CC BY
203
УДК: 665.6.03
СОСТАВ НЕФТЕБИТУМИНОЗНОЙ ПОРОДЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ БЕКЕ (КАЗАХСТАН)
К нефтебитуминозным породам относится группа генетически связанных с нефтью углеводородных соединений, являющихся продуктами превращений и встречающихся в пористых породах, представленных в основном песками. В этой статье исследован состав нефтебитуминозной породы месторождения Беке (Казахстан). Извлечение органической части нефтебитуминозной породы осуществлялось термическим способом. Содержание органической части НБП составляло 9 мас. %. Для определения состава породы использовались элементный и рентгенофазовый анализ, метод инфракрасной спектроскопии.
E-mail: erzhan.imanbayev@mail.ru
2 Белгородский Государственный Национальный Исследовательский Университет, Россия, г. Белгород, ул. Победы, 85
Ключевые слова: нефтебитуминозная порода, природный битум, термический метод.
3 Институт Проблем Горения, Казахстан, г. Алматы, ул. Богенбай батыр,
Введение
В связи с увеличением объема промышленного производства, развитием химии и нефтехимии растет потребность в различных ресурсах, в том числе и энергетических. В настоящее время общая мировая добыча нефти и газа способна обеспечить этот спрос. Но, учитывая ограниченность и невосполнимость ресурсов нефти и газа, а также в связи с истощением запасов нефти во многих добывающих регионах, значительным увеличением доли тяжелых, высокосернистых, трудно извлекаемых запасов нефти, что обусловлено переходом их разработки в позднюю стадию, необходимо разрабатывать новые альтернативные источники углеводородного сырья. К ним, прежде всего, относятся запасы природных битумов, которые по некоторым оценкам значительно превышают разведанные запасы нефти.
На территории Республики Казахстан, по оценкам экспертов, запасы природных битумов составляют 1 млрд. т., а нефтебитуминозных пород (НБП) - свыше 15-20 млрд. т. Эти запасы имеют промышленное значение, они находятся в Прикаспийской впадине и СевероЗападной части Туранской плиты в Западном Казахстане и залегают на глубинах до 120 м. Методы разработки месторождений природных битумов зависят от их геолого-литологических характеристик и физико-химических свойств углеводородной массы [1].
Извлечение природных битумов из битуминозной породы может осуществляться тремя методами: применением водных растворов, экстракцией углеводородными растворителями и термическими методами. Современные нефтеперерабатывающие заводы не ориентированы на применение данных технологий. Поэтому актуальной проблемой является разработка битумоперерабатывающих комплексов и перспективных технологий извлечения природных битумов с учетом их физико-химических свойств. Решение этих проблем позволит вовлечь в разработку значительные запасы природных битумов Республики Казахстан. Органическая часть нефтебитуминозных пород может служить перспективным источником получения различных видов топлив, масел, битума и нефтепродуктов. Наличие в нефтебитуминозных породах высокомолекулярных соединений обусловливает значительные межмолекулярные взаимодействия и образование надмолекулярных структур в них при обычных температурах. В связи с этим регулируя межмолекулярные взаимодействия соединений, сосредоточенных в тяжелых остатках нефтебитуминозных пород, можно управлять их вяжущими свойствами [2-3].
Нефтебитуминозные породы состоят из 80-85% минеральной части, 10-15% битума и 3-4% воды по массе. Минеральные компоненты нефтебитуминозный породы состоят из песка и глины.
Целью данной работы является изучение состава нефтебитуминозных пород Казахстана и определить возможности получения из них нефтепродуктов.
Объекты и методы исследования
В качестве объекта исследования использовались нефтебитуминозные породы месторождения Беке Мангистауской области Республики Казахстан. На рисунке 1 показан образец нефтебитуминозной породы.
Выделение органической части нефтебитуминозной породы осуществлялось термическим способом. Переработка проводилась на установке периодического действия, фотография которой представлена на рис. 2.
Рис. 1. Нефгебитуминозная
порода месторождения Б еке
м
ния питания печи через терморе лодильника в сборную емкость.
то л іято
Установка состоит из цилиндрического реактора длиной 20 см и внутренним диаметром 8 см. В случае если необходима продувка сырья газом, в корпусе реактора в его нижней части имеется кран для подвода бар-ботирующего газа. Г аз из коллектора подается в реактор через перфорированную диафрагму снизу вверх через сырье. В верхней части реактора расположен патрубок для вывода газа и продуктов. Газы и пары поступают ерез трубку в холодильник, охлаждаемый водой. Реак-р нагревается с помощью электрической печи. Регу-ировку нагрева осуществляют увеличением напряже-р. Сконденсированные жидкие продукты стекают с хо-
Рис. 2. Фотография установки для термической переработки нефтебитуминозной породы
Сырье с определенной массой загружается в реактор при комнатной температуре и включается нагрев печи. В ходе процесса измерялись температура сырья и продуктов, количество жидких продуктов в емкостях. Процесс заканчивается выключением нагрева печи после того, как температура остатков в реакторе достигает конечной температуры процесса 5бо°С.
Процесс переработки проводился при монотонном нагреве нефтебитуминозной породы от комнатной температуры до 5бо°С, скорость нагрева сырья варьировалась от 6 до 16,7°С в минуту. Средняя продолжительность процесса 45 мин.
После охлаждения реактора, его вскрывают и высыпают полученный из него твердый остаток. Масса жидких продуктов и твердого остатка определяется взвешиванием. Выход органической части составил 9 мас. %.
Результаты и их обсуждение
Элементный, фракционный и фазовый состав органической и минеральной части нефтебитуминозной породы был определен в Центре Коллективного Пользования НИУ БелГУ. Результаты определения элементного состава нефтебитуминозной породы и ее составляющих приведены в табл. 1. Как видно из таблицы, состав органической части породы представлен, как полагается, углеводородами, имеется наличие серо- и кислородсодержащих соединений. Минеральная часть содержит в основном кремний-, кислородсодержащие соединения, содержание углерода значительное (30,22 %), серы и водорода - незначительное. Это подтверждает тот факт, что после термического воздействия часть углерода остается в минеральной части НБП.
Таблица 1
Элементный состав минеральной и органической части НБП
Образец Элементный состав, мас. %
С Яї Я О Н N
Нефтебитуминозная порода 78.77 7.16 1.36 10.69 2.02 -
Минеральная часть 30.22 45.49 0.12 21.12 0.77 -
Органическая часть 84.69 1.29 2.12 11.39 0.51
В таблице 2 представлен фракционный состав органической части нефтебитуминозной породы. Природный битум НБП характеризуется низким выходом легких фракций. Содержание фракции, выкипающей до 18о°С невелико, всего 7,9 мас. %. В связи с низким содержанием
бензиновых и керосиновых фракций, органическую часть НБП рекомендуется использовать для получения различных типов масел и тяжелых нефтепродуктов.
Проведен рентгенофазовый анализ минеральной части породы, который показал, что она состоит в основном из песка, установлено наличие кальцита, сульфида кальция, извести, портландита и графита. Эти сведения показаны в табл. 3.
Состав органической части нефтебитуминозных пород также исследовался методом инфракрасной (ИК) спектроскопии. На рис. 3 представлен ИК-спектр природного битума месторождения Беке, извлеченного термическим
способом. В спектре органической части имеются полосы поглощения с малой интенсивностью при 1640,91; 965,54 и 9о9 см-1, которые принадлежат производным бензола. Полоса интенсивности при 17о7 см-1 говорит о наличии карбонильных групп органических кислородсодержащих соединений, а полоса поглощения при 1о31,84 см-1 принадлежит валентным колебаниям -С-О-С- групп кислородсодержащих соединений. Наблюдается полоса поглощения характерная для ароматических структур (16о4 см-1) и наличие полос поглощения насыщенных структур в виде групп -СН, -СН2, -СН3 в области 1376, 1462, 2853 см-1. При термическом способе извлечения природного битума интенсивность деформационных колебаний производных бензола (815, 875, 760 см-1) увеличивается.
Таблица 2
Фракционный состав органической части НБП
Показатели НБП месторождения Беке
Фракционный состав, мас. %: Н.к. - 180°С 7-9
1800С - 25°0С 12.2
2500С - 300°0С 12.6
3000С - 350°С 52.6
350°С - к.к. 14.8
Таблица 3
Результаты рентгеноструктурного анализа минеральной части НБП
Наименование фазы Формула Показатель качества
Кварц ЯІ02 0.675
Кальцит СаСОз 1.129
Сульфид кальция СаЯ 0.803
Известь СаО 1.022
Портландит Са(0Н)2 1.155
Графит С 1.453
Рис. 3. ИК-спектр природного битума нефтебитуминозной породы месторождения Беке
Заключение
Установлены оптимальные режимы процесса термической переработки нефтебитуминозных пород месторождения Беке: температура 450-5б0°С, время 45 мин. Содержание органической части в породе составляет 9 мас. % и по фракционному составу близка к синтетической нефти. Результаты анализов показали, что природный битум представлен тяжелыми фракциями, которые в дальнейшем могут использоваться для получение битумов, различных типов масел.
Список литературы
1. Онгарбаев Е.К., Тилеуберди Е., Тулеутаев Б.К., Мансуров З.А. Асфальтобетонные смеси из нефтебитуминозных пород месторождения Мунайлы Мола // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2013. -№ 3. - С. 12-14.
2. Sultanov F.R., Tileuberdi Ye., Ongarbayev Ye.K., Mansurov Z.A., Khaseinov K.A., Tuleutaev B.K., Behrendt F. Study of Asphaltene Structure Precipitated from Oil Sands // Eurasian Chemico-Technological Journal. - 2013. - Vol. 15, No. 1. - P. 77-81.
3. Онгарбаев Е., Тилеуберди Е., Тулеутаев Б., Мансуров З. Использование нефтебитуминозных пород для приготовления асфальтобетонных смесей // Промышленность Казахстана. - 2012. - № 1 (70). -С. 87-90.
COMPOSITION OF OIL AND BITUMINOUS ROCKS OF THE BEKE DEPOSIT (KAZAKHSTAN)
Ye.I. Imanbayev 1, Ye.K. Ongarbayev 1, S.V. Simakov 2, Ye. Tileuberdi3,
B.K. Tuleutayev 3, Z.A. Mansurov 3
1 Al-Farabi Kazakh National University,
71 al-Farabi av., Almaty, Kazakhstan
2Belgorod State National Research University, 85Pobedy St, Belgorod, Russia
3 Institute of Combustion Problems, Bogenbai batyr St., 172, Almaty, Kazakhstan
Oil and bituminous rocks are a group of hydrocarbon compounds genetically related to the origin of petroleum, being the product of transformations and found in porous rocks, represented mainly by sands. In this article the composition of bituminous rocks of the Beke deposit (Kazakhstan) has been studied. Organic part of bituminous rock was extracted by thermal method. The organic content of bituminous rock was 9 wt. %. The composition of bituminous rock was determined by elemental and radiography analysis, and the method of infrared spectroscopy.
Keywords: oil and bituminous rocks, natural bitumen, thermal
method.
