CC BY
45
УДК 665.61.7(075.8)
Р. С. Яруллин, С. Е. Угловский, М. З. Зарифянова, С. Д. Вафина
УТИЛИЗАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ИМПУЛЬСНО-ВОЛНОВОМ РЕАКТОРЕ «ЯРУС» С ПОЛУЧЕНИЕМ БЕНЗИНОВЫХ ФРАКЦИЙ. СООБЩЕНИЕ 1
Ключевые слова: отходы нефтепродуктов, утилизация отходов, волновые технологии, бензиновые фракции
Комбинация различных способов воздействия (гидродинамических, термических, электромагнитных, акустических) в реакторе «ЯРУС» позволяет использовать реактор в процессе утилизации отработанных нефтепродуктов. При переработке отработанного судового маловязкого топлива после промывки нефтехимических аппаратов в реакторе «ЯРУС» получена бензиновая фракция с выходом 10 % мас. на исходное сырье, которая может быть использована в качестве компонента автомобильного бензина или как нефтяной растворитель.
Key words: waste oil products, waste recovery, wave technologies, gasoline fraction
The combination of different methods of treatment (hydrodynamic, thermal, electromagnetic, acoustic) in the "YARUS" reactor allows to use the reactor in а process of used oil products recovery. During the refining of the waste ship low-viscosity fuel after processing units washing in the "YARUS" reactor gasoline fraction with a yield of 10% by weight. on the feedstock, which can be used as a component of automobile gasoline or oil solvent, was obtained.
Введение
В условиях растущего дефицита энергоресурсов проблема утилизации нефтесодержащих отходов стоит наиболее остро. Отработанные нефтепродукты токсичны, имеют невысокую степень биоразла-гаемости 10-30 %, представляют серьезную опасность для окружающей среды и жизни человека.
Международными соглашениями отработанные нефтепродукты отнесены к категории опасных отходов. Существуют международные документы, определяющие порядок обращения с отработанными нефтепродуктами, которые подлежат обязательному сбору и утилизации, а в отдельных случаях и уничтожению.
В связи с этим большое значение имеет переработка отходов нефтепродуктов с использованием передовых технологий, позволяющих извлечь ценные компоненты для повторного использования, а сами отходы сделать безопасными. При этом особо важно, чтобы процессы утилизации сами по себе не представляли существенной угрозы биосфере.
На современных нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятиях накапливается большое количество отработанных нефтяных растворителей, используемых для промывки реакторов и технологических аппаратов от смол и различных органических отложений. Встает острая проблема дальнейшей утилизации или уничтожения загрязненных нефтепродуктов.
Предложен нетрадиционный способ переработки отработанного судового топлива на опытно-промышленной установке «ЯРУС», размещенной на территории Технополиса «Химград» (г. Казань) [1]. Импульсно-волновой реактор «ЯРУС» имеет пропускную способностью по сырью 180 кг/ч и потребляемую электрическую мощность 25 кВт, работает при атмосферном давлении и температуре 280300 °С, позволяет перерабатывать газовый конденсат, сырую нефть, мазут в одну стадию без системы оборотного водоснабжения. Особенностью реактора «ЯРУС» является комбинация различных способов
воздействия (термических, гидродинамических, электромагнитных, акустических) в одном технологическом пространстве. Обрабатываемая среда в локальных зонах реактора находится в ионизированном состоянии - одновременно в виде жидкости, пара и плазмы. В результате импульсно-волнового воздействия на углеводороды протекают деструктивные процессы с образованием низкомолекулярных соединений.
Ранее было показано, что применение реактора «ЯРУС» в процессах добычи и переработки высоковязких нефтей и природных битумов позволяет повысить коэффициент извлечения нефти [2], подготовить тяжелую нефть для транспортировки в трубопроводе путем снижения вязкости нефти более чем в 2100 раз, а также увеличить выход светлых фракций с 15 % до 70 % с целью получения дополнительного количества моторных топлив [1].
Экспериментальная часть и обсуждение результатов
На ПАО «Казаньоргсинтез» ежедневно для промывки печей пиролиза применяют до 20 т судового маловязкого топлива. После переработки отработанного судового топлива в реакторе «ЯРУС» были получены следующие фракции: бензиновая фракция 75-180 °С (выход 10 % мас. на исходное сырье), лигроино-керосиновая фракция 130-260 °С, (выход 68 % мас. на исходное сырье). Кубовый продукт 260 °С и выше представляет собой темный маслянистый остаток с выходом 22 % мас.
Маловязкое судовое топливо по ТУ 38.101567-87 - это среднедистиллятное топливо, получаемое смешением остаточных и среднедистиллятных фракций, предназначено для применения в судовых энергетических установках вместо дизельного топлива [3].
Физико-химические показатели полученной бензиновой фракции сравнивались с показателями качества ГОСТ на автомобильные бензины [4, 5]. Качественные показатели фракции 75-180 °С сравни-
вались с эксплуатационными характеристиками автомобильного бензина АИ-95 (табл. 1, 2).
Таблица 1 - Сравнение физико-химических показателей бензиновой фракции 75-180 °С и автомобильного бензина АИ-95 по ГОСТ 2084-77
Показатель Фракция 75180 °С АИ-95 Значения ГОСТ 2084-77
1. Плотность, кг/м3: *
при 20 °С 736 748 не нормир.
при 15 °С 741 753 725,0-780,0
2. Фракционный состав,
пределы перегонки, °С:
начало кипения 75 39 не ниже 30
10 % отгон 102 66 не выше 75
50 % отгон 129 105 не выше 120
90 % отгон 164 169 не выше 180
конец кипения 179 200 не выше 205
остаток в колбе, % 1,4 1,2 не более 1,5
остаток и потери, % 2,0 3,0 не более 4,0
3. Октановое число: **
моторный метод 76 85 не менее 85
исследовательский
метод 80 95 не менее 95
* - плотность при 20 °С по ГОСТ 2084-77 не нормируется, определение обязательно; при 15 °С значение плотности указано по ГОСТ Р 51105-97;
** - определение проводилось на октанометре
«Октан-ИМ».
Плотность отражает эксплуатационные свойства и огневые качества топлив, определяет массу и размеры двигателя. От плотности зависят основные физико-химические характеристики топлив: молекулярный вес составляющих углеводородов, пределы выкипания фракций, характер распыла в данных условиях. Плотность фракции 75-180 °С соответствует плотности прямогонного бензина.
т-г 20
По относительной плотности р4 прямогонной бензиновой фракции можно провести предварительную оценку октанового числа по формуле [6]:
ОЧММ = -36,5 + 152 ■ р420
Расчетное значение ОЧММ (октановое число по моторному методу) бензиновой фракции 75-180 °С составляет 75,4, что соответствует октановому числу прямогонного бензина. Сходимость с показаниями прибора «Октан-ИМ» высокая.
Фракционный состав характеризует испаряемость бензинов. С фракционным составом связаны такие характеристики двигателя, как легкий и надежный запуск, длительность прогрева, приемистость, полнота сгорания и расход топлива, образование отложений в камере сгорания, токсичность отработавших газов.
Результаты сравнительного анализа испаряемости для бензиновой фракции 75-180 °С и автомобильного бензина АИ-95 представлены в таблице 2 и на рис. 1.
Анализируя данные таблиц 1 и 2, а также рис. 1 видим, что по фракционному составу бензиновая фракция 75-180 °С имеет высокие температуры на-
чала кипения и 10 %-ного отгона, отсутствие фракций, выкипающих до 70 °С. Эти показатели характеризуют низкое содержание легких углеводородов в составе бензина, что отрицательно скажется на его пусковых свойствах [6].
Таблица 2 - Сравнительные характеристики фракционного состава бензиновой фракции 75180 °С и автомобильного бензина АИ-95 по ГОСТ Р 51105-97
Фракция АИ-95 Значения
Показатель 75- ГОСТ
180 °С Р 51105-97
Объемная доля ис-
парившегося бензи-
на, %, при темпе-
ратуре:
70 °С — 18 15-50
100 °С 8 46 40-70
150 °С 77 83 не менее 75
температура конца
кипения, °С 179 200 не выше 215
остаток в колбе, %
(по объему) 1,4 1,2 не более 2
0 I I I I к
0 20 40 60 80 100 Отгон, % об.
Рис. 1 - Зависимость объемной доли испарившегося бензина от температуры: -■- бензиновая фракция 75-180 °С; -♦- автомобильный бензин АИ-95
Бензиновая фракция 75-180 °С имеет завышенную температуру 50 %-ного отгона и заниженное значение объема фракций, выкипающих до 100 °С, что приведет к нарушению устойчивости работы двигателя.
Значения температур 90 %-ного отгона и конца кипения бензиновой фракции 75-180 °С, а также объем фракций, выкипающих до 150 °С, соответствуют стандартным значениям. Эти показатели характеризуют наличие в бензине достаточного количества высокомолекулярных углеводородов, что обеспечит высокую полноту испарения и полноту сгорания топлива на любом режиме.
Добавление газового бензина или изомеризатов к фракции 75-180 °С увеличит содержание углеводородов С5-С7, повысит октановое число, нормализует фракционный состав и улучшит пусковые свойства топлива.
Бензиновая фракция 75-180 °С может быть использована в качестве компонента автомобильного
бензина или может применяться как нефтяной растворитель.
Заключение
На ПАО «Казаньоргсинтез» для промывки печей пиролиза от смол и органических отложений используется судовое маловязкое топливо в количестве 20 т/сут. В процессе утилизации отработанного судового топлива в импульсно-волновом реакторе «ЯРУС» получается прямогонная бензиновая фракция 75-180 °С с выходом до 10 % мас. на исходное сырье, которая может быть использована в качестве компонента автомобильного бензина или может применяться как нефтяной растворитель.
Литература
1. Р.С. Яруллин, С.Е. Угловский, М.З. Зарифянова, С. Д. Вафина, Вестник Казанского технологического университета, 18, 14, 50-53 (2015);
2. С. Угловский, М. Намазов, Neftegaz.RU, 11, 12, 68-72 (2014).
3. И.Г. Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А. Бнатов и др.; под ред. В.М. Школьникова, Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: справочник. М.: Издательский центр «Техинформ», 1999, С. 116-117.
4. ГОСТ 2084-77. Бензины автомобильные. Технические условия.
5. ГОСТ Р 51105-97. Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Технические условия.
6. А.С. Черенков, М.З. Зарифянова, А.П. Абраковнов, Исследование параметров топлив и смазочных материалов двигателей и энергетических установок. Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, Казань, 2014. 160 с.
© Р. С. Яруллин - д-р хим. наук, профессор кафедры технологии синтетического каучука КНИТУ, генеральный директор ОАО «Татнефтехимишест-холдинг» admin@tnhi.mi.ru; С. Е. Угловский - генеральный директор ООО «НПО «Кинематика» в составе НТЦ ОАО «Татнефтехиминвест-холдинг» usm7@yandex.ru; М. З. Зарифянова - д-р техн. наук, профессор кафедры общей химической технологии КНИТУ-КХТИ, ведущий научный сотрудник кафедры реактивных двигателей и энергоустановок КНИТУ-КАИ zmuslimaz@mail.ru; С. Д. Вафина - соискатель кафедры общей химической технологии КНИТУ, химик-исследователь ООО «Мастер Кемикалз» vaphinka@mail.ru.
© R. S. Yarullin - Doctor of Chemical Sciences, Professor at the Department of Synthetic Rubber Technology Kazan National Research Technological University, General Director of JSC "Tatneftekhiminvest-holding" admin@tnhi.mi.ru; S. E. Uglovsky - General Director of LLC "NPO "Kinematics" in the center of JSC "Tatneftekhiminvest-holding" usm7@yandex.ru; M. Z. Zarifyanova - Doctor of Technical Sciences, Professor at the Department of General Chemical Technology Kazan National Research Technological University, Leading Researcher at the Department of Jet Engines and Power Plants Kazan National Research Technical University zmuslimaz@mail.ru; S. D. Vafina - Applicant at the Department of General Chemical Technology Kazan National Research Technological University, chemist-researcher LLC "Master Chemicals Nalco Champion" vaphinka@mail.ru.
