Новые полезные продукты озонолиза нефтяного сырья

Появление кислородсодержащих функциональных групп в составе компонентов нефти в результате озонирования неминуемо обеспечивает приобретение веществами новых физико-химических свойств, могущих с пользой использоваться в разных отраслях хозяйства.

В числе первых привлекших наше внимание оказались поверхностно-активные свойства продуктов озонирования, играющие важную роль в процессах добычи и подготовки нефти на нефтепромыслах и нефтеперерабатывающих заводах. Поиск привел к выводу о возможности получения новых высокоэффективных реагентов-деэмульгаторов, которые можно было бы получать непосредственно на нефтепромыслах, в основном за счет местных ресурсов (нефти, воды, воздуха, электроэнергии), и отказаться от применения дорогих, как правило, импортных синтетических деэмульгаторов для разрушения добываемых водонефтяных эмульсий.

Экспериментальные лабораторные исследования процесса озонирования нефтей различных месторождений Томской, Тюменской, Пермской областей, Башкирии, Туркменистана и практические испытания сконструированной нами установки для озонирования нефти на Вахском (Томская обл.) и Лор-Еганском (Тюменская обл.) месторождениях подтвердили реальность и высокую экономическую эффективность практического воплощения этой идеи.

Установлено, что высокоэффективные ПАВ получаются озонированием выделенных из нефти смолисто-асфальтеновых веществ (САВ) [6] или просто сырой нефти — природного углеводородного раствора САВ, если концентрация в ней смол не ниже 4-5 мас.% [2, 7]. На озонировании 0,5-3,0% добытой нефти и применении полученного продукта в качестве анионного ПАВ основана новая технология обезвоживания нефти, при которой вода отделяется при 40-80°С за те же 6 часов отстоя, как и на современных промышленных деэмульсационных установках. Ряд примеров, иллюстрирующих ход разрушения модельных эмульсий нефтей разных месторождений Томской области, приведен в табл. 1 (начальное содержание воды в эмульсиях 40%). По расчетным данным, внедрение нового способа обезвоживания нефти на промыслах Западной Сибири должно сократить расходы на приобретение реагентов-деэмульгаторов на 50-60% по сравнению с существующими.

При металлообработке в качестве смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) широко используют минеральные масла с добавками полярных веществ, обладающих высокой адгезией к поверхности металлов (органических кислот, их эфиров, сернистых соединений, образующихся в маслах при их осернении) и эмульсии таких масел в воде (эмульсолы) [8, 9]. Не менее сильной адгезией по отношению к металлам характеризуются и продукты озонирования компонентов нефти.

Разработан новый способ получения СОЖ, согласно которому в базовом нефтяном дистилляте или отработанном масле растворяют до 15% тяжелой высокосмолистой нефти или нефтяного гудрона, полученный раствор озонируют, выдерживают продукты реакции в течение 1-2 часов при 150-160°С для разрушения образовавшихся озонидов, после чего отделяют выпавший осадок [2, 10].

Испытания, проведенные на Томском заводе режущих инструментов и ремонтно-механическом заводе, входящем в состав Сибирского химкомбината (г. Северск, Томская обл.), показали, что при применении полученной указанным способом СОЖ при нарезке отверстий во фрезах взамен используемой на той же операции осерненной жидкости, содержащей 77% индустриального, 20% растительного масла и 3% серы, удается в 3-4 раза продлить срок службы режущих метчиков. При смешении 3-10% нового продукта с водой образуются эмульсии, устойчивые при слабощелочной реакции среды (рН 8-10) и не расслаивающиеся в течение, по меньшей мере, месяца. Это позволяет использовать такие продукты как в виде масляных СОЖ, так и в виде эмульсолов.

Новые области практического применения продуктов озонирования высокомолекулярных компонентов нефти открывает их сильная адгезия к поверхности минеральных частиц.

Установлено [11], что растворимые в воде продукты щелочного гидролиза проозонированных нефтяных смол могут с успехом использоваться для оструктурирования тяжелых суглинистых почв. Как видно из табл. 2, по эффективности мелиорирующего действия эти продукты лишь немногим уступают синтетическим полимерам того же назначения, например частично гидролизованному полиакрилонитрилу (реагенту К-4), при их добавках в количестве 0,1-0,2% от массы почвы. Однако полимерные материалы в десятки раз дороже веществ нефтяного происхождения, достаточно дефицитны и к тому же ограниченно растворимы в воде, из-за чего вынужденно применяются в менее удобной эмульсионной форме [12].

Важно, что если подвергающиеся озонированию смолистые вещества были выделены из малосернистой нефти резко нафтенового углеводородного состава, то конечные продукты превращения, помимо высокой структурирующей способности, проявляют биостимулирующие свойства и значительно активизируют жизнедеятельность почвенных микроорганизмов.

Увеличение количества продуктов озонолиза нефтяных смол, добавляемого к сыпучему минеральному материалу, например песку, до 1 мас.% и более с последующим увлажнением, перемешиванием и сушкой приводит к отверждению смеси. Это позволяет использовать такие продукты в качестве органических крепителей для приготовления форм и стержней в литейном производстве [2, 13]. В литейном цехе НПО «Полюс» (г. Томск) были испытаны в этом качестве водорастворимые натриевые соли полифункциональных кислот, полученные в виде порошка из продуктов озонолиза гудрона западносибирской нефти и осажденной из последнего сжиженным бутаном фракции «бутановых смол» [14]. При этом расчетное количество сухого порошкообразного крепителя добавляли к формовочному песку марки 1КО16, смесь тщательно перемешивали до и после ее увлажнения (4-5 мас.% воды) и из полученной сырой массы формовали цилиндрические образцы для измерения их физико-механических характеристик согласно ГОСТ 23409. Перед измерениями образцы сушили в термошкафу в течение 3 ч.

Прочность высушенных стержней на сжатие σсж и растяжение σр при 3%-ной добавке крепителя достигала величин 26-28 и 12,2-13,6 кг/см2 соответственно, газопроницаемость была не хуже 160 ед., а осыпаемость не превышала 0,3 % (см. рис. 3). Для сравнения отметим, что ныне использующиеся в тех же целях водорастворимые реагенты марок КО и М при добавках к песку в количествах 1,5-4,2% прочность стержней на растяжение σр = 10-12 кГ/см2 и газопроницаемость не выше 150 ед. [15, 16].

С помощью форм, приготовленных по описанной методике, получены качественные алюминиевые, латунные и стальные отливки, легко, без пригара отделяющиеся от прогоревшей формовочной смеси. Комки форм, разрушенных после отделения отливок, измельчали, не отбрасывая прогоревшую часть, и повторно использовали в следующем цикле приготовления новой формы и литья, компенсируя количества выгоревшего органического вещества небольшой добавкой того же крепителя. В возможности полной (минеральный наполнитель) или частичной (не разрушившее связующее) регенерации и повторного использования материалов — еще одно достоинство нового крепителя.

Понятно, что сильную адгезию описанных продуктов озонолиза высокомолекулярных компонентов нефти можно использовать и для решения еще одной важной практической задачи — закрепления сыпучих грунтов.