УДК: 553.98:665.7

Исенгалиева Г.А., Кыдырова А.С., Муканбедиярова А.Ж.,

г. Актобе, Казахстан

Очистка углеводородов от сернистых соединений с применением активных адсорбентов

Наличие в основной массе углеводородного сырья большинства месторождений сероводорода, меркаптанов и других агрессивных серосодержащих соединений, создающих специфические трудности при добыче, подготовке, транспортировке, хранении и переработке, делает особо актуальной проблему обессеривания нефти и углеводородных газов. Поэтому в решении проблемы обессеривания появилась острая необходимость изыскать новые эффективные адсорбенты, провести исследование процессов очистки углеводородов от серосодержащих соединений.

Одним из экологически неблагоприятных районов Актюбинской области с загрязненным атмосферным воздухом и почвенно-растительным покровом является территория Жанажольского нефтегазового месторождения. По данным наблюдений [1] концентрация диоксида азота в атмосферном воздухе месторождения превышает предельно допустимые концентрации в 1,5 раза. Основными источниками загрязнения служат сырая нефть, буровой шлам, нефтяной газ. К загрязняющим химическим веществам [2] относятся сероводород, оксиды серы, азота, углерода, меркаптаны.

Очистка газов растворами этаноламинов является типичным методом хемосорбции. Недостатком этих процессов является относительно низкая поглотительная способность абсорбентов. Это приводит к повышенным энергетическим затратам [3].

Целесообразность применения в сорбционных процессах природных минеральных сорбентов определяется их высокими сорбционными свойствами и низкой стоимостью.

Для очистки нефти и попутного газа месторождения Жанажол от сернистых соединений была исследована адсорбционная способность угольного адсорбента.

История применения сорбентов связана с микропористыми углеродными материалами – активными углями. Пиролизом рисовой шелухи получены углеродные сорбенты (кремнеуглерод), которые могут очищать загрязненные нефтесодержащие почвы, проводить очистку воды от нефтяных и масляных загрязнений. В промышленности углеродные сорбенты находят все возрастающее использование в силу их универсальной способности поглощать различные вещества, как из газов, так и из растворов. В настоящее время углеродные сорбенты рассматриваются как совокупность графитоподобных кристаллов, размер которых зависит от природы исходного материала, температуры его разложения и способности активации.

Известно, что углеродистые сорбенты получают из древесины, нефтепродуктов, из разных видов угля, скорлупы кокосового ореха и фруктовых косточек.

На протяжении многих лет углеродистые сорбенты поставляют в Казахстан из ближнего и дальнего зарубежья.

В связи с ростом цен на древесину и другие углеродистые материалы, а также существенным дефицитом их в Республике, возникла необходимость в использовании собственных дешевых источников сырья.

Таким сырьем могут служить сельскохозяйственные отходы, в частности, отходы рисопереработки: рисовая шелуха и лигнинные остатки образующиеся в процессе переработки рисовой шелухи на кормовые продукты.

Наличие в Казахстане крупных и ежегодно возобновляемых растительных отходов создает реальные предпосылки для синтеза фитосорбентов и организации их производства в Казахстане. На рисоперерабатывающих заводах Казахстана ежегодно образуется около 50 тыс.т. рисовой шелухи (Р.Ш.), направляемой, в основном, в отвалы, где при ее разложении на экологические проблемы в этих регионах. Наибольшее количество Р.Ш. образуется на предприятиях Кызылординской области. Аналогичные проблемы имеются в ряде других стран (США, Россия, Китай, Индия и др.), но реализованных технологий по переработке Р.Ш. нет.

Получение фитосорбента (кремнеуглерода) осуществляли путем проведения пиролиза на установке вакуумкипящего слоя.

Полученные в результате пиролиза продукты, представляли собой смесь аморфизированного кремнезема с углеродом. Пиролизованная рисовая шелуха состоит из частиц черного цвета, сохранивших за счет остаточных сил связи форму «сырой шелухи».

Пиролизованный лигнинный продукт представляет собой легкорастирающийся тонкозернистый порошок черного цвета.

Продукты, полученные при различных температурах пиролиза рисовой шелухи (600-900⁰С), исследовали методом ИК-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа.

Как показали наши исследования, кремнеуглерод (КУ), получаемый после соответствующей переработки Р.Ш. и представляющий собой гомогенную смесь аморфных высокоактивных углерода (50%) и кремнезема (45% вес), может быть эффектным наполнителем для резинотехнических (в т.ч. для автомобильных шин) изделий, потребность в котором велика (только в Казахстане 5-6 тысяч тонн в год). По величине основных физико-химических свойств наполнителей резин – удельной поверхности и структурности кремнеуглерод можно охарактеризовать как наполнитель со средним показателем дисперсности и высоким показателем структурности.

На основании этого и с учетом уникальности строения, обусловленной совместным присутствием частиц углерода и диоксида кремния в активной аморфной форме, рассматриваемый материал можно рекомендовать к использованию в качестве заменителя технического углерода, белой сажи и их смесей при производстве резинотехнических изделий. Он будет легко диспергироваться в матрице каучука, облегчая их смешение и улучшая технологические свойства резиновых смесей.

Весьма перспективно использование кремнеуглерода как исходного сырья для получения карбидокремниевых композитов. Нами разработаны способы получения нитевидных кристаллов карбида кремния и его дисперсных порошков. Испытания данных материалов свидетельствуют о соответствии их основных функциональных свойств предъявляемым к ним требованиям. Композиционные материалы, армированные кремнеуглеродом, нитевидными кристаллами и дисперсным порошком карбида кремния могут быть использованы для изготовления ответственных деталей самолетов, автомобилей, высокоэффективного режущего инструмента для металлообработки. Удельная прочность металлических композиционных материалов на основе карбида кремния в 50-100 раз выше, чем у стали и спецсплавов, и они могут работать, сохраняя свои свойства, при температуре до 1700 ⁰С.

К основным преимуществам активных углей относится их низкая стоимость и хорошая кинетика сорбции. Основой вещества активных углей служит углерод, содержание которого достигает величины порядка 96 %.

Нами была изучена поглотительная способность и сорбционная емкость углеродного адсорбента, полученного пиролизом рисовой шелухи, для очистки нефтяного газа и нефти от серосодержащих соединений [4].

Содержание сероводорода и меркаптанов в газе определяли по международному стандарту ISO 6326-4. Из результатов анализа следует, что изученный нами адсорбент может эффективно может поглощать из попутного газа сероводород и меркаптаны.

Также были проведены исследования по применению модифицированного углеродного сорбента для очистки бензина от меркаптанов.

Модифицирование сорбента проводилось в динамических условиях 10 % растворами солей магния (MgCl₂)и меди (CuCl₂). Наибольшее поглощение наблюдается в первых фракциях для сорбента, модифицированного MgCl₂ – до 67 %.

Благодаря высокой отбеливающей и каталитической способности, изученные нами адсорбенты могут успешно применяться в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.

Список использованной литературы:

1. 1. Кенжегалиев А., Мамбетова М.Н., Моисеева Г.П. Состояние загрязнения малых рек Актюбинской области нефтепродуктами // Нефть и газ. 2002. № 2. С.76-78.

2. 2. Алитурлиева Г.А. Экологические проблемы Жанажольского газоперерабатывающего завода // Доклады Вторых Международных Научных Надировских Чтений. Научно-технологическое развитие нефтегазового комплекса. Алматы-Кызылорда, 2004. С.451-454.

3. 3. Балабеков О.С. Очистка газов в химической промышленности. М.: Химия, 1991.С.62-63.

4. 4. Алитурлиева Г.А. Адсорбционный метод в очистке углеводородов от серосодержащих соединений // Доклады Третьих Международных Надировских Чтений. Научно-технологическое развитие нефтегазового комплекса. Алматы-Шымкент. 2005. С.321-323.