Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 [ 83 ] 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139

nq>b предэкспоненциальный множитель может быть записан в виде Хо1 {plpY, гае величина qi изменяется от О до 1 в зависимости от характера реакции и рас1фздепения нефти в порах [5.1].

Пиролиз нефти. Как и в реакциях окисления углеводородов, прт их niqxMDoe в зависимости от температуры образуются вещества, обла-даижцие различными физическими и химическими свойствами.

Для исследования изменший свойств нефти, происходящих-1фи частичном крекинге, был изучен пиролиз различных видов тяжелой нефти 1фи невысокой температуре или 1фи ограниченном времени течошя реакции как в 1фисутствии пористых сред, так и в их отсутствие [5.12]. Степень превращения нефти в продукты крекинга о1федепялась на основе характеристик процесса их перегонки. Юшетический анализ позволил сделать заключение, что порядок реакции равен 1; показатель активации крекинга лежит в пределах от 22000 до 31000 К. Более того, сравнение пиролиза чистой нефти и нефти, смешанной с песком и водой, не выявило существенных различий между ними [5.12]. Это указывает на то, что крекинг нефти произошел во всем ее объеме. Внешним 1ф10на-ком зтого являлось существенное снижшие вязкости всех исследованных сортов нефти [5.12].

При превышении 350 °С начинают развиваться вторичные реакции, приводящие (вследствие тецденции к 1февращению в поверхностную реакцию) к тому, что значительная часть исследутой нефти превращается в кокс.

В о&цем виде реакция пиролиза записывается следуинцим образом:

где Шр - масса продуктов niqxMiH3a, осажденных в объеме v пористой среды; Sf, - локальная нефтенасыщенность, соответствующая фракциям, не смещенным гидравлическим путем и не увлечошым после перехода их в газообразное состояние.

Таким образом, количество осадка, образованного вследствие пиролиза, зависит, с одной стороны, от количества нефти, не перемещенной в более холодные области, и с другой - от кинетических параметров Хо, (р/р) и 2- Для данной нефти структура и минералогический состав коллектора могут влиять на величину S/, (большая или меньшая степень удд>жания нефти) в неменьшей степши, чем на кинетику пцра-лиза. Здесь проявляется влияние удельной повд>хности пористой cpepfa на гетерогенные механизмы (О < 92 < 1) и снижение Е2 при воздействии катализаторов.

Горение продуктов пиролиза. Для опрецепення скорости течения реакций можно воспользоваться следующим вьфажшием:

V [irj • (5.9)

Будем считать, что порядок реакции относительно концентрации rriplvp в продуктах пиролиза равен 1 [5.2], [i.l3], показатель О <<7з < 1 относится к поверхности данного объема пор коллектора и зависит от степени локализации реакции; Пз s» 1 [5.13].

Для определения кинетических параметров реакции горшия продуктов пиролиза были осуществлены экспериментальные работы, включающие этап нагрева в атмосфере азота от 260 до 650 °С, за которым следовало иэотд>мическое горение продуктов пиролиза на близком темпера-туртом уровне (от 370 до 670 С) [5.13]. Таким образом, в различных экспериментах исходная концштрация топлива и его состав были различны. Энергия активации Ез, получшнач при горении продуктов пиролиза, образовавпшхся из нефти о1феделенной плотности (13,9° API), бьшо выше в коллекторе из чистого песка, чем в коллекторе с 20 %иым содержание глины, что указывает на каталитическое воздействие некоторых веществ, входящих в ее состав.

Анализ состава исходящих газов 1фи втором пике окисления в пористой среде при измшении температуры (раздел 5.2.1) позволил определить показатель активации - 15 ООО К; величину Пз, относящуюся к Ро,установить не удалось [5.2]. Однако аналогично процессу 1фямоточ-ного горения горение продуктов пиролиза начинается сразу же после окончания процесса пиролиза. Таким образом, полученные кинетические данные относятся в действительности к тому из двух этапов реакции, чья скорость является определяющей. На1фимер, если лимитирующей является скорость пиролиза, течение общего процесса не завишт от дав-лшия кислорода Pq .

5.2.3. Количество горючего, необходимого для прямоточного горения

Чтобы определить количество горючего, для данного процесса необходимо провести легко осуществимые в лабораторных условиях эксперименты, моделирующие продвижшие фронта горения в керновом образце или песке, насыщшном нефтью. При этом не следует забывать о сложности происходящих явлений и невозможности строгого моделирования изменения одновременно и температуры, и состава, и распределения фаз, о1феделякицих состав топлива. Экспджменты позволяют оценить необходимое количество горючего, однако пользоваться этими зна-чошями следует с осторожностью.

В опытах Александера, Мартина и Дью через образец, помещенный в нагретый кожух, пропускали воздух, циркулировавший от его внешней поверхности к аксиашло расположенному имитатору эксплуатационной скважины; график изменения температуры представлял собой монотонно возрастающую функцию с участком, параллельным оси абсцисс и соответствующим температуре испарения воды (рис. 5.10). Чтобы газообразные продукты реакции не содержали кислорода в течение фазы горения (в интервале температуры от 200 до 450 °С), расход воздуха под-

S Ю 15 20 ZS время, н

Ршс 5.10. Экокрнмепалыюе определоше колнчестш гаркнего, иеобходшмого для обесппсшш процесса [5.3]:

а - схема экспернменталыюй установки; 1 - воздух; 2 - ловушка; i - из-MqiCHBe расхода газов и его контроль; 4 - анализатор газов; S - откачка; б -TqiMonapu; б - графики режима нагрева и состава уходящих газов в одном экс-nqiHMCHTe (расход воздуха 3,6 им /(м -ч)

дд>Ж1шался небольшим. Таким образом, в образце существовал градиент концентрации, что позволяло провести определенную аналогию с зонами 2 и i (см. рис. 5.1). Количество сожженного углерода определяли инте-гр1фовани»« кривых с учетом расхода воздуха. Масса сгоревшего углерода на единицу массы минд>ального коллектора Wg была соотнесена со следующими храктд>истиками сырой нефти: остатком (рис. 5.11, в), определенным по Конрадсону, плотностью (рис. 5.11, б), вязкостью и отношением водород - углерод. Количество горючего возрастает при увеличении плотности, вязкости и остатка нефти по Конрадсону и снижается 1фи увеличении отношения водород - углерод [53]. Однако

О 5 W 15 Остаток Конрадсона, /в

1J05 1,0 ад5 ад

Платность при tSC,г/сн

Рнс. 5.11. Влияние свойств иефтн на образование коксообраэного «тдка (в) [5.3] и плотность нефти (б). Условия нспытаняи: расход воздуха 3,6 им/(м -ч); песок с пористостью от 30 до 33 %; =430 °С

9540