CC BY
55
УДК 666.658.567.1
МАХАМБЕТОВА У.К., профессор (Казахский университет путей сообщения) МАИЛЫБАЕВ Е.К., магистр (Казахский университет путей сообщения), МАНАС Т., магистрант (Казахский университет путей сообщения)
НЕФТЕОТХОДЫ ДЛЯ ДОРОЖНОГО БИТУМА
Mahambetova U.K, prof, (Kazakh University of Communications) Maylybaev E.K., Master, (Kazakh University of Communications) Manas T., Master's degree (Kazakh University of Communications)
OIL WASTE FOR ROAD BITMEN
Введение
Нефтяные битумы - один из многотоннажных нефтепродуктов, и в то же время один из дефицитных. Доля производства битумов от общего количества переработанной нефти составляет 2,6%. Общая потребность в битумах удовлетворяется на 80%, потребность в дорожных битумах -лишь на 60%.
Растущее потребление битумов требует увеличение объема их производства. Для устранения дефицита в битуме необходимо увеличить их выпуск, а это сдерживается отсутствием
специальных высокосмолистых
нефтей. .
Анализ последних исследований и публикаций
Одни исследователи [2,3] считают, что накопление ванадия и никеля происходит одновременно, на стадии диагенетического
преобразования органического
вещества, другие связывают накопление ванадия и никеля с вторичным осернением нефтей в
залежах при биохимическом окислении.
Смолистые вещества
малодоступны микроорганизмам, процесс их метаболизма идет очень медленно, иногда десятки лет.
Достаточных данных о токсичности органических смол и асфальтенов не имеется. Высокая канцерогенность появляется только в высокотемпературных продуктах пиролиза, коксования и крекинга.
Таким образом, АСПО привносит с собой в окружающую среду разнообразный набор химических соединений, нарушающих
сложившийся геохимический баланс в экосистемах. Эти нарушения возникают под действием различных механизмов: изменение физического состояния среды, нарушение ее водно-воздушного режима, нарушение ее углеродно-азотного баланса,
изменения миграционной способности отдельных микроэлементов в почве.
В настоящее время вопросы повышения уровня заболеваемости населения нефтедобывающих районов в условиях высокой загрязненности воздушной среды привлекают пристальное внимание специалистов.
В составе нефтеотхода (АСПО) месторождения Кумколь имеются
асфальтены, смолы и парафины), которые являются основными компонентами дорожных битумов. При анализе литературы выявлено много способов улучшения свойств и структуры дорожных битумов, из которых можно выделить: введение наполнителей, таких как сера, резиновой крошки; добавок - ПАВ, полимеров различного строения (эластомеры, термопласты,
реактопласты, термоэластопласты) [48].
Цель работы
Использование нефтеотходов, образующихся при добыче и транспортировке нефти асфальто-смоло-парафиновых отложений-
АСПО, позволяет восполнить отсутствие требуемого вида углеводородного сырья. АСПО представляют собой сложную углеводородную смесь, состоящую из парафинов (20-70% масс), асфальто-смолистых веществ (АСВ)-(20-40% масс), силикагелевой смолы, масел, воды и механических примесей [ 1].
Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти, в том числе почти все металлы. С экологических позиций
микроэлементы нефти можно разделить на две группы: нетоксичные и токсичные. К нетоксичным и малотоксичным микроэлементам
нефти относятся: Si, Fе, А1, Мп, Са, Мg, Р, составляющие большую часть золы нефти. V, №, Со, РЬ, Си, Ц, Аs,
Мо и другие микроэлементы в случае повышенных концентраций могут оказывать токсическое воздействие на биоценоз. Среди токсичных металлов,
концентрирующихся в смолах и асфальтенах, наиболее
распространены V и №. Соединения никеля и ванадия в повышенных концентрациях действуют как разнообразные яды, угнетая ферментативную активность, поражая органы дыхания, кровообращения, нервную систему, кожу животных.
Основной материал
Нефтяной битум является сложной дисперсной системой, состоящей из высокомолекулярных углеводородов, и их
гетеропроизводных содержащих
кислород, серу и азот. Из основных компонентов битума выделяют масла, смолы и асфальтены. В незначительных количествах в битуме содержатся асфальтеновые и карбоновые кислоты, и их ангидриды, парафин.
Содержание асфальтенов в битуме влияет на его твердость и температуру размягчения: чем больше в битуме асфальтенов, тем он тверже. Смолы повышают цементирующие свойства битума и его эластичность. Масла в битуме являются разжижающей средой, в которой растворяются смолы и набухают асфальтены. Качество окисленных битумов из высокопарафинистого сырья как видно из таблица по таким показателям как температура хрупкости, растяжимость не соответствуют стандарту, а также образцы не выдерживают испытание на сцепление с минеральным наполнителем. Низкая эффективность процесса, а также плохое качество битумов можно объяснить
накоплением непревращенных
парафинонафтеновых углеводородов в объеме окисленного продукта.
Таким образом, для получения битумов следует руководствоваться следующим: нефти для получения
битумов должны быть смолистыми, т.е. содержать достаточное количество асфальтенов и смол и минимальное количество крупнокристаллических парафинов. Это отражено в требованиях ГОСТ 11954 по характеристикам нефтей,
применяемых для производства нефтяных вязких дорожных битумов [9], и выражено формулой:
А + С-2,5П>0 при А + С > 6 ,
где А - содержание асфальтенов;
С-содержание смол;
П- содержание парафинов.
Сделаем вывод, что в настоящее время для производства качественного битума необходимо, чтобы
содержание парафина в нефтеотходах должно быть 2,5 раза ниже, чем суммарное содержание асфальтенов и смолистых веществ в продукте. В противном случае, то есть, когда содержание парафина превышает
Таблица 1 -Характеристика окисленных
суммарное содержание А + С, то такие продукты требуют их
предварительного доведения до кондиции (переработки).
Нефть месторождения Кумколь (Кызылординская область) легкая, малосернистая и относится к высокопарафинистым нефтям и считается не пригодной для производства битумов.
Однако известны работы, где описаны технологии производства битумов из парафинистого сырья. Известны способы получения асфальтобетонной смеси [10] путем смешения высушенного до влажности 1,1-1,2% и нагретого до 50-70°С минерального компонента с нагретым до 135-150°С битумом в течение 10-20 сек.
Недостатком данного способа являются низкая водостойкость и высокий процент набухания (они составляют 0,9 и 0,32% соответственно).
Наименование Образцы ГОСТ
показателей 22245-90
Растяжимость, см при 1 2 3 4 5 6 БНД200/300
25°С
о°с 40 41 19 17 15 8 20
Глубина проникания иглы 42 56 220 234 218 280 201-300
при 25°С, 10_1мм 1080
Условная вязкость по
вискозиметру с
отверстием 5мм при 60 С
Температура, С: 63 58 35 30 32 35 -11 35 -20 200
размягчения не менее -10 -12 -17 -18 -15 207 35
хрупкости не менее 230 235 205 210 214
вспышки не менее 65 60 43 45 42
размягчения после
прогрева при 160°С
Наиболее близким по
технической сущности является способ приготовления
асфальтобетонной смеси [11], где асфальтобетонную смесь готовят путем вспенивания нефтешлама,
содержащего 8-10% воды, при температуре 80-95 С, смешения его с предварительно нагретым до 150-160°С минеральным компонентом и к этой смеси добавляет нагретый до 140-15О°С битум. При этом количество нефтешлама составляет 18-20 мас.% от массы битума.
Недостатком данного способа являются сложность и дороговизна процесса из-за использования дефицитного товарного продукта -битума. Цель данного изобретения заключается в удешевлении и упрощении процесса приготовления асфальтобетонной смеси.
Предлагаемый способ включает нефтеотход АСПО и осуществляется следующим образом: предварительно нагретую минеральную смесь (щебень и песок) смешивают с расплавленными АСПО, взятыми 10-15 вес.% от веса минеральной составляющей при температуре 100-120 С (важно отметить, относительно низкую температуру размягчения), что способствует быстрому разжижению. Нагретые асфальто-смоло-
парафиновые отложения (АСПО) тонкой пленкой обволакивают поверхности минерального материала и обеспечивают адгезию АСПО к щебню и к песку, что облегчает процесс перемешивания асфальтобетонной смеси и значительно упрощает его за счет сокращения технологической операции нагрева и снижения температуры. К тому же АСПО исключает использование солярки (или бензина) для растопки застывшего битума, особенно в холодный период года. Соотношение АСПО 10-15 % к весу минеральной смеси достаточно для получения качественной асфальтобетонной
смеси, ниже указанного предела ведет к снижению качества смеси. В то же время использование АСПО для замены товарного битума ведет к существенному снижению стоимости асфальтобетонной смеси и
оздоровлению окружающей
природной среды. Как видно из таблицы 2 Физико-механические показатели асфальтобетонной смеси (ФМПАС).].
1150
Таблица 2-ФМПАС стандартные методы испытаний в соответствии с ГОСТ ГОСТ 11505, ГОСТ 11506, ГОСТ 11507, ГОСТ 11508, ГОСТ 18180.
№ п/п Соотношение в вес.% Показатели
Минеральный компонент (щебень+песок) АСПО Предел прочности при сжатии при 50°С, МПа Предел прочности при сжатии при 20°С, МПа Водостойкость не менее
1 92,0 8,0 1,0 2,1 0,65
2 90 10,0 1,1 2,5 0,75
3 88 12,0 1,2 2,5 0,75
4 86 14 1,2 2,65 0,85
5 84 16 1.5 2,8 0,85
В качестве минеральных материалов для приготовления асфальтобетонной смеси
использовались щебень фракции 5-15 мм ГОСТ8267-93, песок ГОСТ 8268-82. При исследовании свойств
асфальтобетонной смеси
использованы методы в соответствии с требованиями ГОСТ 12801.
Выводы
Полученная асфальтобетонная смесь путем смешения минерального компонен-та асфальто-смоло-
парафиновым отложением (АСПО) по техническим характеристикам не уступает смеси, полученной при использовании товарного битума. В то же время замена дефицитного товарного битума АСПО, являющихся нефтеотходом существенно снижает стоимость товарного продукта, а также упрощает процесс приготовления смеси и исключает загрязнение окружающей природной среды вредными выделениями нефти.
Таким образом, проведенные исследования компонентов высокопарафинистой нефти,
позволяют показать, что
разработанная технология
обеспечивает получение дорожного битума марки БНД-90/130.
Список литературы:
1. Шамрай Ю.В., Гусев В.И., Покровский В.А. и др. Предотвращение отложения парафина и асфальто-смолистых веществ в добыче нефти на месторождениях различными геолого-физическими условиями. - М.: Стройиздат, 1987. -263с.
2. Надиров Н.К. Состояние и перспективы нефтегазовой отрасли
Казахстана // Нефть и газ Казахстана. 1996. №1. - С. 5-16.
3. Надиров Н.К., Хахаев Б.Н. и др. Нефти полуострова Бузачи. Алма-Ата: Наука КазССР, 1979.- 160с.
4. Цамаева П.С. Получение нефтяных битумов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук - Астрахань, 2006. -111с.
5. Колбановская А.С. Структурообразование дорожных битумов // Сб. Физико-химическая механика дисперсных структур. М.: Наука, 1966. -С.123-132.
6. Балабанов В.Б. Полимерасфальтобетон на основе пластифицированных полимерно-битумных вяжущих / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук - Улан-Удэ, 2006. -
7. Колбановская А.С, Михайлов В.В. Дорожные битумы. М.: Транспорт, 1973. - 299с.
8. Колбановская А.С, Давыдова А.Р. Влияние состава битумов на стабильность их свойств // Сб. Асфальтовые гидроизоляции. Госэнергоиздат., 1963.-С. 91-95.
9. Нефтепродукты и продукты переработки твердых топлив. Технические требования. Изд. Комитета Стандартов при Совете Министров СССР, М.: 1966 ГОСТ 11954-66
10. Патент РФ №1735232. МКИ С04В 26/26 от 1992
11. Патент РФ №2110496. МКИ С04В 26/26 от 10.05.
Аннотации:
Использование нефтеотходов-асфальто-смоло-парафиновых отложений (АСПО), образующихся при добыче и транспортировке нефти, позволяет восполнить отсутствие
требуемого вида углеводородного сырья. АСПО (асфальто-смоло-парафиновые
отложения) исключают использование солярки (или бензина) для растопки застывшего битума, особенно в холодный период года. Соотношение АСПО 10-15 % к весу минеральной смеси достаточно для получения качественной асфальтобетонной смеси, ниже указанного предела - ведет к снижению качества смеси. В то же время использование АСПО для замены товарного битума ведет к существенному снижению стоимости асфальтобетонной смеси и оздоровлению окружающей природной среды.
Use of oilwaste- asphalt-resin-paraffin (ASPO) waste - appearing at a booty and transporting of oil petroleum, absence of the required type of hydrocarbon raw material allows to fill in. AFS (asphalt-tar-paraffin deposits) exclude the use of diesel fuel (or gasoline) to kindle frozen bitumen, especially during the cold season. The ratio of AFS 10-15% to the weight of the mineral mixture is sufficient to produce a quality asphalt mixture, below this limit, leading to a decrease in the quality of the mixture. At the same time, the use of AFS to replace commodity bitumen leads to a significant reduction in the cost of the asphalt mixture and the improvement of the natural environment.
