Введение Сероводород выделяется из мазута при хранении, транспортировке и операциях слива-налива, что наносит вред здоровью персонала и окружающей среде. Кроме того, сернистые соединения, в частности сероводород, могут вступать в реакции с металлическим оборудованием и вызывать его коррозию. Неактивные сернистые соединения, включающие сульфиды, дисульфиды, тиофен и другие, не вступают в реакцию с металлами, но при нагревании легко разлагаются, образуя сероводород [1].  Методы удаления сероводорода и механизм их действияДля снижения содержания сероводорода в мазуте применяют физические и химические методы. К физическим методам удаления сероводорода относятся отпарка, отдув и дегазация. По сути, такие методы представляют собой сочетание процесса очистки и механического перемешивания – они основаны на принципе фазового равновесия (после того как давление достигает определенного значения, легкие фракции улетучиваются, и содержание сероводорода снижается) [2, 3].Достоинство физических методов заключается в том, что в них не используют дорогостоящих реагентов, не образуют кислых или щелочных стоков, а в товарном продукте общее содержание серы уменьшается за счет удаленного сероводорода и меркаптанов. Недостатком является необходимость установки дополнительных ректификационных и отпарных колонн, десорберов, сопутствующего технологического оборудования, блоков утилизации кислой воды [4].Химические методы основаны на обработке нефти и нефтепродуктов реагентами, взаимодействующими с сероводородом. Поглотителями называют вещества, которые связывают сероводород в обратимые соединения, способные разлагаться с высвобождением свободного H2S, а нейтрализаторами – вещества, образующие с ним прочные химические связи [5].В настоящее время все большее распространение получают волновые технологии, которые позволяют в высокой степени интенсифицировать различные процессы в нефтегазопереработке, а именно: повысить производительность оборудования и улучшить качество получаемых нефтепродуктов.Представления о нефти и о нефтепродуктах как о нефтяных дисперсных системах (НДС) во многом проясняют их поведение, химизм и механизм протекающих в них реакций при воздействии на них внешних сил.Согласно современным представлениям и динамической модели строения дисперсной частицы, НДС представляют собой коллоидные системы, дисперсная фаза которых состоит из ассоциатов смолисто-асфальтеновых компонентов, где ядром выступают асфальтены, а состав сольватной оболочки, в соответствии с полярностью, представлен различными фракциями смол. Соотношение размеров ядра и сольватного слоя НДС зависит от влияния внешних факторов. Внешние воздействия приводят к перестройке структурных единиц асфальтенов, следствием чего является экстремальное изменение физико-химических свойств нефтяных дисперсных систем [6].При акустическом воздействии происходит уплотнение надмолекулярных структур и перераспределение углеводородных частиц за счет энергии, вносимой в дисперсную систему ультразвуковым полем. Изменение энергетического состояния нефтяной системы прослеживали по изменению концентрации парамагнитных центров при различных температурах. До определенной температуры нефтяная система, обработанная в акустическом поле, находится в более активном состоянии, чем необработанная, т. к. количество парамагнитных центров (ПМЦ) в обработанной фракции выше. После достижения определенной температуры происходит резкое нарастание парамагнитной активности для необработанной фракции, в то время как в обработанной системе повышение температуры ведет к пологому и почти линейному нарастанию концентрации ПМЦ. Инициирование соединений радикального характера переводит сырье в активное состояние и обеспечивает более эффективную переработку [7].Волновые воздействия различаются по мощности: слабые воздействия изменяют баланс межмолекулярных взаимодействий, дисперсный состав и строение НДС, но практически не затрагивают структуру молекул. Сильные воздействия приводят к изменению не только дисперсного, но и молекулярного состава, т. е. вызывают химические реакции [8].Ультразвуковое воздействие на жидкие среды эффективнее высокоскоростного перемешивания и низкочастотной вибрации, что обусловлено возникновением в жидких средах кавитационных парогазовых пузырей, накапливающих энергию при их расширении и взрывающихся при сжатии с созданием ударных волн и кумулятивных струй, которые формируют микро- и макротечения. Преимуществами воздействия акустических колебаний звуковых или ультразвуковых частот являются взрыво- и пожаробезопасность процесса; применимость к агрессивным средам; возможность работы при высоких температурах и давлениях [9].Технология ультразвуковой обработки не требует применения высоких температур и давлений, использования водорода и катализаторов, что делает ее внедрение экономически выгодным для нефтеперерабатывающих заводов.Целью настоящей работы является выявление взаимосвязи между мощностью ультразвуковых колебаний, скоростью прохождения мазута через проточную установку, дисперсностью мазута и степенью удаления из него сероводорода.Методы и объект исследованияВ качестве объекта исследования был взят прямогонный мазут, отобранный из ректификационной колонны с комбинированной установки первичной перегонки стабильного газоконденсата Астраханского газоперерабатывающего завода, с содержанием сероводорода 85 мг/кг.Ультразвуковую обработку мазута осуществляли с помощью лабораторного ультразвукового комплекса ЛУК-0,125/50-О (ООО «Центр ультразвуковых технологий», г. Бийск), источником ультразвукового воздействия которого является пьезоэлектрическая ультразвуковая колебательная система. Содержание сероводорода в мазуте определяли по ГОСТ Р 53716-2009, средний размер частиц дисперсной фазы – фотоэлектроколориметрическим методом [10].Методика проведения исследований заключалась в следующем: пробу мазута пропускали через ультразвуковую установку ЛУК-0,125/50-О с частотой 50 кГц в интервале мощностей 30–100 Вт со скоростями 0,1–0,4 м/с. Далее проводили анализ на остаточное содержание сероводорода в мазуте. За показатель сравнения было выбрано не исходное содержание сероводорода в мазуте, а его содержание после прохождения через проточную установку без каких-либо других воздействий в «холостом опыте» (ни ультразвука, ни поглотителей). Установлено, что при большем времени прохождения через систему этот показатель несколько снижается.Результаты исследованийНа рис. 1 представлена зависимость дисперсности мазута от мощности ультразвуковой установки и скорости потока.    Рис. 1. Зависимость среднего размера частиц дисперсной фазы мазутаот мощности ультразвуковой установки и скорости потока С учетом зависимостей, проиллюстрированных на рис. 1, можно сделать вывод, что наименьшему диаметру дисперсных частиц при ультразвуковой обработке соответствует наибольшая степень очистки (рис. 2).   Рис. 2. Зависимость степени очистки мазута от скорости потокапри разных значениях мощности ультразвука  Также были проведены испытания по воздействию ультразвука в диапазоне мощностей 30–100 Вт при средней скорости 0,3 м/с на показатели качества мазута, результаты представлены в таблице. Изменение показателей качества прямогонного мазута после ультразвуковой обработкиПоказательМетод определенияЗначение мощности ультразвуковой обработки, Вт03070100Температура застывания, °СГОСТ 20287-9127272827Кинематическая вязкость, мм2/сГОСТ 33-201614,8014,8014,7813,87Плотность, г/см3ГОСТ 3900-850,9120,9120,9120,910Во время осуществления ультразвукового воздействия в мазуте начинает возникать кавитация, что связано прежде всего с появлением кавитационных пузырьков, которые насыщают водную среду в непосредственной близости рабочего инструмента, изменяя тем самым свойства жидкой среды – ее волновое сопротивление [11]. Суть ультразвукового кавитационного эффекта заключается в повышенном гидростатическом давлении внутри образованного пузырька, что приводит к его схлопыванию. Этот процесс сопровождается ударными волновыми процессами с возникновением локальных зон повышенных температур и кумулятивного (остронаправленного) точечного ударного воздействия на близлежащие участки жидкости, окружающей зону схлопывания кавитационного пузырька [12], что ведет к выходу газовых пузырьков из жидкой фазы и, соответственно, к уменьшению содержания сероводорода в мазуте. Выводы1. Проведены исследования влияния мощности ультразвуковой обработки (30, 70 и 100 Вт) и скорости потока 0,1; 0,3; 0,4 м/с на средний диаметр частиц дисперсной фазы мазута.2. Степень дисперсности нефтяной дисперсной системы мазута возрастает при наложении ультразвука на его поток при всех значениях скорости и мощности. С повышением мощности воздействия и уменьшением скорости потока эффект усиливается.3. Наибольший эффект от обработки наблюдается при минимальной скорости потока 0,1 м/с и мощности ультразвуковой обработки 100 Вт, в этом случае средний диаметр частиц уменьшается на 46 %.4. Подтверждена взаимосвязь показателей среднего размера частиц дисперсной фазы и степени удаления сероводорода из мазута: чем выше дисперсность мазута, тем больше степень удаления сероводорода.5. Ультразвуковое воздействие позволяет получать топочный мазут, который соответствует действующему Техническому регламенту таможенного союза ТР ТС 013/2011 «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту».