ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОПЛИВ ИЗ ВТОРИЧНЫХ ПРОДУКТОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

АННОТАЦИЯ

В статье утверждается, что наличие в составе нефтяных остатков множества компонентов требует разработки эффективных технологий их переработки с возможностью последующего использования в качестве вторичного сырья. Наиболее эффективным и экономичным методом утилизации нефтяных остатков является низкотемпературный пиролиз, который изучен на предмет возможности его применения на мелкосерийных установках для извлечения компонентов моторного и котельного топлива. Пиролизную золу можно использовать в дорожном строительстве. Состав котельного топлива разработан с использованием компонентов нефтяных остатков и отходов нефтехимической промышленности, переработанных на малотоннажной установке.

Низкотемпературный пиролиз является перспективной технологией переработки нефтяных остатков, позволяя получать ценные углеводородные фракции, пригодные для использования в качестве топлива. Данный метод особенно эффективен при применении на малотоннажных установках, обеспечивающих гибкость в переработке различных видов сырья.

ABSTRACT

The article states that the presence of many components in the composition of oil residues requires the development of effective technologies for their processing with the possibility of subsequent use as secondary raw materials. The most effective and economical method of recycling oil residues is low-temperature pyrolysis, which has been studied for the possibility of its use in small-scale plants for the extraction of components of motor and boiler fuel. Pyrolysis ash can be used in road construction. The composition of boiler fuel has been developed using components of oil residues and petrochemical waste processed in a small-scale plant.

Low-temperature pyrolysis is a promising technology for processing oil residues, allowing for the production of valuable hydrocarbon fractions suitable for use as fuel. This method is especially effective when used in small-scale plants, providing flexibility in processing various types of raw materials.

Ключевые слова: вакуумная перегонка; дизельное топливо; котельное топливо; методы переработки отходов; нефтехимические отходы; нефтяные остатки; нефтяные отходы; термомасло; низкотемпературный пиролиз; термолиз.

Keywords: diesel fuel; fuel oil; low-temperature pyrolysis; methods of waste disposal; oil sludge; oil waste; petrochemical waste; thermogasoil; thermolysis; vacuum distillation.

Введение

Добыча, транспортировка, переработка и промышленное использование углеводородных систем (нефти и нефтепродуктов, топлива и т. д.) являются одними из основных факторов загрязнения окружающей среды на Земле. Быстрый рост производственных мощностей по добыче и переработке нефти создает большую материальную и энергетическую нагрузку на окружающую среду. Проблема загрязнения окружающей среды остается одной из самых актуальных для Узбекистана. Уровень образования отходов значительно опережает процессы их переработки, утилизации и естественного обезвреживания. Большие объемы нефтяных отходов накапливаются в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, при транспортировке нефти, на нефтебазах и в хранилищах, что создает значительную проблему. Нефтеотходы относятся к 3–4 классу опасности. Для их хранения на предприятиях специально сооружаются резервуары, склады и водохранилища для остатков нефтепродуктов, чтобы исключить загрязнение ими окружающей среды через воздух, почву и воду, а также негативное воздействие на людей. При длительном хранении нефтеотходов происходит испарение низкокипящих углеводородов и других компонентов, что ухудшает состояние воздушного бассейна. Загрязнение почвы приводит к ее уплотнению, нарушению «дыхания», отравлению растительного и животного мира, угнетению их развития [1; 2; 5; 8].

К нефтесодержащим отходам относятся топливо, маслосодержащие, смазочно-охлаждающие жидкости, нефтяные остатки и осадки, а также отходы нефтехимической промышленности.

С экологической точки зрения к наиболее опасным загрязняющим веществам относятся нефтяные остатки, образующиеся на всех вышеперечисленных этапах. В простейшем виде нефтяные остатки представляют собой многокомпонентные, устойчивые агрегатные физико-химические системы, состоящие в основном из нефтепродуктов [6; 7].

Предлагается несколько конкурирующих технологий переработки или утилизации различных отходов, включая нефтяные остатки. В связи с этим актуальна задача выявления как общих характеристик методов, так и их существенных отличий друг от друга, то есть классификации методов переработки отходов. В целом их можно разделить на две группы: промышленные и перерабатывающие.

К промышленным относятся методы, аналогичные применяемым в оборудовании, где отходы перерабатываются по схемам и используются для получения товарной продукции из первичного сырья [1; 3]:

1) химические методы нейтрализации (осаждение или отверждение путем диспергирования с гидрофобными реагентами на основе других материалов);

2) биологические методы переработки (биодеградация путем внесения нефтесодержащих отходов в пахотный слой земли; биодеградация с использованием специальных штаммов бактерий, биогенных добавок и подачи воздуха);

3) термические методы переработки (сжигание в открытых карьерах; сжигание в печах различных типов и конструкций; обезвоживание или сушка нефтяных остатков с возвратом в производство нефтепродуктов, утилизацию сточных вод и последующим захоронением твердых остатков; пиролиз; газификация);

4) физические методы обработки (гравитационное осаждение; центробежное разделение; фильтрация; экстракция);

5) физико-химические методы переработки (разделение нефтяных остатков с использованием специально подобранных поверхностно-активных веществ, деэмульгаторов, смачивателей, растворителей и других, а также последующее разделение на составные фазы для дальнейшего использования);

6) механический (смешивание и физическое разделение нефтяных остатков).

Материалы и методы.

С целью изучения возможности получения тяжелого дистиллятного топлива (ТДТ) на основе 350–448°С при перегонке нефтяных остатков, в том числе отходов нефтехимии, были исследованы: кубовые остатки ректификации (керн), пиролизная смола, кубовые остатки бутиловых спиртов. Основные характеристики термомасла, выпускаемого (ТДТ) СТ ТОО 50798109-04-2010, марки Э-2, типа 2, представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Физико-химические свойства тяжелого дистиллятного топлива (ТДТ) и термического газойля (остаточной фракции переработки нефти 350-448°С)

Как видно из таблицы 1, термомасла не соответствует стандартам по некоторым свойствам:

1. Содержание серы составляет 0,59 % по весу, что может вызвать коррозию при контакте с металлическими предметами.

2. Количество не имеющих запаха соединений серы составляет 0,59 %, и они также могут вызывать коррозию при контакте с металлическими предметами.

3. Количество рубинов, углерода, кислорода и нитридов, образующихся в различных металлах и других балластных веществах, например, отфильтрованная жидкость длительного хранения и высокий уровень калорий. Зольность фракции составляет 0,083, так как ее температура кипения составляет около 485°С.

4. Температура затвердевания фракции зависит также от весьма высокой температуры кипения входящих в ее состав твердых парафиновых углеводородов при конденсации. В нашем случае T = -60 C.

Все эти различия, не соответствующие требуемым нормам, могут быть устранены методом вакуумной перегонки и могут быть выполнены без добавления других компонентов в основной состав топлива. Нами была проведена вакуумная перегонка базового топлива при температуре 410°С и давлении 10 мм рт. ст. Выход продукта с температурой кипения 452 °С составил 93 %. При этом содержание серы достигло 0,15 % по массе; нехватка воды; зола – 0,025 % по массе; температура затвердевания T_заст =-140С.

Результаты и обсуждение

Таким образом, после вакуумной перегонки нефтяной фракции ее можно представить как тяжелое перегонное топливо, соответствующее СТ ЛЛП 04-2010, вид 2, с маркировкой Е-50798109.

Однако организация вакуумной перегонки требует дополнительных вложений на установку вакуумной установки, поэтому нами разработаны различные рецептуры тяжелого дистиллятного топлива на основе термобензина с использованием различных отходов нефтехимии.

В качестве различных компонентов предлагались существующие продукты нефтепереработки и нефтехимии:

1. Кубовый остаток ректификации этилбензола является горючей жидкостью, представляющую собой смесь диэтилбензола, триэтилбензола и высших алкилбензолов. Температура самовоспламенения диэтилбензола не выше 470°С, температура кипения не выше 184°С, температура вспышки не ниже 52°С.

2. Жидкие углеводородные отходы. Это непредельные отходы, получаемые в процессе производства изопрена путем двухстадийного дегидрирования, разделения и очистки. Жидкие отработанные углеводороды используются в качестве сырья для парафинизации скважин (нижней поровой зоны), растворения тяжелых углеводородных смол, удаления тугоплавких асфальтосмолопарафиновых отложений на глубинно-насосном оборудовании, а также для производства котельного топлива.

3. Пиролизная смола, характеризующаяся высоким содержанием ароматических углеводородов, в основном используется как ценный технический продукт; используется как компонент котельного топлива.

4. Кубовый остаток от производства бутилового спирта. Получается при производстве бутиловых спиртов методом оксосинтеза. Применяется как реагент при флотации угля, как растворитель в лакокрасочной промышленности, как компонент котельного топлива, в производстве ингибиторов коррозии, в нефтяной промышленности – для закачки в пласты с целью повышения нефтеотдачи.

5. Тяжелый газойль каталитического крекинга (ТГ). Данный котел используется в качестве компонента топлива и в производстве абсорбирующих материалов.

6. Дизельная фракция

Физико-химические свойства вышеуказанных компонентов представлены в таблице 2. На основании результатов исследования нами разработана рецептура тяжелого дистиллятного топлива (таблица 3), максимально приближенная по всем показателям к тяжелому дистиллятному жидкому топливу по СТ ЛЛП 04-2010-2 марки Е-50798109. В таблице 4 представлены физико-химические свойства семи типов тяжелого дистиллятного топливного состава. По основным параметрам они соответствуют типу 2 СТ ЛЛП 04-2010-2 марка Е-50798109.

Таблица 2.

Показатели качества компонентов тяжелодистиллятного топлива

Таблица 3.

Формирование топливной композиции

Таким образом, наиболее целесообразным и экономичным методом утилизации нефтешламов является низкотемпературный пиролиз, который можно реализовать на малотоннажных установках, получая компоненты для моторного и котельного топлива. Пиролизную золу можно использовать в дорожном строительстве. Получение тяжелого перегонного жидкого топлива типа Э-2 2-й марки возможно путем вакуумной перегонки термического газойля – остаточного продукта установки ректификации завода по переработке нефтешламов. Параметры процесса: остаточное давление 10 мм рт. ст., температура 410 °С. Выход продукта, имеющего температуру кипения 440°С, составляет 93 %.

Таблица 4.

Физико-химические свойства тяжелодистиллятных топливных композиций

Для низких температур предлагается состав: образец 1 – 86 % по объему, дизельное топливо (зимнее) – 14 % по объему, выдерживающее требуемую температуру окружающей среды, температура застывания -15°С, данный ST соответствует требуемым стандартам ЛЛП.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработаны рецептуры тяжелого дистиллятного топлива на основе термобензина с использованием существующих нефтехимических продуктов и вторичных продуктов переработки нефти. Состав рецептур подобран таким образом, чтобы все они максимально соответствовали требованиям СТ 50798109-04-2010. В зимних условиях указанные выше формулы могут не выдерживать отрицательных температур, что необходимо учитывать при их изготовлении.

Список литературы:

1. Минигазимов Н.С., Расветалов В.А., Зайнуллин Х.Н. Утилизация и обезвреживание нефтесодержащих отходов. – Уфа: Экология, 1999. – 299 с.
2. Московец А.В., Лапшин И.Т., Гильмутдинов А.Т. Малогабаритная установка для переработки нефтешламов // Нефтегазовое дело. – 2015. – Т. 13. –  № 1. – С. 101–105.
3. Пеганов В.И., Курочкин А.К., Курочкин A.A. Минизавод по переработке нефтешламов // Нефтегазовые технологии. – 2002. – № 1. – С. 26–34. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  https://www.dissercat.com/content/utilizatsiya-nefteshlamov-i-drevesnykh-opilok-putem-ispolzovaniya-v-proizvodstve-toplivnykh (дата обращения: 11.02.2025).
4. Телитченко М.М., Кузнецова Т.В., Кузнецов В.В. Биотехнология очистки почв и водоемов от нефтяных загрязнений: дис. 2006. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  https://www.dissercat.com/content/biotekhnologiya-ochistki-pochv-i-vodoemov-ot-neftyanykh-zagryaznenii-na-mestorozhdeniyakh-ba (дата обращения: 14.02.2025).
5. Удалова Е.А., Долматов Л.В. Знание товарооборота нефтепродуктов. – Т.6. – Специальные органические топлива. – СПб.: Недра, 2014. – 672 с.
6. Холов И.А., Искендеров А.М., Эркаев А.У., Рахимкулов Ш.Р., Мураткулов О.К. Development of a Technology for Producing Calcium Peroxide by Converting Calcium Nitrate with Hydrogen Peroxide in the Presence of Ammonia // International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. – 2021. – Vol. 8. – Is. 9. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ijarset.com/volume-8-issue-9-september-2021 (дата обращения: 11.02.2025).
7. Холов И.А., Турабджанов С.М., Искендеров А.М., Эркаев А.У., Тоиров З.К. Изучение реологических свойств суспензии, образующейся при получении пероксида кальция // Universum: Химия и биология. – 2021. – Вып. 10(88). – Ч. 2. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.universum.com/chem-bio/issue-10-88-2021 (дата обращения: 11.02.2025).
8. Ягафарова Г.Г. Экологическая биотехнология в нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. – Уфа: УГНТУ, 2001. – 214 с.