Комплексная утилизация кислых гудронов – крупнотоннажного отхода процесса получения нефтяных масел - Автореферат

В настоящее время - крупнотоннажные экологически опасные отходы, образующиеся на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности в процессах очистки медицинских, косметических, парфюмерных, нефтяных масел, парафинов и высококачественных видов моторного топлива с использованием серной кислоты, так называемые кислые гудроны, сливаются и хранятся в специальных прудах - земляных амбарах искусственного происхождения на открытом воздухе. По статистическим данным на 2007 г. общее количество кислых гудронов в прудах по России и СНГ составляет около 1,5 млн. т., при этом ежегодный прирост составляет приблизительно 150 тыс. т., в том числе по некоторым городам: Ярославль - 5,2 тыс. т/год, Баку - 15,6 тыс. т/год, Самара - 8,5 тыс. т/год, Омск - 9 тыс. т/год, Дрогобыч - 0,8 тыс. т/год, Ново-Уфимск - 14 тыс. т/год, Ново-Полоцк - 5 тыс. т/год, Н. В настоящее время накоплен значительный материал о способах утилизации кислых гудронов, а вопросам повышения эффективности переработки данных отходов посвящены многочисленные исследования отечественных и зарубежных авторов в самых различных направлениях. Существует метод двухстадийного коксования данного отхода с жидким органическим теплоносителем, а также процессы низкотемпературного восстановления кислого гудрона углеводородными остатками переработки нефти, кубовыми остатками перегонки синтетических жирных кислот, сосновой смолой. Итак, до настоящего времени не предложен эффективный комплексный способ переработки кислых гудронов в конкретные товарные продукты, хотя по нашему мнению кислые гудроны являются ценными вторичными материальными ресурсами, которые могут быть переработаны в битумные материалы различного назначения.Полученный БМ из КГ соответствует структуре - гель и подобен дисперсным системам (повышенное содержание асфальтенов (более 25%) и меньшее количество смол до 19%), структура этого типа характеризуется образованием коагуляционной сетки - каркаса, состоящей из высокомолекулярной части асфальтенов (макромолекул массой более 1000) или их ассоциатов (мицелл), находящихся в среде (растворе) масел (молекулярной массы 300-500) с уменьшенным содержанием смол (молекулярной массы 500-1000) (рис.4б). Соотношение интенсивностей сигналов на данных полосах в КГ и БМ на его основе составляет 0,43 и 0,5 отн. ед., т.е. в процессе э/х окисления КГ возросло содержание ароматических структур. Изучена кинетика изменения температуры размягчения БМ (рис.6), размера частиц дисперсной фазы (асфальтенов), фактора устойчивости системы от температуры и времени э/х окисления. Характер изменения среднего размера частиц дисперсной фазы КГ в процессе окисления (рис.7а) и фактора устойчивости (рис.7б) позволяет условно процесс э/х окисления разделить на три области: - накопление реакционноспособных радикалов - преобладание реакций дегидрирования, размер частиц дисперсной фазы и фактор устойчивости снижается; Установлено, что в начале процесса э/х окисления происходит резкое снижение фактора устойчивости (рис.7б), т.е. протекают интенсивно химические реакции с образованием неустойчивых структур, как по составу, так и по размерам частиц дисперсной фазы.На основе системного подхода к изучению проблемы утилизации кислого гудрона, механизмов взаимодействия и превращения углеводородных составляющих данного отхода, теоретического обобщения и опытно-промышленных и промышленных испытаний решена проблема, имеющая важное социальное и хозяйственное значение - разработаны две технологии утилизации крупнотоннажного отхода нефтеперерабатывающей промышленности, обеспечивающие охрану окружающей среды, ресурсосбережение и сохранение здоровья населения. Для решения задач исследования впервые разработана классификация кислого гудрона, учитывающая сроки хранения, кислотное число и электропроводность сырья и позволяющая обосновать различные технологии переработки кислого гудрона. Теоретически доказано, что выделение атомарного кислорода при электрохимическом способе переработки кислого гудрона резко снижает необходимую температуру и время окисления по сравнению с серийным высокотемпературным воздействием при подаче атмосферного воздуха. Создана и защищена патентами РФ соответствующая технология утилизации кислого гудрона, позволяющая существенно поднять эффективность процесса получения битумных материалов из кислого гудрона, сократить затраты на процесс, а также значительно улучшить качество получаемых материалов. Впервые экспериментально исследовано применение ряда модифицирующих добавок при получении битумных материалов из кислого гудрона, позволяющее существенно поднять эффективность использования вторичных материальных ресурсов и обеспечить соответствие показателей качества битумных материалов из кислого гудрона требованиям нормативных документов.

Краткое содержание работы.

На основе системного подхода к изучению проблемы утилизации кислого гудрона, механизмов взаимодействия и превращения углеводородных составляющих данного отхода, теоретического обобщения и опытно-промышленных и промышленных испытаний решена проблема, имеющая важное социальное и хозяйственное значение - разработаны две технологии утилизации крупнотоннажного отхода нефтеперерабатывающей промышленности, обеспечивающие охрану окружающей среды, ресурсосбережение и сохранение здоровья населения.

1. Для решения задач исследования впервые разработана классификация кислого гудрона, учитывающая сроки хранения, кислотное число и электропроводность сырья и позволяющая обосновать различные технологии переработки кислого гудрона.

2. Впервые представлены теоретические положения электрохимического окисления кислого гудрона. Теоретически доказано, что выделение атомарного кислорода при электрохимическом способе переработки кислого гудрона резко снижает необходимую температуру и время окисления по сравнению с серийным высокотемпературным воздействием при подаче атмосферного воздуха. Протекающие электрохимические процессы способствуют защелачиванию реакционной массы, сульфированию углеводородов, в связи с чем не требуется применение нейтрализующего агента, что существенно повышает эластические свойства битумных материалов.

Создана и защищена патентами РФ соответствующая технология утилизации кислого гудрона, позволяющая существенно поднять эффективность процесса получения битумных материалов из кислого гудрона, сократить затраты на процесс, а также значительно улучшить качество получаемых материалов.

3. Впервые получен из отходов регенерации щелочных электролитов и железооксидных отходов металлургических производств и предложен в качестве катализатора окисления кислого гудрона электрохимическим способом гексаферрит бария, способствующий интесифицированию процесс окисления и получению битумного материала, обеспечивающего защитные функции от электромагнитных излучений.

4. Впервые экспериментально исследовано применение ряда модифицирующих добавок при получении битумных материалов из кислого гудрона, позволяющее существенно поднять эффективность использования вторичных материальных ресурсов и обеспечить соответствие показателей качества битумных материалов из кислого гудрона требованиям нормативных документов. Установлено, что увеличение электропроводящих свойств сырья за счет введения технического углерода (до 1% масс) позволяет целенаправленно регулировать структуру и свойства получаемых материалов. Определены кинетические характеристики процесса образования данных композитов. Предложены и запатентованы способы получения битумных материалов с этими добавками.

5. Разработаны и верифицированы регрессионные математические модели получения битумных материалов из кислого гудрона при использовании модифицирующих добавок с учетом особенностей процесса электрохимического окисления. Математические модели позволяют предсказать характер изменения основных параметров процесса- температуры размягчения, глубины проникания иглы и растяжимости от времени процесса, температуры и количества модифицирующей добавки. Установлена удовлетворительная сходимость расчетных и экспериментальных данных (свыше 90 %).

6. Представлены теоретические положения и результаты экспериментальных исследований, полученные в результате разработки способа термоокисления кислого гудрона в битумный материал, с принципиальным изменением процесса предварительной нейтрализации КГ за счет использования электромагнитных аппаратов, позволяющих уменьшить дозировки нейтрализующих агентов или полностью от них отказаться, что в конечном итоге значительно улучшает эластические характеристики получаемых битумных материалов.

7. Теоретически обоснованы и опробованы в опытно-промышленных условиях различные технологии утилизации кислого гудрона. Полученные партии БМ использованы в различных направлениях с положительным эффектом. Для проектирования промышленных установок по электрохимическому и усовершенствованному термоокислительному способу переработки кислого гудрона разработаны технологический регламент, технические условия, бизнес-планы, получены санитарно- эпидемиологические заключения на технологию и битумный материал из кислого гудрона. Предложено аппаратурное оснащение процессов. Расчетный суммарный эколого- экономический эффект от предотвращения воздействия прудов- накопителей кислого гудрона составил 14 413 975,65 руб.

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

2. Филиппова, О. П. Битумное вяжущее на основе кислого гудрона / О. П.Филиппова, В. М. Макаров // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология». - 2002. - Т. 45, вып. 7.- С. 97-99.

3. Филиппова, О. П. Модификация битумных вяжущих на основе отхода, образующегося при получении белых масел, добавками серы / О. П. Филиппова // Известия ТУЛГУ. Серия «Экология и рациональное природопользование». - Тула : Изд-во ТУЛГУ, 2006. - Вып. 1. - С. 39-43.

4. Филиппова, О. П. Получение битумного вяжущего на основе отхода сернокислотной очистки белых масел, модифицированного ПЭТФ / О. П. Филиппова // Известия ТУЛГУ. Серия «Экология и рациональное природопользование».- Тула : Изд-во ТУЛГУ, 2006. - Вып. 1. - С. 43-48.

5. Филиппова, О. П. Получение кровельного битума из кислого гудрона на опытной установке / О. П. Филиппова, Н. С. Яманина, В. М. Макаров // Известия ТУЛГУ. Серия «Экология и рациональное природопользование». - Тула : Изд-во ТУЛГУ, 2004. - Вып. 1. - С. 103-105.

6. Филиппова, О. П. Разработка технологии утилизации нефте- и маслошламов / О. П. Филиппова, Н. С. Яманина, В. М. Макаров // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и хим. технология». - 2002. - Т. 45, вып. 7. - С.52-56.

7. Филиппова, О. П. Комплексная утилизация нефтемаслошламов - крупнотоннажных отходов нефтехимии и нефтепереработки / О. П. Филиппова, Н. С. Яманина, В. М. Макаров // Известия ТУЛГУ. Серия «Экология и рациональное природопользование». - Тула : Изд-во ТУЛГУ, 2004. - С. 105-107.

8. Филиппова, О. П. Способ утилизации кислого гудрона, с использованием отхода машиностроительных производств / О. П. Филиппова, В. М. Макаров, Н. С. Яманина // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология». - 2002. - Т. 45, вып. 4. - С. 72-73.

9. Филиппова, О. П. Исследование защитных свойств битума из кислого гудрона с различным содержанием гексаферрита бария от электромагнитного излучения. / О. П. Филиппова, В. М. Макаров, В. А. Любичев, В. В. Макарьин // Известия ТУЛГУ. Серия «Экология и рациональное природопользование». - Тула : Изд-во Тул.ГУ, 2006. - Вып. 1. - С. 28-33.

10. Филиппова, О. П. Битумное вяжущее на основе кислого гудрона / О.П.Филиппова, В. М. Макаров // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология». - 2002. - Т. 45, вып. 7. - С. 97-99.

11. Филиппова, О. П. Кислые гудроны - источник сырья для производства кровельных и строительных материалов / О. П. Филиппова, В. М. Макаров // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология». - 2002. - Т. 45, вып. 7. - С. 69-72.

12. Филиппова, О. П. Математическое моделирование рецептуры битумного вяжущего на основе кислого гудрона, модифицированного элементарной серой / О. П. Филиппова, О. Ю. Соловьева, Т. Н. Несиоловская., А. М. Тюрк // Известия ТУЛГУ. Серия «Экология и рациональное природопользование» - Тула : Изд-во ТУЛГУ., 2006. - Вып. 2. - С. 151-160.

13. Филиппова, О. П Трехфакторное планирование способа получения битумного вяжущего на основе кислого гудрона, модифицированного полиэтилентерефталатом / О. П. Филиппова, О. Ю. Соловьева, Т. Н. Несиоловская, А. М. Тюрк. // Известия ТУЛГУ. Серия «Экология и рациональное природопользование» - Тула : Изд-во ТУЛГУ, 2006. - Вып. 2. - С. 237-247.

14. Филиппова, О. П. Исследование свойств вяжущих материалов на основе кислого гудрона, с использованием жидких полимерсодержащих отходов / О. П. Филиппова, В. М. Макаров, Е. Л. Белороссов, Е. А. Фролова // Известия ТУЛГУ Серия «Экология и рациональное природопользование». - Тула : Изд-во ТУЛГУ, 2006. - Вып. 2. - С. 44-48.

15. Филиппова, О. П. Изучение структуры и свойств битумных материалов из кислого гудрона / О. П. Филиппова // Известия ТУЛГУ Серия «Экология и рациональное природопользование». - Тула : Изд-во ТУЛГУ, 2006. - Вып. 2. - С. 48-51.

16. Филиппова, О. П. Исследование возможности применения продуктов переработки вторичных резин и резино-кордных отходов в составе битумполимерных вяжущих на основе кислого гудрона / О. П. Филиппова, О. Ю. Соловьева, Т. Н. Несиоловская, А. М. Тюрк // Известия ТУЛГУ Серия «Экология и рациональное природопользование». - Тула : Изд-во ТУЛГУ, 2006. - Вып. 2. - С. 54-60.

17. Филиппова, О. П. Применение битумполимерных вяжущих на основе кислого гудрона в составе резиновых смесей / О. П. Филиппова, О. Ю. Соловьева, Т. Н. Несиоловская, А. М. Тюрк // Известия ТУЛГУ. Серия «Экология и рациональное природопользование» - Тула : Изд-во ТУЛГУ, 2006. - Вып. 2. - С. 60-65.

Размещено на .ru