Озонолиз как способ очистки и получения новых полезных нефтепродуктов (стр. 2 из 3)

Разработан новый способ получения СОЖ, согласно которому в базовом нефтяном дистилляте или отработанном масле растворяют до 15% тяжелой высокосмолистой нефти или нефтяного гудрона, полученный раствор озонируют, выдерживают продукты реакции в течение 1-2 часов при 150-160°С для разрушения образовавшихся озонидов, после чего отделяют выпавший осадок [2, 10].

Испытания, проведенные на Томском заводе режущих инструментов и ремонтно-механическом заводе, входящем в состав Сибирского химкомбината (г. Северск, Томская обл.), показали, что при применении полученной указанным способом СОЖ при нарезке отверстий во фрезах взамен используемой на той же операции осерненной жидкости, содержащей 77% индустриального, 20% растительного масла и 3% серы, удается в 3-4 раза продлить срок службы режущих метчиков. При смешении 3-10% нового продукта с водой образуются эмульсии, устойчивые при слабощелочной реакции среды (рН 8-10) и не расслаивающиеся в течение, по меньшей мере, месяца. Это позволяет использовать такие продукты как в виде масляных СОЖ, так и в виде эмульсолов.

Новые области практического применения продуктов озонирования высокомолекулярных компонентов нефти открывает их сильная адгезия к поверхности минеральных частиц.

Установлено [11], что растворимые в воде продукты щелочного гидролиза проозонированных нефтяных смол могут с успехом использоваться для оструктурирования тяжелых суглинистых почв. Как видно из табл. 2, по эффективности мелиорирующего действия эти продукты лишь немногим уступают синтетическим полимерам того же назначения, например частично гидролизованному полиакрилонитрилу (реагенту К-4), при их добавках в количестве 0,1-0,2% от массы почвы. Однако полимерные материалы в десятки раз дороже веществ нефтяного происхождения, достаточно дефицитны и к тому же ограниченно растворимы в воде, из-за чего вынужденно применяются в менее удобной эмульсионной форме [12].

Табл. 2. Изменение макроагрегатного состава почвы из пахотного слоя 0-20 см при обработке продуктами озонолиза нефтяных смол (ПОНС) [11] или реагентом К-4 [12]
Реагент	Доля (%) частиц размером, мм
Величина добавки, мас. %	> 1,0	1,0-0,5	0,5-0,25	> 0,25
ПОНС, 0,20	0,4	11,7	15,1	33,2
ПОНС, 0,10	37,3	18,8	19,2	75,3
ПОНС, 0,01	2,1	4,3	10,2	17,1
ПОНС, 0,001	1,9	4,9	8,8	15,5
К-4, 0,20	---	---	---	37,2
К-4 0,10	---	---	---	81,2
К-4 0,05	---	---	---	74,3
К-4 0,01	---	---	---	56,3

Важно, что если подвергающиеся озонированию смолистые вещества были выделены из малосернистой нефти резко нафтенового углеводородного состава, то конечные продукты превращения, помимо высокой структурирующей способности, проявляют биостимулирующие свойства и значительно активизируют жизнедеятельность почвенных микроорганизмов.

Увеличение количества продуктов озонолиза нефтяных смол, добавляемого к сыпучему минеральному материалу, например песку, до 1 мас.% и более с последующим увлажнением, перемешиванием и сушкой приводит к отверждению смеси. Это позволяет использовать такие продукты в качестве органических крепителей для приготовления форм и стержней в литейном производстве [2, 13]. В литейном цехе НПО «Полюс» (г. Томск) были испытаны в этом качестве водорастворимые натриевые соли полифункциональных кислот, полученные в виде порошка из продуктов озонолиза гудрона западносибирской нефти и осажденной из последнего сжиженным бутаном фракции «бутановых смол» [14]. При этом расчетное количество сухого порошкообразного крепителя добавляли к формовочному песку марки 1КО16, смесь тщательно перемешивали до и после ее увлажнения (4-5 мас.% воды) и из полученной сырой массы формовали цилиндрические образцы для измерения их физико-механических характеристик согласно ГОСТ 23409. Перед измерениями образцы сушили в термошкафу в течение 3 ч.

Прочность высушенных стержней на сжатие σсж и растяжение σр при 3%-ной добавке крепителя достигала величин 26-28 и 12,2-13,6 кг/см2 соответственно, газопроницаемость была не хуже 160 ед., а осыпаемость не превышала 0,3 % (см. рис. 3). Для сравнения отметим, что ныне использующиеся в тех же целях водорастворимые реагенты марок КО и М при добавках к песку в количествах 1,5-4,2% прочность стержней на растяжение σр = 10-12 кГ/см2 и газопроницаемость не выше 150 ед. [15, 16].

С помощью форм, приготовленных по описанной методике, получены качественные алюминиевые, латунные и стальные отливки, легко, без пригара отделяющиеся от прогоревшей формовочной смеси. Комки форм, разрушенных после отделения отливок, измельчали, не отбрасывая прогоревшую часть, и повторно использовали в следующем цикле приготовления новой формы и литья, компенсируя количества выгоревшего органического вещества небольшой добавкой того же крепителя. В возможности полной (минеральный наполнитель) или частичной (не разрушившее связующее) регенерации и повторного использования материалов — еще одно достоинство нового крепителя.

Понятно, что сильную адгезию описанных продуктов озонолиза высокомолекулярных компонентов нефти можно использовать и для решения еще одной важной практической задачи — закрепления сыпучих грунтов.

Продукты озонолиза как стимуляторы роста растений

Биологическая активность (БА) продуктов озонолиза смолистых компонентов некоторых нефтей определяет возможность их применения не только для активизации почвенной микрофлоры, но и для стимуляции роста живых организмов. Такая способность некоторых нефтяных компонентов и продуктов их химической модификации известна давно. Широко используются лечебные свойства нафталанской нефти, действие которых связывают с наличием в ней больших количеств полициклических нафтенов [17].

В середине ХХ века широко изучались биостимулирующие свойства «нефтяных ростовых веществ» (НРВ), являвшихся сравнительно низкомолекулярными (в среднем С13) солями органических кислот — отходами щелочной очистки среднедистиллятных фракций нефтей, перерабатывавшихся на бакинских НПЗ [18]. Результаты испытаний НРВ были нестабильными, в связи с тем эти вещества были почти забыты.

Концентрации кислот в сырых нефтях, особенно в их легких и средних фракциях, невелики. В то же время разнообразные полезные свойства этих веществ (поверхностно-активным, экстракционным, пластифицирующим и др. [19]) обеспечили потребность в них во многих отраслях хозяйства. Ясно, что ресурсы органических кислот можно значительно расширить, привлекая новые виды сырья и окислительные процессы, из которых одним из наиболее удобных является озонолиз. Предложен, например, способ получения стимуляторов роста растений окислением водно-щелочной суспензии торфа озонсодержащим газом [20]. Но получаемые «оксигуматы» оказались биологически менее активны, чем НРВ.

Мы предположили, что БА должны в первую очередь обладать водорастворимые кислородсодержащие соединения, по структуре углеродных скелетов подобные молекулам, синтезируемым самими живыми организмами. Такими соединениями — биореликтами — богаты многие нефти. Это дало основания надеяться, что щелочной гидролиз продуктов озонирования нефтяных смол, не сопровождающийся крекингом крупных молекулярных фрагментов, мог быпривести к получению веществ с желаемыми свойствами. Обширные эксперименты по озонолизу нефтей и природных битумов, значительно разнящихся по геолого-геохимическим характеристикам и химическому составу, и комплекс лабораторных и полевых испытаний подтвердили эту идею и позволили целенаправленно получать продукты с очень высокой БА, особенно мощно влияющие на ранние стадии роста и развития растений [2, 21, 22].

Главным в обеспечении успеха явился правильный выбор типа исходного сырья, которое должно удовлетворять следующим важнейшим требованиям:

— высокое содержание смолистых веществ;

— высокая доля полициклических нафтенов в углеводородной части, а также аналогичных и аренополициклановых структур в составе смол;

— низкое содержание или отсутствие твердого парафина;

— низкое содержание сернистых соединений;

— низкая степень катагенной преобразованности природной углеводородной системы.

Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют нефти и природные битумы из геологически молодых, кайнозойских или позднемезозойских отложений, размещающиеся на относительно малых глубинах.

В полном соответствии с этими критериями выбора сырья наибольшую БА среди изученных нами объектов проявили названные нами «лесикатами» продукты, полученные из плиоценовой нефти Троицко-Анастасьевского месторождения (Краснодарский край), природного битума площади Иман-Кара (Западный Казахстан) и сеноманской нефти Русского месторождения (Тюменская область) [2, 21, 22].