СПОСОБ СКОРОСТНОЙ ДЕСТРУКЦИИ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ
METHOD OF SPEEDY DESTRUCTION OF OIL RESIDUES AND CONTAMINATIONS

Изобретение относится к области нефтяной, нефтехимической, газовой, химической промышленности и к области охраны окружающей среды, и более конкретно, к способам утилизации нефтяных остатков и загрязнений, удаленных с водной или твердой поверхностей, а также из сточных вод, и может быть использовано для осуществления природоохранных мероприятий с получением ценных энергоносителей.
Разработка эффективных способов утилизации нефтяных остатков и загрязнителей является одной из важнейших экологических проблем современности. Нефтяная и нефтехимическая промышленность по масштабам и степени воздействия на природную среду относятся к числу отраслей, обладающих исключительно высокой экологической опасностью, что в большей степени объясняется привнесением в природную среду вредных углеводородных загрязнителей. Среди них наибольшую опасность представляют сырая нефть, нефтешламы, гудроны и другие вредные и токсичные вещества [1, 2].
Известно, что огромные объемы нефти и нефтепродуктов ежегодно выливаются при авариях на нефтепромыслах, нефтехранилищах, нефтепроводах, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах, а также на объектах потребления нефтепродуктов - морских и речных портах, железнодорожных узлах, автохозяйствах, АЗС и т.д. [3].
2
3
Из отходов нефтеперерабатывающей промышленности наиболее многочисленными являются нефтешламы, на втором месте - гудроны, включая прямогонный гудрон - остаток после прямой перегонки нефти на горючие и смазочные компоненты и кислый гудрон - многотоннажный трудноутилизируемый отход нефтеперерабатывающей промышленности, образующийся при очистке масел (трансформаторных, конденсаторных, медицинских, парфюмерных и др.) концентрированной серной кислотой или олеумом. Кислый гудрон разной степени кислотности сбрасывают в пруды-накопители, где с течением времени происходит вымывание кислоты атмосферными осадками, а также выделение SO и SO, в результате чего загрязняются водный и воздушный бассейны. Пруды занимают большие площади, содержащие многие тысячи тонн отходов, их общая масса в России и за рубежом достигает миллионов тонн, при этом кислые гудроны фильтруются сквозь почву, попадая в источники водоснабжения, что представляет реальную угрозу для населения. Поэтому решение проблемы утилизации гудрона будет способствовать созданию безотходного производства и охране окружающей среды [4].
Все отмеченное выше обусловливает высокую актуальность разработки процессов исчерпывающей деструкции нефтяных остатков и загрязнений, как одной из составляющей важнейших проблем сегодняшнего дня - проблемы разработки эффективных подходов к утилизации техногенных выбросов и промышленных отходов.
Известно, что наиболее эффективным, широко используемым методом фиксации и поглощения нефтепродуктов при очистке поверхности акваторий от нефтяных разливов, а также при очистке загрязненных почв и других твердых поверхностей является сорбция углеродными сорбентами, полученными на основе ископаемого угля, а также возобновляемой биомассы, по известным технологиям [5-8]. Образовавшийся при этом конгломерат «сорбент-нефтепродукт» чаще всего сжигают в котельных установках.
Известен метод очистки загрязненной водной поверхности с использованием гидрофобных углеродных сорбентов, которыми обрабатывают загрязненную поверхность воды, описанный в RU №2160632, B01J 20/20, С01В 31/08, 20.12.2000.
Известно использование для очистки жидких сред от нефти и нефтепродуктов сорбента, являющегося продуктом термообработки лузги зерен риса (RU №2259875, B01J 20/24, C02F 1/28, 10.09.2005).
Также известно использование для очистки воды от нефтепродуктов сорбента, содержащего обуглероженную льняную костру и сапропель (RU №2198987, Е02В 15/04, C02F 1/28, B01J 20/22, В09С 1/00, 20.02.2003).
Общим недостатком описанных способов является возникающая проблема сбора и утилизации сорбентов после адсорбции нефтяных продуктов, а также деструкции самих адсорбированных нефтяных продуктов.
Известен способ удаления и деструкции нефтяных загрязнений из воды и почвы, в котором загрязнения адсорбируют измельченным углем, например бурым, после чего подвергают деструкции с помощью микроорганизмов (DE 4303842, A62D 3/00, C02F 1/28, C12S 9/00, C09K 3/32, Е02В 15/04, 17.02.1994).
Недостатком данного способа является его сложность и длительность (несколько суток и более), связанная с необходимостью культивирования микроорганизмов.
В этом же источнике указана возможность сжигания адсорбированных загрязнений, но лишь для случая удаления их с твердых гладких поверхностей, таких как бетонные и асфальтовые покрытия, тогда как при авариях наиболее важной задачей является очистка водоемов и загрязненных почв.
Кроме того, в обоих случаях подвергнутые деструкции нефтяные загрязнения не используют в дальнейшем как полезные продукты и их состав не регулируют.
Наиболее близким к предложенному изобретению является способ скоростной деструкции нефтяных остатков и загрязнений, включающий их адсорбцию в порах углеродных сорбентов и обработку сверхвысокочастотным излучением при индуцированной температуре 200-1200°С менее 1 мин в потоке инертного газа (RU №2381256, C10G 15/08, C10G 25/00, C10G 25/08, C10G 32/02, B01J 19/08, 10.02.2010). Известный способ позволяет провести скоростную обработку нефтяных остатков с получением легких углеводородов, но не дает возможности получить в качестве продуктов деструкции синтез-газ, в котором преобладают водород и, в меньшей степени, СО.
Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке способа скоростной деструкции нефтяных остатков и загрязнений, позволяющего быстро и эффективно утилизировать нефтяные остатки и загрязнения - продукты техногенных выбросов, катастроф и промышленных отходов - с получением водородсодержащего газа.
2
2
Поставленная задача решается тем, что предложен способ высокоскоростной деструкции нефтяных остатков и загрязнений, включающий их адсорбцию в порах углеродных сорбентов и обработку сверхвысокочастотным излучением в потоке газа, в качестве которого используют Ar или CO, в качестве углеродных сорбентов - сорбенты, выбираемые из ряда: сорбенты из бурого угля, газового угля, костры льна или древесных отходов. Указанную обработку проводят при индуцированной температуре 300-600°С в течение 5-10 мин до получения в качестве продукта деструкции газа, в составе которого преобладает H.
Согласно предлагаемому способу в качестве углеродных сорбентов используют сорбенты, обладающие тангенсом угла диэлектрических потерь, равным выше 8.
Технический результат, который может быть получен от использования предлагаемого изобретения, заключается в:
- быстром и эффективном получении дешевого высококалорийного водородсодержащего газа из нефтяных продуктов техногенных выбросов, катастроф и промышленных отходов;
2
- возможности управлять процессом деструкции и получать продукты деструкции того или иного состава путем выбора потока газа (Ar или CO).
С целью определения пригодности углеродных сорбентов (УС) различной природы для высокоскоростной переработки нефтяных отходов и загрязнений тестировали ряд типовых УС, применяемых для сорбции углеводородов, на способность поглощать сверхвысокочастотное излучение. Для этого исследовали кинетику разогрева образцов УС при установленных оптимальных условиях облучения: плотность тока I=200 мA, мощность 540 Вт [9]. Для исследований использовали углеродные сорбенты: мелкодисперсные из древесных отходов (СДО)* и костры льна (СКЛ) [5-6]; сферический из газового угля (СГС) и дробленый (неправильная форма частиц) из бурого угля (СБД) [7, 8].
В табл.1 представлена характеристика пористой структуры исследуемых сорбентов, их насыпная плотность, зольность, содержание железа в минеральной части и электрофизические характеристики:
диэлектрическая проницаемость (ε) и тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ).
Таблица 1.
Физико-химические и структурные характеристики УС
№ образца
Обозначение УС
A<sup>d</sup>, %
γ, г/см<sup>3</sup>
Объем пор, см<sup>3</sup>/г
ε
tg δ
V<sub>Σ</sub>
Ws
Vма
1
СДО
2.5
0.22
1.29
0.27
1.02
2.10
8,60
2
СКЛ
13.4
0.16
2.52
0.23
2.29
2.07
9.00
3
СГС
25.1
0.43
0.97
0.48
0.49
1.86
12.72
4
СБД
24.0
0.34
1.00
0.47
0.53
3.31
9.43
Обозначения:
СДО - сорбент из древесных отходов (стружка, опилки в любом соотношении) и порода дерева не влияют на качество сорбента СДО [5];
СКЛ - сорбент из костры льна;
СГС - сорбент из газового угля, сферический; СБД - сорбент из бурого угля, дробленый; A<sup>d</sup> - зольность; γ - насыпная масса;
V<sub>Σ</sub> - суммарный объем пор; Ws - объем сорбирующих пор; Vма - объем макропор; ε - диэлектрическая проницаемость; tg δ - тангенс угла диэлектрических потерь.
Нами было установлено, что структура пор и состав углеродных сорбентов в значительной степени оказывают влияние на уровень поглощения сверхвысокочастотного излучения. Динамика разогрева УС существенно зависит от наличия пор определенной структуры и содержания минеральных примесей (зольности) [10]. В зависимости от структуры, плотности и зольности углеродные сорбенты имеют разные электрофизические показатели.
d
Как видно из табл.1, снижение сорбирующих пор (Ws) и зольности (A) резко снижает диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь сорбентов, что обусловливает снижение их способности к поглощению сверхвысокочастотного излучения.
Кинетика разогрева УС при обработке сверхвысокочастотным излучением при плотности тока 200 мА и мощности облучения по сечению реактора до 4 мВт приведена в табл.2.
Таблица 2.
Кинетика разогрева УС при обработке сверхвысокочастотным облучением
№ образца, обозначение
Температура, °С за время разогрева, с
5
10
15
20
25
30
№1, СДО
80
190
310
420
520
610
№2, СКЛ
100
210
330
440
560
630
№3, СГС
380
500
610
700
810
920
№4, СБД
500
660
760
830
820
940
Как видно из результатов таблицы, сорбенты №3 и №4 с высокими электрофизическими показателями за 25-30 с обработки сверхвысокочастотным излучением разогреваются до 800-950°С. Мелкодисперсные сорбенты из древесных отходов (обр. №1) и из костры льна (обр. №2), характеризующиеся значительно более низкими электрофизическими показателями, при обработке сверхвысокочастотным излучением в течение 30 с разогреваются только до 610 и 630°С соответственно.
Приведенные в табл.1 и 2 данные наглядно показывают, что углеродные сорбенты, полученные из бурого и газового углей, с развитой структурой сорбирующих пор и высокой зольностью обладают высокой способностью к поглощению сверхвысокочастотного излучения. Было установлено, что за первые 5 с в порах этих сорбентов протекают нестационарные пробойные явления, вызывающие образование нестационарной плазмы.
В процессе нестационарного пробоя в течение 10-15 мин происходит деструкция устойчивых металлокомплексных и органических соединений [11]. Макро- и крупные мезопоры представляют собой псевдоконденсаторы, в объеме которых зарождаются нелинейные пробойные явления [10]. В неравновесных условиях пробойных явлений при индуцированном нагреве до температур 300-600°С разложение органических субстратов, адсорбированных в микро- и мезопорах, происходит значительно быстрее, чем их диффузия и последующая десорбция.
2
2
2
Было также установлено, что при обработке сверхвысокочастотным излучением в среде Ar и CO в течение 5-10 мин при 300-600°С в составе образующегося газа преобладает H, при этом применение CO повышает глубину разложения и содержание синтез-газа в составе газа.
На практике цели изобретения достигаются следующим образом.
На каждый из 4-х образцов УС, характеристика которых приведена в табл.1 и 2, методом пропитки из раствора органического растворителя наносили нефтепродукт в различных концентрациях, далее из образцов отгоняли растворитель сначала при комнатной температуре, затем в вакуумном шкафу при пониженном давлении 10 мм рт.ст. и температуре 40°С в течение 5 ч. В качестве нефтепродукта использовали два вида гудрона, полученных из западно-сибирской нефти (I) и битуминозной нефти Московского нефтеперерабатывающего завода (II). Гудрон наносили из раствора в петролейном эфире с концентрацией относительно массы сорбента: 10, 20 и 30 мас.%.
Основные физико-химические параметры гудрона представлены в табл.3.
Таблица 3.
Характеристика гудрона из западно-сибирской (I) и битуминозной (II) нефти
Показатель
Нефтяные остатки
Гудрон западно-сибирской нефти - Гудрон I
Гудрон битуминозной нефти - Гудрон II
Плотность при 20°С, кг/м<sup>3</sup>
0.930
1.007
Условная вязкость при 80°С, мм<sup>2</sup>/с
1715
1760
Выход фракций, выкипающих до 500°С, мас.%
11.1
11.0
Выход фракций, выкипающих после 500°С, мас.%
88.9
88.8
Содержание воды, мас.%
отсутствие
отсутствие
Коксуемость по Конрадсону, мас.%
12.7
16.5
Содержание, мас.%
С
85.40
85.00
H
11.32
11.38
S
2.71
3.04
N
0.52
0.55
Зола
0.050
0.030
Углеродный сорбент (УС) с адсорбированным в порах гудроном помещают в кварцевый проточный реактор, установленный в рабочую камеру сверхвысокочастотной установки, и воздействуют сверхвысокочастотным излучением в потоке аргона и углекислого газа.
3
Затем газ, выходящий из реактора, проходит через микросепаратор, охлаждаемый до -50÷-70°С, и поступает в приемную емкость, из которой подается на анализ в хроматограф. Скорость газового потока составляет 8-12 см/мин. Опыты проводят при индуцируемой излучением постоянной температуре 300 и 600°С. После окончания опыта и охлаждения системы УС выгружают и анализируют на остаточное количество содержащихся в нем нефтяных остатков.
В качестве источника сверхвысокочастотного излучения используют применяющийся в бытовых микроволновых печах магнетрон М-140 (частота генерации 2,40-2,50 ГГц), имеющий полную взаимозаменяемость с иностранными аналогами. Питание цепи анода магнетрона осуществляется с выхода однополупериодного выпрямителя с удвоением напряжения, блок питается от сети переменного тока напряжением 220 Вт (50 Гц). Напряжение на первичной обмотке высоковольтного трансформатора регулируют с помощью ЛАТР'а - лабораторного автотрансформатора, что позволяет управлять уровнем генерируемой мощности в широких пределах. В блоке питания магнетрона предусмотрено автоматическое выключение напряжения анода в случае отклонения задаваемых принудительно режимов технологического процесса и самопроизвольного нарушения установленного режима питания магнетрона по цепи анода.
Рис.1. Принципиальная схема установки скоростной деструкции нефтяных остатков и загрязнений с применением сверхвысокочастотного излучения (1 - микроволновый генератор (магнетрон); 2 - волноводный тракт; 3 - поглощающая керамика; 4 - камера поглощения; 5 - термопара; 6 - ловушка для жидкости; 7 - хроматограф; 8 - ваттметр (энергия до поглощения); 9 - ваттметр (энергия после поглощения)).
Определение остаточного количества нефтяных остатков в образцах УС проводят с помощью ускоренной жидкостной экстракции с последующим анализом полученных экстрактов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Для экстракции образцов применяют автоматический экстрактор фирмы Dionex модели ASE200.
Хроматографический анализ проводят на приборе фирмы GILSON с детектором UV2000. Растворитель - гексан/изопропиловый спирт в соотношении 95:5, температура экстракционной ячейки - 90°С, давление -200 атм, время экстракции - 30 мин. Аналитическая колонка - Zorbax Sil: L=250 мм, внутренний диаметр - 4,6 мм, размер частиц неподвижной фазы - 5 мкм, подвижная фаза (элюент) гексан/изопропиловый спирт в соотношении 95:5, скорость подачи элюента 2 мл/мин, объем вводимой пробы 20 мкл, длина волны - 254 нм. Для калибровки используют стандартные растворы исходных гудронов с концентрацией от 0,1 мг/мл до 0,001 мг/мл.
Анализ газовой пробы осуществляют методом газожидкостной хроматографии - ГЖХ на хроматографе "Кристалл" с использованием пламенно-ионизационного детектора (для определения углеводородов) и катарометра (для определения кислородсодержащих компонентов). Анализ жидких фракций, образующихся в результате воздействия сверхвысокочастотного излучения, исследуют методом хромато-масс-спектрометрии.
Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение, но никоим образом не ограничивают область его применения.
Пример 1.
На углеродный сорбент СБД (табл.1, №4), взятый в количестве 1000 мг, наносят методом пропитки нефтяные остатки в виде раствора гудрона I в петролейном эфире, взятого в количестве 100 мг, т.е в концентрации 10 мас.%, далее сорбент с нанесенным гудроном сушат при комнатной температуре, затем в вакуумном шкафу при пониженном давлении 10 мм рт.ст. и температуре 40°С в течение 5 ч.
Подготовленный сорбент с нанесенными гудроном I обрабатывают сверхвысокочастотным излучением при температуре 300°С и времени экспозиции 10 мин в среде аргона.
Определяют оставшееся в сорбенте после обработки сверхвысокочастотным излучением количество гудрона и рассчитывают глубину его переработки.
Результаты представлены в табл.4.
Пример 2.
Опыт проводят по примеру 1 с той разницей, что в качестве нефтяных остатков используют гудрон II.
Пример 3.
Опыт проводят по примеру 1 при температуре опыта 600°С.
Пример 4.
Опыт проводят по примеру 3, но используют гудрон II.
Пример 5.
Опыт проводили по примеру 3, но используют углеродный сорбент СГС (табл.1, №3).
Пример 6.
Опыт проводят по примеру 5, но используют гудрон II.
Пример 7.
Опыт проводят по примеру 3 с той разницей, что количество нанесенного гудрона I составляет 200 мг, т.е. в концентрации 20 мас.%.
Пример 8.
Опыт проводят по примеру 3 с той разницей, что количество нанесенного гудрона I составляет 300 мг, т.е. в концентрации 30 мас.%.
Пример 9.
2
Опыт проводят по примеру 1 с той разницей, что обработку сверхвысокочастотным излучением проводят в среде CO.
Пример 10.
Опыт проводят по примеру 9 с той разницей, что используют гудрон II.
Пример 11.
2
Опыт проводят по примеру 3 с той разницей, что обработку сверхвысокочастотным излучением проводят в среде CO.
Пример 12.
Опыт проводят по примеру 4 с той разницей, что используют углеродный сорбент СГС (табл.1, №3).
Пример 13.
Опыт проводят по примеру 3 с той разницей, что используют углеродный сорбент СДО (табл.1, №1).
Пример 14.
Опыт проводят по примеру 3 с той разницей, что используют углеродный сорбент СКЛ (табл.1, №2).
Было проведено также несколько сравнительных экспериментов по деструкции нефтяных остатков в электропечи конвекционного нагрева. Кварцевый реактор с сорбентом с адсорбированным гудроном помещают в печь, нагретую до 300 или 600°С, и после достижения заданной температуры выдерживают 10 мин, как и в опытах при обработке сверхвысокочастотным излучением.
Деструкция нефтяных остатков и загрязнений адсорбированных в порах УС при конвекционном нагреве происходит за более длительный срок, при этом в составе газа преобладает метан.
Пример 15.
Опыт проводят по примеру 5 с той разницей, что термообработку проводят конвекционным нагревом.
Пример 16.
2
Опыт проводят по примеру 15 с той разницей, что термообработку проводят в среде CO.
Пример 17.
Опыт проводят по примеру 16 с той разницей, что обработку проводят при 300°С.
Пример 18.
Опыт проводят по примеру 17 с той разницей, что термообработку проводят в среде аргона.
Результаты опытов по примерам 1-18 представлены в табл.4.
Таблица 4.
Результаты опытов по примерам 1-18
№ примера
Условия проведения опыта
Продукты, мас.%
Конверсия гудрона, %
Температура, Т°С
тип гудрона
концентрация гудрона, мас.%
№УС по табл.1**
газ элюент
газообразные
жидкие
1
300
I
10
4
Ar
5.64
следы
>99
2
300
II
10
4
Ar
5.5
следы
>99
3
600
I
10
4
Ar
6.0
10
>99
4
600
II
10
4
Ar
6.2
следы
>99
5
600
I
10
3
Ar
18.00
20.97
>99
6
600
II
10
3
Ar
14.02
20.13
>99
7
600
I
20
3
Ar
14.85
1.23
96
8
600
I
30
3
Ar
5.83
7.94
91
9
300
I
10
4
CO<sub>2</sub>
4.07
следы
>99
10
300
II
10
4
CO<sub>2</sub>
4.5
следы
>99
11
600
I
10
4
CO<sub>2</sub>
15.54
23.64
>99
12
600
II
10
3
CO<sub>2</sub>
18.25
25.62
>99
13
600
I
10
1
Ar
32.94
следы
>99
14
600
I
10
2
Ar
67.50
следы
>99
15*
600
I
10
3
Ar
5.8
-
60
16*
600
I
10
3
CO<sub>2</sub>
7.5
-
70
17*
300
I
10
3
CO<sub>2</sub>
-
-
≤10
18*
300
I
10
3
Ar
следы
-
≤10
Пояснения к таблице: * конвекционный нагрев; **УС: №1 - из древесных отходов, №2 - из костры льна, №3 - из газового угля, №4 - из бурого угля;
Деструкция нефтяных остатков, адсорбированных в порах УС, в электропечи конвекционного нагрева (примеры 15-18) протекает иначе, чем при обработке сверхвысокочастотным излучением. Так, при 300°С деструктирует незначительная часть гудрона, при 600°С конверсия гудрона также остается существенно более низкой по сравнению со степенью его разложения под воздействием сверхвысокочастотного излучения.
2
Представлен сравнительный график скорости нагрева в среде СОсорбента №3 с адсорбированным в порах гудроном при обработке сверхвысокочастотным излучением и в режиме конвекционного нагрева.
2.
Рис.2. Сравнительный график скорости нагрева сорбента СБД с гудроном при обработке сверхвысокочастотным излучением и конвекционном нагреве в среде СО.
Как видно из рис.2, скорость повышения температуры при конвекционном нагреве примерно в 7 раз меньше, чем при селективном нагреве сорбента под воздействием сверхвысокочастотного излучения.
2
В табл.5 приведен состав газов, образующихся при деструкции гудрона I (10 мас.%) в порах УС №3 в среде CO при температуре 600-650°С в течение 10 мин при воздействии сверхвысокочастотного излучения и конвекционном нагреве.
Таблица 5.
Состав газов разложения гудрона I при воздействии сверхвысокочастотного излучения и конвекционном нагреве.
Состав продуктов
Выход продуктов в зависимости от вида обработки
СВЧ
конвекционный нагрев
Суммарный выход газообразных продуктов, мас.%
15.85
11.50
Состав неорганических компонентов газа, мол.%
H<sub>2</sub>
63.85
12.15
CO
29.24
10.07
CO<sub>2</sub>
0
0
Состав углеводородных компонентов газа, мол.%
Метан
3.44
35.78
Этан
2.22
7.31
Этилен
0.13
2.81
Пропан
0.72
2.59
Пропилен
0.18
1.13
Бутаны
0.14
1.42
Бутены
0.06
7.72
Пентены
0.02
1.02
Суммарный выход жидких продуктов, мас.%
14.56 (С<sub>6</sub>-С<sub>12</sub>)
следы
Остаточный углерод (кокс), мас.%
69.59
88.5
2
Как видно из таблицы, основными компонентами газа разложения гудрона под воздействием сверхвысокочастотного излучения являются Ни СО, суммарное содержание которых в газе выше 93%.
Содержание этих компонентов в газе деструкции гудрона конвекционным нагревом составляет 22,2%.
Из таблиц 4 и 5 видно, что при конвекционном нагреве степень превращения гудрона за 10 мин при 600°С составляет 70%, при этом в составе газа преобладает метан; основным компонентом газа при обработке сверхвысокочастотным излучением при этих же условиях является водород.
Это впервые установленное принципиальное отличие в механизме деструкции нефтяных остатков и загрязнений, адсорбированных в порах углеродного сорбента.
2
При обработке сверхвысокочастотным излучением в течение 5-10 мин при 300-600°С в потоке Ar или CO активируется и подвергается деструкции главным образом С-Н связь, что приводит к преимущественному образованию водорода. При конвекционном нагреве, как известно, подвергается термолизу, главным образом, С-С связь и основным продуктом является метан. При обработке сверхвысокочастотным излучением в условиях по прототипу - в течение 1 мин при 700-800°С в потоке инертного газа - основным продуктом деструкции являются жидкие и газообразные углеводороды с числом атомов углерода от 1 до 15.
2
Природа ионизирующегося газа, который в процессе деструкции нефтяных остатков является элюентом, оказывает влияние на состав образуемых продуктов деструкции, а именно на состав компонентов газа, что в большей степени относится к СО.
В среде Ar также проявляется отмеченная выше закономерность, однако, в меньшей степени. Подтверждением этому служит состав газообразных продуктов деструкции гудрона, адсорбированного в порах гидрофобных сорбентов из древесных отходов (обр. №1) и костры льна (обр. №2), полученных по примерам 13 и 14, представленный на Рис.3. Состав газообразных продуктов деструкции гудрона, адсорбированного в обр. №1 (СДО) и №2 (СКЛ), при обработке сверхвысокочастотным излучением (T=600°C, Ar).
2
2
Большее содержание H и CO в газообразных продуктах деструкции гудрона при обработке сверхвысокочастотным излучением в среде CO вероятней всего происходит в результате дополнительного протекания реакции углекислотного риформинга углеводородной части гудрона. В табл.6 представлен состав жидкой фракции, образованной при разложении гудрона II по примеру 12.
Таблица 6.
Состав жидких продуктов, образованных в примере 12.
№ пп
Соединение
Коцентрация, мас.%
№ пп
Соединение
Коцентрация, мас.%
1
Изобутены
1,3
12
Гептан
3.9
2
Бутен-2
0,9
13
Октан
4.5
3
Бутен
0,8
14
Этилбензол
8.0
4
Изопентан
0,8
15
0-ксилол
12.3
5
Пентен-2
1,1
16
М-ксилол
8.5
6
Пентен-1
0,7
17
Изопропилбензол
3.1
7
Пентан
2,0
18
Пропилбензол
3.4
8
2-пентен
2,9
19
о-метилэтилбензол
1.1
9
Диметилпентан
1,1
20
1,2,3-триметилбензол
4.3
10
гексан
3,4
21
Триметилбензол
2.4
11
Бензол
15,0
Всего
81.5
Неидентифицированные
19.5
Как видно из данных таблицы, в процессе термолиза гудрона под воздействием сверхвысокочастотного излучения помимо водорода и СО образуется углеводородная фракция, содержащая ценные продукты.
В целом, проведение процесса утилизации нефтяных остатков и загрязнений в среде диоксида углерода дает лучшие результаты и позволяет при повышенной индуцируемой температуре выделять водород, а также легкие углеводородные фракции.
Важно отметить, что исчерпывающая конверсия гудрона, адсорбированного в порах гидрофобных сорбентов №1 и №2 по примерам 13, 14, а также высокоэнергетический состав газообразных продуктов деструкции при воздействии сверхвысокочастотного излучения подтверждают эффективность использования предлагаемого способа сбора и утилизации нефтепродуктов с поверхности акваторий с получением ценных энергоносителей.
Таким образом, предлагаемый способ скоростной деструкции нефтяных остатков и загрязнений под воздействием сверхвысокочастотного излучения отличается от традиционных термических способов деструкции высокой эффективностью и экологической чистотой и позволяет провести в короткое время утилизацию нефтяных выбросов с получением ценных компонентов, являющихся в настоящее время основными химическими энергоносителями - в водород и синтез-газ, что может стать наиболее эффективным, дешевым и экологически чистым методом утилизации многотоннажных отходов нефтяного гудрона и нефтяных разливов, количество которых в настоящее время достигает десятки миллионов тонн.
Источники информации
1. Арене В.Ж., Гридин О.М., Яшин А.Л. // Экология и промышленность РФ. №9. 1999. С.33.
2. Шимкович В.В. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность. Сер. "Охрана окружающей среды". 1996. ЦНИИТЭнефтехим. Вып.2. С.110.
3. Гридин О.М. // Мат-лы научно-технич. конф. по проблемам ликвидации нефтяных загрязнений. Нефтеюганск: 2003. С.38.
4. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М.: Химия, 1973. С 157.
5. Передерий М.А., Скрябин А.В., Суворов В.Н. Способ получения гидрофобного олеофильного сорбента. Пат. РФ №2205065. 2002 г. БИ №15. 2003.
6. Передерий М.А., Носкова Ю.А. Получение углеродных сорбентов из некоторых видов биомассы. М.: Химия твердого топлива. 2008. №4. С.30.
7. Передерий М.А., Маликов И.Н., Карасева М.С. Способ получения гранулированного углеродного сорбента. Патент 2331580 РФ, 2006. БИ №23. 2008.
8. Передерий М.А., Сиротин П.А., Казаков В.А. Переработка бурых углей в пористые углеродные сорбенты различного назначения. // ХТТ. №6. 2002. С.19.
9. Цодиков М.В., Передерий М.А., Карасева М.С. и др. Воздействие СВЧ-излучения на углеродные носители природного и техногенного происхождения. // Наукоемкие технологии. 2007. №4. С.49.
10. Цодиков М.В., Передерий М.А., Максимов Ю.В. и др. Формирование нанокластерных железосодержащих катализаторов на углеродных носителях под воздействием СВЧ-излучения. // Российские нанотехнологии. 2007. T.1. №1-2. С.153.
11. Цодиков М.В., Нехаев А.И., Бухтенко О.В., Максимов Ю.В., Суздалев И.П. // Российские нанотехнологии. 2008. №1. С.34.