5

58,0±1,5

56,0±1,5

55,0±1,5

56,0±2,0

Полученные результаты, как для нефти образца «С», так и для нефти образца «К» характеризуют повышение на 4-6 об. % выхода фракций с температурой кипения до Т=350С. Причём заметный прирост наблюдается в области Т=320-350С. Наряду с изменением фракционного состава товарной и отбензиненной нефти, проводилось определение их реологических параметров до и после воздействия ВКЭГР.

На основании полученных данных можно судить о существенном влиянии ЭГВ на нефть с разным содержанием парафина (для образца «С» – 4,5%, для образца «К» – 7%). В случае отбензиненной нефти (образцы «С» и «К») изменение кинематической и динамической вязкости достаточно существенно. В то же время отмечается малое влияние ЭГР на их плотность (табл. 2). Можно предположить, что это воздействие, главным образом, оказывается на существующие межмолекулярные связи между компонентами нефти, что и находит отражение в изменении ее вязкости. В то же время увеличение объёма выхода дистиллята в области Т=320-350С свидетельствует о протекании процессов деструкции высокомолекулярных ассоциатов соединений нефти до низкомолекулярных.

Таблица 2

Изменение физико-химических параметров отбензиненных нефтей



Скачать документ

Похожие документы:

  1. 1 Явление аномально низкого трения

    Документ
    .4. Сплавы с памятью. 3. Молекулярные явления. 3.1. Тепловое расширение вещества. 3.1.1. Сила теплвого расширения. 3.1. . Получение высокого давления.
  2. Правила техники безопасности на судах морского флота рд 31. 81. 10-91

    Документ
    4. Другие отраслевые нормативные документы по вопросам безопасности труда, подготовленные отделом охраны труда и техники безопасности Департамента морского транспорта, морскими пароходствами, научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими
  3. Правила техники безопасности на судах морского флота (рд 31. 81. 10-75); Извещение по безопасности труда №5-87

    Документ
    Направляю для руководства утвержденные Министерством морского флота и согласованные с отделом охраны труда Совета Федеративного независимого профсоюза работников водного транспорта "Правила техники безопасности на судах морского флота" (РД 31.
  4. 19 0000 8 продукция электродной и твердосплавной промышленности

    Документ
    01 2 ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ, ТЕПЛОЭНЕРГИЯ, ВОДА, ЛЕД, ХОЛОД02 4 НЕФТЬ, НЕФТЕПРОДУКТЫ, ГАЗ03 6 УГОЛЬ, ПРОДУКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ, ТОРФ И СЛАНЦЫ ГОРЮЧИЕ04 зарезервировано05 зарезервировано06 зарезервировано07 3 СЫРЬЕ РУДНОЕ, НЕРУДНОЕ, ВТОРИЧНОЕ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
  5. Комитет российской федерации по стандартизации, метрологии и сертификации общероссийский классификатор продукции ок 005-93 Издание официальное (2)

    Документ
    Разработан Всероссийским научно-исследовательским институтом классификации, терминологии и информации по стандартизации и качеству Госстандарта России совместно с Акционерным обществом "Главный вычислительный центр энергетики" Минтопэнерго

Другие похожие документы..