Инновационные разработки ученых ПГУ для нефтегазовой отрасли

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 7
  • Фото
  • ПГУ

pdf - Инновационные разработки ученых ПГУ для нефтегазовой отрасли  58-61_07.2017
(204,6 KiB, скачали - 117)

209x300 - Инновационные разработки ученых ПГУ для нефтегазовой отрасли

О том, какие инновационные разработки предлагают нефтегазовой отрасли ученые Полоцкого государственного университета, рассказывает доцент кафедры химической техники и охраны труда ПГУ, кандидат технических наук Юлия БУЛАВКА.

Перспективное развитие химической промышленности в значительной степени связано с выпуском малотоннажных продуктов. В странах экономического авангарда их производство превалирует над добычей и первичной переработкой сырья.

Учитывая то, что наша страна импортирует огромный объем такой продукции, очевидно, что отечественную «малотоннажку» необходимо развивать. И делать это следует на базе существующих и вновь создаваемых предприятий с использованием новых наукоемких технологий.

К числу малотоннажной продукции относятся:

  • ✓ синтетические красители,
  • ✓ текстильно-вспомогательные вещества,
  • ✓ химикаты-добавки, реактивы,
  • ✓ катализаторы,
  • ✓ присадки к топливам и маслам,
  • ✓ биохимические препараты,
  • ✓ консерванты,
  • ✓ ингибиторы коррозии.

Их определяющим признаком являются высокая степень наукоемкости, экономическая результативность и широкая сфера применения при сравнительно небольших масштабах производства.

Причем экономический эффект при потреблении соизмерим с эффектом, получаемым крупнотоннажным производством. В этой связи очень важно расширять линейку малотоннажной химии, используя в том числе и продукты из отходов крупнотоннажных химических производств.

В поле зрения ученых Полоцкого государственного университета попал, к примеру, низкомолекулярный полиэтилен (НМПЭ) — продукт, сопутствующий изготовлению полиэтилена высокого давления. На заводе «Полимир» ОАО «Нафтан» этот процесс проводится в реакторах автоклавного и трубчатого типов, НМПЭ отделяется при сепарации возвратного газа (этилена). Объем производства составляет около 100 т в год.

— Получается, что в некоторых случаях достаточно адаптировать уже имеющиеся технологии для получения нового продукта или использовать известный продукт с целью расширения области применения?

— Как раз при всей своей важности и доходности малотоннажные производства отличаются тем, что не требуют много времени и больших капитальных затрат для запуска. Мы досконально изучили низкомолекулярный полиэтилен и выявили, что он состоит из смеси насыщенных углеводородов, имеет высокую температуру вспышки — выше 250 ºС и низкую зольность — менее 0,1% масс. Средняя молярная масса находится в пределах 1—5 тыс. г/моль, бимодальное молекулярно-массовое распределение — в интервале от 50 до 5 250.

НМПЭ является аморфно-кристаллическим веществом, общее содержание СН3-групп примерно втрое превышает их количество в полиэтилене высокого давления и составляет 4—8 единиц на 100 атомов углерода. Значительная часть приходится на боковые ответвления, среди которых большую долю составляют этильные и бутильные радикалы. НМПЭ устойчив к воздействию воды, солей, некоторых кислот и щелочей.

При температуре более 80 ºС он растворим в алифатических и ароматических углеводородах, мало подвержен действию атмосферных факторов, обладает высокой адгезией к бумаге, дереву, металлу, керамике.

— То есть рассмотренные свойства указывают на перспективность применения низкомолекулярного полиэтилена для получения нефтяных композиций различного назначения?

1 300x223 - Инновационные разработки ученых ПГУ для нефтегазовой отрасли

НМПЭ производства завода «Полимир» ОАО «Нафтан»

— Мы выяснили, что свойства НМПЭ в зависимости от технологических параметров процесса полимеризации этилена и применяемых инициаторов могут изменяться в довольно широких пределах.

И в этой связи поиск путей его рационального использования является актуальной задачей. НМПЭ желательно применять в небольших количествах в качестве добавки с целью модификации свойств каких-либо продуктов и без предварительного фракционирования. Одно из направлений использования — депрессорная присадка при получении товарного печного топлива.

Выполненные нами исследования показали, что оптимальная концентрация низкомолекулярного полиэтилена, полученного в реакторах автоклавного типа на заводе «Полимир», с температурой каплепадения 75 ºС для вовлечения в печное топливо составляет 0,05—0,3% масс. с депрессией температуры застывания 20—40 ºС. При этом для получения печного бытового топлива с нормируемой температурой застывания не выше 15 ºС достаточно вовлекать 0,05% масс. НМПЭ. По депрессорной эффективности он не уступает специально синтезированным импортным присадкам. В дизельное топливо такую присадку добавлять не рекомендуется, поскольку ухудшается коэффициент фильтруемости, однако для печных топлив такого ограничения нет.

2 300x197 - Инновационные разработки ученых ПГУ для нефтегазовой отрасли

Фракция выкипания выше 230 град . С тяжелой смолы пиролиза производства завода «Полимир» ОАО «Нафтан»

— Какие еще возможные направления использования низкомолекулярного полиэтилена могут быть рекомендованы?

— Перспективно производство комбинированной добавки для модификации свойств дорожных битумов, состоящей из низкомолекулярного полиэтилена и фракции выкипающей выше 230 ºС тяжелой смолы пиролиза, взятых в массовом соотношении 2:1. Это направление крайне актуально, так как с 1 мая 2017 года на территории нашей страны в качестве государственного стандарта Республики Беларусь на нефтяные дорожные вяжущие введен ГОСТ 33133-2014. По сравнению с предыдущим СТБ EN 12591-2010 он существенно повышает требования к традиционным параметрам качества дорожного битума.

Ужесточаются параметры температуры размягчения (минимальный порог, например, у марки БНД 70/100 должен быть выше на 4 ºС, температура хрупкости — на 8 ºС ниже), изменения свойств битума после старения и другие важные показатели. Все это требует от нефтеперерабатывающих заводов технического перевооружения и модернизации действующих производств с целью выпуска дорожного битума, соответствующего требованиям нового ГОСТа. При этом производство битумов, в отличие от светлых нефтепродуктов, практически не приносит прибыли НПЗ, и подобные модернизации будут нерентабельны.

Модификация битума марки БНД 70/100 комбинированной добавкой с НМПЭ в количестве 1% масс. приводит к увеличению температуры размягчения битума на 2,5% и, как следствие, его теплостойкости. Пенетрация и растяжимость возрастают на 31,1 и 4,8% соответственно, что сопровождается снижением твердости битума. Увеличение его растяжимости позволяет прогнозировать повышение эластичных и склеивающих свойств. Индекс пенетрации, характеризующий термическую чувствительность битумных вяжущих, соответствует требованиям современного ГОСТ 33133-2014.

Дисперсная структура модифицированного битума такой добавкой наиболее приближена к типу золь-гель, оптимальному с точки зрения требуемого качества. Температура хрупкости снижается на 4—6 ºС, следовательно, дорожное покрытие будет лучше работать в условиях сурового климата и плохой погоды. Увеличение интервала пластичности при вовлечении 1% масс. комбинированной добавки указывает на ее пластифицирующее действие на структуру битума.

Таким образом, совместное влияние компонентов комбинированной добавки на структуру битума позволяет значительно повысить его прочность и теплостойкость при повышенных температурах, а также пластичность, эластичность, трещиностойкость, улучшить адгезию к поверхности минеральных материалов, что позволяет прогнозировать высокое качество дорожного покрытия.

При этом предлагаемая 1-процентная комбинированная добавка, полученная из одной части пека тяжелой смолы пиролиза и двух частей НМПЭ, может эффективно использоваться для доведения основных показателей качества дорожного битума до требований современных стандартов.

— Расскажите, пожалуйста, подробнее о самом процессе

3 300x294 - Инновационные разработки ученых ПГУ для нефтегазовой отрасли

Смазочные композиции, состоящие из НМПЭ и депарафированного масла

— Исследования показали, что данный материал также стоек к действию коррозионно- и химически агрессивных сред, а также к атмосферному старению. С учетом этих свойств нами синтезированы образцы смазочных композиций на основе НМПЭ, полученного в реакторах автоклавного типа на заводе «Полимир» с температурой плавления около 90 ºС и массовой долей летучих веществ не более 0,06% масс.

В качестве смягчителей для снижения вязкости композиций использованы различные по свойствам дисперсионные среды, произведенные в ОАО  «Нафтан»: депарафинированное масло, вакуумные дистилляты, остаточный продукт с установки мягкого гидрокрекинга, остаток гидрокрекинга с установки «Юникрекинг», дистиллятный и остаточный экстракты с установки селективной очистки фенолом.

4 254x300 - Инновационные разработки ученых ПГУ для нефтегазовой отрасли

Определение влияния НМПЭ на растяжимость (дуктильность) битума нефтяного дорожного

Для изготовления смазочных композиций на основе НМПЭ взвешивались необходимые компоненты смазки из расчета на общую массу готовой продукции — 100 г. НМПЭ медленно расплавляли и обезвоживали при температуре 95—105 ºС до состояния однородного расплава, затем при перемешивании добавляли необходимое количество дисперсионной среды.

После этого отключали нагрев и при включенной мешалке смесь охлаждали на воздухе до 40—50 ºС. Затем ее переплавляли при 100 ºС в течение трех часов для удаления остаточных пероксидов — инициаторов полимеризации этилена, далее при интенсивном перемешивании снова охлаждали до 40 ºС.

Смазочные композиции устойчивы к расслоению, однако для них характерен период созревания структуры до 10—15 дней, в течение которых постепенно повышается вязкость. При этом макромолекулы связываются в ассоциаты под воздействием кислорода и достигается равновесная коллоидная структура исследуемых образцов.

— Существуют ли аналоги синтезированных вами составов?

7 300x205 - Инновационные разработки ученых ПГУ для нефтегазовой отрасли

Смазочные композиции, состоящие из НМПЭ и продукта остаточного гидрокрекинга

— Современными инструментальными методами анализа установлено, что синтезированные смазочные композиции на основе НМПЭ по физико-химическим и эксплуатационным свойствам имеют сходства с существующими промышленно выпускаемыми углеводородными консистентными смазками — антифрикционной химически стойкой ЦИАТИМ-205 (ГОСТ 8551), консервационными ГОИ-54п (ГОСТ 3276) и ПВК (ГОСТ 19537), также похожи на канатные и вакуумную смазки.

Определены основные эксплуатационные показатели, оцениваемые для консистентных смазок. Результаты анализа и требования к ним приведены в таблице, из которой следует, что по большинству показателей синтезированные смазки на основе НМПЭ с остаточными продуктами гидрокрекинга низкого и высокого давления сходны с антифрикционной химически стойкой ЦИАТИМ-205; замешанные с вакуумным дистиллятом четверного погона — с морозостойкой смазкой ГОИ-54п, а композиции с дистиллятным и остаточными экстрактами по свойствам аналогичны консервационной смазке ПВК.

Верхний температурный предел применения смазок на основе НМПЭ находится в рамках 50—60 ºС, для чего концентрация дисперсионной среды должна составлять не более 30% масс. При испытании данных смазок на морозостойкость после 5 часов выдержки при минус 60 ºС не обнаружено трещин и отслаивания от поверхности пластинок, не выявлена хрупкость — смазки оставались пластичными и липкими.

Анализ химической стойкости, оцениваемой по ГОСТ 21068-75, показал, что в течение 30 суток образцы, погруженные в 10-процентные водные растворы соляной и серной кислот, щелочи и соли, не подвержены изменению массы и внешнего вида (отсутствуют трещины, вздутия, отслоения).

Введение в рецептуру консервационных и канатных смазок высокоароматизированных экстрактов фенольной очистки масел придает им высокую защитную и адгезионную способности. Использование остатков гидрокрекинга приводит к снижению токсичности и канцерогенности смазок, увеличению их химической стойкости к агрессивным средам.

Сравнение химмотологических характеристик показало, что по комплексу физико-химических и эксплуатационных свойств синтезированные смазки на основе НМПЭ отвечают требованиям, предъявляемым к антифрикционным и консервационным смазкам типа ЦИАТИМ-205, ГОИ-54п и ПВК, однако исходные компоненты для их приготовления дешевле, чем у промышленно производимых смазок. Выпуск смазочных композиций с использованием сырья неквалифицированного применения позволит расширить ассортимент пластичных смазок, снизить нагрузку на окружающую среду и получить экономический эффект.

— Отрадно и то, что данные исследования — студенческий научный вклад в развитие производства…

— Безусловно. Нам крайне приятно констатировать, что все исследования выполнялись студентами, обучающимися по специальности «химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов», в рамках студенческого научного общества кафедры химии и технологии переработки нефти и газа Полоцкого государственного университета.

В данном направлении на протяжении нескольких лет работали Юлия Петровская, Елизавета Сычёва, Виктория Сыцевич, Оксана Василевская, Валерия Ширабордина, Ольга Шкиреева. Выполнение комплексных научных исследований в области нефтепереработки и нефтехимии стало возможным благодаря обновлению научно-технической базы нашего университета, что является несомненной заслугой заведующего кафедрой химии и технологии переработки нефти и газа Ирины Бурой и ректора Дмитрия Лазовского.

Результаты исследований студенческого научного общества ежегодно представляются на международных и республиканских конкурсах и конференциях.

Студенты всегда с особым интересам посещают московские конференции «Нефть и газ», «Нефтегазовые горизонты» и другие, что является дополнительным стимулом к получению значимого научного результата.

Подобные работы накладывают отпечаток и на дальнейшее трудоустройство — многие студенты в последующем занимают инженерно-технические и руководящие должности на предприятиях отрасли.

Ирина ЕМЕЛЬЯНОВИЧ

 

Facebook Comments
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Читайте также: