ИССЛЕДОВАНИЕ НЕФТЕЕМКОСТИ ВЕРХОВОГО ТОРФА ПО ОТНОШЕНИЮ К ТОВАРНОЙ НЕФТИ И ГАЗОВОМУ КОНДЕНСАТУ

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕФТЕЕМКОСТИ ВЕРХОВОГО ТОРФА ПО ОТНОШЕНИЮ К ТОВАРНОЙ НЕФТИ И ГАЗОВОМУ КОНДЕНСАТУ

Научная статья

Чухарева Н.В.¹, Рожкова Д.С.², Хадкевич И.А.³

₁К.х.н., доцент, кафедра транспортировки и хранения нефти и газа, Национальный исследовательский Томский политехнический университет;

₂Студент, 4 курс, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

 ₃Студент, 4 курс, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Аннотация

Работа посвящена исследованию влияния фракционного состава верхового фускум торфа на нефтеемкость. Описана методика определения нефтеемкости торфа. Эксперименты проводились с углеводородами различной плотности (ρ = 880 кг/м3 и ρ = 770 кг/м3).

Ключевые слова: нефтеемкость, верховой фускум торф, фракция.

Key words: oil capacity, moss fuscum peat, fraction.

В настоящее время регионы Российской Федерации, характеризующиеся наличием значительных торфяных месторождений, все чаще начинают сталкиваться с проблемой  их разработки или заводнения. Это связано, в первую очередь, с участившимися случаями самовозгорания торфа.

Комплексная переработка торфа  с успехом ведется во многих странах мира. Ранее,  технологии  разработки торфяных месторождений и технологии получения ценных товарных продуктов народного хозяйства реализовывались и на нашей территории. Поэтому в РФ имеется значительный опыт работы с таким уникальным природным  сырьем, который будет заложен в  начинающую реализовываться Комплексную программу рационального природопользования.

Одним из направлений реализации вышеуказанной Программы может быть получение сорбционных материалов на основе торфа для ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. Поэтому, исследования, направленные на изучение сорбционных свойств торфов различных месторождений,  являются актуальной задачей.

Цель работы: исследование сорбционной емкости торфа.

Объект исследования: верховой фускум торф, полученный на месторождении «Темное» на территории Томской области. Характеристика объекта исследования представлена в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика объекта исследования

Месторождение	Тип, вид торфа	Степень разложния торфа, %	Шифр	Технический анализ, %			Элементный состав, % на daf
				Влажность аналитическая	зольность, на сухое топливо	Выход летучих, на горючую массу	C	H	O+N+S
Темное	верховой, фускум	20	933-2	7,90	2,10	76,00	49,19	5,10	45,71

Проведение эксперимента: торф высушивали до воздушно-сухого состояния, измельчали и разделяли на фракции. Измеряли влажность и зольность фракций способом, изложенным в методике [1]. Данные характеристик фракций представлены в таблице 2.

Таблица 2. Зависимость влажности и зольности верхового фускум торфа от его фракционного состава

№ фракции верхового торфа	Фракция, мм	Влажность аналитическая, %	Зольность на сухое топливо, %
1	0,25…0,5	7,4	5,0
2	0,5…1	8,0	4,5
3	1…2	8,5	4,6
4	2…3	9,2	4,6
5	3…4	11,4	5,0

Далее полученные образцы были исследованы на нефтеемкость. В качестве сорбтива были использованы товарная нефть и стабильный газовый конденсат. Характеристика сорбтивов представлена в таблице 3.

Таблица 3. Характеристика углеводородов

Шифр сорбируемых углеводородов	Месторождение	Некоторые параметры качества углеводородов ГОСТ 51858-2002
		Плотность при 20 0С, кг/м3	Массовая доля воды, %	Массовая концентрация хлор. солей, мг/дм3	Массовая доля серы, %	Выход фракций, % при температуре 200 0С	Давление насыщенных паров, кПа
1	Ванкорское (Красноярский край)	880,0	0,03	12,0	0,15	14,0	28,5
2	Мыльджинское газоконденсатное (Томская область)	700,0	0,03	0,79	0,01	93,0	59,0

Методика определения нефтеемкости торфа:

1. Определяли массу углеводорода, удерживаемого сеткой-ловушкой. Для этого при помощи весов 2-ого класса точности определяли ее массу m₁. В стеклянную чашку наливали 200 мл нефти или стабильного газового конденсата. На 10 минут опускали сетку-ловушку в сорбтив. Чашку с сеткой-ловушкой прикрывали часовым стеклом. Далее сетку извлекали в стеклянный стакан и давали углеводороду стечь в течение 10 минут. Стакан накрывали также часовым стеклом.  По истечении 10 минут взвешивали сетку ловушку, определяли массу сетки с углеводородом m₂. По разнице масс находили массу удерживаемого сеткой-ловушкой углеводорода:

m_{3 =} m₂ - m₁, г

m₁ – масса сетки-ловушки, г;

m₂ – масса сетки-ловушки с удерживаемым ею углеводородом, г;

m₃ – масса, удерживаемого сеткой-ловушкой углеводорода, г.

Температура воздуха в помещении во время проведения эксперимента находилась в пределах 18 ⁰С.

2. Определяли нефтеемкость торфа следующим образом. Навеску одной фракции торфа m_т в количестве 3 г размещали в сетку-ловушку равномерным слоем. Далее сетку опускали в углеводород и эксперимент проводили по аналогии с вышеописанным. Массу углеводорода, удерживаемого торфом, находили по формуле:

N_e – нефтеемкость, 1 г УВ/1 г торфа;

m₅ – масса сетки-ловушки, торфа и удерживаемого углеводорода, г;

m₄ – масса сетки-ловушки и торфа, г;

m_т – масса навески торфа, г.

3. Полученную нефтеемкость N_e пересчитывали на сухое вещество торфа по следующей формуле:

m_тс – масса абсолютно сухого торфа, г;

W_i^a – влажность аналитическая i-ой навески торфа, %.

N_ec – нефтеемкость на сухое вещество торфа, 1 г УВ/1 г торфа.

Эксперименты проводили до достижения сходимости результатов: Р=0,95, n=5, разброс значений нефтеемкости принимался в интервале ±2,5%.

Полученные в ходе эксперимента данные представлены в таблице 4.

Таблица 4. Нефтеемкость в зависимости от фракционного состава верхового фускум торфа

Тип торфа	Фракция	Шифр сорбируемых углеводородов
		1	2
		Nе(Nес), г УВ/1 г торфа
Верховой	1	1,98 (2,15) 2,08 (2,26) 2,59 (2,82) 2,19 (2,42) 1,25 (1,40)	1,87 (2,02)
	2		1,78 (1,93)
	3		1,71 (1,86)
	4		1,46 (1,61)
	5		1,13 (1,27)

В результате полученных исследований было определено, что для товарной нефти наибольшей нефтеемкостью обладают фракции 3 и 4, а для стабильного газового конденсата увеличение фракции приводит к последовательному снижению нефтеемкости (Рис.1).

Рис. 1. Влияние фракционного состава верхового фускум торфа на нефтеемкость:

1 – товарная нефть Ванкорского месторождения, ρ =880 кг/м³;

 2 – стабильный газовый конденсат Мыльджинского месторождения, ρ =700  кг/м³

Таким образом можно сделать вывод, что с увеличением плотности углеводорода фракции малого размера, согласно [2], могут являться препятствием для проникновения молекул углеводорода внутрь частицы, так как  фракции малого размера имеют очень компактную структуру.

Необходимо учитывать, что на нефтеемкость торфа, помимо размера фракций, оказывает влияние пористость структуры, природа поверхности и, возможно, групповой состав торфа [3, 4].

Выводы:

1. Фракции верхового фускум торфа размером 1..2 мм и 2..3 мм лучше сорбируют товарную нефть (ρ=880 кг/м3).

2. Увеличение величины фракции торфа приводит к снижению значения нефтеемкости по отношению к стабильному газовому конденсату.

3. Для увеличения нефтеемкости торфа необходимо его осушить с целью изменения его гидрофобности.

Список литературы / References 

1. Лиштван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск:  Наука и техника, 1975. 320с.

2. Лыч А.М. Гидрофильность торфа. – Минск: Наука и техника, 1991. – 256 с.

3. Гамаюнов Н.И., Гамаюнов С.Н. Сорбция в гидрофильных материалах. – Тверь: ТГТУ, 1997. – 160 с.

4. Ларионов Н.С., Боголицын К.Г., Богданов М.В. и др. Характеристика сорбционных свойств верхового торфа по отношению к d- и p-металлам // Химия растительного сырья. – 2008. – № 4. – С. 147–152.