Получение и свойства нефтеминерализованных связующих из промысловых нефтешламов

Во всем мире становится проблема нехватки сырья для получения асфальтобитума в связи с глубокой переработкой нефти сырца. Поэтому эта проблема является актуальной и имеет большое практическое значение. Способы получения нефтеминеральных связующих основаны на реакции окислительной олигомеризации тяжелых фракций углеводородов нефтей [1;2;8].

Нефтеминеральные связующие получаются из битумонозного нефтяного остатка, гудрона и тяжелых нефтей окислительной конденсацией их углеводородов. Процесс идет при умеренной подаче воздуха, нагретого при 250-280 ⁰С и продолжительности реакции 18-32 ч. [3].

Аналоги данного способа описаны в ряде патентов [5;9], в специальной литературе и отраслевых сборниках [4;7]. Приведенные способы получения битумов основаны на реакции окислительной олигомеризации тяжелых фракций углеводородов нефтей [6].

Одним из способов получения нефтеминерализованных связующих из нефтешлама является способ получения из водонефтяных эмульсий (прототип), используемых для изготовления дорожных покрытий [11].

Промысловый нефтешлам впервые нами используется как сырьё для его превращения в нефтеминерализованное связующее. В таблице 1 дается их групповой состав и в таблице 2 - его топливных фракций. 

Таблица 1.

Групповой состав нефтешламов

Таблица 2.

Характеристика топливных фракций промыслового нефтешлама (первичный погон острым паром)

Сущность предлагаемого способа получения битумоминерального связующего из нефтешлама состоит из:

• нормирования их по влажности и механическим примесям;
• скоростное каталитическое окисление нефте­шлама при интенсивном контакте с кислородом воздуха на мобильной установке довольно в мягких условиях (240-250 ⁰С и 35-40 ч.) проведения реакции;
• тарирование после нормализации свойств полученного нефтеминерализованного связующего.

Предлагаемый способ отличается от известных (прототипа) способов получения нефтеминерализованного связующего следующими качествами:

• существенно сокращаются затраты на способ к освоению, потому что процесс локализован и его можно использовать на промыслах;
• снижается себестоимость нефтеминерализованного связующего;
• увеличивается объем выпуска продукции из‑за введения в сырьевой базис производства нефтеминерализованного связующего нового сырьевого объема – нефтешлама.

Таким образом, по этому способу достигается высокоэффективная переработка и утилизация промыслового нефтешлама и получают битумоминеральное связующее с качественными показателями, применяемого для покрытия асфальтобетонных дорог [10].

ПРИМЕРЫ СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СВЯЗУЮЩЕГО ИЗ ПРОМЫСЛОВОГО НЕФТЕШЛАМА

Пример 1. В реактор лабораторной установки загружается 1500 мл промыслового нефтешлама и его подогревают до 260 ⁰С спиральным электрообогревателем. При достижении температурного предела сюда же непрерывно нефтешлам капельно-принудительно подпитывается подогретым до 280 ⁰С окислителем – кислородом воздуха барбатированием (расход воздуха 15 л/мин) в течение 35 ч. В реакторе непрерывного действия протекает реакция окислительной конденсации сравнительно высокомолекулярных соединений промыслового нефтешлама. Концом реакции окислительной конденсации углеводородов нефтешлама в его пенто-октомеров с молекулярной массой 3000-4500 г/моль является показатель пределом объемного насыщения, когда наблюдается равновесие объема поступающего воздуха и его блокирующиеся объемы из реактора. При этом из нижней части реактора непрерывно стекает нефтеминерализованное связующее.

Показатели полученного нефтеминерализованного связующего:

• удельный вес                               1135 кг/м³;
• температура размягчения             52 ⁰С;
• температура каплепадения           72 ⁰С;
• вязкость ВЗ-4, 80⁰С                      64 сек.;
• мол.масса                                     4300 г/моль
• пенетрация игла в 10 мм               54 ⁰С

Пример 2.

В аналогичных условиях загрузки промыслового нефтешлама в реактор окислительная конденсация проводится при другой температуре реакции 280 ⁰С в теч. 40 ч. В результате получается битумоминеральное связующее со следующими показателями:

• удельный вес                                 1155 кг/м³
• температура размягчения               54 ⁰С
• температура каплепадения             80 ⁰С
• вязкость по ВЗ-4 при 80 ⁰С             70 сек.
• пенетрация (игла в 10 мм)              55 ⁰С
• мол.масса                                      4900 г/моль

Пример 3.

В приведенных условиях загрузки в реакторе промыслового нефтешлама после выделения топливной фракции проводят реакцию окислительной конденсации его додикомера и выше. Реакцию проводят при температуре 300⁰С и 45 ч. с расходом воздуха 2 л/мин. В результате получается вязкая масса темного цвета – нефтеминерализованное связующее со следующими показателями свойств:

• удельный вес                                 1170 кг/м³
• температура размягчения               58 ⁰С
• температура каплепадения             86 ⁰С
• вязкость по ВЗ-4 при 80 ⁰С             75 сек.
• пенетрация (игла в 10 мм)              56 ⁰С
• мол.масса                                      5200 г/моль

Отсюда видно, что по отобранным пробам получаются нефтеминерализованное связующее с соответствующими показателями, отвечающие требованиям дорожного строительства [12]:

• способ получения нефтеминерализованного связующего из промыслового нефтешлама окислением кислородом воздуха промысловых нефтешламов при Т=250 ⁰С, в течение 45 час. При расходе окислителя 1500 м³ /т;
• нефтеминерализованное связующее из промыслового нефтешлама не уступает по своим эксплуатационным свойствам известным аналогам:
• температура размягчения                52-56 ⁰С
• пенетрация, мм                               24-25 ⁰С
• каплепадение                                 75-80 ⁰С

(показатели определены стандартным методикам ISO).

Таким образом, впервые отработан способ получения более дешевой нефтеминерализованной смеси - песчаного окисленного связующего из ромыслового нефтешлама (до 10-12%), песчано-нефтешламовой пропитки (20-30%), минеральной смеси (25-30%), щебня (20-25%) и цемента (до 10%). Здесь нефтешлам с его природным битумом (окисленными асфальтенами и смолистыми соединениями) представляется как связующее минеральных добавок в песчаном бетоне.