Вторичное использование малосернистых нефтяных остатков в качестве основы для котельного и судового топлива

ЦЕЛЬ. Комплексом различных физико-химических методов изучены возможности повторного использования нефтяных остатков (нефтешламов) малосернистой высокопарафинистой нефти месторождений полуострова Мангышлак (Казахстан) в качестве перспективного сырья для котельного и судового топлива с улучшенными эксплуатационными и экологическими характеристиками.

МЕТОДЫ. Определение условной вязкости нефтешлама (в градусах Энглера, °Е) проводилось с помощью вискозиметра Энглера ВУ-М-ПХП по ГОСТ 6258-85 «Нефтепродукты. Метод определения условной вязкости». Исследования низшей рабочей теплоты сгорания нефтешлама проводилось с использованием адиабатического бомбового калориметра АБК-1В (Россия) согласно ГОСТ 21261-91 «Нефтепродукты». Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания». Определение массовой доли серы в изучаемом нефтешламе также проводилось с использованием адиабатического бомбового калориметра АБК-1В (Россия) согласно ГОСТ 3877-88 «Нефтепродукты. Метод определения серы сжиганием в калориметрической бомбе». Для анализа полученных результатов были привлечены данные, полученные с помощью метода ядерного магнитного резонанса. Протонные ЯМР спектры записаны на ЯМР спектрометре Bruker AVANCE III, работающем на частоте 600.13 МГц для 1H и оснащенном инверсным датчиком высокого разрешения для трех ядер (TXI, 5 мм). Обработка и анализ данных выполнялись с помощью программы Bruker Topspin 3.6.1.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Показано, что по теплоте сгорания и вязкостным свойствам при температуре свыше 50 оС указанный нефтешлам аналогичен котельному мазуту М100. Установлено, что использование карбонатного шлама химической водоочистки в концентрации 0.1 мас. % позволяет дополнительно уменьшить вязкость на 5-6 % и снизить содержание серы в продуктах сгорания, не уменьшая при этом низшую рабочую теплоту сгорания нефтепродукта. Выявлен сложный характер взаимосвязи ширины линий ЯМР с вязкостными свойствами, что может свидетельствовать о существовании ассоциатов высокомолекулярных парафинов даже в слабовязких жидких нефтепродуктах. Обсуждена природа и характерные размеры образующихся ассоциатов. Показано, что добавление среднедистиллятных дизельных фракций позволит получить более качественный вариант топлива для судовых двигателей, газотурбинных и котельных установок с уменьшенным количеством смолисто-асфальтеновых веществ, пониженными значениями вязкости и температурами застывания, высокой теплотой сгорания и низким содержанием серы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Проведенный комплекс физико-химических исследований показал возможность использования малосернистого мангышлакского нефтешлама в качестве основы для получения топлива для судовых двигателей, газотурбинных и котельных установок, паровых котлов и промышленных печей.

1. McGill R, Remley W, Winther K. Alternative fuels for marine applications – A Report from the IEA Advanced Motor Fuels Implementing Agreement. 85 p. (2013) iea-amf. org

2. Kołwzan K., Narewski M. Alternative Fuels for Marine Applications // Latvian Journal of Chemistry, 4, 398 (2012).

3. Зверева Э.Р., Хабибуллина Р.В., Дремичева Е.С., и др. Изучение влияния деэмульгирующей присадки на свойства котельного топлива // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2016. № 9-10. С. 146-150.

4. Зверева Э.Р., Зуева О.С., Хабибуллина Р.В., и др. Повышение показателей качества котельного топлива при использовании присадок // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2016. № 1-2. С. 28-36.

5. Zvereva E.R., Khabibullina R.V., Makarova A.O., et al. Petroleum Chemistry. 2019. V. 59. P. 106-110.

6. Zvereva E.R., Zueva O.S., Khabibullina R.V., Makarova A.O. Nanomaterial Effect Study in the Viscosity Characteristics of Fuel Oil and Alternative Fuels Used at Fuel and Energy Complex Enterprises // J Eng Appl Sci. 2016. V. 11. pp. 2950-2954.

7. Zvereva E.R., Zueva O.S., Khabibullina R.V., et al. ffect of Carbon-Nanotube-Based Additives on Rheological Properties of Liquid Boiler Fuel // Chem. Technol Fuels Oils. 2016. V. 52. pp. 488-494.

8. Zvereva E.R., Makarova A.O., Zueva O.S. Methods and Materials of Nanotechnologies for Improving the Boiler Fuel Properties // Solid State Phenom. 2018. V. 284. pp. 767-772.

9. da Silva L.J., Alves F.C., de França F.P. A review of the technological solutions for the treatment of oily sludges from petroleum refineries // Waste Manage Res. 2012. V. 30. pp. 10161030.

10. Johnson O.A., Affam A.C. Petroleum sludge treatment and disposal: A review // Environmental Engineering Research. 2019. V. 24. pp. 191-201.

11. Дремичева Е.С., Зверева Э.Р., Бурганова Ф.И., и др. Перспективы технологии совместного сжигания биомассы и угля на объектах энергетики // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. № 1. С. 119-130.

12. Hu G., Li J., Zeng G. Recent development in the treatment of oily sludge from petroleum industry: a review // J Hazard Mater. 2013. V. 261. pp. 470-490.

13. Chen G., Cheng C., Zhang J., Sun Y., Hu Q., Qu C., Dong S. Synergistic effect of surfactant and alkali on the treatment of oil sludge // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019. V. 183. № 106420.

14. Hu G., Feng H., He P., Li J., Hewage K., Sadiq R. Comparative life-cycle assessment of traditional and emerging oily sludge treatment approaches // Journal of Cleaner Production. 2020. V. 251. № 119594.

15. Aliev N.U., Sakhatova G.S., Yagudeev T.A. Prospects for the processing of Mangyshlak oils. (2013) http://www.rusnauka.com/31_NNM_2013/Tecnic/10_147613.doc.htm

16. Bisenova M.A. Reasons for contamination of Zhetybai oilfield by microorganisms and corrosive activity of well products // Oilfield Engineering. 2014. № 8. С. 51-54.

17. Vdovenko S., Boichenko., Kochubei V. Composition and properties of petroleum sludge produced at the refineries // Chemistry & Chemical Technology. 2015. V. 9. № 2. pp. 257260.

18. Almagambetova M.Zh., Konyrbayeva G.Kh. Research of oil sludge and their application in production // Bulletin of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. 2015. V. 353. № 1. pp. 12-16.

19. Korb J-P., Vorapalawut N., Nicot B., Bryant R.G. Relation and Correlation between NMR Relaxation Times, Diffusion Coefficients, and Viscosity of Heavy Crude Oils // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. pp. 24439-24446.

20. Korb J-P. Multiscale nuclear magnetic relaxation dispersion of complex liquids in bulk and confinement // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, 2018, 104, pp.12-55.

21. Zvereva, E.R., Khabibullina, R.V., Akhmetvalieva, G.R., et al. 2017. Influence of Nanoadditives on Rheological Properties of Fuel Oil, in: Proceedings of the International Conference "Actual Issues of Mechanical Engineering" (AIME 2017) in Advances in Engineering Research. 133, 914-920.

22. Zadymova N.M., Skvortsova Z.N., Traskin V.Y., et al. Heavy oil as an emulsion: composition, structure, and rheological properties // Colloid journal. 2016. V. 78. № 6. P. 735-746.

23. Malkin A.Y. Oil as an Object of Rheology (Review) // Pet. Chem. 2019. V. 59. pp. 1092-1107.

24. Imamverdiyev Y.N., Hajirahimova M.Sh. Evaluation of Oil Viscosity Based Various Empirical Correlations for Azerbaijan Crude Oils // I.J. Information Technology and Computer Science. 2019. V. 6. pp. 18-27.

25. Aralov O.V., Buyanov I.V., Savanin A.S., et al. Research of methods for oil kinematic viscosity calculation in the oil-trunk pipeline // Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation. 2017. V.7. № 5. P. 97-105.

26. Дремичева Е.С., Зверева Э.Р. Изучение коррозионных процессов нефтяного оборудования // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. Т. 20. № 1-2. С. 138-143.

27. Дмитриева О.С., Лорай С.Ф., Зинуров В.Э., и др.Определение оптимальных зон ввода твердых присадок в воздуховод котла // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. Т. 19. № 9-10. С. 106-111.

28. Sadykov B.R., Kalabin G.A., Starikov V.P., et al. Determination of the fractional composition of merchantable oil using quantitative [sup.1]H NMR spectra // Petroleum Chemistry. 2012. V. 52. № 1. pp. 22-27.

29. Sanchez-Minero F., Silva-Olver G., Flores S., et al. Predicting SARA composition of crude oil by means of NMR // Fuel. 2013. V. 110. P. 318-321.

30. Zielinski L., Saha I., Freed D.E., et al. Probing Asphaltene Aggregation in Native Crude Oils with Low-Field NMR // Langmuir. 2010. V. 26. pp. 5014-5021.

31. Gao G., Cao J., Xu T., et al. Nuclear magnetic resonance spectroscopy of crude oil as proxies for oil source and thermal maturity based on 1H and 13C spectra // Fuel. 2020. V. 271. № 117622.

32. Hirasaki G., Lo S.-W., Zhang Y. NMR properties of petroleum reservoir fluids // Magn. Reson. Imaging. 2003. V. 21.pp. 269-277.

33. Srivastava S. P., Handoo J., Agrawal K. M., Joshi G. C. Phase-transition studies in nalkanes and petroleum-related waxes-A review // J. Phys. Chem. Solids 1993, 54, pp. 639–670.

34. Cholakova D., Denkov N. Rotator phases in alkane systems: In bulk, surface layers and micro/nano-confinements // Adv. Colloid Interface Sci. 2019. 269, pp. 7–42.

35. Семихина Л.П., Пашнина А.М., Ковалева И.В., Семихин Д.В. Влияние температуры и напряжения сдвига на реологические свойства нефтяных дисперсных систем // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2018. Т. 4. № 3. С. 36-52.