Экология/2.Экологические и метеорологические проб­лемы  больших городов и промышленных зон.

Д.т.н. Удербаев С.С., Акмурзаева А.Б.

Кызылординский Государственный университет им. Коркыт Ата, Казахстан

Исследование путей утилизации асфальтосмолистопарафиновых отложений месторождений Кызылординской области в производстве строительных материалов

 

В настоящее время общем балансе добычи нефти значительное место занимают высоковязкие и парафинистые нефти, доля которых неуклонно возрастает. Одной из проблем месторождений Кызылординской области, осложняющих добычу нефти, является образование асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО) на скважинной арматуре.

Накопление отложений в проточной части нефтепромыслового оборудования и на внутренней поверхности труб приводит к снижению производительности системы, сокращению межремонтного периода работы скважины и снижению эффективности работы насосных установок.
Наиболее интенсивно отложение асфальто-смоло-парафинов происходит на внутренней поверхности подъемных труб скважины. Подобные осложнения присущи практически всему нефтедобывающему комплексу с некоторыми особенностями по преобладающему содержанию асфальто-смоло-парафинов на каждом месторождении. 

Решение проблемы асфальто-смоло-парафиновых отложений предусматривают работы по их предупреждению и удалению. Без знаний о составе и основных свойствах АСПО, основного объекта исследований, не может вестись работа по предотвращению отложений на нефтепромысловом оборудовании.

АСПО — природный композитный материал, состоящий из 10-15 органо-минеральных веществ и соединений. Отложения представляют собой, как правило, мазеподобную суспензию или эмульсию с высокой адгезией к различным поверхностям. Отложения на поверхности нефтепромыслового оборудования в основном формируются органическими и неорганическими веществами. Из органических веществ в составе отложений АСПО имеются: высокомолекулярные парафины – 20-60%; селикагелевые смолы -    10-25%; асфальтены - до 5%; связанная нефть; оклюдированный газ. В состав отложений входят и неорганические вещества : механические примеси до      15 %; соли; вода 4- 49%.

Парафины, в основном представлены углеводородами с числом атомов углерода в молекуле от 22 до 28. Молекулы н-алканов при охлаждении формируют кристаллы. В кристалле они имеют форму плоских зигзагообразных цепей высокомолекулярных н-алканов, параллельных между собой. Средняя температура плавления нефтяных парафинов на подавляющем большинстве залежей находится в пределах от 47—610 С. В широком диапазоне содержания парафинов средняя температура плавления изменяется мало и составляет 520С. Отклонение от среднего значения сравнительно небольшое ( ±1,3...2,8° С). Это указывает на то, что состав нефтяных парафинов в подавляющем большинстве залежей оказывается практически одинаков и мало зависит от содержания парафинов в нефти.

Нефтесодержащие осадки некоторых промышленных предприятий могут быть успешно использованы при производстве строительных материалов. Нефтеотходы (отработанные масла) широко применяют в производстве керамзита - легкого гранулированного материала с пористой ячеистой структурой, получаемого обжигом легкоплавких глинистых пород до их вспучивания при температуре 1100--1200°С.

Неутилизируемые нефтеотходы могут успешно использоваться в дорожном строительстве, в котором требуется применение большого количества органических материалов. Так, для строительства дорог с асфальтобетонным покрытием требуется затратить 50—200 т битума на 1 км (в зависимости от категории дороги). Проведение ремонтно-эксплутационных работ также требует значительного расхода органических вяжущих, так как для капитального ремонта асфальтобетонного покрытия их необходимо не менее 70 т/км. Расчеты показывают, что затрата 50 т битума с целью перевода 1 км дороги с гравийным покрытием в более высокую категорию путем устройства облегченного покрытия обеспечивает за срок службы этого покрытия экономию 150—200 т нефтепродуктов.

Наиболее часто нефтешламы применяются для изготовления гидроизоляционных материалов в качестве органического вяжущего. Традиционно используемые в качестве гидрофобных компонентов гидроизолированных материалов битум [1] или нефть [2] являются целевыми товарными продуктами. Поэтому современные исследования и разработки составов и технологий производства гидроизолированных материалов направлены на замену дорогостоящих и дефицитных товарных продуктов нефтеотходами. Например, известен способ получения битумов на основе нефтяных отходов [3]. Использование нефтеотходов позволяет не только сократить расход битума или нефти, но и получить материалы, обладающие высокими физико-механическими свойствами. В частности, с использованием нефтешлама изготавливается гидроизолированный материал для мягких кровель и подвальных помещений или фундаментов. Материал готовят из смеси нефтешлама и наполнителя (глина или керамзитовая пыль) при рН 7,0-7,5 путем ее нагрева до 60-90°С, перемешивая в течение 20-30 минут и охлаждения до комнатной температуры. Полученный материал обладает высокими качественными характеристиками.

Известна композиция для кровельных и гидроизоляционных мастик, мас.%: отходы вторичного полиэтилена - 5-12, наполнитель – 20-25, нефтяной шлам от регенерации отработанных масел – 30-50, битум неокисленный – остальное. Использование нефтешлама в данной композиции позволяет на 25-33% снизить расход дефицитного битума при обеспечении высоких показателей физико-механических свойств [4].

Предлагается использовать нефтешлам нефтеперерабатывающих предприятий без предварительной подготовки в качестве влагоизолирующего состава.

Разработан способ  обезвреживания нефтеотходов, позволяющий получать продукты в форме блоков, плит, листов с последующим их испльзованием как конструктивных элементов при строительстве и гидроизоляции полигонов для утилизации нефтяных и бытовых отходов [6]. Способ заключается во введении в отходы золы уноса 10%-ной водной эмульсии гидрофобозирующей жидкости 136-41, цемента, нефтесодержащих отходов и воды. При этом количество нефтеотходов в составе достигает 20,8-41,6 мас.%.

Нефтешлам используют не только для изготовления гидроизоляционных материалов, его вводят в состав сырьевой шихты для производства легкого заполнителя с насыпной плотностью 366-390 кг/м3 и прочностью 1,24-1,3 МПа. Шихты содержит глину 50-80 % и нефтешлам 20-50 %; нефтешлам имеет следующий состав, мас.%: минеральная часть – 55-65, оргаическая часть – 20-25, вода – остальное [7].

Нефтешлам может быть использован также для получения керамзита [8, 9]. Для снижения объемной плотности глин и их вспучивания при производстве керамзита применяют различные органические добавки. На ПО «Салаватнефтеоргсинтез» в качестве такой добавки апробирована твердая фаза центрифугирования нефтешлама [10].

Для повышения механической прочности, морозостойкости и открытой пористости кирпича рекомендуется в сырьевую смесь на основе глины вводить 13-15% выгорающей добавки, в качестве которой используется смесь из древесных опилок и нефтешлама при их соотношении 1:3,5 и влажности нефтешлама 3-10% [13].

Нефтешлам можно также применять для производства теплоизоляционного материала, состоящего из высокотемпературного волокна, огнеупорной глины и полиакриламида. Нефтешлам может быть использован в составе шихты для производства фасадной плитки, а также в качестве выгорающей добавки при изготовлении кирпича. Применение нефтешлама при изготовлении минераловатных плит позволяет обеспечить гидрофобность изделий и снижение их обьемной массы [12].

Разработана технология использования вторичных нефтешламов, полученных в результате переработки нефтеотходов на установке «Альфа-Лаваль», в качестве наполнителя и мягчителя резиновых смесей на основе каучуков СКИ-3 и СКД. Замена в составе смеси 5-10 массовых частей технического углерода П-324 на 5-10 массовых частей нефтешлама позволла увеличить пластичность, прочность при растяжении, относительное удлинение  при разрыае по сравнению с контрольной пробой. Производственные испытания опытной резины, полученной с использованием нефтешлама, показали соответствие ее характеристик требованиям нормативной документации [11]. Возможность использования органической части нефтешлама, освобожденной от крупных частиц механических примесей, в резиновой смеси расмотрена в работе [15].

Обобщая литературный обзор выполненных работ ставиться задача утилизации асфальтосмолистопарафиновых отложений в производстве эффективных видов строительных материалов. При этом особое внимание будет уделяться на максимальное использование отходов и получение строительных материалов различных разновидностей с улучшенными свойствами.

 

Литература:

 

1.     А.с. 1715757 СССР, МКИ СО4В 26/26. Битумно-каучуковая мастика. 03.07.1989.

2.     А.с. 1705258 СССР, МКИ СО4В 26/26. Битумный шлам. 08.02.1990.

3.     Печеный Б.П. Поучение битумов на основе нефтеотходов /Б.П. Печеный,                А.М. Соловьев и др.// Химия и технология получения топлив и масел. – 1987. - №11. -С.45-47.

4.     Пат. 2058348 РФ, МКИ С08L 95/00, СО8К 7/00, 11/00. Композиция для кровельных и гидроизоляционных мастик и листовых рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов. 20.04.1996.

5.     Заявка на изобретение 98105206 РФ, МКИ СО4В 33/30. Влагоизолирующий состав. 27.12.1999.

6.      Пат. 2126773 РФ, МКИ СО2F 11/00. Способ обезвреживания нефтесодержащих оходов. 27.02.1999.

7.     Пат. 2049750 РФ, МКИ СЩ4В 14/12. Сырьевая смесь для производства легкого заполнителя 10.12.1995.

8.     Сафонов В.С. Разработка основ комплексного использования отходов нефтепереработки и нефтехимий в производстве керамзита/ В.С. Сафонов, И.С. Чернышева, Е.К. Цирулина и др// Химическая промышленность.-1994.-Вып.7 .- С. 444-448.

9.     Варфоломеев Д.Ф. Использование застаревших нефтешламов в качестве керамзита/ Д.Ф. Варфоломеев, Р.Н. Гимаева, П.П. Ольхов и др// Нефтепереработка и нефтехимия.-1988.-Вып.1.-С.-7-9.

10. Долгов М.И. Пути квалифицированного использования нефтешлама на ПО «Салаватнефтеоргсинтез»/ М.И. Долгов, З.В. Смирнова, Т.А. Богданов // Нефтепереработка и нефтехимия. – М.: ЦНИИТ нефтехимия, 1989.-Вып.12-С.8-13.

11. Яманина Н.С. Утилизация отходов машиностроительных и нефтеперерабатывающих предприятий/ Н.С. Яманина, Е.А. Фролова, О.П. Филиппова и др.// Экология и промышленность России.-2001.-№ 10-С.13-15

12.  Пат. 2112758 РФ, МКИ СО4В 14/12. Способ получения керамзита 10.06.1998.

13. Пат. 2114086 РФ, МКИ СО4В 33/00. Сырьевая смесь для изготовления кирпича. 27.06.1998.    

14. Минигазимов Н.С. Утилизация и обезвреживание нефтесодержащих отходов / Н.С. Минигазимов, В.А. Расветалов, Х.Н, Зайнуллин.-Уфа: Экология, 1999.-299с.

  1.  А.с. 1451147 СССР, МКИ СО8L 9/00, СО8К 13/02. Резиновая смесь. 15.01.1989.