Трансформация нефтесодержащих отходов при экстремальных наноимпульсных комбинированных гидроакустических и электровоздействиях

     В статье рассмотрены процессы трансформации тяжелых нефтяных остатков в смеси с мазутом, нефтешламов и кислого гудрона при воздействии электрогидроудара. Приведены результаты экспериментов с процессами трансформации нефтесодержащих отходов при воздействии электрогидроудара.

УДК 504.6:62/69

© 2012 г., кандидат технических наук, старший научный  сотрудник, эксперт международной ассоциации СОВАСК В.В. Олискевич, кандидат химических наук П.Г.Никоноров,  Н.М.Талаловская, И.М.Морозов, Л.И.Руцкая, Н.М.Коршунова, Т.Ю.Буланова, Е.В.Шевейко

Ключевые слова: процессы, трансформация, тяжелые нефтяные остатки в смеси с мазутом, нефтешламы, кислый гудрон, электрогидроудар.

Введение. В настоящее время практически все регионы России сталкиваются с проблемами обеспечения химической безопасности, которые в той или мере связаны с нефтесодержащими отходами. В стране накоплено значительное количество отходов нефти и нефтехимии, образующихся на предприятиях нефтегазового комплекса в процессе добычи, транспортировки и переработки  нефти и газа. Поэтому значительное внимание специалистов уделяется вопросам утилизации нефтесодержащих отходов и, в частности, созданию экологически безопасных и безотходных технологий переработки нефтесодержащих отходов с получением нефтепродуктов и других товарных продуктов, в том числе природоохранного назначения.

     Известно, что экстремальные наноимпульсные комбинированные гидроакустические и электровоздействия оказывают значительные эффекты на процесс переработки нефтесодержащих отходов. Это обусловлено воздействием их составляющих, таких, как высокие и сверхвысокие импульсные гидравлические давления, импульсные перемещения объёмов жидкости, кавитационные процессы, ультразвуковые излучения, электромагнитные поля, световые, тепловые, ультрафиолетовые, рентгеновские излучения, многократная ионизация соединений элементов.

Целью работы являлось  изучение процессов трансформации нефтесодержащих отходов при воздействии  электрогидроудара (ЭГУ). Нами проведены эксперименты с процессами трансформации таких испытуемых образцов нефтесодержащих отходов, как тяжелые нефтяные остатки в смеси с мазутом (ТНО), нефтешлам (НШ), кислый гудрон (КГ).

1. Процессы трансформации тяжелого нефтяного остатка в смеси с мазутом при воздействии ЭГУ. Процессы трансформации образца ТНО при воздействии ЭГУ изучали при следующих условиях проведения экспериментов. Навеску образца тяжёлых нефтяных остатков в смеси с мазутом массой 200 г помещали в кювету с каналом разряда и подводом углекислого газа установки ЭГУ и подвергали воздействию в соответствии с выбранным режимом:  напряжение 10, 20 кВ;    число импульсов 5, 10, 20, 40;   наличие или отсутствие барботажа углекислым газом;    наличие или отсутствие катализатора (цеолит NaY), навеска 20 г.

     Анализ полученных экспериментальных данных показал, что наиболее значимое воздействие ЭГУ на перерабатываемый образец ТНО происходит в случае получения образца ТНО15 при следующих условиях: рабочее напряжение 20 кВ, число импульсов 20, барботаж углекислым газом, наличие катализатора цеолита NaY (таблица 1).  

     При сопоставлении характеристик исходного (ТНО) и полученного в результате трансформации (ТНО 15) образцов можно сделать вывод, что воздействие ЭГУ привело к снижению содержания воды, хлористых солей и серы в полученном образце. Также отмечается понижение плотности образца.  Повышение содержания механических примесей следует отнести к не полному удалению остатков катализатора из образца.

Таблица 1 — Результаты проведения эксперимента трансформации ТНО

Наименование параметра	Предельное отклонение	Измеренные значения образцов
		ТНО	ТНО15	СН1	М1	СН2
Плотность, г/см3	0,0003	0,9663	0,9646	0,8550	0,9940	0,7698
Содержание воды,  масс %	0,1	18,1	15,7	отсут.	отсут.	отсут.
Содержание хлористых солей,  мг/дм3	27	323	295	—	—	—
Содержание механических примесей, масс %	0,02	0,18	0,79	отсут.	1,48	отсут.
Содержание серы,  масс %	0,01	0,71	0,69	0,69	0,74	0,68

     В дальнейшем провели наработку образца ТНО 15, который обезводили с помощью сульфата натрия безводного и использовали для  экспериментов по получению  товарных продуктов. При его перегонке получили 580 мл светлого нефтепродукта (СН1) и 593 г остатка — тёмного нефтепродукта (М 1). Результаты проведения исследовательских испытаний образца светлого нефтепродукта СН1 приведены в таблице 1.

            Анализ качественных и количественных характеристик образца СН1 показывает, что он может быть использован в качестве полупродукта для получения бензина и дизельного топлива, отвечающих требованиям международного экологического стандарта ISO14001. Без дополнительной переработки такой образец светлого нефтепродукта является товарным продуктом – печное топливо.

     Данные, представленные в таблице 1, свидетельствуют, что образец мазута (М1)  в целом соответствует ГОСТ 10585-99 – Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия. Однако в образце содержание механических примесей превышает норму (1.48 при норме не более 1,0). Полученный тёмный нефтепродукт М1 использовали для получения антикоррозионного состава АКС1. В качестве растворителя применили сольвент нефтяной по ГОСТ 10214-78. 

     С целью повышения качества антикоррозионного состава (АКС1), провели дополнительную подготовку образца М1. Для этого из него отогнали фракции, перегоняемые под вакуумом до 350 ^оС, получив состав Б1. Тёмный нефтепродукт  Б1 использовали для получения антикоррозионного состава АКС2.  В качестве растворителя применили сольвент нефтяной по ГОСТ 10214-78.  Антикоррозионный состав АКС 3 получили аналогично с АКС 2. Процесс дополнили фильтрованием на фильтре Шота пористостью 100 и отгонкой ¼ объёмной части растворителя.

     При проведении серии экспериментов по изучению воздействия ЭГУ  на тяжёлые нефтяные остатки в смеси с мазутом были собраны небольшие количества перегнанной фракции, которые объединили и осушили. При этом получили образец светлого нефтепродукта СН2.

     Анализ качественных и количественных характеристик образца СН2 (таблица 1)  показывает, что он представляет собой бензиновую фракцию и может быть переработан с получением высококачественного бензина, отвечающего требованиям международного экологического стандарта ISO14001.

2. Процессы трансформации нефтешлама при воздействии ЭГУ. Процессы трансформации образца нефтешлама (НШ) при воздействии ЭГУ изучали при следующих условиях проведения экспериментов. Навеску образца нефтешлама массой 200 г помещали в кювету с каналом разряда и подводом углекислого газа установки ЭГУ и подвергали воздействию в соответствии с выбранным режимом (см.выше).

     Анализ полученных экспериментальных данных показал, что наиболее значимое воздействие ЭГУ на перерабатываемый образец НШ происходит в случае получения образца НШ 12 при следующих условиях: рабочее напряжение 20 кВ, число импульсов 40, барботаж углекислым газом, отсутствие катализатора цеолита NaY (таблица 2).

     При сопоставлении характеристик исходного (НШ) и полученного в результате трансформации (НШ 12) образцов можно сделать вывод, что воздействие ЭГУ привело к снижению плотности, содержания воды и хлористых солей в полученном образце. Содержание механических примесей не перетерпело значительных изменений. Содержание серы в полученном  образце повысилось, что следует отнести к повышению содержания органической составляющей образца. 

     Для проведения дальнейших исследований, касающихся трансформации нефтешлама, провели наработку образца НШ 12. Затем оценили склонность образца НШ 12 к расслаиванию. Расслоившуюся водную и нефтяную фазу разделили декантацией. При этом получили 0,786 кг образца нефтешлама (НШ18) с пониженным содержанием воды. Качественные и количественные характеристики образца НШ 18 представлены в таблице 2.

Таблица 2 — Результаты проведения эксперимента трансформации НШ

Наименова- ние параметра	Предельное отклонение	Измеренные значения для образцов
		НШ	НШ 12	НШ 18	СН3
Плотность, г/см3	0,0003	0,9563	0,9471	0,9411	0,8563
Содержание воды, масс %	0,1	44,5	32,1	23,1	0,1
Содержание хлористых солей, мг/дм3	27	795	584	—	—
Содержание механических примесей, масс %	0,02	0,44	0,43	0,45	отсут.
Содержание серы, масс %	0,01	0,42	0,50	0,56	0,65

     Впоследствии провели наработку продукта НШ18 из нефтешлама при воздействии ЭГУ и отделении воды. Затем  НШ18 дополнительно обезводили с помощью сульфата натрия безводного и использовали  для проведения экспериментов по получению  товарных продуктов. Провели перегонку полученного продукта при температурах до 360 ^оС. При этом получили 532 мл светлого нефтепродукта (СН3) и 540 г остатка — тёмного нефтепродукта (М2). Результаты определения качества продукта СН3 представлены в таблице 2.

      При перегонке под вакуумом до 350 ^оС тёмного нефтепродукта М2, получен дистиллят (260 г) и битумный остаток (Б2). Выделенный дистиллят переработали с получением антисептического состава (АСС).

     Анализ качественных и количественных характеристик образца СН3  показывает, что он может быть использован в качестве полупродукта для получения бензина и дизельного топлива, отвечающих требованиям международного экологического стандарта ISO14001. Без дополнительной переработки такой образец светлого нефтепродукта является товарным продуктом – печное топливо.

3. Процессы трансформации кислого гудрона при воздействии ЭГУ. Процессы трансформации образца кислого гудрона при воздействии ЭГУ изучали при следующих условиях проведения экспериментов. Навеску образца кислого гудрона массой 100 г помещали в кювету с каналом разряда, добавляли 100 г 5%-ного водного раствора гидроксида натрия. Полученную систему подвергали воздействию ЭГУ в соответствии с выбранным режимом:  напряжение 10, 20 кВ;  число импульсов 5, 10, 20, 40.

     Анализ полученных экспериментальных данных (таблица 3) показал, что наиболее значимое воздействие ЭГУ на перерабатываемый образец КГ происходит в случае получения образцов КГ 7 и КГ 8 при следующих условиях: рабочее напряжение 20 кВ, число импульсов 20 (КГ7) или 40 (КГ8).

Таблица 3 — Результаты проведения эксперимента трансформации КГ

Наименование параметра	Предельное отклонение	Измеренные значения образца
		КГ	КГ7	КГ8
Плотность, г/см3	0,0003	1,0431	1,0769	1,0785
Содержание воды,  масс %	0,1	68,1	42,9	41,7
Содержание хлористых солей, мг/дм3	27	987	–	454
Содержание механических примесей, масс %	0,02	5,36	–	10,31

     Для образца КГ8 дополнительно определён параметр, позволяющий определить полноту нейтрализации кислого гудрона – общее щелочное число, которое составило  13,5 + 1 мг KOH / г.

     При проведении экспериментов с процессами трансформации кислого гудрона при воздействии ЭГУ, образец кислого гудрона переработан с получением нейтрализованного гудрона. Нейтрализованный гудрон может быть дополнительно обезвожен и применён в дорожном строительстве в качестве компонента асфальтового покрытия.

4. Испытания антисептического и антикоррозионных составов. Полученные в результате трансформации нефтесодержащих отходов при воздействии ЭГУ антикоррозионный и антисептический составы были детально исследованы. Образец антисептического состава АСС и образец антикоррозионного состава АКС 3 по своим качествам полностью отвечают нормативным требованиям. Их параметры качественного и количественного состава представлены в таблицах 4 и 5.

     Полученные результаты исследовательских испытаний образца антисептического и антикоррозионного составов использованы для составления Проекта Технических условий на новый антикоррозионный состав, Проекта паспорта безопасности химической продукции на новый антикоррозионный состав, Проекта Технических условий на новый антисептический состав, Проекта паспорта безопасности химической продукции на новый антисептический состав.

                             Таблица 4 – Результаты  испытаний  антисептического состава АСС

Наименование показателя	Требования к параметру		Измеренное значение
	Номинальное значение	Предельное отклонение
Массовая доля воды,  %	1.5	0.1	отсутствует
Массовая доля механических примесей,  %	1	0.02	отсутствует
Водородный показатель водной вытяжки, рН	от 6 до 8	–	6.8
Плотность,  г/см3	0.800-0.900	0.0003	0.862
Концентрация вредных веществ, выделяемых в атмосферу после полного высыхания, мг/м3	не должно превышать ПДК (300)	–	0.8
Коррозии чёрных и цветных металлов	не должны вызывать коррозию	–	не вызывают
Вымываемость антисептического состава,  мг/л	трудновымы-ваемый	–	1.8мг/л — трудновымы-ваемый
Агрегатное состояние	–	–	вязкая масса
Цвет	–	–	светло-коричневый
Запах	–	–	слабый запах нефтепродук-тов
Температура кипения, град	–	1	свыше 300
Температура вспышки, град	–	4	236
Растворимость (в конкретной среде)	–	–	не растворяется в воде

 

Таблица 5 – Результаты  испытаний антикоррозионного состава АКС3

Наименование показателя	Требования к параметру		Измеренное значение
	номинальное значение	предельное отклонение
Массовая доля воды, %	1.5	0.1	отсутствует
Массовая доля механических примесей, %	1	0.02	отсутствует
Водородный показатель водной вытяжки, рН	от 6 до 8	–	6.8
Плотность, г/см3	0.850-0.900	0.0003	0.891
Стойкость к статическому воздействию 3% раствора  NaCl при 20°	выдерживает  при 20°С  не менее 24ч	–	выдерживает  при 20°С  не менее 24ч
Отсутствие видимой коррозии под покрытием  после статического воздействия 3% раствора NaCl	выдерживает под покрытием при 20°С  не менее 24ч		коррозия не обнаружена
Водопоглощение, не более, %	5	10 от результата	3.2
Адгезия покрытия, не более, балл	1	–	1
Агрегатное состояние	—	—	однородная жидкость
цвет	—	—	чёрный
запах	—	—	характерный для нефтепродуктов
Начальная  температура кипения и температурный интервал кипения, град	—	1	134; 134-150
Температура вспышки, град	—	4	26
Температура самовоспламенения, град	—	4	553
Пределы взрываемости, %	—	—	1,3 – 8
Растворимость (в конкретной среде)	—	—	не растворяется в воде

Заключение.  Проведены эксперименты с процессами трансформации нефтесодержащих отходов при воздействии ЭГУ. Изучены процессы трансформации тяжёлых нефтяных остатков в смеси с мазутом, нефтешлама и кислого гудрона.

     Экстремальные наноимпульсные комбинированные гидроакустические и электровоздействия оказывают значительное влияние на трансформацию нефтесодержащих отходов и могут быть использованы для целей их переработки.

     В ходе проведения экспериментов с процессами трансформации нефтесодержащих отходов при воздействии ЭГУ были получены различные образцы тёмных и светлых нефтепродуктов, которые являются товарными продуктами или могут быть переработаны в товарные продукты, в том числе были получены антикоррозионные и антисептический составы.

     На основании полученных результатов исследовательских испытаний образца антисептического и антикоррозионного составов составлены Проект Технических условий на новый антикоррозионный состав, Проект Технических условий на новый антисептический состав, Проект паспорта безопасности химической продукции на новый антикоррозионный состав, Проект паспорта безопасности химической продукции на новый антисептический состав.

     Полученные при трансформации нефтесодержащих отходов при воздействии ЭГУ новые антисептический и антикоррозионный составы полностью отвечают нормативным требованиям.