Тяжелые нефтяные остатки образуются в процессах перегонки нефти в виде мазута (фракция с температурой кипения более 3500) и гудрона (фракция с температурой кипения более 5000) [1]. Кроме этого к тяжелым остаткам следует отнести смолообразные продукты, получающиеся в процессах очистки бензинов, керосинов, дизельных и масляных фракций нефти [1,2]. Выход тяжелых остатков зависит от вида перерабатываемой нефти и технологии ее переработки [3] представлен в табл. 1.
Таблица 1. Выход нефтяных остатков и других продуктов в процессах прямой перегонки нефти
Наименование продукта
Выход в % на исходную нефть
Тяжелый
остаток
Целевой
продукт
Всего
по [1]
Бензиновая фракция
0,8 – 1,5
11,2 – 17,5
12 – 18
Керосиновая фракция
1,4 – 2,2
15,6 – 16,8
16 – 18
Дизельная фракция
0,8 – 1,2
15,1 – 16,4
17 – 20*
Масляная фракция
7 –12
6,8 – 10,4
22 – 24**
Гудрон
19 – 30
-
19 – 30
Всего:
29 – 36,3
-
-
Примечание: * - из дизельной фракции выделено 1,1 – 2,0% парафинов;
** - из масляной фракции выделено 4,4 – 5,2 % петролатума;
Данные табл. 1 показывают, что выход тяжелых остатков составляет в среднем одну треть от перерабатываемой нефти. Тяжелые остатки могут быть переработаны каталитическим, термическим и
гидрокрекингом в более легкие фракции с целью увеличения выхода
бензина и дизельного топлива. В табл. 2 приведены результаты, характеризирующие возможности получения дополнительного количества топливных фракций. Однако, тяжелые остатки от процессов крекинга приобретают ряд нежелательных качеств. В частности, за счет процессов уплотнения углеводородов при вторичной переработке существенно ухудшаются физико-механические свойства остатков (эластичность, пластичность, хрупкость).
Таблица 2. Выход тяжелых остатков и других фракций взависимости от процесса переработки гудрона и мазута по [1, 3]
Вид процесса переработки
Выход продукта в расчете на исходную нефть
Бензин-фракция
Керосинфракция
Дизель-фракция
Масляная фракция
Тяжелый остаток
1
Деасфальтизация гудрона в 2 ступени
-
-
-
7,8-11,7
11,2-18,3
2
Каталитический крекинг мазута
11,5-23,2
5,3-9,7
-
-
21,1-25,2
3
Гидрокрекинг мазута
21,3-28,1
-
10,3-14
-
9,6-11,9
4
Гидроочистка гудрона
0,4-1,8
-
1,6-3,9
-
17-24,3
5
Замедленное коксование гудрона
1,4-4
-
5,2-8,7
-
12,4-17,3
Примечание: в процессах гидрокрекинга и гидроочистки выделяется 2-3% сероводорода.
Традиционное использование тяжелых нефтяных остатков – получение различных марок органических вяжущих материалов (битумов нефтяных) [2, 3]. Однако, зачастую в гудроны и тяжелые остатки переработки гудрона и мазута необходимо добавлять до 30% различных продуктов. Это необходимо для улучшения качества производимого вяжущего материала. Если не вводить добавки, то получаемые вяжущие становятся хрупкими и теряют эластичность [1, 2].
Упомянутые показатели можно улучшить, вводя в состав битумных композиций отходы производства полиолефинов (полиэтилена, полипропилена, полиизобутилена). Добавка полимерного материала улучшает пространственную структуру вяжущего, повышая его эластичность и уменьшая хрупкость.
Полученные нами асфальтобетонные смеси на таких комбинированных вяжущих материалах имеют более высокую прочность на изгиб и растяжение, чем смеси на традиционных битумных вяжущих [4].
С целью улучшения пластичных свойств органических вяжущих материалов и повышения низкотемпературных свойств в состав комбинированных вяжущих материалов нами предложено добавлять различные отработанные масла с низкой температурой застывания (более – 200 С). Асфальтобетонные смеси на основе таких вяжущих материалов имеют низкое водопоглощение и меньшую хрупкость при низких температурах (ниже - 15).
Композиция хрупкого битума, отработанного масла и отходов полиолефинов образует органическое вяжущее с высокими гидрофобными свойствами и хорошей адгезией к различным поверхностям. На основе такого продукта нами получен гидроизоляционный материал, который с успехом можно использовать при низких температурах.
Некоторые высокомолекулярные органические продукты, получаемые в процессах производства алкилбензолов (кубовые остатки), различных полиолефиновых олигомеров (кубовые остатки) и в ряде других процессов, с успехом можно использовать в композициях органических вяжущих материалов. Так, полиалкилбензольная кубовая смола в композиции с хрупким битумом и отходами полиолефинов образует продукт с хорошими эластичными и пластичными свойствами, особенно при температурах – 150С. Подобными качествами обладают и битумные композиции с кубовыми остатками производства полиолефиновых олигомеров. Ранее кубовые остатки сжигали в композициях котельного топлива, что с нашей точки зрения нерационально.
Проблема рационального использования тяжелых нефтяных остатков имеет несколько аспектов. Одним из основных является повышение глубины переработки добываемой нефти, что очень актуально при современном дефиците энергетического и химического сырья на Украине. Причем использование нефтяных остатков в качестве топлива, аналогичного мазуту, с нашей точки зрения нерационально.
Большая часть нефтяных остатков может быть использована для получения широкой гаммы композиционных органических вяжущих материалов на основе битумов, полученных из некондиционных тяжелых остатков (табл.2). В этом случае вовлекается дополнительное количество полимерных отходов, различных тяжелых кубовых остатков и отработанных масел. По оценочным расчетам за счет вовлечения дополнительной массы отходов можно получать от 12 до 20 тыс. т.в год органических вяжущих материалов, 5-8 тыс. т гидрофобных гидроизоляционных композиций. Это позволит, в свою очередь, сэкономить 50-80 тыс. т. исходной нефти.
Полученные нами результаты показывают, что тяжелые нефтяные остатки перспективно перерабатывать в комплексе с другими видами отходов нефтехимической промышленности.
Получаемые композиционные материалы имеют улучшенные физико-механические и теплофизические свойства в сравнении с материалами из традиционного сырья.
Вовлечение ряда отходов нефтехимических производств позволит существенно улучшить техногенную ситуацию на предприятиях и более квалифицированно использовать полезный потенциал перерабатываемых отходов.
Литература
1. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика.-Л.: Химия, 1980.-328с.
2. Химия нефти и газа//Под ред. Проскурякова В.А. – Л.: Химия, 1981.–359с.
3. Нефти СССР. – Справочник. – Т.З. – М.: Химия, 1972.- 615 с.
4. Яценко А.М., Огарева З.В., Ткачев Ю.Н. Влияние нефтяных отложений на качество асфальтобетона с заполнителями из отходов производства. / В сб. науч. тр. Кременчугского политехнич. ин-та. – ч.II, вып.2 Кременчуг, 1997 с. 62-б
Автор: В.М. Шмандий, А.М. Яценко, А.А. Воробьев, Е.В. Чистяков
