ПОДБОР НЕФТЯНЫХ ШЛАМОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМОВ

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.114.12.038

ПОДБОР НЕФТЯНЫХ ШЛАМОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМОВ

Научная статья

Иманбаев Е.И.1, Боранбаева А.Н.2, Серикбаева А.К.3' *, Бусурманова А.Ч.4, Аккенжеева А.Ш.5

1-5 Каспийский университет технологии и инжиниринга имени Ш.Есенова, Актау, Казахстан

* Корреспондирующий автор

Аннотация

Проведены физико-химические анализы нефтешламов с различных нефтяных месторождении Казахстана с целью выявления характеристик последнего. Изучены физико-химические характеристики и фракционный состав нефтешламов. Проведены сравнительные анализы. На основе анализа нефтешламов установлено, что в них имеется значительное количество нефтепродуктов, которые представляет перед собой в основном тяжелые фракции нефти. В зависимости от группового состава и физико-химических характеристик подобраны нефтешламы Узеньского месторождения как перспективный сырье при получении модифицированных битумов. Полученные данные представляет практический интерес для утилизации нефтяных шламов в качестве частичного заменителя битумной основы при получении модифицированных битумов.

Ключевые слова: нефтепродукты, нефтешлам, характеристика нефтеотходов, отходы, битум.

SELECTION OF OIL SLUDGE FOR BITUMEN PRODUCTION

Research article

Imanbaev E.I.1, Boranbayeva A.N.2, Serikbayeva A.K.3' *, Busurmanova A.Ch.4, Akkenzheeva A.Sh.5

1-5 Caspian University of Technology and Engineering named after Sh.Yessenov, Aktau, Kazakhstan

* Corresponding author

Abstract

The current study carries out physico-chemical analyses of oil sludge from various oil fields in Kazakhstan in order to identify its characteristics. The article features physicochemical characteristics and a study of fractional composition of oil sludge as well as comparative analyses. Based on the analysis of oil sludge, it was found that they contain a significant amount of petroleum products, which are mainly heavy fractions of oil. Depending on the group composition and physico-chemical characteristics, oil sludge from the Uzen deposit was selected as a promising raw material for the production of modified bitumen. The data obtained is of practical interest for the utilization of oil sludge as a partial substitute for bitumen base in the production of modified bitumen.

Keywords: petroleum products, oil sludge, characteristics of oil waste, waste, bitumen.

Введение

В настоящее время актуальна проблема вторичного использования отходов. В дорожной отрасли находят применение полимерные отходы, нефтешламы, резиновые крошки, полученные из старых автомобильных покрышек, для устройства асфальтобетона используют срезанный асфальтовый гранулят, в качестве пластификаторов для ПБВ активно применяют отходы лесотехнической промышленности (талловые масла) и т.д. [1].

При производствах нефтехимической направленности неизбежно присутствуют накопления нефтешламовых отходов. В частности, существует проблема утилизации нефтешламов, образующихся при строительстве нефтяных и газовых скважин, при промысловой эксплуатации месторождений, очистке сточных вод, содержащих нефтепродукты, а также при чистке резервуаров и другого оборудования [2], [3]. Как правило, шламы представляют собой тяжелые нефтяные остатки, содержащие в среднем (по массе) 10 - 56% нефтепродуктов, 30 - 85% воды, 1,3 - 46% твердых примесей (глина, песок, мех примеси). Накопление нефтешламов производят на специально отведенных для этого площадках или в бункерах, по своему физико-химическому составу отходы не сортируют. В шламонакопителях происходят естественное накопление влаги за счет атмосферных осадков, развитие микроорганизмов, протекание окислительных процессов, однако в связи с наличием большого количества солей и нефтепродуктов при общем недостатке кислорода процесс самовосстановления таких отходов может протекать десятки лет. При этом физико-химические составы шламов меняются во времени, а также шлам с резервуаров хранения нефтепродуктов и шлам очистных сооружений отличаются по своей морфологии [4]. В упрощенной модели нефтешламы представляют собой многокомпонентные физикохимические системы (смеси), состоящие из нефтепродуктов, воды и минеральных добавок (песок, глина, окислы металлов). Нефтешламы образуются в ходе производственной деятельности при добыче, транспортировке и переработке нефти-сырца. Не может быть нефтешламов одинаковой природы, т.к. в их основе лежат различные условия образования и различные условия хранения.

Поэтому в зависимости от состава нефтешлама может протекать различные процессы, то есть оно может повлиять на поведение нефтешлама при использовании последнего в качестве добавочной смеси при получении битума [5 ], [6].

Хотя известны многие способы по применению НШ в производстве модифицированного битума изучение его влияния на свойства битума остается актуальной из-за разности их природы.

Нами для изучения в качестве исходного сырья использованы 2 образца нефтяных шламов, один образец был отобран с месторождении Узень (образец 1) и второй образец отбирали с месторождений Жетыбай (образец 2), нефтешлам ТОО «СП «CASPIBITUM» (образец 3), Мангистауская область, Казахстан. Физико-химические характеристики используемых нефтешламов приведены в таблице 1.

По результатам анализа было установлено, что массовое содержание составляет % масс.: механических примесей 5,99, воды 0,3, хлористых солей -1744,7 мг/дм3 [7]. Наличие солей в нефти причиняют особенно тяжелые и

разнообразные осложнения при переработке. Происходит засорение аппаратуры, соли отлагаются, главным образом, в горячей аппаратуре. Растворенные в воде соли выделяются при испарении воды. Часть выкристаллизовавшихся солей прилипает к этим поверхностям, оседая на ней в виде прочной корки.

Таблица 1 - Физико-химические характеристики используемых нефтешламов

Показатель нефтешламов Образец 1 Образец 2 Образец 3

Содержание воды, % масс. 0,3 38,9 24,2

Содержание механических примесей, % масс. 5,99 37,8 44,6

Содержание хлористых солей, мг\л 1744,7 2339,4 6328,9

Содержание парафин, % масс. 16,0 22,5 4,3

Содержание смол, % масс. 10,9 8,4 15,6

Содержание асфальтенов, % масс. 0,7 0,5 1,4

Иногда эти соляные корки отламываются, извлекаются потоком нефти далее и осаждаются в последующей аппаратуре [8]. Так как, содержание воды нефтешламах Узень в умеренном количестве, она испарятся во время перекачки в установке модификации битума [9].

Обсуждение

Исследовались как значительно обводненные образцы нефтешламов, так и образец с незначительным содержанием влаги. В нефтешламах Узень содержание хлористых солей намного меньше, хотя парафины и смол больше. В составе нефтешлама с ТОО «СП «CASPШГГОM» выявлены, 1,4-15,6% тяжелой фракции нефтепродуктов, механических примесей 44,6 %, и 24,2% воды, токсичные никель и ванадий. Наличие в нефтешламах значительного количества смол и тяжелых фракций делает нефтешламы потенциально перспективным сырьем при производстве дорожных битумов. Только данные нефтешламы могут быть использованы для модификации битумов только после предварительной подготовки.

Исследуемые нефтешламы имели и различный фракционный состав (таблица 2). Из таблицы видно, что доля высококипящей органической части в нефтешламах Узенского месторождения составляет 63,8 % масс., что позволяет использовать ее для производства окисленных битумов.

Таблица 2 - Фракционный состав используемых образцов нефтешламов

Фракции Температура кипения при остаточном давлении (рост),°С Температура кипения при атмосферном давлении,°С (пересчёт) Массовая доля, % масс.

Образец 1

Вода - 98-99 0,3

1-я фракция 75-85 200-215 8,7

2-я фракция 140-195 280-350 14,6

Остаток >320 >450 63,8

Потери: 12,6 - -

Образец 2

Вода - 98-99 30,3

1-я фракция 90-145 195-255 21,5

2-я фракция 145-195 255-320 38,2

Остаток >320 >450 6,1

Потери: 3,9 - -

В таблице 3 приведены выходы асфальтенов, смол и масел, а также групповой состав изучаемых нефтешламов.

Таблица 3 - Содержание асфальтенов, смол, масел в нефтешламах и битумах

Продукт Выход, % масс.

смолы асфальтенов масла

НШ Образец 1 10,9 0,7 72,2

НШ Образец 2 15,6 1,4 75,4

Битум БНД 70/100 33,58 16,39 50,21

Для сравнения в таблице также представлены аналогичные данные для битума марки БНД 70/100, выпускаемого ТОО «СП «CASPГBГTUM».

Перед окислением все образцы нефтешламов подвергались фильтрации от крупных механических включений. Для удаления воды из нефтешламов нами успешно опробован метод испарения влаги непосредственно в реакторе окисления, отличающийся эффективностью и простотой реализации. Степень окисления сырья оценивалась по эксплуатационному показателю - температуре размягчения, определяемой по методу "кольца и шара" [10].

Видно, что выход смол из нефтешламов колеблется в интервале (10 - 16) % масс. Содержание смол и асфальтенов в битуме больше, содержание масла меньше, по сравнению с аналогичными содержаниями в нефтешламах.

По результатам анализа видно, что нефтешлам с месторождений Узень относится к высокопарафинистым, чем больше в нефтешламе парафина, тем меньше в его составе смол и асфальтенов. При наличии большого количества парафина применяется способ горячей перекачки, что имеется в нашей установке. Поэтому, по результатам анализа видно, что физико-химические свойства нефтешлама с месторождений Узень полностью отвечает требованиям и их можно применят в установке модификации битума.

Заключение

На основе анализа нефтешламов установлено, что в них имеется значительное количество нефтепродуктов, которые представляет перед собой в основном тяжелые фракции нефти. Согласно полученным данным, основными составляющими нефтешлама являются устойчивая трехкомпонентная система (твердые частицы, масло, вода). Это говорить, что при разных условиях и источниках накопления нефтешламов, в результате их хранения и происходящих при этом физико-химических процессах происходит постепенное усреднение состава и свойств шламов. Наиболее привлекательным с точки зрения содержания различных примесей является образец нефтешлама Узень, также у него сниженное содержание воды и механических примесей, что облегчает первичную подготовку нефтешлама к компаундированию с битумом.

Финансирование Funding

Исследование финансируется Комитетом науки The research is funded by the Science Committee of

Министерства образования и науки Республики the Ministry of Education and Science of the Republic

Казахстан (грант № AP08856022). of Kazakhstan (grant no.AP08856022).

Конфликт интересов Conflict of Interest

Не указан. None declared.

Список литературы / References

1. Черных О.В. Исследование возможности получения дорожного битума путем окисления нефтешламов / О.В. Черных, П.П. Пурыгин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2009. - Т. 11, №1. -Р. 233-236.

2. Джаналиева Н.Ш. Воздействие нефтяных загрязнений на природные геосистемы / Н.Ш. Джаналиева // Spirit time. - 2020. - №4 (28). - P. 23-28.

3. Минаков В. В. Новые технологии очистки от нефтяных загрязнений / В. В. Минаков, С. М. Кривенко // Нефтегазовые технологии - 2002. - № 3. - С. 4-7.

4. Миннигалимов Р.З. Совершенствование технологии переработки нефтяных шламов. / Р.З. Миннигалимов, Р.А. Нафикова // Нефтяное хозяйство. - 2008. - № 4. - С.54-67.

5. Курочкин, А.К. Нефтешламы - ресурсное сырье для производства светлых моторных топлив и дорожных битумов / А.К. Курочкин и др. // Сфера нефтегаз. - 2010. - №4. - С.72-75.

6. Иманбаев Е.И. К вопросу применения нефтешламов при модификации битума / Е.И. Иманбаев, А.К. Серикбаева, А.Ч. Бусурманова и др. // Международная научно-практическая конференция «Наука и образование: теория и практика», 17.12.2020, г. Нефтекамск, Республика Башкортостан.

7. Магриб, А.Б. Технологи переработки нефтешламов с получением товарных продуктов / А.Б. Магриб // Мир нефтепродуктов. - 2003. - №3. - С.24-26.

8. Серикбаева А.К. Исследование амбарной нефти / А.К. Серикбаева, А.Н. Боранбаева, А.М. Хисметуллина // Интернаука: электрон. научн. журн. 2021. № 16(192). - часть 1. - С. 90-92.

9. Серикбаева А.К. Исследование физико-химических составов нефтешлама / А.К. Серикбаева, Е.И. Иманбаев, А.Н. Боранбаева // Международная научно-практическая конференция «Каспий в XXI веке: региональные и глобальные проблемы, сотрудничество и безопасность», 25 декабря, 2020 - 235б.

10. Гун, Р.Б. Нефтяные битумы / Р.Б. Гун. - М.: Химия, 1973. - 428с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Chernykh O.V. Issledovanie vozmozhnosti poluchenija dorozhnogo bituma putem okislenija nefteshlamov [Investigation of the possibility of obtaining road bitumen by oxidation of oil sludge] / O. V. Chernykh, P. P. Purygin // Izvestija Samarskogo nauchnogo centra Rossijjskojj akademii nauk [Bulletin of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences]. - 2009. - Vol. 11, No. 1. - pp. 233-236 [in Russian]

2. Dzhanalieva N.Sh. Vozdejjstvie neftjanykh zagrjaznenijj na prirodnye geosistemy [The impact of oil pollution on natural geosystems] / N. Sh. Dzhanalieva // Spirit time. - 2020. - №4 (28). - pp. 23-28 [in Russian]

3. Minakov V. V. Novye tekhnologii ochistki ot neftjanykh zagrjaznenijj [New technologies of purification from oil pollution] / V. V. Minakov, S. M. Krivenko // Neftegazovye tekhnologii [Oil and gas technologies] - 2002. - No. 3. - pp. 4-7 [in Russian]

4. Minnigalimov R.Z. Sovershenstvovanie tekhnologii pererabotki neftjanykh shlamov [Improvement of oil sludge processing technology] / R.Z. Minnigalimov, R.A. Nafikova // Neftjanoe khozjajjstvo [Oil economy]. - 2008. - No. 4. -pp.54-67 [in Russian]

5. Kurochkin, A.K. Nefteshlamy - resursnoe syr'e dlja proizvodstva svetlykh motornykh topliv i dorozhnykh bitumov [Oil sludge is a resource raw material for the production of light motor fuels and road bitumen] / A.K. Kurochkin [et al.] // Sfera neftegaz [Oil and Gas Sphere]. - 2010. - No. 4. - pp.72-75 [in Russian]

6. Imanbaev E.I. K voprosu primenenija nefteshlamov pri modifikacii bituma [On the issue of the use of oil sludge in bitumen modification] / E. I. Imanbaev, A. K. Serikbaeva, A. Ch. Busurmanova // Mezhdunarodnaja nauchno-prakticheskaja konferencija «Nauka i obrazovanie: teorija i praktika» [International scientific and practical conference " Science and education: theory and practice"\, 17.12.2020, Neftekamsk, Republic of Bashkortostan [in Russian]

7. Magrib, A.B. Tekhnologi pererabotki nefteshlamov s polucheniem tovarnykh produktov [Technologists of oil sludge processing with the production of commodity products // Mir nefteproduktov [World of petroleum products] / A. B. Magrib. -2003. - No. 3. - pp. 24-26 [in Russian]

8. Serikbayeva A.K. Issledovanie ambarnojj nefti [Research of barn oil] / A. K. Serikbaeva, A. N. Boranbaeva, A. M. Khismetullina // Internauka 2021. No. 16(192). - part 1. - pp. 90-92 [in Russian]

9. Serikbayeva A.K. Issledovanie fiziko-khimicheskikh sostavov nefteshlama [Investigation of physico-chemical compositions of oil sludge] / A. K. Serikbateva, E. I. Imanbaev, A. N. Boranbaeva // Mezhdunarodnaja nauchno-prakticheskaja konferencija «Kaspijj v XXI veke: regional'nye i global'nye problemy, sotrudnichestvo i bezopasnost'» [International Scientific and Practical Conference "The Caspian Sea in the XXI century: regional and global problems, cooperation and security"], December 25, 2020 - 235 [in Russian]

10. Gun, R.B. Neftjanye bitumy [Oil bitumen] / R.B. Gun. - M.: Khimiya, 1973. - 428 p. [in Russian]