ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НЕФТЕМИНЕРАЛЬНЫХ СМЕСЕЙ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

АННОТАЦИЯ

Промысловый нефтешлам, рассматриваемый как вторичное сырьё, впервые подвергнут комплексному анализу для детального определения его группового химического состава и физико-химических характеристик. В нем выявлены разнообразные высокомолекулярные нефтяные компоненты, включая конденсированные ароматические и нафтеновые углеводороды, асфальтены и смолы. На основе этих данных разработана инновационная технология переработки нефтешламов посредством окисления кислородом воздуха при умеренных условиях, что позволяет получать нефтеминерализованные связующие материалы. Создана технологическая схема модельной установки для производства таких связующих, отличающаяся инновационным подходом – преобразованием нефтешлама в селективный, целенаправленно окисленный продукт. Полученные нефтеминерализованные связующие предназначены для эффективного применения в межпромысловом дорожном строительстве, что открывает новые перспективы в использовании вторичных нефтяных ресурсов.

ABSTRACT

Industrial oil sludge, considered as secondary raw material, was subjected to a comprehensive analysis for the first time to determine in detail its group chemical composition and physicochemical characteristics. Various high-molecular oil components were found in its composition, including condensed aromatic and naphthenic hydrocarbons, asphaltenes and resins. Based on these data, an innovative technology for processing oil sludge by means of oxidation with atmospheric oxygen under moderate conditions was developed, which allows obtaining oil-mineralized binders. A process flow diagram of a model installation for the production of such binders was created, distinguished by an innovative approach - the transformation of oil sludge into a selective, purposefully oxidized product. The obtained oil-mineralized binders are intended for effective use in interfield road construction, which opens up new prospects for the use of secondary oil resources.

Ключевые слова: нефтешлам, углеводороды, промысловый нефте-минерализованное связующее, асфальтены.

Keywords: oil-mineralized binder, industrial oil sludge, asphaltenes, hydrocarbons.

Введение

В мировой практике наблюдается острый дефицит сырья для производства асфальтобитума, что связано с увеличением глубокой переработки нефти и сокращением доступных тяжелых углеводородных фракций. Эта проблема приобретает особую актуальность, поскольку асфальтобитум является ключевым компонентом дорожных покрытий и строительных материалов, а ограниченность сырьевой базы ставит под угрозу стабильность производства и качество конечной продукции. Основные методы получения нефтеминеральных вяжущих материалов базируются на процессах окислительной олигомеризации тяжелых нефтяных фракций, что позволяет преобразовывать трудноперерабатываемые остатки нефти в высококачественные связующие вещества [3–5].

В условиях Республики также наблюдается схожая проблема с нехваткой сырья для асфальтобитума, обусловленная интенсификацией глубокой переработки нефтяного сырья. Это создает необходимость разработки эффективных технологий переработки альтернативных источников углеводородов [2].

Одним из перспективных направлений является получение нефтеминерализованных вяжущих из нефтешламов, в частности, посредством обработки водонефтяных эмульсий. Такой метод, являющийся прототипом для изготовления дорожных покрытий, позволяет использовать побочные нефтепродукты, повышая ресурсосбережение и экономическую эффективность производства асфальтобитума [1].

Результаты и обсуждения

В результате исследования впервые будут использованы промышленные отходы нефтепереработки в качестве сырья для переработки нефтеминерализованного вяжущего. В таблице 1 дается их групповой состав и в таблице 2 – соответствующие топливные фракции.

Таблица 1.

Групповой состав отходов нефтепереработки

Таблица 2.

Характеристика топливных фракций промыслового нефтешлама (первичный погон острым паром)

Предлагаемый метод получения битумоминерального связующего из отходов нефтепереработки базируется на комплексном подходе, включающем в себя следующие этапы:

1. Предварительное нормирование сырья по содержанию влаги и механических примесей для обеспечения стабильности и однородности исходного материала.
2. Проведение скоростного каталитического окисления отходов при интенсивном контакте с кислородом воздуха на мобильной технологической установке, работающей в сравнительно мягких температурных условиях (240–250 °С) и в течение 35–40 часов, что обеспечивает эффективное преобразование тяжелых углеводородных фракций в качественное битумоминеральное связующее.
3. Тарирование и последующая нормализация физико-химических свойств полученного нефтеминерализованного связующего для соответствия требованиям технических стандартов и стабильности характеристик продукции.

Данный способ существенно отличается от существующих аналогов (прототипов) рядом преимуществ:

• значительное сокращение затрат на внедрение и освоение технологии за счет локализации процесса, позволяющее организовать производство непосредственно на промысловых площадках;
• существенное снижение себестоимости конечного продукта благодаря использованию доступных отходов нефтепереработки и оптимизации технологических операций;
• расширение сырьевой базы производства за счет вовлечения новых видов отходов, что позволяет увеличить объем выпускаемой продукции и повысить экономическую эффективность предприятия.

Проведен комплексный анализ состава и физико-химических свойств промысловых отходов нефтепереработки. Установлено, что данные отходы содержат до 10–12 % высших парафинов, 25–30 % конденсированных нафтенов, до 40 % конденсированных ароматических углеводородов, около 10 % высших масляных фракций, до 15 % асфальтенов и до 5 % нефтяных смол.

В ходе исследования осушенных резервуарных отходов, обработанных термическим методом, выявлены и охарактеризованы углеводородные фракции с температурой кипения до 320 °C. Эти фракции представлены темно-коричневыми жидкостями с характерным специфическим запахом, что свидетельствует о наличии сложных органических соединений.

Идентификация и количественный анализ углеводородных компонентов выполнены с использованием газожидкостного хроматографа с масс-спектрометрическим детектором (НР GC/MS 6890/5973). Аналитические условия включали применение капиллярной колонки HP 5 % Phenyl Methyl Siloxane размером 30 м × 0,25 мм × 250 мкм, инъекцию объемом 2 мкл, температурный градиент печи от 70 °C до 260 °C с программой нагрева 150 °C/мин, а в качестве подвижной фазы использовался гелий. Детектор –масс-селективный с турбонасосом, позволяющий высокоточно выявлять и идентифицировать компоненты смеси. Для расшифровки спектров использовалась обширная компьютерная база данных Wiley 275 L, содержащая около 250 тысяч индивидуальных спектров, что обеспечило надежное сопоставление и определение химического состава анализируемых веществ.

Рисунок 1. Хроматограмма топливной фракции отходов нефтепереработки

Анализ хроматограммы топливной фракции отходов из резервуаров нефтепереработки выявил присутствие ряда легких углеводородных соединений с указанием их массового содержания (%): гептан – 1,04 %, циклопропан – 2,05 %, диметилгексан – 0,9 %, нонан – 1,69 %, декалоцен – 1,86 %, диметилоктан – 2,41 %, ундекан – 3,69 %, диметилбензол – 3,05 %, метилдекан – 1,73 %, генэйкозан – 3,55 %, додекан – 14,62 %, метилундекан – 11,36 %, тридекан – 11,36 %. Суммарное содержание выявленных компонентов составляет 99,99 %, что свидетельствует о высокой точности и полноте анализа.

Полученные данные подтверждают, что предложенный метод переработки обеспечивает эффективное извлечение и использование различных углеводородных фракций из промышленных нефтеперерабатывающих отходов. В результате достигается производство битумно-минерального вяжущего материала с высокими эксплуатационными характеристиками, оптимально подходящего для применения в строительстве асфальтобетонных покрытий. Таким образом, данный подход способствует не только рациональному использованию сырьевых ресурсов, но и улучшению качества дорожных покрытий, что имеет большое значение для развития инфраструктуры и повышения долговечности транспортных магистралей.

Заключение

Таким образом, впервые разработан и успешно апробирован метод получения экономичной нефтеминерализованной смеси, состоящей из песчаного окисленного связующего, изготовленного на основе промыслового нефтешлама (с содержанием 10–12 %), а также песчано-нефтешламовой пропитки (20–30 %), минеральной смеси (25–30 %), щебня (20–25 %) и цемента (до 10 %). В данной композиции нефтешлам, содержащий природный битум с окисленными асфальтенами и смолистыми соединениями, выполняет функцию связующего компонента, обеспечивая устойчивость и прочность минеральных добавок в составе песчаного бетона.

Список литературы:

1. Гайтенко В.З. и др. Способ приготовления нефтеминеральной смеси. Авторское свидетельство СССР – № 3808013/29-33, С04В26/26 Бюл. № 26 от 15.07.1987.
2. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. – М.: Химия, 1973. – 432 с. 
3. Елашева О.М., Лубсандоржиева Л.К., Смирнов И.Н., Федорова Е.В. Вовлечение дренажных эмульсий и нефтешламов в товарную нефть // ХТТМ. – 2003. – № 3. – С. 54.
4. Рассветалов В.А., Брондз Б.И., Тяжкороб Л А. Физико-химические свойства нефтешламов, активных илов и их смесей // Разработки в области защиты окружающей среды: сб. науч. тр. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1985. – С. 83–79.
5. Рассветалов В.А., Зайнуллин Х.Н. Утилизация и обезвреживание иефтесодержащих отходов. – Уфа: Экология, 1999. – 299 с.