Page 87
CENTRAL ASIAN JOURNAL OF EDUCATION
AND INNOVATION
IF = 5.281
Volume 4, Issue 05,May 2025
www.in-academy.uz
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ СВОЙСТВ
БЕНЗИНОВОЙ ФРАКЦИИ НЕФТЕШЛАМА
Раджибаев Д.П.
Aдилбеков А.М.
Худайберганова С.З.
https://doi.org/10.5281/zenodo.15396000
ARTICLE INFO
ABSTRACT
Qabul qilindi: 05-May 2025 yil
Ma’qullandi: 10-May 2025 yil
Nashr qilindi: 13-May 2025 yil
В статье, приведены результаты изучения выхода
бензиновой
фракции
при
переработке
нефтешлама с легкой, тяжелой нафтой в
процессе перегонки в опытной ректификационной
колонны.
Изучены
кинематические
вязкости(легкая нафта - 0,33 мм2/сек, тяжелая
нафта - 0,30 мм2/сек, бензин -0,27 мм2/сек) и
произведён расчет динамической вязкости а
также определены плотности (легкая нафта -
0,72 гр/см3, тяжелая нафта - 0,74 гр/см3, бензин -
0,78 гр/см3) жидких нефтепродуктов при 20 С с
помощью ареометров с различной шкалой.
KEY WORDS
перегонка, дистиллят, легкая
нафта,
бензин,
керосин,
дизельное
топливо,
нефтешлам.
В мире одной из актуальнейших проблем переработка нефтяных шламов,
которые накопленных в нефтяных ловушках нефтеперерабатывающих заводов.
Накопленные нефтяные шламы приводят к загрязнению почвенно-растительного
покрова, размыву почвы, опустыниванию и, как следствие, к уменьшению земельного
фонда и ее упрощению, а также локальному ухудшению экосистем. В данный момент,
нефтеперерабатывающие заводы не перерабатывают накопленных нефтяных шламов,
поэтому переработка и получения вторичного продукта из нефтяных шламов
пропиточного строительного битума является актуальной проблемой[1].
В мире необходимо обосновать следующие научные решения в области по
утилизации и переработке нефтяных шламов: изучение физико-химических свойств
нефтяных шламов с целью получения строительного битума; выявление дисперсности
твердых частиц в составе нефтяного шлама; разработка оптимального
технологического параметра процесса получения строительного битума из нефтяных
шламов; установление корреляционные зависимости эффективности процесса от
среды, содержания легких фракций в составе нефтяных шламов, температуры
процесса и др.; определение концентрации воды и мелкодисперсных твердых частиц в
составе исследуемого нефтяного шлама; разработка безотходной технологий и
технологической линий для получения строительного битума из нефтяных отходов[2].
В республике достигнуты определенные теоретические и практические
результаты в области утилизации и получении вторичного продукта, сырьевых
ресурсов из нефтяных шламов для строительства, химической и автомобильной
Page 88
CENTRAL ASIAN JOURNAL OF EDUCATION
AND INNOVATION
IF = 5.281
Volume 4, Issue 05,May 2025
www.in-academy.uz
промышленности. В стратегии действий по дальнейшему развитию Республики
Узбекистан предусмотрены задачи по «подъему промышленности путем перевода ее
на качественно новый уровень, к дальнейшей интенсификации производства готовой
продукции на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов, освоению
выпуска новых видов продукции и технологий». В этой сфере, в том числе, имеют
важное значение научные исследования по утилизации углеводородных отходов и
создание энергосберегающей технологической линии для получения вторичного
продукта из нефтяных шламов[3].
Утилизация нефтяных шламов образующихся на нефтеперерабатывающих
предприятиях и разработка
новой безотходной технологии получения строительного
битума из нефтяных шламов.
Определение концентрации воды и мелкодисперсных твердых частиц в составе
исследуемого нефтяного шлама;
определение количества легких фракций в составе разбавленного исследуемого
нефтяного шлама;
разработка технологической линии для получения строительного битума из
нефтяных шламов;
В первой емкости днища производим для перемешивание нефтешлама и тяжелой
нафты в % соотношении (35% раствора) и 65 % нефтешлам.
После чего в емкости производилось перемешивание роторной мешалкой в
течение 1 часа при нагревании ёмкости до 60
о
С. За тем сырье при помощи
центробежного насоса направляется на первой ступень гидроциклона, происходит
накопление во второй ёмкости, после чего направляется на 2-ой гидроциклон. После
второго гидроциклона идет накопление в третью ёмкость после которой отбирается
20000 мл сырья и отправляется в ректификационную колонну.
При входе углеводородного сырья в ректификационную колонну происходит его
однократное
испарение,
в
результате
которого
образуются
равновесная
парожидкостная смесь. Образованный при этом восходящий поток смеси паров
углеводородов и отпаривающего агента из куба поднимается вверх по колонне и
последовательно проходит через все пяти контактных тарелок, расположенные в ее
исчерпывающей и укрепляющей частях.
Согласно [4,7], через каждую массообменную тарелку
колонны
проходят четыре
неравновесные потоки: жидкость, стекающая с вышерасположенной тарелки; пары,
поступающие из нижней тарелки; жидкость, сливающая на нижерасположенную
тарелку по переливной пластине и пары, испаренные из состава жидкости в тарелке,
поднимающиеся на вышележащую тарелку.
Установка оснащена запорно-регулирующими элементами и приборами для
контроля расхода, температуры и давления теплоносителей в основных ее
конструктивных узлах.
Перед началом опытов измеренное количество исходного сырья загружали в
подогреватель и зажигая природный газ при помощи горелки довели до кипения.
Одновременно в паровом котле-пароперегревателе таким же способом производили
испаряющий (отпаривающий) агент - водяной пар.
Нагретое до 340-345
о
С углеводородное сырьё в парожидкостном состоянии
Page 89
CENTRAL ASIAN JOURNAL OF EDUCATION
AND INNOVATION
IF = 5.281
Volume 4, Issue 05,May 2025
www.in-academy.uz
поступает в тарелку питания ректификационной колонны, а отпаривающий агент с
температурой 264-286
о
С подается в донную часть куба колонны открытым способом.
В случае необходимости рабочая температура сырья в кубе может быть поднята при
помощи электрического нагревателя.
В ходе процесса жидкость с вышерасположенной тарелки стекает в нижнюю
тарелку по переливной пластине, где температурный режим процесса более высокий.
Поэтому из жидкости испаряется часть низкокипящих фракций, образуя поток паров, в
результате чего концентрация последних в составе жидкости уменьшается. С другой
стороны, поднимающиеся пары с нижней тарелки попадают на вышележащую тарелку,
где температурный режим более низкий, чем в нижней тарелке. При этом часть
высококипящих фракций из состава пара конденсируется на верхней тарелке,
переходя в жидкую фазу.
В
наиболее
упрощенном
виде
нефтешламы
представляют
собой
многокомпонентные устойчивые агрегативные физико-химические системы,
состоящие главным образом, из нефтепродуктов, воды и минеральных добавок (песок,
глина, окислы металлов и т.д.) [4,5]. Главной причиной образования нефтешламов
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 который
образуется в результате взаимодействия с конкретной по своим условиям
окружающей средой и в течение определенного промежутка времени, но одинаковых
по составу и физико-химическим характеристикам шламов в природе не бывает [6].
В таблице приведены экспериментальные данные по определению
кинематической вязкости, плотности в нефтяных фракций при температуре 20
о
С
Рис 1. Схема экспериментальной установки для перегонки углеводородного
Page 90
CENTRAL ASIAN JOURNAL OF EDUCATION
AND INNOVATION
IF = 5.281
Volume 4, Issue 05,May 2025
www.in-academy.uz
сырья:
Таким образом, за счет противоточного многократного контакта пара и жидкости
в тарелках паровая фаза укрепляется бензиновой фракциями углеводородного сырья, а
жидкая фаза обогащается его тяжелолетучими компонентами. При этом самая низкая
температура потоков будет в верхней части колонны, а самая высокая – в кубе
колонны. Отсюда следует, что фракционный состав пара и жидкости по высоте
ректификационной колонны непрерывно изменяется, соответственно и меняется
профиль их температуры кипения.
Выходящие из верхней части ректификационной колонны пары топливной
фракции поступают в вертикальный трубчатый дефлегматор
,
где отдают часть свого
тепла через стенку к охлаждающей воде и конденсируются. Выходящий из
дефлегматора дистиллят при помощи разделительного устройства отделяется на два
потока: первый поток в виде флегмы возвращается к верхней тарелке
ректификационной колонны, расположенной ниже зоны отбора фракции, а второй
поток направляется в горизонтальный трубчатый холодильник для дальнейшего его
охлаждения водой. Расход холодной воды в дефлегматоре и холодильниках и
устанавливается при помощи вентилей на подающей линии. Охлажденные дистилляты
топливных фракций поступают в мерные емкости.
В первом этапе экспериментов процесс перегонки углеводородного сырья
проведено под атмосферным давлением, в периодическом режиме работы установки, с
последовательным получением дистиллятов топливных фракций, сначала фракции
бензина, а затем - керосина и дизельного топлива. В последующих опытах перегонки
сырья осуществлено в непрерывном режиме установки, с дегазацией полученных
дистиллятов фракций керосина и дизельного топлива в отпарной колонне.
При проведении опытов основное внимание было уделено изучению изменения
температуры материальных потоков по времени в кубе и тарелках ректификационной
колонны. При этом фиксировали значения температуры сырья и давления
углеводородных паров в кубе, температуры дистиллятов в тарелках и давления паров
в секциях колонны, расхода воды и ее температуры на входе и выходе теплообменных
аппаратов (дефлегматора и холодильников), расхода флегмы и ее температуры на
входе в ректификационную колонну, температуры и давления отпаривающего агента,
количества кубового остатка и отбираемых дистиллятов топливных фракций.
Результаты экспериментов представлены в таблице №1
Таблица1
Физико-химические и теплофизические свойства фракции полученных
путем перегонки из смесей нефтешлама и тяжелой нафты
Page 91
CENTRAL ASIAN JOURNAL OF EDUCATION
AND INNOVATION
IF = 5.281
Volume 4, Issue 05,May 2025
www.in-academy.uz
Результаты анализов показывают, что при 20
о
С кинематическая вязкость легкой
и тяжелой нафты и бензин изменяется от 0,31 до 0,33∙10
-6
мм
2
/с, а их плотность в
пределе 0,714÷0,814 г/см
3
, плотность нефтяного шлама равняется 1,20 г/см
3
.
Из данных таблицы 1 видно, что при перегонке смесей нефтешлама с тяжелой
нафтой выход легкой фракции распределяется следующим образом: при
температурном интервале 65-179
о
С выход бензиновой фракции составляет 3385 мл,
при температуре 180-239
о
С выход керосина 250 мл, при 240-266
о
С объем дизельного
топлива 260 мл, при этом выход общей легкой фракции составляет 38,95 %.
Содержание воды в нефтешламе-26,5 %, а в миллилитрах составляет 2650 мл
жидкости, не испаряемый остаток продукции в кубе колонне в процентах 32,5 % и
потери этих смесей равны 2,05 %, а объем составляет 205 мл. Кинематические
вязкости изменяются в пределе 0,31÷1,18∙10
-6
мм
2
/с. Данные проведенных испытаний
показывают, что кинематическая вязкость, бензина ν = 0,31÷0,33· 10
6
мм
2
/сек, керосина
ν = 0,42÷0.68·10
6
мм
2
/сек, дизельная фракция ν = 0,92÷1,18·10
6
м
2
/сек. Плотность
выходящей из нефтешламовых смесей фракции бензина ρ=742÷751 кг/м
3
, керосина ρ
=781÷779 кг/м
3
, дизельного топлива ρ =792÷811 кг/м
3
.
Таблица 2
Физико-химические и теплофизические свойства фракции полученных
путем перегонки из смесей нефтешлама и легкой нафты
№
Фракция
Тем-ра
Выход
о
С
Тем-ра
куб
о
С
мл
%
Плотность
кг/м
3
Вязкость
мм
2
/сек
1
Бензин
65-179
163-204 3385
32,85
742-751
0,31-0,33
2
Керосин
180-239 205-297 250
2,7
781-789
0,42-0,68
3
Дизельная
240-266 298-348 260
2,8
792-811
0,91-1,17
4
Вода
-
-
2650
25,4
-
-
5
Остаток
-
-
3250
31,7
-
-
6
Потери
-
-
205
2,05
-
-
7
Сумма
20000 100
-
-
№
Названия
фракции
Темпера-
тура
(выход),
о
С
Температур
а(куб),
о
С
Выход
фракции,
мл
%
Плотност
ькг/м
3
Вязкост
ьмм
2
/се
к. 10
6
1
Бензин
66-182
169-239
3340 32,4
714-796
0,29-
0,55
2
Керосин
183-245
242-290
225
2,25
799-804
0,69-
1.20
3
Дизельна
я
246-347
297-350
212
2,12
815-826
1,20
4
Вода
-
-
2975
29,75
-
-
5
Остаток
-
-
2885
28,8
-
-
6
Потери
-
-
363
3,63
-
-
Сумма
-
-
20000
100
-
-
Page 92
CENTRAL ASIAN JOURNAL OF EDUCATION
AND INNOVATION
IF = 5.281
Volume 4, Issue 05,May 2025
www.in-academy.uz
Как видно из таблицы 2, при перегонке смесей нефтешлама с легкой нафтой
общий объем выхода легкой фракции составляет 37,77 %, из них 33,4 % бензина и
плотность этой жидкости p=755 кг/м
3
, а кинематическая вязкость фракции
ν=0,29÷0,55·10
6
мм
2
/сек, выходящая фракция при температуре 66÷186
о
С, следующая
керосиновая фракция выходит 2,25 %, и она поступает при температурном интервале
187÷256
о
С с плотностью p=801,5 кг/м
3
, а кинематическая вязкость этой жидкости ν =
0,69÷1,20·10
6
мм
2
/сек, третий выходящая фракция дизельное топливо при
температуре 257÷335
о
С выход этой фракции 2,12 %, а плотность жидкости p=826
кг/м
3
, и не испаряемый остаток в кубе колонны 28,85 %, при этом их кинематические
вязкости изменяются в пределе ν =0,29÷1,20∙10
-6
мм
2
/с.
Таблица3
Физико-химические и теплофизические свойства фракций полученных путем
перегонки из смесей нефтешлама и бензином
№
Названия
фракции
Температу
ра(выход),
0
С
Температур
а(куб),
0
С
Выход
фракции,
мл
%
Плотност
ькг/м
3
Вязкост
ь
мм
2
/сек.
10
6
1 Бензин
80-176
196-242
3365
33,65 760
0,25
2 Керосин
185-198
300-320
245
2,45
820
0,56
3 Дизельно
е толиво
205-335
307-335
250
2,50
827
1,17
4 Вода
-
-
2786
27,86
-
-
5 Остаток
-
-
3085
30,85
-
-
6 Потери
-
-
269
2,69
-
-
Сумма
-
-
20000
100
-
-
Данные таблицы 3 свидетельствуют о том, что при перегонке смесей нефтешлама
с бензином выход легкой фракции при температурном интервле 80-176
о
С составляет
3365 мл, а в процентах - 33,65%, плотность этой жидкости p=760 кг/м
3
,а
кинематическая вязкость бензиновой фракции находится между
ν
=1,1-1,28∙10
-6
мм
2
/с.
Затем выход керосиновой фракции при температуре 185-198
о
С выход составляет, 245
мл, при температуре 210-335
о
С, плотность фракции p=820 кг/м
3
и кинематическая
вязкость выходящей этой жидкости
ν
=0,58∙10
-6
мм
2
/с. Выход дизельного топлива 250
мл при температуре 205-335
о
С и общий объем фракции составляет 53 %,
соответственно ее плотность изменяется в пределах p=760÷827 кг/м
3
, а вязкость от
0,25 до 1,17 10
-6
мм
2
/с.
В таблицах 1, 2 и 3 приведены физико-химические и теплофизические свойства
смеси нефтяного шлама с легкой и тяжелой нафтой и бензином и их фракции
полученные путем перегонки.
В периодическом режиме работы установки, с последовательным получением
дистиллятов топливных фракций, сначала фракции бензина, а затем - керосина и
дизельного топлива. В последующих опытах перегонки сырья осуществлено в
непрерывном режиме установки, с дегазацией полученных дистиллятов фракций
Page 93
CENTRAL ASIAN JOURNAL OF EDUCATION
AND INNOVATION
IF = 5.281
Volume 4, Issue 05,May 2025
www.in-academy.uz
керосина и дизельного топлива в отпарной колонне.
При проведении опытов основное внимание было уделено изучению изменения
температуры материальных потоков по времени в кубе и тарелках ректификационной
колонны. При этом фиксировали значения температуры сырья и давления
углеводородных паров в кубе, температуры дистиллятов в тарелках и давления паров
в секциях колонны, расхода воды и ее температуры на входе и выходе теплообменных
аппаратов (дефлегматора и холодильников), расхода флегмы и ее температуры на
входе в ректификационную колонну, температуры и давления отпаривающего агента,
количества кубового остатка и отбираемых дистиллятов топливных фракций.
Таким образом, обобщая данные из трех таблиц можно сделать следующие
выводы: выход легкой фракции при разведении нефтешлама с легкой нафтой
составляет 38,95 %, с тяжелой нафтой 37,77 %, а с бензином 38,6 %, самым
эффективным растворителем является тяжелая нафта по своим высоким
растворительным свойствам. Поэтому рекомендуется использовать тяжелую нафту
как растворитель для разбавления нефтешлама.
Список литературы:
1.
Двоскин Г.И., Гришин А.А., Молчанова И.В. и другие Энергия из отходов // Экология и
промышленность России. - 2000. - № 10. – C.15.
2.
Пауков А.Н. Разработка технологии переработки нефтяных шламов, промышленных
и бытовых отходов. дисc.канд.техн.наук. тюмень. 2010. 147 c.
3.
Справочник современных природоохранных процессов/ Нефть, газ и нефтехимия за
рубежом, 1994, N10, C. 28.
4.
4. Справочник нефтепереработчика/Под ред. Ластовкина Г.А., Радченко Б.Д., Рудина
М.Г. М.: Химия, 1986. – 648 с.
5.
5. Калинин А.А., Радчемко Е.Д., Каминский Э.Ф. Определение потенциала суммы
светлых нефтепродуктов в зависимости от их ассортимента // Химия и технология
топлив и масел, 1981. № 5. С. 6–11.
6.
6. Филлипов Л.П. Расчет свойств нефтепродуктов на основе методов
термодинамического подобия. Вязкозть // Изв. вузов. Нефть и газ, 1989. №1. С. 53–56.
