Способ приготовления нефтеминеральной смеси

 

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано для устройства конструктивных слоев дорожных одежд нежесткого типа, также для укрепления грунта дорожных насыпей, при прокладке трубопроводов. Способ приготовления нефтеминеральной смеси включает смешение нефтесодержащего компонента с минеральными компонентами, причем в качестве нефтесодержащего компонента используют нефтесодержащий отход – нефтяной шлам, который обрабатывают в несколько стадий: первоначально нефтяной шлам отмывают от легких фракций нефти, подогретой до 60-65°С пресной водой, содержащей водорастворимый деэмульгатор из расчета от 100 до 120 г деэмульгатора/м³ пресной воды при соотношении по объему подогретая вода с деэмульгатором: отмываемый нефтешлам 2 : 1, затем проводят обессоливание и отмывку нефтешлама пресной водой до содержания хлористых солей в промывочной воде не более 0,1 %, после этого нефтяной шлам смешивают с минеральными компонентами в соотношении 1: 5. Достигается повышение водостойкости, прочности за счет хорошего сцепления между вяжущим нефтешламом и минеральными компонентами. 1 табл.

Изобретение относится к дорожно-строительным материалам и может быть использовано для устройства конструктивных слоев дорожных одежд нежесткого типа, также для укрепления грунта дорожных насыпей, при прокладке трубопроводов.

Производственная деятельность нефтегазодобывающих предприятий неизбежно оказывает техногенное воздействие на природную среду, поэтому вопросы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов имеют важное значение. Одним из наиболее опасных загрязнителей являются нефтесодержащие отходы - нефтяные шламы.

Нефтешлам из-за значительного содержания в нем нефтепродуктов можно отнести к вторичным материальным ресурсам. Использование его в качестве сырья являются одним из рациональных способов его утилизации, так как при этом достигается определенный экологический и экономический эффект.

Известна асфальтобетонная смесь, включающая битум, поверхностно-активную добавку - нефтяной шлам и минеральный материал (пат. РФ №1025712, МПК 7 С 08 L 95/00, 1983). Целью изобретения является повышение водостойкости покрытия. Недостатком является высокая стоимость разработки.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ приготовления нефтеминеральной смеси, включающий смешение нагретых минеральных компонентов с нефтью и серосодержащим отходом. Серосодержащий отход предварительно смешивают с минеральными компонентами в соотношении 1:1,1-1:1,7 и нагревают до 135-140°С, а смешение с нефтью осуществляют при температуре нагрева 130-135°С (пат. РФ № 1323543, МПК 7 С 04 В 26/26, 1987). Однако недостатком известного способа является сложность приготовления смеси, т.к. для этого требуется нагрев до определенных температур, высокая стоимость разработки.

Целью заявляемого технического решения является повышение водостойкости, прочности покрытия за счет хорошего сцепления между вяжущим нефтешламом и минеральными компонентами.

Также целью настоящего изобретения является снижение стоимости и упрощение технологического процесса приготовления смеси и утилизации отхода производства нефтегазодобывающих предприятий.

Поставленная цель достигается тем, что в способе приготовления нефтеминеральной смеси, включающем смешение нефтесодержащего компонента с минеральными компонентами, согласно изобретению в качестве нефтесодержащего компонета используют нефтесодержащий отход - нефтяной шлам, который обрабатывают в несколько стадий: первоначально нефтяной шлам отмывают от легких фракций нефти, подогретой до 60-65°С пресной водой, содержащей водорастворимый деэмульгатор из расчеиа от 100 до 120 г деэмульгатора / м³ пресной воды при отношении по объему подогретая вода с деэмульгатором: отмываемый нефтяной шлам 2:1, затем проводят обессоливание и отмывку нефтешлама пресной водой до содержания хлористых солей в промывочной воде не более 0,1%, после этого нефтяной шлам смешивают с минеральными компонентами в соотношении 1:5.

Для приготовления нефтеминеральной смеси используют нефтесодержащий отход - нефтяной шлам. Основными исходными компонентами нефтяного шлама являются нефть, нефтепродукты, минерализованная вода и твердые взвешенные вещества различного происхождения - песок, глина, нерастворимые соли. /“Технология использования смеси нефтешлама с дорожным гравием при строительстве автодорог”. РД 03-00147275-088-2003. Введение в действие с 01.05.2003 г/.

В качестве деэмульгатора могут быть использованы деэмульгатор СНПХ-4410, выпускается по ТУ-39-05765670-ОП-160-93 или СНПХ-4460, выпускается по ТУ-39-05765670-ОП-155-92.

В качестве минерального компонента используют следующие компоненты: гравий, песок, щебень или другой подобный компонент.

Существенным отличием предлагаемого изобретения является то, что нефтяной шлам первоначально отмывают от легких фракций нефти, затем проводят обессоливание и после этого проводят отмывку нефтешлама пресной водой. Обработанный нефтяной шлам смешивают с минеральным компонентом, например гравием, в соотношении 1:5.

Для приготовления нефтешламовой смеси используют нефтешлам после отмыва легких фракций нефти и хлористых солей. РД 03-00147275-088-2003.

Нефтешлам имеет следующие показатели качества:

Содержание нефтепродуктов До 1,0 г/кг

Содержание воды До 1 мас.%

Содержание хлористых солей До 0,1 г/кг

Содержание механических

примесей До 5 мас.%

В качестве минеральных компонентов используют следующие компоненты гравий, песок, щебень.

Из научно-технической литературы и из патентной литературы не известно применение и приготовление нефтеминеральной смеси предлагаемым способом.

Существенным отличием предлагаемого изобретения является то, что нефтяной шлам предварительно обрабатывают в несколько стадий: первоначально отмывают от легких фракций нефти, затем проводят обессоливание и отмыв нефтешлама от хлористых солей. После этого обработанный нефтяной шлам смешивают с минеральным компонентом, например гравием, в соотношении 1:5.

Пример конкретного выполнения.

Накопление нефтешлама происходят в вертикальных резервуарах и емкостях. Нефтешлам представляет собой донный осадок, состоящий из песка, глины и отложений асфальта, парафина и смол (АСПО). Отмыв легких фракций нефти производят в стальных резервуарах, емкостях перед их опорожнением и очисткой от нефтешлама.

Технология отмыва легких фракций следующая: стальной вертикальный резервуар или горизонтальная емкость освобождается от нефти и пластовой воды до максимально возможного уровня (до нижнего уровня технологических трубопроводов, входящих и отходящих из резервуара).

В резервуар интенсивно подается нагретая до 60-65°С пресная вода, содержащая водорастворимый деэмульгатор СНПХ-4410 из расчета 100...120 г/м³ подтоварной воды.

Соотношение объемов подогретой воды с деэмульгатором и отмываемых шламовых осадков в резервуаре составляет не менее 2:1. Время отделения легких фракций нефти от шламовых осадков составляет 24-48 часов. По истечении указанного времени накопленную нефть откачивают в систему сбора и подготовки нефти. Последующие операции по обессоливанию нефтешлама технической водой производятся на установке обессоливания. Обессоливание производится до достижения содержания хлористых солей в промывочной воде на 1%.

После отмыва легких фракций нефти и хлористых солей нефтешлам должен иметь следующие показатели качества:

Содержание нефтепродуктов До 1,0 г/кг

Содержание воды До 1 мас.%

Содержание хлористых солей До 0,1 г/кг

Содержание механических

примесей До 5 мас.%

Вода после процесса отмыва солей перекачивается на очистные сооружения и далее в систему поддержания пластового давления.

Смесь нефтяного шлама готовят следующим образом.

Наличие большого количества асфальтенов и смол в донном осадке нефтешлама дает возможность использовать нефтешлам при дорожном строительстве как связующее вещество, повышающее качество гравийной смеси за счет повышения прочности, снижения водопоглащения и уменьшения стоимости дорожного покрытия.

В OOO "НГДУ Краснохолмскнефть" опытным путем в в лабораторных условиях подобрано оптимальное соотношение смеси нефтешлама и гравия. В соотношении 1:5 (1 часть нефтешлама, 5 частей дорожного гравия) содержание хлористых солей в смеси составляет 0,06...0,09%. Исследование проб, отобранных из нефтешламовых амбаров НСП "Четырманово" и НСП "Красный Холм" OOO "НГДУ Краснохолмскнефть", показало, что нефтешламы не представляют радиационной опасности.

Нефтешлам и гравий вывозят на полотно дороги, распределяются и перемешиваются до однородности в соотношении 1:5.

Смесь нефтешлама и гравия прошла токсикологическую и радиационную экспертизу в Республиканском Центре Госсанэпиднадзора Республики Башкортостан и территориальном управлении по охране окружающей среды и на ее использование для строительства нефтепромысловых дорог 4 категории получено разрешение (№300 от 30.08.01).

Полученная нефтеминеральная смесь невзрывоопасна, не горит и не поддерживает горения. Предельно допустимая концентрация (ПДК) по содержанию хлористых солей в нефтешламе составляет 0,1 г/кг и по содержанию нефтепродуктов до 1 г/кг.

ПДК хлористых солей определяли аргентометрическим способом методом тетрирования по ГОСТ 26425-85. Содержание нефтепродуктов определяли расчетным путем по РД39-00147275-054-99 (Руковод. документ. Учет образования и движения нефтешламов.)

Методика проведения химического анализа нефтешлама

Определение массовой доли воды в нефтешламе.

Принцип метода. Метод основан на растворении содержащихся в шламе нефтепродуктов обезвоженным растворителем (нерастворимым в воде), его отгонке и улавливании содержащейся в шламе воды приемником-ловушкой.

Вся посуда, используемая при проведении испытаний, должна быть чистой и сухой. Используется приемник-ловушка со шкалой не менее 10 мл. Отбирается навеска исследуемого нефтешлама (25-26 г) и переносится в дистилляционную колбу (круглодонная колба со шлифом в составе АКОВ), туда же добавляют 100 мл обезвоженного растворителя, перемешивается содержимое колбы до полного растворения нефтепродуктов.

Вместимость дистилляционного сосуда и приемника-ловушки выбирают в зависимости от предполагаемого содержания воды в нефтешламе.

Собирают в аппарат количественное определение воды АКОВ так, чтобы обеспечить герметичность всех соединений, исключить утечку паров растворителя и проникновение посторонней влаги (закрыть верхний конец холодильника неплотным ватным тампоном). Включают воду в холодильник.

После подготовки АКОВ к работе включают колбонагреватель и доводят до кипения растворитель, скорость конденсации дистиллята в колбу-приемник должна быть 2-5 капель в секунду. Производится перегонка растворителя вместе с водой, содержащейся в нефтешламе, и скопление их в ловушке АКОВ. Перегонку прекращают, когда объем воды в приемнике-ловушке станет стабильным, верхний слой растворителя в ловушке будет прозрачным. Время перегонки не более 40-50 мин. Оставшиеся на стенках трубки холодильника капельки воды сталкиваются в приемник-ловушку стеклянной палочкой или металлической проволокой.

Если в приемнике-ловушке собралось небольшое количество воды и растворитель над ним мутный, то приемник-ловушку опускают на 15-20 мин в горячую воду для разрушения мутной эмульсии. В том случае, когда уровень собравшейся воды в приемнике-ловушке превышает деления шкалы, то отключают нагрев и дают возможность охладиться ловушке до комнатной температуры. Отсоединяют ловушку от аппарата и осторожно шприцом отсасывают необходимый объем скопившейся воды. Затем снова подсоединяют ловушку к аппарату и продолжают испытания.

После окончания перегонки дают возможность охладиться аппарату, затем разбирают его, сталкивают стеклянной палочкой или проволокой капельки воды со стенок приемника-ловушки и записывают точный объем накопившейся воды в ловушке (при отсасывании воды шприцом из ловушки этот объем прибавляется к замерному объему в ловушке).

Содержимое дистилляционного сосуда (обезвоженный нефтешлам) используется при последующем определении механических примесей.

Расчет массовой доли воды

Массовую долю воды в процентах вычисляют по формуле

X=V0/m × 100,

где V0 - объем скопившейся воды, см³;

m - масса пробы, г (плотность воды принимается за 1000кг/м³), расхождение между двумя опытами не должно превышать 5%.

Определение механических примесей в нефтешламах

Сущность метода заключается в фильтровании обезвоженного шлама с предварительным растворением его в толуоле, промывании осадка на фильтре растворителем с последующим высушиванием, дополнительным промыванием дистиллированной воды, высушиванием и взвешиванием.

Все растворители, используемые при анализе, должны быть профильтрованы и подогреты на водяной бане, не допуская кипения.

Бумажный фильтр, используемый для фильтрования, должен по размерам точно соответствовать днищу воронки Бюхнера. Фильтр необходимо поместить в бюкс и довести до постоянного веса. Воронку Бюхнера вставить в горлышко колбы Вюрца, используя плотно подогнанную резиновую пробку, и подсоединить к вакуумному или водоструйному насосу.

Доведенный до постоянного веса бумажный фильтр, предварительно смоченный в растворителе, уложить на дно воронки так, чтобы он плотно прилегал к его стенкам. Воронка заполняется раствором не более чем на 3/4 высоты, каждая новая порция добавляется после фильтрования предыдущей порции. Если на фильтре осадок не растворяется горячим толуолом, то нужно использовать дополнительное промывание фильтра подогретой спиртотолуольной смесью.

В дистилляционную колбу с обезвоженным нефтешламом добавить подогретый толуол объемом 30-40 мл, тщательно перемешать. Включить насос, присосать бумажный фильтр к дну воронки путем заливки чистого растворителя и только после этого перенести при помощи стеклянной палочки содержимое колбы на фильтр. Колбу и стеклянную палочку несколько раз ополоснуть горячим растворителем, перенося его на фильтр. После фильтрации фильтр с осадком промыть горячим толуолом до тех пор, пока на фильтре не будет следов нефтпродукта и растворитель будет стекать совершенно прозрачным и бесцветным. Фильтр с осадком просушить на воздухе 15-20 мин и затем провести отмывку от водорастворимых солей горячей дистилированной водой до отсутствия хлорид-ионов в фильтрате. Наличие хлорид-ионов определить раствором 0,05 N азотно-кислого серебра.

По окончании промывки фильтр с осадком переносят в бюкс, в котором сушился чистый фильтр, и сушат в сушильном шкафу. Фильтр с осадком в бюксе доводят до постоянного веса.

Расчет массовой доли механических примесей

Массовую долю механических примесей (X) в% вычисляют по формуле

где m1 - масса бюкса с бумажным фильтром и механическими примесями, г;

m2 - масса бюкса с чистым фильтром, г;

m3 - масса обезвоженной пробы в шламе и объема отделившейся воды.

(m3=m-Vo)·г

Расчет массовой доли нефти в нефтешламе

Содержание нефти в нефтешламе в зависимости от зоны отбора пробы может достигать 25-90%.

Массовая доля нефти (X) рассчитывается по формуле

Х=100-(Хв+Хм.п.+Х потери),

где Х - массовая доля нефти, %;

Хм.п.- массовая доля мехпримесей,%;

Х потери – массовая доля потери при проведении опыта.

Испытание образцов проводили по ГОСТ 12801-98 и ГОСТ 30491-98.

Свойства предлагаемой нефтеминеральной смеси приведены в таблице.

Из таблицы видно, что самым оптимальным соотношением состава является 1:5 (1 часть нефтешлама и 5 частей гравия).

Дорожное покрытие с применением нефтяного шлама осуществляют в следующей последовательности.

Предварительно проводят подготовительные работы - основание очищают от грязи и осуществляют разрыхление и размельчение грунта (гравия), затем размельченный грунт (гравий) перемещают в валик на обочины дороги. Нефтешлам распределяют на полотно дороги в количестве 5 м³ на 100 м² полотна дороги, гравий также распределяют по полотну дороги в количестве 15 м³ на 100 м² полотна дороги. Перемешивают нефтешлам и гравий до однородности в соотношении 1:5 и уплотняют смеси самоходными катками. Движение открывают через 7 суток после окончательного уплотнения катками.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа

Предлагаемый способ позволяет получить нефтеминеральную смесь хорошего качества.

Покрытие, получаемое из предлагаемой смеси, по водостойкости и прочности не уступает прототипу.

Предлагаемый способ позволяет рационально утилизировать нефтесодержащие отходы-нефтешламы.

Формула изобретения

Способ приготовления нефтеминеральной смеси, включающий смешение нефтесодержащего компонента с минеральными компонентами, отличающийся тем, что в качестве нефтесодержащего компонента используют нефтесодержащий отход - нефтяной шлам, который обрабатывают в несколько стадий: первоначально нефтяной шлам отмывают от легких фракций нефти подогретой до 60-65°С пресной водой, содержащей водорастворимый деэмульгатор из расчета от 100 до 120 г деэмульгатора/м³ пресной воды при отношении по объему подогретая вода с деэмульгатором : отмываемый нефтешлам 2 : 1, затем проводят обессоливание и отмывку нефтешлама пресной водой до содержания хлористых солей в промывочной воде не более 0,1%, после этого нефтяной шлам смешивают с минеральными компонентами в отношении 1 : 5.