Физико-химические методы исследования нефтяного шлама
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Западно-Казахстанский аграрно-
имени Жангир хана
Машиностроительный факультет
технология»
ЗАДАНИЕ
на курсовую работу
по дисциплине «Химия и физика органических веществ»
СТУДЕНТ_______________________
КУРС_____________________
ТЕМА РАБОТЫ___________________
______________________________
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
Задание принял к исполнению «_____» ______________________ 20 __ г.
Студент ______________
______________________________
(подпись)
Срок выполнения работы «____» ______________________ 20__ г.
Руководитель курсовой работы __________ _____________________________
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Западно-Казахстанский
аграрно-технический
имени Жангир хана
Кафедра «Химия и химическая технология»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Химия и физика органических веществ»
Тема: Физико-химические методы исследования нефтяного шлама
Оценка________
Уральск, 20__
СОДЕРЖАНИЕ
Аннотация ……………………………………………………………………….
Нормативные ссылки …………………………………………………………...
Введение ………………………………………………………
1 Нефтяные шламы .………………………………………………………….
1.1 Виды нефтяных шламов……………………………………………………
1.2 Образование нефтяных шламов ………………………………………...
1.3 Переработка нефтяных шламов …………………………………………...
1.4 Удаление нефтяного шлама из резервуаров ………………………………
1.5 Система предварительной обработки шлама …………………………….
1.6 Химическая дозирующая система ………………………………………...
1.7 Трёхфазный горизонтальный декантатор ………………………………...
1.8 Способ обработки и утилизации нефтяных шламов……………….
2 Экспериментальная часть ………………………………………………….…
2.1 Определение содержания воды в нефтяном шламе
2.2 Метод определения механических примесей …………………………….
2.3Определение содержания ароматических углеводородов весовым методом…….
2.4 Определение кинематической вязкости
Заключение ……………………………………………………………………....
Список использованной литературы …………………………………………..
Приложения
Аннотация
Данная курсовая работа на тему: «Физико-химические методы исследования нефтяного шлама» выполнена согласно заданию и состоит из следующих разделов: введения, литературного обзора, экспериментальной части, заключения и списка использованной литературы.
В литературном обзоре анализированы данные по нахождению, образованию, удалению и переработке нефтяного шлама по отечественным и зарубежным литературным источникам. В экспериментальной части с помощью лабораторных исследований определены состав и свойства анализируемого нефтяного шлама.
Данная курсовая работа содержит …. страниц, 2 таблицы, 4 рисунка.
Нормативные ссылки
ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ.
Общие санитарно-гигиенические
ГОСТ 12.2.033-88 ССБТ. Рабочее место при выполнении работ стоя. Общие эргономические требования.
ГОСТ 2517-95. Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб.
ГОСТ 33-2000. Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости.
ГОСТ 6370-93. Нефть, нефтепродукты и присадки. Метод определения механических примесей.
ГОСТ 2477-65. Нефтепродукты. Метод определения содержания воды.
ГОСТ 33-2000. Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости.
ГОСТ 12329-77. Нефтепродукты и углеводородные растворители. Метод определения анилиновой точки и ароматических углеводородов.
ВВЕДЕНИЕ
При добыче, транспортировке и переработке нефти происходит образование и накопление нефтяных шламов. В самом общем виде все нефтяные шламы могут быть разделены на три основные группы в соответствии с условиями их образования: грунтовые, придонные и резервуарного типа. Первые образуются в результате проливов нефтепродуктов на почву в процессе производственных операций, либо при аварийных ситуациях. Придонные шламы образуются за счет оседания нефтяных разливов на дно водоемов, а нефтяные шламы резервуарного типа – при хранении и перевозке нефтепродуктов в емкостях разной конструкции.
В наиболее упрощенном виде нефтяные шламы представляют собой многокомпонентные устойчивые агрегативные физико-химические системы, состоящие главным образом, из нефтепродуктов, воды и минеральных добавок (песок, глина, окислы металлов и т.д.). Главной причиной образования нефтяных шламов является физико-химическое взаимодействие нефтепродуктов в объеме конкретного нефтеприемного устройства с влагой, кислородом воздуха и механическими примесями. В результате таких процессов происходит частичное окисление исходных нефтепродуктов с образованием смолоподобных соединений. Попадание в объем нефтепродукта влаги и механических загрязнений приводит к образованию водно-масляных эмульсий и минеральных дисперсий. Поскольку любой шлам образуется в результате взаимодействия с конкретной по своим условиям окружающей средой и в течение определенного промежутка времени, одинаковых по составу и физико-химическим характеристикам шламов в природе не бывает [1].
Актуальность темы. Производственная деятельность нефтеперерабаты-
вающих и
нефтегазодобывающих
ное воздействие на объекты природной среды, поэтому вопросы охраны окру-
жающей среды и рационального использования природных ресурсов имеют
важное значение. Одним из наиболее опасных загрязнителей практически всех
компонентов природной среды - поверхностных и подземных вод, почвенно-
растительного покрова, атмосферного воздуха- являются нефтешламы.
В настоящее время перестройка структуры производства НПЗ направлена
в сторону развития
безотходных природоохранных
финансировании получают проекты, в соответствии с которыми минимизиру-
ется количество нефтеотходов, или они повторно и с выгодой используются .
Поэтому известные на сегодняшний день практические разработки по техноло-
гии утилизации нефтяных шламов, как отечественных, так и зарубежных фирм,
в основном направлены на выделение и утилизацию нефти и нефтепродуктов.
Оставшаяся после этого сточная вода и твёрдая или полужидкая масса, насы-
щенная химреагентами и углеводородами, практически не утилизируются, хотя
по токсичности являются более опасными для окружающей среды.
Поэтому только комплексная переработка и использование отходов в ка-
честве вторичного сырья обеспечивают сохранение природных ресурсов. При
этом резко снижается уровень загрязнения окружающей среды. [2]
Цель исследования – физико-химическими методами исследовать нефтяной шлам в лабораторных условиях.
Задача - определить и установить физико-химические характеристики анализируемого нефтяного шлама ниже перечисленными способами:
- понять типы
и сущность происхождения
- экспериментальными методами определить физико-химические состав и свойства нефтяного шлама.
- в лабораторных
условиях определить
Объектом исследования являются нефтяные шламы, накапливаемые в амбарах, которые представляют собой сложную многофазную гетерогенную среду из смеси окисленных углеводородов (смол, асфальтенов, парафина), песка, растительного слоя земли, воды, солей, различных химических реагентов, использованных в процессах добычи, сбора и подготовки товарной нефти. Накопление и хранение нефтесодержащих шламов в амбарах происходит в течение многих лет. Они занимают существенные площади земли, создают серьезную угрозу окружающей среде, так как проникают в почву, попадают в источники воды, испаряются в атмосферу и являются причиной потери значительного количества углеводородного сырья.
1 Нефтяные шламы
Нефтяные шламы - это устойчивые многокомпонентные агрегатные физико-химические системы, состоящие из нефтепродуктов, минеральных примесей и воды. Причина возникновения нефтяных шламов, это физико-химическое взаимодействие нефти или нефтепродуктов с кислородом, влагой и механическими примесями, в отдельно взятой среде.
- Виды нефтяных шламов
В процессе производственной деятельности при добыче, переработки нефти – сырца, транспортировке образуются нефтяные шламы. В результате взаимодействия с условиями окружающей среды образуется любой шлам и в течение какого-либо промежутка времени одинаковых по физико-химическим характеристикам и составам в природе шламов не бывает.
При многообразии нефтяных отходов (в обобщенном виде) нефтяные шламы могут быть подразделены на три группы согласно условиям их образования:
- Грунтовые (образуются в случаях пролива нефтепродуктов и сырой нефти на почву в процессе производства или аварийных ситуациях).
- Придонные (образуются при оседании разливов нефти на дне водоема).
- Резервуарного типа (образуются при перевозке нефтепродуктов и хранения в емкостях различной конструкции).
- Нефтяные шламы, которые образуются в процессе добычи нефти, являются отдельной группой. Выходящая на поверхность земли из нефтяного пласта (так называемая «дневная поверхность») нефть содержит воду, взвешенные частицы горных пород, растворенные в ней газы и соли. Сырой нефтью называют – нефть, получаемую непосредственно из скважин, которая транспортируется сразу в ближайшие центры переработки нефти. Однако добываемая нефть, в большинстве случаев, проходит промысловую подготовку, зачастую она предназначена для экспорта или для транспортировки на нефтеперерабатывающие заводы, находящиеся в отдаленных от места добычи районах. Все эти примеси вызывают серьезные затруднения при перевозке и переработке нефтяного сырья, коррозию оборудования. Перед транспортированием сырая нефть проходит этап подготовки: из нее удаляется большое количество механических примесей, вода, выпавшие твердые углероды и соли. Впоследствии вода снова закачивается в нефтяной пласт для поддержания давления, а механические примеси с нефтью превращаются в нефтяной шлам.
1.2 Образование нефтяных шламов
В результате физико–химического взаимодействия нефтяных продуктов в объеме нефтеприемного устройства с влагой, механическими примесями, кислородом воздуха и с материалом резервуарных стенок происходит образование так называемых резервуарных нефтешламов. В результате данных процессов происходит окисление нефтепродуктов и приводит к образованию смолоподобных соединений и коррозии (ржавления) стенок резервуара.
В результате исследований соотношение нефтепродуктов в нефтяных шламах резервуарного типа, механических примесей (частицы глины, ржавчины, песка и т.д.) и воды происходит колебание в пределах 5-90% составляют углеводороды, 1-52 % - вода, 0,8-65% твердые примеси. Изменение составов нефтяных шламов как и шкала изменения их физико-химических характеристик обширны. Плотность нефтяных шламов в пределах 830-1700 кг/м3, а температура застывания от -3ºС до +80ºС, t вспышки от 35ºС до 120ºС. Образование эмульсий типа вода-масло происходит при попадании воды в нефтяные продукты, из-за стабилизации содержания в нефтепродуктах природных стабилизаторов: асфальтенов, парафинов и смол.
Верхний слой нефтяного шлама – это обводненный нефтяной продукт, содержащий до 5% тонкодисперсных примесей, и принадлежит к категории эмульсий «вода в масле». Данный слой содержит 70-80% масел, 7-20% смол, 6-25% асфальтенов, 1-4% парафинов, содержание воды не более 5-8%. Органическая часть недавно образованного верхнего слоя нефтяного шлама по свойствам и составу сходна с хранящимися в резервуарах исходными нефтепродуктами. Данная ситуация типична в расходных резервуарах АЗС.
Небольшой по объему слой, так называемый средний, представляет эмульсию типа «масла в воде». Он содержит 1,5-15% механических примесей и 70-80% воды.
Последующий слой образован отстоявшейся минерализованной водой, плотность которой 1,01-1,19 г/см3.
Придонный слой (донный ил) является твердой фазой, которая включает в себя органики до 45%, твердые механические примеси 52-88%, окислы железа. Донный ил это гидратированная масса, которая содержит до 25% воды.
Нефтяные шламы резервуарного происхождения по составу и свойствам принадлежат разным типам, поэтому, в процессе переработки шламов и зачистки применяются различные технологические приемы. Это зависит от физико-механических характеристик нефтяных шламов. Основная часть их состоит из вязких жидкостей с высоким процентом содержания органики и воды и небольшой процент механических примесей. С помощью разнообразных насосов данные шламы легко эвакуируются из отстойников и резервуаров в сборные емкости. По стенкам емкостей образуются, как правило, гелеобразные системы. В случаях, когда внутренние резервуарные покрытия не обладают коррозионностойкой и топливной защитой, в них очень легко образуются нефтяные шламы.
1.3 Переработка нефтяных шламов
Во время добычи, перевозки и переработки нефти, некоторая ее часть входит в физико-химическую реакцию с соприкасающейся средой, образуя нефтяные шламы.
Переработка нефтяных шламов на данный момент является необходимым процессом, так как в ходе переработки нефтяного шлама удается восстановить некую часть утраченного нефтепродукта. Нефтяные шламы различают трех видов:
- Природные. Природными нефтяными шламами называют вещество, которое появляется впоследствии оседания нефти на дно, каких либо водоемов и смешиванием ее с мулом и водой.
- Грунтовые. Грунтовые нефтяные шламы появляются впоследствии пролива нефти на землю.
- Резервуарные. Во время хранения нефть вступает в химическую реакцию с поверхностью резервуара, тем самым создавая нефтяной шлам, который называют резервуарным.
1.4 Удаление нефтяного шлама из резервуаров
Для зачистки резервуаров используется высокопроизводительное разборное устройство – трактор для компактного сбора и разжижения отложений со дна резервуара. Устройство представляет собой миниатюрный разборный бульдозер-экскаватор с гидравлическим приводом и винтовым насосом для перекачки отложений, разжижаемых с помощью установленных перед входом в насос специальных насадок, на их дальнейшую обработку и фазоразделение. Трактор вносится в резервуар по частям через люк (510 мм) и собирается внутри. Трудозатраты на сборку – от 3 до 4 человеко-часов. Наиболее тяжелая часть механизма весит около 30 кг. На предварительной стадии работ имеющаяся жидкая фаза откачивается дополнительным насосом, входящим в состав комплекса. После максимального удаления жидкой фазы из резервуара начинается его очистка от тяжелых «донных» шламов-осадков (парафинов, асфальтенов, слежавшейся грязи и посторонних предметов) мини-бульдозером на траках с циркуляционным разжижением осадка. Снятие донных отложений проводится до появления поверхности, не загрязненной нефтепродуктами.
Также имеются дополнительное
навесное оборудование: погрузочный
ковш и ковш со шнековым механизмом.
Бульдозер удовлетворяет
1.5 Система
предварительной обработки
После того, как нефтяные шлам вынут из накопителей, в работу подключается установка предварительной обработки для удаления любого тяжелого материала, как например камни и др. Система позволяет безопасно и эффективно нагревать, перемешивать, циркулировать и осветлять шлам. Благодаря использованию паровых змеевиков, нефтяной шлам можно безопасно нагревать до необходимой температуры для получения оптимальной сепарации в декантере. Миксеры с двойной крышей позволяют перемешивать нефтяной шлам для фильтрации любых твёрдых веществ, предотвратить образование осадка и гарантировать, что нефть будет обработана. Для дальнейшего улучшения эффективности, для шлама, которому необходим дополнительный нагрев для получения хорошего качества сепарации, может быть задействован теплообменник. Это даёт возможность увеличить нагрев, когда необходимо, без задержек в производстве.
Теплообменник
устанавливается в системе
1.6 Химическая дозирующая система
Химические флокуливующие средства также подаются в центрифугированный сырьевой трубопровод через смесительный трубопровод. Это позволяет хорошо перемешивать шлам с химическими агентами. Химическая дозирующая система позволяет перемешивать порошкообразные химикаты и добавлять их в различных контролируемых количествах. Дозировочные резервуары установлены со смесительными мешалками для перемешивания сухих порошкообразных флокуливующих агентов с водой. Дозирующая система состоит из двух резервуаров, так как для должного перемешивания порошка и воды требуется время. Для корректной работы флокуливующие средства необходимо перемешивать не менее часа. Пока один резервуар перемешивает, другой питает пульпопровод декантатора. Размер резервуаров сконструирован таким образом, чтобы опустошаться как раз за час, за это время, закрывая один клапан, открывается другой и питание может быть переключено на полный резервуар, где флокуливующие агенты основательно перемешаны.
1.7 Трёхфазный горизонтальный декантатор
Статичная декантация это процесс, в котором взвешенные твёрдые вещества в жидкости в контейнере отделяются. Сила центрифугирования усиливает данный процесс. Удельная масса продукта определяет выход из центрифуги. Центрифуга состоит из двух принципиальных элементов: вращающейся чаши – отстойника и винтового конвейера, который подводит твёрдые вещества, которые были отделены в центрифуге, к выходным отверстиям. Декантатор позволяет разделять нефтяной шлам на три фазы: воду, нефть и твёрдые вещества, которые более приемлемы с точки зрения экологии, нежели традиционные двухфазные системы, которые отделяют только твёрдые вещества и жидкость (нефтяную суспензию), которую приходится вторично перерабатывать. Объём отходов значительно сокращается и, затем, может быть безопасно использован.
1.8 Способ обработки и утилизации нефтяных шламов
Наибольшей
проблемой, связанной с очисткой
сточных вод
В связи с этим был разработан способ обработки и утилизации нефтяных шламов, согласно которому исходный продукт в зависимости от своего состава подвергается следующим видам обработки: центрифугирование, экстракция, выделение тяжелых металлов электролитическим методом, компостирование или изготовление гидроизоляционных материалов, утилизация на полигонах твердых бытовых отходов.
Схема обработки нефтяного шлама представлена на рисунке 1, а продукты переработки и утилизации нефтяного шлама представлены на рисунке 2.
2 Методики определения
2.1 Определение содержания воды в нефтяном шламе
ГОСТ 2477-65. Нефтепродукты. Метод определения содержания воды.
Проба на потрескивание.
Настоящий стандарт
устанавливает метод
Сущность метода состоит в нагревании пробы нефтепродукта с нерастворимым в воде растворителем и измерении объема сконденсированной воды.
Приборы: Пробирка диаметром 10—15 и высотой 120—150 мм; Термометр; Термостат
Ход определения
При нагревании нефти или нефтепродукта до 150°С содержащаяся в них вода вскипает и образует пену, вызывая треск и помутнение продукта. По этим признакам делают заключение о наличии или отсутствии воды в продукте.
В стеклянную пробирку диаметром 10 – 15 и высотой 120 – 150 мм наливают испытуемый продукт до высоты 80 – 90 мм. Пробирку закрывают пробкой, снабженной термометром и имеющей отверстие для прохождения образующихся паров. Шарик термометра должен находиться на расстоянии 20 – 30 мм от дна пробирки. Пробирку с испытуемым продуктом вставляют вертикально в термостат (В соответствии с рисунком 1), нагретый до 170°С, и наблюдают за ней в течение нескольких минут, пока температура в пробирке не достигнет 150°С. При наличии в продукте влаги он начинает пениться, слышится треск. Наличие влаги считается установленным, если явственный треск слышен не менее двух раз.
Рисунок 1 – Прибор для определения влаги пробой на потрескивание
Если при
первом испытании наблюдались только
однократный треск и
Вывод по определению воды в нефтяном шламе: в ходе анализа нефтяного шлама на качественное содержание воды было определено наличие воды в исследуемом нефтяном шламе. Потрескивания обнаружились при 40ºС, а пенки начали образовываться при 75º. Этот опыт доказывает содержание воды в нефтяном шламе.
2.2 Определение механических примесей весовым методом
ГОСТ 6370-83 (СТ СЭВ 2876-81) Нефть, нефтепродукты и присадки. Метод определения механических примесей.
Настоящий стандарт распространяется на нефть, жидкие нефтепродукты и присадки и устанавливает метод определения механических примесей.
Сущность метода заключается в фильтровании испытуемых продуктов с предварительным растворением медленно фильтрующихся продуктов в бензине или толуоле, промывании осадка на фильтре растворителем с последующим высушиванием и взвешиванием.
Приборы и реактивы: стаканчик с крышкой, стакан высокий с носиком, воронка стеклянная, палочка стеклянная с оплавленным концом, промывалка с резиновой грушей, бумажные фильтры беззольные, бензол иди бензин марки Б-70 или БР-1, этиловый спирт-ректификат, смесь этилового спирта и этилового эфира в соотношении 4:1 (по объему), нефтяной шлам.
Ход определения
Бумажный фильтр предварительно высушивают в стаканчике до постоянной массы при 105-110°С. Перед взятием навески пробу нефти хорошо перемешивают встряхиванием в течение 5 мин. Если нефть высоковязкая, то предварительно ее нагревают на водяной бане до 40-80°С.
Таблица 1 - Масса навески и соотношение растворитель :нефть зависят от вязкости нефти
вязкость нефти при 100 °С, мм2/с до |
20 |
масса навески, г |
100 – 125 |
массовое отношение растворитель: нефть |
2 ± 4 : 4 ± 6 |
Навеску берут с погрешностью до 0,05 г и разбавляют подогретым на водяной бане растворителем.
Горячий раствор
навески фильтруют через
Воронку наполняют не более чем на 3/4 высоты фильтра. Раствор наливают на фильтр по стеклянной палочке с оплавленным концом.
Стакан ополаскивают
горячим растворителем и
После окончания фильтрования фильтр промывают горячим раствором при помощи промывалки до тех пор, пока на нем не останется следов нефти, а фильтрат не будет совершенно прозрачным и бесцветным.
Затем фильтр переносят в стаканчик, в котором сушился чистый фильтр, и сушат в течение 1 часа в термостате при 105-110°С.
После этого стаканчик закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе в течение 30 мин и взвешивают с погрешностью до 0,0002 г.
Операцию повторяют
до получения расхождения между
двумя последовательными