ПЕРЕРАБОТКА ОРГАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ НЕФТЕБИТУМИНОЗНЫХ ПОРОД И УГЛЯ С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ   БИТУМОВ И ГУМИНОСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ

 

ЮКГУ им.М.Ауезова, г.Шымкент

 

Шуханова Ж.К.,Жантасов К.М.,Танашев С.Т.

 

      Органическая часть нефтебитуминозных пород и угля  может служить перспективным источ­ником получения различных видов топлив, масел, кокса, битума и гуминсодержащих веществ . Наличие в  нефтебитуминозных породах и остатках углепереработки., нефтепереработки высо­комолекулярных соединений обусловливает зна­чительные межмолекулярные взаимодействия и образование надмолекулярных структур в них при обычных температурах.В связи с этим регули­руя межмолекулярные взаимодействия соедине­ний, сосредоточенных в тяжелых остатках нефтебитуминозных  пород, можно управлять их вяжущими свойствами [1].

      Вяжущие свойства нефтебитуминозных пород, представляющих собой дисперсные системы, зависят от химиче­ского состава дисперсионной среды и от при­роды и размера элемента структуры дисперсной фазы.     Регулирование размеров сложных структурных единиц (ССЕ) — радиуса ядра и толщины сольватной оболочки — под дейст­вием различных внешних факторов (механических воздействий, скоро­сти нагрева и охлаждения, технологиче­ских добавок и др.) является эф­фективным и перспективным методом интенсификации производства битумов из нефтебитуминозных пород регулируя их физико-химических свойств.   В работах [2—5] теорети­чески доказано,что.между размерами сложных структурных единиц в сырье, технологией производства нефтяных битумов, их физико-хими­ческими, механическими и эксплуатационными свойствами имеется взаимосвязь.

Настоящая работа посвящена эксперимен­тальному установлению указанной взаимосвязи, интенсификации производства битумов из нефтебитуминозных пород  на основе принципов физико-химической технологии  и изменению их качества Основным исходным сырьем служили тяжелые остатки угле переработки., нефтепереработки и нефтебимтуминозных пород. Физико-химические характеристика сырья и активирующей добавки - смолы пиролиза (табл. 1) свидетельствует, что они существенно разли­чаются содержанием фазообразующих компонентов, асфальтенов и парафиновых углеводородов.Регулирование размеров сложных структурных единиц в органической части  нефтебитуминозных  пород,  органической  части  переработки  угля,  а за­тем в гудронах и битумах достигалось при по­мощи технологиче­сккой активирующей  добавки смолы пиролиза и изменением скокорости нагрева сырья.

        Оптимальную концентрацию добавки смолы пиролиза в нефтебитуминозной дисперсной системе определяли по экстре­мальным изменениям размеров сложных структурных единиц и физико-химических свойств.

Таблица 1

 

 

Показатели

Виды сырья

Смола

пиролиза

Органическая часть нефте-

битуминозных

пород

 

Фр.>3500 С

Мазут

Органическая часть переработки угля

Плотность при 20 °С,кг/м3

953,2

974,1

988,0

980,4

Содержание серы, %

2,04

3,84

0,22

2,24

Коксуемость, %

6,5

11,87

3,8

Отс.

Температура   вспышки, оС

195

160

—

200

Молекулярная  масса

450

340

—

298

Вязкость, мм2/с

 

 

 

 

при 50 °С

13,8

21,8

147

26,7

при 100°С

—

—

—

5,1

Групповой   углеводо-

родный состав, %

 

 

 

 

парафино-нафтеновые

27,7

19,8

30,1

19,1

ароматические

53,3

51,1

34,6

66,1

моноцикличе-

ские

11,9

13,6

8,2

12,2

бициклические

16,1

16,4

23,8

21,8

плицикличе-

ские

25,3

21,1

32,6

31,1

смолы

16,6

22,6

15,0

15.8

асфальтены

2,4

6,5

1.1

Отс.

Показатели   прелом-

ления

—

—

—

1,598

 

          При определении экст­ремального состояния сырья для производства би­тумов можно использовать зависимость типа «кон­центрация — размер» или экстреграммы типа «концентрация добавки — свойство». В последнем случае, например, измеряют изменение структур­но-динамической вязкости [4], равновесной тем­пературы [6—8], электропроводимости или других показателей [9] дисперсной системы при введении технологиче­ских активирующих добавок.  Размеры элементов структуры дисперсной фазы измеряли адсорбционно-ситовым методом фракционирования 25 %-ной пробы тяжелого остатка в бензоле последовательно на восьми образ­цах силикагелей в порядке возрастания размера их пор от 2,2 до 60 нм на колонках высотой 1 м и внутренним диаметром 0,015 м.

В качестве десорбата использовали спирто-бензольную смесь (1:1). Затем от спирто-бензоль-ных растворов десорбатов отгоняли растворитель, высушивали и взвешивали образцы с точностью до 0,0001 г.

      Оптимальной концентрацией добавки смолы пиролиза для вакуумной перегони  органической части  нефтебитуминозных  пород является 2 %. В этом случае достигается мини­мальный размер сложных структурных единиц, что позволяет интенсифи­цировать перегонку органической части нефтебитуминозных пород и, следовательно, уве­личить отбор вакуумных дистиллятов при неизмен­ном качестве продуктов перегонки и интенсифи­цировать процесс производства нефтяных биту­мов, уменьшая время окисления. Максимальная равновесная температу­ра соответствует максимальной кинетической ус­тойчивости нефтяной дисперсной системы и ми­нимальным размерам ядер сложных структурных единиц.

В дальнейшем для вакуумной перегонки был взят органическая  часть переработки  угля и тяжелые остатки нефтепереработки мазут- исходный и после активирования с добавкой  2 % смолы пиролиза. Перегонку проводили, в кубе емкостью 2,0 л при температуре внизу куба 375 °С. Скорость перегонки регулиро­вали от 1,2 до 2,0 кг/ч изменением силы тока электрообогрева. Увеличение выхода вакуумного дистиллята достигается при совокупном воздей­ствии добавки (в оптимальной концентрации) и выдерживании необходимой массовой скорости перегонки [3, 6].

        Полученные данные (табл.2) согласуются с положениями теории регулируемых фазовых переходов. Подбо­ром указанных факторов достигаются минималь­ные размеры пузырьков, что улучшает количест­венные и качественные показатели перегонки органической части нефтебитуминозных пород вследствие селективного перераспределения углеводородов между дисперсной фазой и дис­персионной средой [10].

При скорости перегонки 2,0 кг/ч и остаточном давлении наверху куба 0,665 кПа выход вакуумного газойля на активи­рованном  сырье возрастает на 3,5—4 % на исходный сырье

  Полученные путем вакуумной перегонкой органической части нефтебитуминозных пород активированные I и неактивированные II гудроны были окислены на установке непрерывного окисления при температуре 260±2 °С и удельном расходе воздуха 4,5 л/(ч-кг).

     Результаты и пара­метры окисления приведены в табл. 2 и 3. Гудроны I и II полученые из органической части нефтебитуминозных пород без добавки и с 2 % смолы пиролиза при остаточном давлении 0,665 кПа и примерно одинаковой скорости  разгонки — 6,1 и 6,6 кг/ч соответственно. Гудроны, полученные при скорости разгонки 1,2 кг/ч, мало отличаются по качеству от указанных выше. Время окисления активированного гудрона органической части нефтебитуминозных пород по сравнению с неактивированным до одного и того же значения температуры размягчения битума (по КиШ) сокращается в среднем на 60—70 %, особенно на начальных этапах, при снижении суммарного расхода воздуха и содержания кисло­рода в отходящих газах (см. табл. 2).

Таблица 2

Температура размягчения ТР, (по КиШ), ОС

Время окисления, мин

Содержание кислорода в газах окисления, %

Общий расход воздуха, л

Неактивированный гудрон (давление 0,25-0,45 МПа)

50,5

450

1,53

373

60,5

690

1,80

574

71,0

800

1,30

63

Активированный гудрон (давление 0,21-0,42 МПа)

51,5

80

1,1

69

59,5

320

1,5

275

76,0

390

0,6

325

 

Активирование гудрона органической части нефтебитуминозных пород смолой пиролза позволяет в определенных пределах регулировать пенетрацию и дуктильность битумов (см. табл. 2). В результате регулирования сил межмолекулярного взаимодей­ствия достигается минимальный размер элементов структуры дисперсной фазы в гудронах, образу­ется развитая поверхность окисления, что обуслов­ливает повышенную скорость окисления и измене­ние его свойств, например вязкости [2].

При сравнении свойств битумов из активи­рованного гудрона органической части нефтебитуминозных пород и неактивированного гудронов уста­новлены более высокая трещиностойкость и мень­шая склонность к термоокислительному старе­нию первого продукта, на что указывает измене­ние температуры размягчения образцов после про­грева. Температура хрупкости для битума из активированного сырья с температурой размягче­ния 51 °С уменьшается до —23 °С (для неакти­вированного —16 °С), что является существенным показателем морозостойкости дорожных покры­тий.

Таким образом, изменение состава сырья при заданном режиме является решающим фактором, влияющим на физико-механические свойства битумов. Путем подбора состава исходного сырья можно регулировать свойства окисленных битумов в определенных пределах и окислении гудронов органической части нефтебитуминозных пород , угля и отходов химических предприятий позволяет расширить сырьевые ресурсы для получения товарного битума.

 

Список литературы

 

1.Поконова Ю. В. и др. Химия нефти. Л., Химия   1984 -360 с.

2.Серебряков А. Ю., Гуреев Ал,-А и др.-Нефтепереработка и нефтехимия, 1985, № 2, с. 12-14.

3.Сюняев 3. И.-Химия и технология топлив и масел. 1985, № 6, с. 2-6.

4.Серебряков А.  Ю.  Канд. дис.  Москва,  МИНХ и  ГП им. И. М. Губкина, 1985.