РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННОГО МЕТОДА ПОДГОТОВКИ И ПЕРЕРАБОТКИ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТОВАРНЫХ БИТУМОВ

Орынгожин Е.С¹., Танашев С.Т²., Шуханова Ж.К¹., Ибрагимова З.А.¹

¹Казахский национальный технический университет им. К. Сатпаева.

²Южно Казахстанский Государственный университет им. М.Ауезова.

Общеизвестно, что в последние годы во всем мире отмечается тенденция снижения темпов прироста запасов традиционных видов углеводородного сырья, в том числе и нефти. В связи с ограниченностью запасов традиционных нефтей, высокие темпы роста цен на нефтяное сырье вызывают необходимость поиска альтернативных источников углеводородного сырья. Одним из таких альтернативных источников углеводородного сырья являются нефтебитуминозные породы и природные битумы.

В настоящее время Казахстан обладая огромными природными запасами минерального и углеводородного сырья, разбросанными на громадной площади, экономика республики находится в очень большой зависимости от наличия и состояния, автомобильных дорог. Республика испытывает постоянную потребность в дорожных и строительных битумах. Вследствие дефицита дорожных битумов и, как следствие, недостаточной обеспеченности нормальной дорожной сетью промышленные и сельскохозяйственные предприятия несут потери, составляющие миллиарды тенге. Между тем в республике есть необходимое сырье для производства дорожно-строительных материалов как в части минеральной составляющей, так и основного компонента вяжущего материала, каковым является нефтебитуминозные породы, природный битумы и остатков углепереработки. Природные нефтебитуминозные породы, значительная доля которых сосредоточены преимущественно в Западном Казахстане и в юго-восточной и южной частях прикаспийской впадины по качеству соответствуют всем требованиям на дорожно-строительные материалы.

На сегодняшний день разведанные запасы нефтебитуминозных пород и природных битумов могут обеспечить нужды всех регионов республики в создании дешевых и качественных покрытий. В связи с вышеизложенным, необходимо создание инновационного кластера дорожно-строительных материалов, покрытий из отечественного сырья и наряду с этим обеспечивать всю дорожную инфраструктуру, имеющую важное стратегическое и экономическое значение .

Органическая часть нефтебитуминозных пород и угля может служить альтернативным перспективным источником углеводородного сырья для 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.

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 - поддействием 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.

Основным исходным сырьем служили тяжелые остатки углепереработки, нефтепереработки и нефтебитуминозных пород. Физико-химические характеристики сырья и активирующей добавки - смолы пиролиза свидетельствуют, 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 технологической активирующей добавки смолы пиролиза и изменением скорости нагрева сырья. Оптимальную концентрацию добавки смолы пиролиза в нефтебитуминозной дисперсной системе определяли по экстремальным изменениям размеров сложных структурных единиц и физико-химических свойств. 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, равновесной температуры, электропроводимости или других показателей дисперсной системы при введении технологических активирующих добавок.

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 была взята 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.

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. Эволюция метода подготовки и переработки альтернативных источников углеводородного сырья, таким образом, связана, прежде всего, с расширением сырьевой базы, ужесточением требований к качеству сырья и получаемых из него продуктов, совершенствованием технологий , который позволяет расширить гамма альтернативных источников углеводородных сырьевых ресурсов для производства товарных битумов.

Литература

1.Гун Р. Б. Нефтяные битумы. М., Химия,1973. - 429 с.

2.Абрамзон А. А., Бочаров В. В., Паевой Г. М. и др. Поверхностно-активные ве¬щества. Справочник. П., Химия, 1979. -367 с.

3.Капустин В.М.,Танашев С.Т.,Омаралиев Т.О.Каталитический крекинг вакуумного газойля в присутствии смолы пиролиза. // Нефтехимия,Москва, 1988. №2. -С. 218-227.