CC BY
131
УДК 502.174.1:691
А. Х. Сафаров, А. В. Московец, Ю. А. Федорова, Г. Г. Ягафарова, Л. Р. Акчурина
ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЙ СОСТАВ СЕРОБЕТОНА
Ключевые слова: нефтешлам, проппант, газовая сера, серобетон.
Разработан экологически безопасный (индекс токсичности 0,25) состав серных бетонов на основе, % масс: газовая сера - 21; (продукт переработки нефтешламов) битумная смесь - 3,85; полиэтилентерефталат -0,15; отработанный проппант - остальное. Предлагаемый серобетон обладает высокими показателями предела прочности при сжатии - 8,1; коэффициентами морозостойкости - 0,89. Эффективность применения разработанного состава серных бетонов была подтверждена в опытно промышленных условиях на территории ООО «НИП «Технология». На производственной площадке площадью 1 га по периметру был выложен бордюрный камень, изготовленный из серобетона. За время проведения испытания видимых механических повреждений не наблюдалось.
Keywords: sludge, proppant, gas sulfur, sulfur concrete.
A eco-friendly (toxicity index of 0.25), the composition of sulfur concrete on the basis of% by weight: sulfur gas - 21; (Sludge processing product) bituminous mixture - 3.85; PET - 0.15; exhaust proppant - rest. The proposed sulfur concrete has high levels of the compressive strength - 8.1; frost resistance coefficients - 0.89. The effectiveness of the developed sulfur concrete composition has been confirmed in a pilot industrial environment in the territory of OOO "NPC" Technology ". At the production site area of 1 hectare on the perimeter has been paved with curbs made from sulfur concrete. During the test, the visible mechanical damage was observed.
Введение
В настоящее время нефтегазовая промышленность, в частности, добыча, транспортировка и переработка нефти и газа, остается одним из основных источников загрязнения окружающей среды экотоксикантами. Наиболее актуальной является проблема образования и накопления крупнотоннажных отходов, таких как нефтяной шлам, отработанный проппант, газовая сера. Данные отходы практически не утилизируются, значительное их количество хранится на площадках временного размещения или в специальных амбарах, при этом загрязняя окружающую среду [1].
Целью работы являлась исследование нового состава серобетона на основе битумной композиции, отработанного проппанта и газовой серы.
Проппант представляет собой гранулированные алюмосиликатные порошки, с размером гранул от 0,2 до 2 мм, получаемые путем высокотемпературного обжига специального фракционированного глинозема. Проппант широко используется в нефтедобывающей промышленности для повышения эффективности нефтеотдачи скважин с применением технологии гидроразрыва пласта [2].
Сера является побочным продуктом, образующимся в значительных количествах в процессе очистки природных и попутных газов, газов нефтеперерабатывающей промышленности и цветной металлургии при восстановлении сероводорода и сернистого ангидрида.
Битумная композиция представляет собой смесь тяжелого газойля и полимерной добавки. Тяжелый газойль является продуктом переработки нефтешламов методом низкотемпературного пиролиза. В качестве полимерной добавки
использовались отходы производства
полиэтилентерефталата. По физико-химическим свойствам полученная битумная смесь соответствует нормативным требованиям,
предъявляемым к сырью битумному, и может использоваться в дорожном строительстве [3].
Экспериментальная часть
Состав получали путем предварительного смешивания при температуре 140 оС битумной смеси - продукта переработки нефтешламов, газовой серы и измельченных вторичных отходов полиэтилентерефталата. Полученная смесь вводилась в отработанный и регенерированный проппант, нагретый до 175 оС. Перемешивание смеси осуществлялось механизированным способом в смесителе при температуре 140 - 160 оС [4].
В качестве полимерной добавки использовались вторичные отходы полиэтилентерефталата, в виде использованных пластиковых емкостей, а также непосредственно отходов производства
полиэтилентерефталата, в виде мелкодисперсного порошка и бракованного гранулята. Отходы полиэтилентерефталата термически деструктируют при температуре 260-280°С,остужают и измельчают до получения порошка с размером частиц до 0,07 мм.
Регенерацию отработанного проппанта осуществляли в специальных установках путем промывки нефтесодержащих гранул проппанта в водном 0,5 - 1 % (масс.) растворе ПАВ, при температуре рабочего раствора 60 - 100 оС. После регенерации гранулы проппанта обладают высокоразвитой удельной поверхностью.
Для проведения исследования готовили образцы серобетонов с различным процентным содержанием входящих компонентов (табл. 1).
Таблица 1 - Исследуемые составы образцов серобетона
№ соста Содержание компонента, масс %
Газовая Битумная Полиэти Проп
-ва сера смесь лентере фталат пант
1 5 3,85 0,15
2 11 3,85 0,15 Оста льное
3 16 3,85 0,15
4 21 3,85 0,15
5 25 3,85 0,15
Полученные смеси разливались в формы размером 20x40x90 см, смазанные закалочным маслом. Сравнительный анализ полученных образцов проводили по основным физико-механическим показателям: предел прочности на сжатие [5] и коэффициент морозостойкости [6]. Повторность опыта пятикратная. Результаты исследований представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Физико-механические показатели исследуемых образцов
№ п/п Наименование показателей № состава
1 2 3 4 5
1 Средняя плотность, г/см3 2,29 2,36 2,51 2,49 2,37
2 Предел прочности на сжатие, МПа 44,7 46,8 51,3 50,9 47,1
5 Коэффициент морозостойкости, циклы 200 200 250 250 200
Как видно из таблицы 2, с увеличением доли проппанта в смеси, наблюдается повышение коэффициента морозостойкости, в то же время наибольшие значения предела прочности наблюдаются при содержании проппанта в диапазоне от 75 до 85 масс. %.
На основании полученных данных, можно сделать вывод, что оптимальный состав серных бетонов, % масс: газовая сера 21; (продукт
переработки нефтешламов) битумная смесь - 3,85; полиэтилентерефталат - 0,15; отработанный проппант - остальное.
Дополнительно проводили оценку токсичности полученных образцов строительного материала, изготовленного по вышеуказанной рецептуре и технологии. Биотестирование проводили по стандартной методике [7] на приборе «Биотестер-2» с использованием в качестве тест-объекта инфузорий - Paramecium caudatum. В результате исследований установлено, что состав для серобетона является экологически безопасным (индекс токсичности 0,25).
Эффективность применения разработанного состава серных бетонов была подтверждена в опытно промышленных условиях на территории ООО «НИП «Технология» (Оренбургская область). На производственной площадке площадью 1 га по периметру был выложен бордюрный камень,изготовленный из серобетона. За время проведения испытания с 01.10.2014 г. по 15.03.2016 г. видимых механических повреждений не наблюдалось.
Таким образом, использование предлагаемых отходов нефтегазового комплекса при производстве строительных материалов позволит значительно сократить объемы их накопления и тем самым снизить негативное воздействие на окружающую природную среду.
Литература
1. Г.Г. Ягафарова, Л.Р. Акчурина, А.В. Московец, Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 14, 5 (3), 871 - 873 (2012).
2. Г.Г. Ягафарова, А.Х. Сафаров, А.В. Московец, Л.Р. Акчурина, Д.Х. Акчурина, Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 8, 9-11 (2014).
3. А.В. Московец, И.Г. Лапшин, А.Т. Гильмутдинов, Нефтегазовое дело, 13, 1, 101-105 (2015).
4. Патент РФ 2521986 (2014).
5. ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
6. ГОСТ 10060.0-95 Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования
7. ПНД Ф Т 16.2:2.2-98. Методика определения токсичности проб почв, донных отложений и осадков сточных вод экспресс-методом с применением прибора «Биотестер». - М., 1998. - 21 с.
© А. Х. Сафаров - к.т.н., доцент кафедры прикладной экологии, «Уфимский государственный нефтяной технический университет», [email protected]; А. В. Московец - ведущий инженер УНИР того же вуза, [email protected]; Ю. А. Федорова - к.т.н., доцент кафедры прикладной экологии того же вуза, [email protected]; Г. Г. Ягафарова - д.т.н., профессор, заведующая кафедрой прикладной экологии того же вуза, [email protected], Л. Р. Акчурина - к.т.н., доцент кафедры прикладной экологии того же вуза.
© A. Kh. Safarov - D.Ph.S, assistant professor of Applied Ecology Department, FSBEI HPE USPTU, A. V. Moskovec Lead engineer UNIR of the same university; Yu. A. Fedorova - D.Ph.S., assistant professor of dept. of Applied Ecology of the same university; G. G. Yagafarova - D.Tech.S., professor, Head of Applied Ecology Department of the same university; L. R. Akchurina - D.Ph.S., assistant professor of Applied Ecology Department of the same university.
