Введение к работе
Актуальность темы. Снижение запасов и объемов добычи нефти во многих нефтеперерабатывающих регионах мира, в том числе и российских, вызывает необходимость вовлечения в хозяйственный оборот альтернативных, источников углеводородного сырья. В первую очередь - это твердые полезные ископаемые (горючие сланцы, бурый уголь), а также отходы производственного и бытового происхождения (кислый гудрон, нефтешламы, сланцевые фусы, полимерные отходы бытовой промышленности, резиновая крошка из отработанных автопокрышек).
В настоящее время в развитии производства исключительную роль играют топливно-энергетические ресурсы, определяющие конкурентоспособность выпускаемой продукции. Многие страны ощущают дефицит энергетических природных ресурсов. В условиях постепенного истощения природных запасов нефти и заметной тенденции удорожания стоимости нефтепродуктов, актуален поиск альтернативных источников энергии. Так как нефть и большинство сланцев по происхождению являются сапропелитами и органическая масса горючих сланцев по элементному составу близка к нефти, то такой источник сырья является перспективным в процессе термохимической переработки в смесях с вышеуказанными отходами.
Создание научных основ технологии, позволяющей эффективно перерабатывать данные виды топлива в смесях с отходами с целевым получением углеводородных фракций, актуально.
Диссертация выполнялась в рамках государственного контракта № 16.525.11.5009 шифр «2011-2.5-525-027-006» по теме «Разработка инновационных технологий и комплекса оборудования для переработки многотоннажных накоплений кислых гудронов и нефтешламов с целью минимизации загрязнения окружающей среды».
Цель работы заключалась в разработке технологии получения дистиллятных фракций из нефтяных, сланцехимических, полимерных и резиновых отходов путем их совместной термохимической переработки с горючим сланцем или бурым углем.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
-
Изучение физико-химических свойств горючих сланцев различных генетических типов, низкосернистого бурого угля Канско-Ачинского бассейна, кислого гудрона, нефтешламов, отходов бытовых изделий из полиэтилена и полипропилена, сланцехимических фусов и резиновой крошки из изношенных автомобильных покрышек.
-
Исследование процесса термолиза вышеуказанного сырья.
-
Оценка качества продуктов совместной термохимической переработки твердых природных энергоносителей, углеродсодержащих отходов и нефтяных остатков
-
Определение оптимальных соотношений компонентов сырьевой смеси, обеспечивающих при термохимической переработке максимальные выходы целевых жидких продуктов.
-
Изучение влияния минеральной части горючих сланцев на процесс совместной термохимической переработки твердых природных энергоносителей и нефтяных остатков.
Научная новизна полученных результатов: 1. Впервые показано, что использование добавок различных углеродсодержащих органических отходов (кислый гудрон, нефтешламы, сланцевые фусы, полимерные отходы бытовой промышленности, отработанная резиновая крошка) при их совместной термохимической переработке с горючими сланцами или углями сопровождается превышением реального выхода жидких продуктов по сравнению с правилом аддитивности, максимальное проявление которого индивидуально для каждого вида добавки.
-
Найдены оптимальные соотношения компонентов сырьевой смеси, обеспечивающие при термохимической переработке прибалтийского горючего сланца максимальные выходы целевых жидких продуктов: добавка сланцевого фуса - 22%, нефтешлама - 5-10%, кислого гудрона - 14%, резиновой крошки - 59%, полиэтилен, полипропилен -24-26%.
-
Вещественный состав и природа минеральной части горючих сланцев при термохимической переработке с нефтяным гудроном оказывают влияние на выход и физико-химические характеристики (плотность, фракционный состав) жидких продуктов. Использование минеральной части сланцев карбонатной природы приводит к увеличению выхода жидких продуктов на 10-13%, а алюмосиликатной только на 7-9%.При этом содержание светлых фракций (выкипающих до 360С) в суммарном дистилляте составляет 7-8% и 12-14% соответственно.
-
При термохимической переработке сланцев карбонатной природы в смесях с гудроном (20%) в бензиновой фракции превалируют алканы нормального строения, а при переработке сланцев алюмосиликатной природы - изоалканы, арены и нафтены, что является следствием протекания термолиза органической массы горючего сланца и нефтяного гудрона по смешанному радикально-ионному механизму. Повышенный выход изобутана в газообразных продуктах при использовании сланцев алюмосиликатной природы подтверждает это предположение.
Практическая значимость работы. На основе массива экспериментальных данных по совместной термохимической переработке бурых углей и горючих сланцев в смесях с нефтешламами или кислыми гудронами в рамках выполнения государственного контракта № 16.525.11.5009 выполнен технический проект опытно-промышленной установки термокрекинга нефтешламов и кислых гудронов мощностью 12000 т. в год по сырью.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на конференциях: «Горючие сланцы и альтернативные источники сырья и энергии» (Санкт-Петербург, 2010), «Неделя науки 2011» (Санкт-Петербург, 2011), Конференция, посвященная 183-й годовщине образования СПбГТИ(ТУ) (Санкт-Петербург, 2011) «Неделя науки - 2012» (Санкт-Петербург, 2012).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 статей в журналах, входящих в перечень научных изданий, рекомендуемых ВАК РФ, 6 тезисов докладов на научных конференциях, а так же получен 1 патент на полезную модель.
Личный вклад автора состоял в формулировке целей и задач исследования, в планировании и непосредственном проведении экспериментов, в изучении свойств полученных продуктов, в обработке, обобщении и интерпретации экспериментальных данных и оформлении результатов исследования в виде научных статей и докладов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 137 страницах машинописного текста, включая 38 таблиц и 25 рисунков и содержит разделы: введение, аналитический обзор, объекты и методы исследования, обсуждение результатов, закономерности процесса совместной переработки твердых природных горючих ископаемых с углеродсодержащими отходами, выбор оптимального соотношения сырья процесса совместной термохимической переработки твердых природных горючих ископаемых с углеродсодержащими отходами, влияние минеральной части твердых горючих ископаемых на процесс их совместной термохимической переработки с гудроном, термолиз смесей на установке по совместной термохимической переработки нефтяных шламов или кислых гудронов и твердого природного топлива, заключение и список литературы, включающий 118 наименований.
