ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ. Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий.

Есиркепова М.М.

Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауезова, Казахстан

Подготовка высоковязких нефтей, природных нефтебитумов и кир

Битумами называются различного рода смолы, а битуминозными — вещества, эти смолы содержащие. К ним принадежат как природные битуминозные вещества — асфальты, так и искусственные — пеки и смолы. Из них асфальты применялись в строительной технике в качестве вяжущих матерьялов еще в древности, за несколько тысяч лет до начала нашей эры; пеки и смолы служили чаще в качестве матерьялов для обмазки, для различного рода изоляционных слоев, выделки лаков и т. п., а также для фальсификации природных асфальтов, и лишь в последнее время приобрели самостоятельное значение, как вяжущие вещества при постройке и содержании шоссейных дорог. Большинство из них при нагревании (а некоторые и при обыкновенной температуре) издают характерный запах, вследствие присутствия летучих при данной температуре составных частей. Цвет их чаще всего темный — черный или темно-коричневый. По составу битумы представляют смеси различных углеводородов, содержат также в небольших количествах кислород, азот, иногда серу; в большинстве присутствуют минеральные примеси.

В условиях постоянного роста цен на сырую нефть и дефицита промышленных нефтебитумов соответственно остро встает вопрос об использовании в дорожном строительстве природных заменителей нефтебитума. Одним из вариантов способа удешевления стоимости дорожного покрытия и уменьшения зависимости от колебаний мировых цен на нефтепродукты и энергоресурсы, является использование киров. Киры - представляют собой битумосодержащую породу, состоящую из природного битума и песчаного грунта, в составе асфальтобетонных смесей используется без дополнительной переработки. Позволяют полностью или частично исключить использование нефтяных битумов, экономят минеральные материалы, удлиняют срок службы покрытий. Применяются на автодорогах II-IV технических категорий в IV, V дорожно-климатических зонах при строительстве дорожной одежды.

На практике к кирам достаточно добавить щебень, минеральный порошок, используя асфальтобетонный смеситель, получают готовый к использованию асфальт.

Месторождение битумосодержащих пород «Мунайлы-Мола».

Срок недропользования до декабря 2027 года. Содержание битума в НБП (кирах) месторождения колеблется от 5,7 до 94,6%, составляя в среднем по месторождению - 26,1%

На основании данных, полученных в процессе детальной разведки, балансовые запасы нефтебитуминозных пород месторождения по категориям С1 составляют 5 506 тыс. тонн, по категории С2 - 66 тыс. тонн (в сумме 5 572 тыс. тонн). Забалансовые запасы - 341 тыс. тонн, Среднегодовая добыча составляет 260 тыс. тонн [1].

Месторождение битумосодержащих пород Иманкара. Срок недропользования до декабря 2017 года.

Содержание битума в НБП (кирах) месторождения колеблется от 4,9 до 92,1%, составляя в среднем по месторождению - 23,6%

На основании данных, полученных в процессе детальной разведки, балансовые запасы нефтебитуминозных пород месторождения классифицированы по категории С1 и составляют 1 689 тыс. тонн, забалансовые по категории С1 и С2 в количестве 790545 тонн и 421 475 тонн соответственно. Среднегодовая добыча составляет 112,6 тыс. тонн в год.

В общей сложности запасы двух месторождений составляют 7 - 7,5 миллионов тонн.

Оба месторождения находятся в 56 километрах от районного центра г.Кульсары и в 52 км на юго-восток от железнодорожной ст. Жантерек и 20С км на восток от г. Атырау.

Доступ к месторождениям возможен по сети автомобильных дорог, пригодных для движения в любое время года.

В 2006-2007 гг. будет строиться автомобильная трасса «Атырау Актау», которая потребует огромного количества асфальта и битума. Как известно цена уложенного асфальта в виде дороги вырастает в несколько раз.

В последнее время в технологии обезвоживания и обессоливали нефти появилась новая проблема, связанная с расширением добычи тяжелых, высоковязких нефтей (ВВН), а в перспективе - природных нефтебитумов (ПНБ) и озокеритов (О).

К высоковязким относят нефти плотностью 0,92 - 0,99 г/см3, вязкостью до 1000 Па • с при 20 °С.

Природные нефтебитумы - это органическая масса нефтебитуминозных пород (песчаников, известняков) плотностью около единицы и выше и вязкостью до 5000 Па • с.

Озокериты природные твердые углеводороды, преимущественно парафинового основания.

Как ВВН, О так и ПНБ характеризуются высоким содержанием смол и асфальтенов (в сумме до 40% масс.), серы (до 5% масс.), азота (до 1,0%) и металлов (до 1500 мг/кг).

Добывают ВВН главным образом термическим воздействием на пласт - внутрипластовым горением или закачкой высокотемпературного водяного пара. Для извлечения ПНБ из пород используют следующие методы: вытеснительный, путем внутри пластового горения, и экстракционный, когда породу добывают, дробят и обрабатывают горячей водой или органическими растворителями, извлекающими органическое вещество. Этот же метод применяют для извлечения О.

В нашей стране используют метод внутрипластового горения. Добыча шахтным или карьерным способом и подготовка к переработке ПНБ и О используется главным образом в Канаде.

Для этого извлеченную из недр нефтебитуминозную и озокеритовую породу транспортируют самосвалами или по конвейеру к месту ее дробления и измельчения. Породу, содержащую ПНБ, измельчают в дробилках, а затем в мельницах, причем проведение этой операции зависит от того, в какой породе находятся ПНБ и О. Обычно они присутствуют в пористых породах песчаниках и известняках. Битум- и озокеритсодержащие пески по структуре рыхлые и непрочные и специального дробления не требуют. Песчаники и известняки обладают достаточно высокой твердостью, что затрудняет извлечение из них органически и поэтому их требуется дробить и тонко измельчать.

Далее отделяют органическое вещество от минеральной породы, совмещая этот технологический этап с измельчением или осуществляя его отдельно. Существует три способа отделения нефтебитума и озокерита от породы.

Первый, наиболее распространенный способ горячей отпарки щелочной водой, нагретой до 85 – 90ºС, во вращающихся барабанах с последующей экстракцией бензином. Извлечение битума и озокерита из породы в этом случае достигает 90% от его содержания в породе, но оно зависит от свойств последнего и при содержании органики в породе ниже 11% резко снижается. Существенный недостаток такого способа - большой расход воды и большое количество шлама, загрязненного органикой и щелочью. Шлам этот сбрасывается в специальные пруды-отстойники, существенно загрязняющие окружающую среду. Второй способ - прямая экстракция битума из измельченной породы органическими растворителями (бензин, керосин, хлоруглеводороды). Такой способ дает возможность извлечь всего от 60 до 80% органики из породы, сопряжен с большими потерями дорогого растворителя (со шламом), большими энергозатратами на регенерацию огромного количества растворителя (при кратности его подачи порядка 3-5), взрыво- и пожароопасностью. Во всех упомянутых случаях добычи ВВН или извлечения битума и озокерита из породы образуется очень стойкая эмульсия воды с органической массой за счет влаги, образующейся при горении в пласте, либо за счет экстрагирующей воды. Стойкость такой эмульсии определяется тем, что как ВВН, так и ПНБ и О богаты эмульгаторами, плотность их близка к плотности воды, а размеры частичек воды очень малы. Разделение этих эмульсий представляет сложную задачу и обычными технологическими приемами ЭЛОУ невозможно, даже при подаче деэмульгатора в 20 – 30 раз большей, чем для обычных нефтей. Для того чтобы обезводить и обессолить извлеченные этими методами ВВН или ПНБ и О, к ним до ЭЛОУ добавляют 10 - 15% легкого растворителя - керосина, который заметно снижает плотность и вязкость смеси и одновременно являясь неэлектролитным деэмульгатором, растворяет часть сольватных оболочек у глобул воды. В этом случае свойства эмульсии приближаются к свойствам обычной нефти и становится возможным отделение воды в 2 - 3 ступени по схеме обычной ЭЛОУ. Растворитель циркулирует в системе ЭЛОУ: она подается в поток нефти до ЭЛОУ вместе с деэмульгатором, а после ЭЛОУ отгоняется от нефти и возвратится на вход в ЭЛОУ.

Литература

1.Алемасов В.Е. Комплексное освоение природных битумов и высоковязких нефтей. Казань: 1992.

2.Якуцени В.П., Петрова Ю.Э., Суханов А.А. Динамика доли относительного содержания трудноизвлекаемых запасов нефти в общем балансе // Нефтегазовая технология. Теория и практика. 2007, №2.

3.Колпаков В.В., Мешеряков С.В. Месторождение киров на Мангышлаке // Труды Института геологии и географии АН Каз.ССР, 1963, т.1. С. 16-24

4.Елькин В.Н., Стрельникова В.Я., Кручинина А.Д. Изучение свойств битумосодержащих пород месторождений западного Казахстана // Автомобильные дороги, 1983, №3, С. 9-14

5.Муфтахов Е.М. Реологические свойства нефтей и нефтепродуктов, 2001, 80 с.

6.Пузин Ю.И. Химия нефти и газа, 2004, 132 с.