Одной из стратегических задач развития нефтедобывающей отрасли РФ является разработка и внедрение в местах добычи и на экспортных терминалах новых технологий, позволяющих с высокой рентабельностью осуществлять процессы обезвоживания, обессоливания и обессеривания нефтей с повышением их качества до марки Brent.

В настоящее время получаемый средний состав экспортной нефти РФ соответствует классу Urals, что определяет ее биржевую стоимость. В то же время стоимость более высококачественных нефтей марки Brent на 15-30% выше стоимости нефтей марки Urals. Следует отметить, что в настоящее время мировой объем добычи нефти марки Brent составляет лишь 3% от общего объема добываемой нефти, а спрос на такую нефть непрерывно возрастает, что обусловлено снижением объемов ее производства в связи с истощением запасов нефти на Ближнем востоке.

Основными проблемами подготовки нефти являются:
– трудности, связанные с процессами первичной подготовки нефти – деэмульгации (обессоливание, обезвоживание);
– отсутствие эффективных методов очистки углеводородной части нефти от гетероатомных соединений (серо-, азот-, металлсодержащих и др.).

Трудность деэмульгации нефтей обусловлена высокой устойчивостью сложившихся естественных коллоидных систем, которая в значительной степени обусловлена коллоидно-мицелярной структурой смолисто-асфальтеновой части нефти. Кроме того, в смолах и асфальтенах сосредоточена основная часть гетероатомных соединений нефти.

Однако, для сернистых нефтей характерно высокое содержание растворимых в углеводородах низкомолекулярных серусодержащих соединений, удаление которых невозможно при первичной нефтеподготовке и требует применения специальных процессов обессеривания в том числе каталитических, осуществимых только на крупных промышленных предприятиях.

В настоящее время затраты на предварительную подготовку сернистых нефтей по традиционным технологиям составляют до 20% себестоимости переработки нефти. Это обусловлено необходимостью применения дорогостоящих, материалоемких установок электро-обессоливания и обработки нефтей растворами кислот и щелочей. Эксплуатация таких установок сочетает в себе взрывоопасные и экологически вредные аспекты производства. Кроме того, первичная подготовка нефтей к транспортировке не предусматривает и не может обеспечить снижение концентрации гетероатомных соединений в нефтях, что влечет за собой общее снижение качества нефти в магистральных нефтепроводах и увеличение затрат на ее транспортировку. Это значительно снижает экспортный потенциал нефтей Татарстана, Башкирии, Якутии и новых месторождений нефти на территории РФ.

Таким образом, повышение качества нефтей возможно только при использовании новых высокоэффективных и экономически целесообразных методов подготовки нефтей непосредственно перед их транспортировкой, то есть в местах добычи и на экспортных терминалах.

Целью настоящего проекта является разработка инновационной технологии подготовки и повышения сортности нефти и последующее внедрение.

Группой томских ученых различного профиля в результате экспериментальных исследований по изучению воздействия на различные среды определенных сочетаний постоянных и импульсных магнитных полей высокой напряженности были найдены условия, в которых происходит разрушение водно-нефтяных эмульсий с выделением смолисто-асфальтеновой части нефти в отдельную фазу и резким снижением содержания серы в углеводородной фазе. Дальнейшее развитие этих исследований привело к созданию опытных установок, на которых была проведена обработка нефтей различных месторождений и получены воспроизводимые результаты, показывающие эффективность предлагаемого метода. Опытно-промышленные установки были соэданы на базе обширного экспериментального материала.

Это позволило уже с 2000 г. провести серию опытно-промышленных испытаний созданных образцов оборудования в процессе подготовки нефтей Талаканского месторождения Восточной Сибири и Малоического месторождения Западной Сибири, а также товарных смесей Западно-Сибирских нефтей. Отработаны режимы разрушения водонефтяных эмульсий. При этом, обнаружено фазовое расслоение нефти с выделением смолисто-асфальтеновой части, концентрирующей в себе серо- и металлсодержашие соединения нефти.

В результате достигается:
– снижение содержания серы до <1 %;
– плотность 38 API, не более;
– получение для внутреннего рынка высококачественного гудрона до 10% от объёма нефти, поступившей на подготовку.

Таким образом, предлагаемая технология позволяет повысить сортность нефти до уровня марки Brent в процессе ее предварительной подготовки. В дополнение к этому, обнаруженный эффект выделения смолисто-асфальтеновой фракции нефти дает возможность производить до 10% от количества обработанной нефти высококачественных битумов и гудронов, остро необходимых на внутреннем рынке РФ уже на стадии первичной подготовки нефти. Это одновременно облегчает дальнейшую переработку нефти на нефтепромышленных предприятиях: увеличивается выход легких фракций, снижается количество отходов.

Кроме того, разработанная технология позволяет существенно снизить показатели вязкости нефти, что облегчает ее транспортировку. Результаты исследований показали также возможность селективного выделения металлопорфиринов, которые рассматриваются как потенциально ценное сырье для производства ванадия, никеля и др. ценных металлов. Деметаллизация нефти в процессе ее подготовки резко понижает коррозионный износ оборудования нефтеперерабатывающих предприятий и повышает качество получаемых топлив.

Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что применение разработанной технологии позволяет:
– снизить капитало- и материалоесмкость оборудования до 10 раз;
– снизить энергозатраты на единицу продукции (подготовленной нефти) в 2-4 раза;
– обеспечить качественное улучшение экологической сферы переработки нефтей (уменьшение количества стоков);
– достигнуть полного обеззараживания и частичного обессоливания подтоварной воды, возвращаемой в нефтяной пласт.

Физически аппаратурное оформление представляет собой МГД- генератор с предвозбуждением среды импульсным электромагнитным полем и последующими релаксационными процессами в пространственно структурированных постоянных магнитных полях с напряженностью до 0,7 тесла. Было найдено, что пространственная геометрия распределения вектора напряженности постоянного магнитного поля во многом определяет эффективность работы системы.

Нефть можно рассматривать как совокупность диэлектрической жидкости в которой распределена водная часть с высокой концентрацией ионов солей в виде эмульгированых частиц с «двойным электрическим слоем» и так же взвешенных частиц асфальто-смолистой части нефти. Последние представляют собой ассоциаты, связанные ионными и полярными взаимодействиями. В условиях обработки идет эффективное разрушение (импульсным магнитным полем) и перестройка ассоциативных частиц асфальто-смолистой части (в структурированном постоянном магнитном поле), сорбция в процессе перестройки этими компонентами серусодержащих компонентов и выведение их их раствора в виде шлама. Выведение «тяжелых» компонентов, обладающих каталитической активностью при переработке позволяет повысить выход и качество целевых продуктов.

В рамках сложившихся в современной физической химии представлений об устойчивости коллоидных систем их разрушение может происходить при изменении двойного электрического слоя и перезарядке коллоидных частиц. Внешние воздействия, генерирующие колебательные процессы в таких системах, приводят к коагуляции диспергированных частиц. Очевидно, что при осуществляемом в предлагаемом методе движении эмульсии в магнитном поле возникающая сила Лоренса должна приводить к коагуляции частиц вследствие их поляризации и нарушении двойного электрического слоя, возникновению локальных токов и электрохимических процессов в проводящих водных растворах.

Кроме того, следует учитывать, что в происходящих физико-химических процессах возможна передача части энергии переменного электромагнитного поля среде, подвергаемой воздействию. Происходит «накачка» энергии в некоторые объемы пространства, в котором находится среда. Это происходит за счет сложения и вычитания колебаний на нелинейных элементах среды, что сопровождается явлением «биений», амплитуда и энергия которых, согласно общим положениям теории колебаний и волн, может быть на 3-4 порядка выше возмущающих колебаний. Это может вызывать локальные перенапряжения и повышение температуры и, тем самым, создавать условия для протекания глубоких превращений в системе на границе раздела фаз вплоть до химических реакций, подобных тем, которые происходят при механохимических превращениях. При этом затраты энергии на единицу продукции значительно ниже, чем при использовании традиционных способов повышения плотности энергии в единице объема среды (нагрев, повышение давления).

Предлагаемые технологические и аппаратурные решения не имеют отечественных и зарубежных аналогов и защищены патентами РФ:
1. Пат. РФ № 2149886 от 20.05.1999. Быков И.Н., Бембель В.М.,Колмаков В.А., Марков Г.А.,Сафонов Г.А.. Способ обработки нефти, нефтепродуктов, углеводородов.
2. Пат. РФ №2208592 от 24.05.2002. Николаев Г.В., Кривошеев В.В., Устройство для магнитной обработки жидкости.
3. Свидетельство на полезную модель №11570 от20.04.1999. Быков И.Н.,Сафонов Г.А., Бембель В.М., Устройство магнитной обработки нефтепродуктов.
4. Заявка №2006127387 от 27.07.2006. Быков А.И., Быков И.Н., Вильке А.В., Иващенко Ф.Ф., Клишин А.П., Кривошеев В.В., Лешков В.Н., Никулин А.В.,Руднев С.В., Сафонов Г.А.. Способ модификации сред и система модификации сред.
5. Андриенко О.С., Сафонов Г.А., Быков А.И.,Быков И.Н., Влияние импульсного электромагнитного излучения на свойства некоторых товарных продуктов. «Экологические проблемы и техногенная безопасность строительства, эксплуатации и реконструкции нефтегазопроводов. Новые технологии и материалы», 4 мая 2005 г. Томск. 2005. с.172-175

В ходе выполнения проекта будет:
- на основании комплекса экспериментальных исследований и физико-химических методов анализа развиты теоретические модельные представления о влиянии электромагнитных полей на структуру и свойства коллоидных нефтяных систем;
- разработаны конструкции промышленных технологических установок для первичной подготовки нефти с целью ее обезвоживания, обессеривания и обессоливания;
- выработаны технические условия по обработке нефти в электромагнитных полях;
- созданы технологические опытные и промышленные установки для осуществления процесса нефтеобработки;
- проведены технологические испытания промышленных установок и создано их производство для последующей реализации.