CC BY
29
В. А. Лашков, Р. Ш. Суфиянов, О. А. Синяков,
А. А. Данилина
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЭКСТРАГИРОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ГРУНТОВ
Ключевые слова: кинетика экстрагирования, нефтесодержащий грунт, уравнение Ерофеева-Колмогорова.
Проведены расчеты кинетических параметров процесса экстрагирования углеводородов из нефтесодержащих грунтов по результатам эксперимента.
Keywords: extraction kinetics, oily soil, Erofeev-Kolmogorov equation.
The calculations the kinetic parameters the process extraction of hydrocarbons from oil-contaminated soils by the results of the experiment.
Государственная программа Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» определяет условия, обеспечивающие переход на энергоэффективное развитие экономики. Согласно намеченным планам приоритетными направлениями при реализации мероприятий являются инновационное развитие ресурсосберегающих технологий и масштабные научные исследования.
Важной задачей при переработке нефтесодержащих грунтов является, прежде всего, получение из них углеводородов, извлекаемых с помощью различных экстрагентов. В настоящее время для указанных целей не применяются низкокипящие растворители, для регенерации которых необходимо значительно меньше энергии, чем при использовании растворителей с более высокими температурами кипения [1, 2]. В научно-технической литературе практически отсутствуют результаты исследования кинетики процесса экстрагирования углеводородов из нефтесодержащих грунтов данными растворителями.
С целью определения кинетических параметров процесса экстрагирования углеводородов из нефтесодержащего грунта (выщелоченного чернозема) низкокипящим растворителем были проведены соответствующие эксперименты. В качестве низкокипящего экстрагента был использован метиленхлорид, а в качестве исследуемого образца -. грунт, содержащий 20 % масс. нефти. Экстрагирование проводили при трех различных температурах: 10, 20 и 30 0С. Полученные результаты представлены на гистограмме (рис.1).
Для описания кинетики данных процессов было использовано уравнение Ерофеева-
Колмогорова [3]
ный; при П >1 - процесс кинетический; П =1 - скорость конвективной диффузии сопоставима со ско-
а = 1- е
-kxn
(1)
где X - степень извлечения нефти; к - постоянная, определяющая константу скорости процесса; П -постоянная, определяющая характер процесса; X -время.
По значению коэффициента П определяют характер процесса: при П <1 - процесс диффузион-
Рис. 1 - Результаты изменения степени извлечения углеводородов по времени
ростью молекулярной диффузии.
Полученные результаты представлены в логарифмических координатах (рис. 2).
Рис. 2 - График степени извлечения нефти в метиленхлориде
Результаты проверки достоверности аппроксимации полученных экспериментальных данных линейной зависимостью, представлены в табл.1. Графическая зависимость показывает, что значения постоянной П будут соответствовать тангенсам угла наклона линий тренда.
Для определения константы скорости процесса использовано уравнение Г.В. Саковича [4]
К = Пк1/п, (2)
Расчет энергии активации проведено по уравнению Аррениуса
К = ВеЕКТ, (3)
или в логарифмической форме
ІдК = Е/КТ Ід е + 1дВ, (4)
где К - константа скорости; В - предэкспоненци-альный множитель; Е - энергия активации; К -универсальная газовая постоянная; т - абсолютная температура.
Таблица 1 - Результаты проверки достоверности аппроксимации
Образец Температура, 0С Параметры процесса
п к, мин1 Я2
Нефтесодержа- 10 0,62 0,29 0,99
Продолжение таблицы 1
щий грунт с концентрацией нефти 20 %, масс. 20 0,62 0,40 0,99
30 0,71 0,42 0,99
На рис. 3 преставлены графики зависимости константы скорости процесса от обратной температуры.
Полученные расчетным путем значения параметров: констант скоростей, энергий активиции и предэкспоненциальных множителей, представлены в табл. 2.
Таблица 2 - Результаты расчета параметров
Раствори- тель Температура, 0С К, мин-1 Е, кДж/моль 1§В
10 0,085
МХ 20 0,139 32,81 4,93
30 0,211
Рассчитанные значения параметра П (табл.1), свидетельствуют о том, что кинетика процесса экстрагирования углеводородов из выщелоченного чернозема определяется в большей сте-
І1/ТГ10-}
Рис. 3 - График зависимости константы скорости процесса экстрагирования
пени скоростью молекулярной диффузии углеводородов из частиц грунта, что можно объяснить наличием в нем частиц глины и гумуса, способствующих увеличению сопротивления экстракции.
Таким образом, проведенные исследования показали, что процесс экстрагирования углеводородов из нефтесодержащих грунтов может быть описан с помощью уравнения Ерофеева-Колмогорова, а для расчета энергии активации может быть использовано уравнение Аррениуса.
Литература
1. Я.С. Мухтаров, Р.Ш. Суфиянов, Вестн. Казан. технол. ун-та, 15, 15, 240-242 (2012).
2. Я.С. Мухтаров, Р.Ш. Суфиянов, В.А. Лашков, Вестн. Казан. технол. ун-та, 15, 11, 197-198 (2012).
3. И.К. Иванова, А.А. Рыкунов Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2, 242-249 (2011).
4. А.Я. Розовский, Кинетика топохимических реакций. Химия, Москва, 1973. 224 с.
© В. А. Лашков - д-р техн. наук, проф. зав. каф. машиноведения КНИТУ, [email protected]; Р. Ш. Суфиянов - канд. техн. наук, доцент каф. техносферной безопасности и переработки природных ресурсов МГУМ (МАМИ); О. А. Синяков -асп. той же кафедры; А. А. Данилина - асп. той же кафедры.
