+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype
ГлавнаяО ТБОЛитератураПроблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производстваПиролиз и газо-хроматографические исследования нефтебитуминозных пород Казахстана

Пиролиз и газо-хроматографические исследования нефтебитуминозных пород Казахстана

Введение. В настоящее время особенно острой становятся вопросы оздоровления экологической обстановки нефтедобывающих регионов, поскольку замазученные грунты, аварийные выбросы и разливы нефти, амбарная нефть, донные отложения, остающиеся после нефтедобычи, или отходы сточных вод занимают огромные площади и наносят вред окружающей среде, поскольку они не перерабатываются, и эта проблема становится все более угрожающей [1]. В Западном Казахстане имеются огромные запасы нефтебитуминозных пород (НБП) (950-1000 млн т.), содержащих в своем составе природный битум, которые могут найти применение в различных отраслях строительной индустрии и дорожного строительства в качестве вяжущей основы для производства облицовочных плиток, кирпичей, гидрофобных добавок, дорожных покрытий антикоррозионных, тепло- и гидроизоляционных мастик [1, 2]. Эти НБП также занимают большие площади.

Битумы находят широкое использование во многих отраслях народного хозяйства [1-8], что обусловлено их высокими технологическими, эксплуатационными и экономическими показателями, важнейшими из которых являются: возрастание пластичности при нагревании, быстрое увеличение вязкости при остывании, высокая адгезия к камню, дереву, металлам; гидрофобность; водонепроницаемость; стойкость против действия кислот, щелочей, агрессивных жидкостей и газов; электро- и звукоизолирующая способность; малая плотность; низкий коэффициент теплопроводности; погодостойкость и низкая стоимость.

В промышленности строительных материалов битумы широко используются для строительства и ремонта дорожных и аэродромных покрытий и оснований, полов промышленных зданий; стабилизации грунтов; защиты от коррозии металла и бетона; изготовления кровельных, гидро-, тепло- и пароизоляционных покрытий, материалов и изделий, защиты от радиоактивных излучений; в производстве лакокрасочных материалов [3-8].

Однако низкая устойчивость битума к резким температурным колебаниям ограничивает его широкое применение. Ранее термомеханическими исследованиями кровельных материалов и клеящих мастик показано, что битум, размягчаясь при 0оС, при +20оС переходит в вязко-текучее состояние и 100%-ная деструкция достигается при 40оС, т.е. область высокоэластической деформации отсутствует. Рубероид начинает размягчаться при -40оС, область высокоэластической деформации располагается от -30оС до +30оС и переходит в вязко-текучее состояние от +35 до 60оС и полностью разрушается при +60оС [6].

Объекты и методы исследования. Объектами исследования были различные нефтебитуминозные породы Западного Казахстана.

Проведены исследования продуктов пиролиза нефтебитуминозных пород методами газожидкостной хроматографии (пламенно-ионизационный детектор). Нефтебитуминозные породы и особенно выделенные из них природные битумы применяются в качестве связующих для получения модифицированных дорожно-строительных материалов, спортивных и напольных покрытий, герметиков, мастик и т.д. Проведен пиролиз различных месторождений нефтебитуминозных пород Западного Казахстана и методами газожидкостной хроматографии исследованы жидкие и твердые продукты разложения. Установлено, что продукты пиролиза содержат преимущественно мазут 370-500 и дизельное топливо 200-370.

В настоящее время особый интерес представляет изучение качественного и количественного составов продуктов пиролиза нефтебитуминозных пород современными экспресс-методами, в т.ч. газожидкостной хроматографией.

Ранее были изучены модифицированные НБП методами электронно-парамагнитного резонанса (ЭПР) [5].

Исследованы образцы различных нефтебитуминозных пород Западного Казахстана после пиролиза без доступа воздуха:

Ф-1, темный коричневый твердый остаток; № 2, темный твердый остаток;

Ф-3, нижний слой - жидкий, прозрачный; Ф-3, верхний слой - темная маслянистая жидкость.

Ф-4 - прозрачная жидкость.

Ф-5, нижний слой - жидкий, прозрачный; Ф-5, верхний слой - темная маслянистая жидкость.

НБП № 4 - 1-я перегонка, нижний слой - коричневая жидкость;

НБП № 4 - 1-я перегонка, верхний слой - коричневое масло.

Процесс пиролиза заключается в нагревании НБП без доступа воздуха, что приводит не только к отгонке нефтебитуминозной фракции, но и к протеканию сложных химических реакции при высокотемпературном пиролизе при 580-600оС. В результате пиролиза образуются газообразные (не улавливали), жидкие и твердые продукты и при этом удаляются почти все летучие продукты. Для проведения сухой перегонки была использована железная реторта. Жидкие и твердые продукты пиролиза НБП растворяли в бензоле.

В данной работе использовали газовый хроматограф «Кристалл Люкс 4000» производства (Йошкар-Ола, Республика Марий-Эл). Условия анализа: Насадочная колонна, длина 1 м; Сорбент - «Хроматон КБМС8» с 5% ОУ-101; Газ-носитель - гелий, расход газа 30 мл/мин; Водород - 30 мл/мин; Воздух - 300 мл/мин; Детектор пламенно-ионизационный (ДИП). Температуры: Детектора - 270оС; Испарителя -270оС; Колонка - начальная температура 40оС; 2 минуты в изотермическом режиме, затем нагрев 4 о/мин до 260оС; Объем вводимой пробы - 3 мкл. Расчет проводили по методу имитационной дистилляции Л8ТМ-89.

Обсуждение результатов. На рисунках 1 и 2 приведены хроматограммы и содержание продуктов пиролиза НБП № 4 нижнего и верхнего слоев соответственно. Из рисунка 1 следует, что в продуктах пиролиза отсутствует бензиновая фракция и гудрон. Продукты пиролиза представляют дизельную фракцию и мазут. Дизельное топливо 200-370 присутствует в количестве 65,18%, а мазут 370-500 - в количестве 34,82%.

Из рисунка 2 видно, что в верхней части пиролизата содержание бензиновой фракции незначительное - 0,12%, дизельного топлива - 41,75%, мазута - 58,13%. Из сравнения данных по содержанию дизельного топлива и мазута в НБП №4 в нижней и верхней фракциях (рис. 1 и рис. 2, соответственно) следует, что при переходе от нижней до верхней фракции количество дизельного топлива падает на 23,43%, а количество мазута возрастает на 23,31%. По-видимому, протекают реакции деполимеризации и деструкции нефтебитуминозных пород.

Выводы:

1. Установлено, что пиролиз нефтебитуминозных пород без доступа воздуха сопровождается преимущественным образованием дизельного топлива и мазута, которые можно применить в нефтехимической отрасли.

2. Найдено, что в нефтебитуминозной породе №4 в верхней части пироли-зата количество бензина 0,12%, тогда как в нижней части бензиновая фракция отсутствует.

3. Обнаружено, что в нефтебитуминозной породе Ф-5 в верхней части пи-ролизата количество бензина 0,03%, тогда как в нижней части бензиновая фракция отсутствует.

4. Показана возможность использования нефтебитуминозных пород для получения дизельного топлива и мазута и в незначительном количестве бензина.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока