Химия и химические технологии/ Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий

К.х.н. Шпербер Е.Р., аспирант Шпербер Д.Р., д.т.н. Боковикова Т.Н.

Кубанский государственный технологический университет

ТОПЛИВО ДЛЯ КОТЕЛЬНОЙ

Для окружающей среды на сегодняшний день все большую важность с экологической и экономической точки зрения приобретают процессы рециркуляции природных богатств. Состав и физические свойства отработанных и загрязненных нефтей, которые обычно называют просто - нефтешламы, могут варьироваться в зависимости от источника. Важным объединяющим фактором является то, что все нефтешламы содержат как воду, так и твёрдые примеси.

Задачей нашей работы являлась разработка топлива для котельной, которое обеспечит высокую стабильность при повышенном содержании воды в топливе.

Техническим результатом работы является топливо для котельной с высокой стабильностью и повышенным содержанием воды в нем при сохранении его технических характеристик.

Задачу решали за счет того, что топливо для котельной содержит тяжелую нефтяную фракцию, нефтешлам и стабилизатор, в качестве стабилизатора использовали побочный продукт переработки сланцевого масла – полимеры, растворимые в гудроне, при следующем соотношении компонентов, % масс.:

нефтешлам 30 - 70

полимеры, растворимые в гудроне 3 - 10

тяжелая нефтяная фракция остальное

При этом в качестве нефтешлама используют нефтешлам, содержащий 10 – 20% воды, из нефтяных и нефтепродуктовых резервуаров.

Одним из основных компонентов предлагаемого топлива для котельной является нефтешлам из нефтяных и нефтепродуктовых резервуаров с высоким содержанием нефтепродуктов (70-89%), низким содержанием механических примесей (1-7%) и воды (10-20%). Он представляет собой твердый материал, который удобно грузить экскаватором-погрузчиком в открытые бортовые самосвалы, перевозить и разгружать. При нагревании до 60-80^оС нефтешлам легко плавится с отделением воды и механических примесей. Однако смесь тяжелой нефтяной фракции и нефтешлама нестабильна и через 80-100 суток расслаивается.

При переработке фракций сланцевого бензина получают спирты и такие побочные продукты как: остаточные углеводородные фракции, полимеры, растворимые в остаточных углеводородных фракциях, и полимеры, растворимые в гудроне. Последние относятся к неполярным полимерам с гибкой молекулой, имеют молекулярную массу 5000-7000, содержание серы не более 0,05%, хорошую растворимость в тяжелых нефтяных фракциях. В смеси с нефтешламом и тяжелой нефтяной фракцией проявляют эмульгирующие свойства, что позволяет увеличить содержание воды в топливе за счет чего снизить количество тяжелой нефтяной фракции, исключить стадию отделения воды от нефтешлама в процессе его получения и повысить стабильность топлива.

Добавление в топливо предложенных полимеров создает устойчивую топливную эмульсию, повышает его стабильность и позволяет увеличить содержание воды в нем за счет воды, содержащейся в нефтешламе, так как необходимость в ее предварительном удалении из нефтешлама отпала. Кроме того, присутствие нефтешлама увеличивает теплотворную способность котельного топлива и позволяет утилизировать вредные отходы нефтепереработки.

Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в работе, дает возможность получить желаемый технический результат, а именно, увеличить стабильность предложенного топлива для котельной, что позволяет длительное хранение его в резервуарах и перекачку по трубопроводам, повысить содержание воды в нем при сохранении его технических характеристик.

Топливо для котельной получали путем смешения нефтешлама и мазута, предварительно нагретых до 80-95^оС и полимеров, растворимых в гудроне, перемешивания их при этой температуре до устойчивой эмульсии в течение 30-40 минут.

В качестве компонентов использовали: мазут топочный М-100 по ГОСТ 10585, нефтешлам из резервуаров ОАО «Краснодарэконефть» и побочный продукт переработки сланцевого масла – полимеры, растворимые в гудроне, предприятия ОАО «Ленинградсланец» (г. Сланцы Ленинградской области). Топливо для котельной получали на опытной установке ООО СНТМП «ЭЗИП», снабженной скоростной мешалкой (до 3000 об/мин), бункером для нефтешлама, резервуарами и насосами. Полученному топливу для котельной определяли вязкость условную ВУ₈₀ по ГОСТ 6258, теплоту сгорания по ГОСТ 21261, температуру застывания по ГОСТ 20287 и стабильность по его расслаиваемости и выпадению осадка.

Предлагаемое топливо для котельной имеет высокую стабильность (не расслаивается и не образует осадка в течение 377-381 дней. При этом оно сохраняет на высоком уровне такие важные для топлива показатели как: теплотворная способность, вязкость и температура застывания. Следует отметить, что несмотря на повышенное содержание воды (по ГОСТ на товарный мазут ее должно быть не более 1,5%), процесс горения на ТЭЦ полученного топлива не отличается от процесса горения стандартного котельного топлива.

Кроме того, введение в топливо большего количества воды позволяет сэкономить такой важный и дорогостоящий компонент как мазут, а при получении топлива исключить стадию очистки нефтешлама от воды и механических примесей, квалифицированно использовать отходы нефтепереработки и побочные продукты переработки сланцевого масла.