Определение кинетических параметров процесса экстрагирования углеводородов из нефтесодержащих грунтов

В. А. Лашков, Р. Ш. Суфиянов, О. А. Синяков,

А. А. Данилина

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЭКСТРАГИРОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ГРУНТОВ

Ключевые слова: кинетика экстрагирования, нефтесодержащий грунт, уравнение Ерофеева-Колмогорова.

Проведены расчеты кинетических параметров процесса экстрагирования углеводородов из нефтесодержащих грунтов по результатам эксперимента.

Keywords: extraction kinetics, oily soil, Erofeev-Kolmogorov equation.

The calculations the kinetic parameters the process extraction of hydrocarbons from oil-contaminated soils by the results of the experiment.

Государственная программа Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» определяет условия, обеспечивающие переход на энергоэффективное развитие экономики. Согласно намеченным планам приоритетными направлениями при реализации мероприятий являются инновационное развитие ресурсосберегающих технологий и масштабные научные исследования.

Важной задачей при переработке нефтесодержащих грунтов является, прежде всего, получение из них углеводородов, извлекаемых с помощью различных экстрагентов. В настоящее время для указанных целей не применяются низкокипящие растворители, для регенерации которых необходимо значительно меньше энергии, чем при использовании растворителей с более высокими температурами кипения [1, 2]. В научно-технической литературе практически отсутствуют результаты исследования кинетики процесса экстрагирования углеводородов из нефтесодержащих грунтов данными растворителями.

С целью определения кинетических параметров процесса экстрагирования углеводородов из нефтесодержащего грунта (выщелоченного чернозема) низкокипящим растворителем были проведены соответствующие эксперименты. В качестве низкокипящего экстрагента был использован метиленхлорид, а в качестве исследуемого образца -. грунт, содержащий 20 % масс. нефти. Экстрагирование проводили при трех различных температурах: 10, 20 и 30 0С. Полученные результаты представлены на гистограмме (рис.1).

Для описания кинетики данных процессов было использовано уравнение Ерофеева-

Колмогорова [3]

ный; при П >1 - процесс кинетический; П =1 - скорость конвективной диффузии сопоставима со ско-

а = 1- е

-kxn

где X - степень извлечения нефти; к - постоянная, определяющая константу скорости процесса; П -постоянная, определяющая характер процесса; X -время.

По значению коэффициента П определяют характер процесса: при П <1 - процесс диффузион-

Рис. 1 - Результаты изменения степени извлечения углеводородов по времени

ростью молекулярной диффузии.

Полученные результаты представлены в логарифмических координатах (рис. 2).

Рис. 2 - График степени извлечения нефти в метиленхлориде

Результаты проверки достоверности аппроксимации полученных экспериментальных данных линейной зависимостью, представлены в табл.1. Графическая зависимость показывает, что значения постоянной П будут соответствовать тангенсам угла наклона линий тренда.

Для определения константы скорости процесса использовано уравнение Г.В. Саковича [4]

К = Пк1/п,

Расчет энергии активации проведено по уравнению Аррениуса

К = ВеЕКТ,

или в логарифмической форме

ІдК = Е/КТ Ід е + 1дВ,

где К - константа скорости; В - предэкспоненци-альный множитель; Е - энергия активации; К -универсальная газовая постоянная; т - абсолютная температура.

Таблица 1 - Результаты проверки достоверности аппроксимации

Образец Температура, 0С Параметры процесса

п к, мин1 Я2

Нефтесодержа- 10 0,62 0,29 0,99

Продолжение таблицы 1

щий грунт с концентрацией нефти 20 %, масс. 20 0,62 0,40 0,99

30 0,71 0,42 0,99

На рис. 3 преставлены графики зависимости константы скорости процесса от обратной температуры.

Полученные расчетным путем значения параметров: констант скоростей, энергий активиции и предэкспоненциальных множителей, представлены в табл. 2.

Таблица 2 - Результаты расчета параметров

Раствори- тель Температура, 0С К, мин-1 Е, кДж/моль 1§В

10 0,085

МХ 20 0,139 32,81 4,93

30 0,211

Рассчитанные значения параметра П (табл.1), свидетельствуют о том, что кинетика процесса экстрагирования углеводородов из выщелоченного чернозема определяется в большей сте-

І1/ТГ10-}

Рис. 3 - График зависимости константы скорости процесса экстрагирования

пени скоростью молекулярной диффузии углеводородов из частиц грунта, что можно объяснить наличием в нем частиц глины и гумуса, способствующих увеличению сопротивления экстракции.

Таким образом, проведенные исследования показали, что процесс экстрагирования углеводородов из нефтесодержащих грунтов может быть описан с помощью уравнения Ерофеева-Колмогорова, а для расчета энергии активации может быть использовано уравнение Аррениуса.

Литература

1. Я.С. Мухтаров, Р.Ш. Суфиянов, Вестн. Казан. технол. ун-та, 15, 15, 240-242 (2012).

2. Я.С. Мухтаров, Р.Ш. Суфиянов, В.А. Лашков, Вестн. Казан. технол. ун-та, 15, 11, 197-198 (2012).

3. И.К. Иванова, А.А. Рыкунов Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2, 242-249 (2011).

4. А.Я. Розовский, Кинетика топохимических реакций. Химия, Москва, 1973. 224 с.

© В. А. Лашков - д-р техн. наук, проф. зав. каф. машиноведения КНИТУ, lashkov_dm@kstu.ru; Р. Ш. Суфиянов - канд. техн. наук, доцент каф. техносферной безопасности и переработки природных ресурсов МГУМ (МАМИ); О. А. Синяков -асп. той же кафедры; А. А. Данилина - асп. той же кафедры.