Асфальт – шайырлы - парафин шөгінділерінен құралған мұнай қалдықтарынан брикеттелген отын алу технологиялық жүйесі механизмдерінің тиім

Тас көмір брикеттерінің  құрылым түзуінің екінші кезеңі байланыстыр-ғыштардың тұтқырлығының кейбір төмендеуімен, сенімді аутогезияға себепші болатын мейлінше жабысқақтықты алғанша олардың қатаюымен байланысты. Бұл кезеңде жоғары молекулярлық байланыстырғыштардың маңызды реологиялық ерекшеліктерінің бірі – кең диапазонда олардың тұтқырлық қасиеттерін қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін тиксотропия байқалады.

Үшінші кезең үшін сығымдау қысымының қосылуы нәтижесінде  барлық жүйенің ішкі үйкелісі есебінен күшейетін байланыстырғыштар мен  көмір түйіршіктерінің барлық адгезиялық –когезиялық қасиеттерінің өте күшті көрінуі тән. Бұл кезеңдерде негізінен байланыстырғыштардың – адгезиясына, аутогезиясы мен когезиясына себепші болатын ерекше қасиеті байқалады.

Төртінші (қорытынды) кезең  негізінен брикеттің өте жоғары механикалық беріктігі қол жеткізілетін кездегі, тұтқырлыққа дейін байланыстырғыштардың толық қатуына жағдай жасауға тіреледі. Бұл кезең пайдалану кезеңінде брикеттің беріктігіне зиянды әсерін тигізетін, байланыстырғыштар үлдірігінде өте белсенді шоғу кернеуінің пайда болуымен сипатталады.

Мұнай битумы жоғарғы молекулярлық құрамаға тән қасиеттерге ие, қарамайлы мұнайларды өңдеуден ауыр қалдық болып саналады. Жоғары желімдегіш қабілеттілігі мен өте пісімділігі арқасында битумдар көмір ұнтақтарын брикеттеу технологияларында байланыстырғыш ретінде кеңінен қолданылады. Бұл ретте битумдар сапасы жоғары тауарлы өнім болып табылады. Олар тапшы және қымбат.

Қазіргі уақытта битумды  байланыстырғышпен тас көмірлі  брикеттердің құрылым түзу үрдістері, сондай-ақ брикеттер құрылымының  қалыптасуына битумдардың табиғаты мен қасиеттерінің әсері өте толық зерттелген. АШПШ және битумдардың «мұнайлы туыстар» болып табылатынын ескере отырып, битумды байланыстырғышты қолданумен салыстырғанда тас көмірлі брикеттің құрылым түзілу үдерістеріне АШПШ топтық химиялық құрамының, құрылымы мен қасиеттерінің әсерін анықтау тиімді. Мұнай байланыстырғыштар мен АШПШ үлгі топтық химиялық құрамы 1 - суретте келтірілген.

 

Сурет 1 - АШПШ негізінде брикеттелген отын құрылымын қалыптастыру үдерісін анықтайтын факторлар

 

Сонымен бірге, мұнай қалдықтарының жану-энергетикалық сапасын есептеу мен математикалық моделдеу арқылы теориялық тұрғыда жуықтап есептеулері жүргізілді. Барлық шарттар мен қабылданатын түзетулерді ескере отырып, қатты отынның жану процесін анықтайтын теңдеулер жүйесі алынды. Жуықтаулар арқылы, осы теңдеулерді интегралдау жүргізіп және тек қана сутегі мен көміртегін қарастыру барысында химиялық құрамы мұнай қалдықтарына сай келетін отын үшін иммитациялық математикалық моделдеу негізінде жану жылуының орташа шамасы есептелінді.

Үшінші бөлімде мұнай өндірісінің негізінде бөлініп шығатын техногендік қалдықтарды, олардың құрамы мен бөлініп шығатын технологиялық жағдайларына байланысты орналасуы және сақталуы көрсетілген. Сонымен қатар қалдықтарды тиімді пайдалану технологиясы арқылы мұнай өндірісіндегі қауіпсіздікті қамтамасыз ету жобалары 2 - суретте келтірілген.

Техногендік мұнай қалдықтарының  құрамында көбірек парафин кездесетін болғандықтан қолданылатын технологиялық  шешімдер негізінен парафиннің қасиетімен байланысты жүргізіледі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сурет 2 - Мұнай өндіруші кәсіпорынның қалдықтарын тиімді пайдалану технологиясының сызбасы

 

Осы мақсатта мұнай қалдықтарының  мөлшері мен физикалық-химиялық құрамы негізінде келтірілген деректерге қарағанда, оларды екінші ретті шикізат ресурстарына жатқызып және тиімді пайдалану жолдары зерттелді. Осы зерттеудің нәтижесінде анықталған техногендік көрсеткіштер бойынша мұнай қалдықтарының шығу тегіне технологиялық сараптама жасалынды.

Мұнай өндірісінің негізінде бөлініп шығатын техногендік қалдықтарды, олардың құрамы мен бөлініп шығатын технологиялық жағдайларына байланысты тиімді пайдалану арқылы мұнай өндірісіндегі экологиялық қауіпсіздікті қамтамасыз ету жобалары жасалынды.

Асфальтты-шайырлы-парафинді шөгінділерінен брикет отынын дайындау технологиясын қолданып отын түрін жасау бойынша жүргізілген тәжірибелік зерттеу жұмыстарының нәтижелері көрсеткендей, брикеттеу процесінің технологиялық параметрлері анықталды.

Берілген физика-механикалық қасиеттері бар брикет отынын алудағы маңызды факторлар, асфальтты-шайырлы-парафинді шөгінділері, көмір және күріш қауызы компоненттерінің ең тиімді сандық және сапалық қатынасын анықтау болып табылады.

Дайындалған үлгілердің құрамы мен сынақ нәтижелерінің қорытындылары 1- кестеде көрсетілген.

 

Кесте 1 - Дайындалған үлгілердің құрамы мен сынақ нәтижелерінің қорытындылары

 

Көрсеткіштер	Брикет үлгілеріндегі компоненттер құрамы, %
	АШПШ -20 Көмір -75 Күріш қауызы- 5	АШПШ -22,5 Көмір – 71 Күріш қауызы-6,5	АШПШ -25 Көмір -67,5 Күріш қауызы-7,5	АШПШ -27,5 Көмір –64 Күріш қауызы-8,5	АШПШ - 30 Көмір –60 Күріш қауызы-10
Лақтыру кезіндегі  беріктігі, %	85	89	87	82	78,5
Сығу кезіндегі  беріктігі, кг/см2	97	102	99	91	86
Суды сіңіруі, %	8,6	9,0	9,4	9,5	9,6
Жылу бөлгіштігі, ккал/кг	9080	8950	8940	8865	8745
Күлдің бөлінуі, %	21,5	21,1	20,54	20,2	20,0
Құрамындағы күкірт мөлшері, %	2,6	2,5	2,4	2,3	2,2
Тығыздығы, кг/м3	1300	1255	1245	1205	1190

 

1- кестеден көрініп тұрғандай, брикеттердің сығу және лақтыру бойынша механикалық беріктігі АШПШ көлемін 20-25% аралығында, күріш қауызының көлемін 5-15% аралығында қосқанда жоғарылайтыны көрініп тұр. АШПШ-нің көлемін 25-30%-ға дейін жоғарылатып, күріш қауызының көлемін 10-15%-дан асыру брикеттің лақтыру және сығу беріктігін төмендетіп жібереді.

Жүргізілген зерттеу жұмыстарының нәтижесінде АШПШ брикеттелген отын құрамына пайдалану нәтижесінде жоғары сұранысқа ие болатын тауар алуға болатынын көрсетті. Ұсынылған құрамдағы брикеттелген отынды қолдану жергілікті мұнай кен орындарындағы жиналған АШПШ қалдықтарын пайдалану мүмкіндігін кеңейтіп, қоршаған табиғи ортаны зиянды қалдықтардан қорғау түйткілді  мәселелерді шешуде өз үлесін қосады деп білеміз.

Төртінші бөлімде АШПШ пайдаланып, брикет отынын алудың жаңа технологиялық сұлбасысы ұсынылып брикеттеу қондырғысы жасалынды        (3- сурет).

 

1- көмір қалдықтары; 2-  қабылдағыш  бункер; 3 – конвейер; 4 – елек; 5 –  майдалағыш;

6 – кептіргіш; 7 – шаң ұстағыштар; 8 – күріш қауызы; 9 – қабылдағыш  бункер; 10 – АШПШ; 11 – автоматты мөлшерлегіш; 12 – құбыр; 13 – араластырғыш; 14 – престеу құрылғысы;       15 - тасымалдау машиналары.

Сурет 3- Брикет үлгісін дайындаудың технологиялық жүйесі

 

Көмір қалдықтары (1) қабылдағыш бункерге (2) келіп түседі, конвейерлермен (3) жылжып, әрі қарай 2,5 мм-лік електен еленіп (4) ірі түйіршіктер майдалағышқа (5) келіп 0÷2,5мм-ге дейін майдаланады. Одан әрі конвейермен жылжып, кептіргішке (6) келіп түседі де, олар 55-60⁰С-ға дейінгі температурада кептіріледі. Содан кейін мөлшермен өлшеніп порциялау конвейеріне келеді де, араластырғышқа келіп түседі (13). Көмірді өңдеу процесінде шаң көтерілмес үшін шаң ұстағыш (7) орнатылған. Осы уақытта параллель күріш қауызы (8) қабылдағыш бункерге (9) келіп түседі, кептіріледі және мөлшермен өлшенеді де, бөлек конвейермен порциялау бөлімінен араластырғышқа келеді (13). Осы уақытта АШПШ арнайы ыдыстармен 80-90⁰С температураға дейін қыздырылып (10), сұйық күйде тұрған АШПШ автоматты мөлшерлегіштен (11) өтіп, құбыр арқылы (12) араластырғышқа (13) қосылады. Араластыру бөлімінде қоспалар 55÷60⁰С температурада жақсылап араластырылады да, әрі қарай араласқан қоспалар қоймалжың күйде престеу құрылғысында (14) 30÷40⁰С-тан төмен емес температурада 10÷15МПа қысымда нығыздалып, конвейер арқылы 20⁰С-дейін салқындатылып, жинау, сақтау бөліміне арнайы тасымалдау машиналарымен (15)  жөнелтіледі. Барлық процесс автоматтандырылған жүйе бойынша жұмыс жасайды.

3-суретте көрсетілген  қондырғы асфальт-шайырлы-парафинді  шөгінділерді және өсімдік қалдығын (күріш қауызы) қолданумен байланыстырғыш компонентті цилиндр тәрізді жоғары сапалы брикеттелген отын алуға арналған.

Брикет жасауға арналған қондырғы мұнай өндіруші кәсіпорындарында, өсімдік қалдықтары бар әртүрлі  кәсіпорындарда қолдануға болады.

Брикеттеу қондырғысының жиынтығы: майдалағыштан, араластырғыштан және престеу құрылғысынан тұрады. 

 

Қондырғының техникалық сипаттамасы:

Өнімділігі, кг/сағ	100
Брикет диаметрі, мм	50
Брикет ұзындығы, мм	100
Брикеттің жылу бөлгіштігі, ккал/кг	8745-9080
Механикалық беріктігі, кг/см2	86-97
Қуаты, кВт	1,2
Габаритті өлшемі, мм	1200 х 900 х 700

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-жетек (электрқозғалтқыш), 2- ременді  және шынжырлы берілістер, 3 - редуктор,        4- желдеткіш, 5- ауа үрлегіш; 6- кривошипті-шатунды механизм, 7- престегіш поршень,        8 – тірегі, 9- қиғыш, 10- конвейер, 11- газ горелкасы, 12- араластырғыш құрылғысы

Сурет 3 – Қондырғының  жалпы сұлбасы

 

Тұтқырлығы жоғары ортаның араластыру процесінде біркелкі қоспа алу қондырғының араластыруға кететін қуатына және қабырғаға жылу беруіне байланысты.

Геометриялық түрде алғанда  араластырғышы бар қондырғыларда қуат шығындарының критерийлі теңдеуі келесі түрде жазылады:

(1)

Сурет 4 - Әртүрлі араластырғыш құрылғылары бар қондырғылар үшін қуат критерийінің жалпы ортадан тепкіш Рейнольдс критерийіне тәуелділігі:     1 – көп сатылы қалақты, 2 – шнекті, 3 – бағытталған трубадағы шнекті, 4 – ленталы.

 

Ньютонды және ньютонды емес орталармен әртүрлі қондырғылардың тәжірибелік зерттеу жұмыстарының критерийлі теңдеулеріне кіретін С және коэффициенттері мәндерін анықтауға мүмкіндік берді.

Сурет 5 - Ньютонды (1) және жалған пластикалық (2) сұйықтардың қисық сызықтары.

 

Ньютонды сұйықтардың  және ньютонды емес орталардың араласуына кеткен қуат шығындарының мәндері критерийлі теңдеуде берілген ламинарлы және турболенталы облыстарда мәндер дәл келетіндігі 5-суретте көрсетілген. Өтпелі режим облысында онша үлкен емес айырмашылықты көруге болады.

Араластырғышы бар әртүрлі  қондырғылардың ньютонды емес орталарының араласуы кезіндегі гомогенизация уақытын анықтау үшін критерийлі теңдеуі келесі түрде өрнектеледі:

(2)

Сурет 6 - Әртүрлі араластырғыш құрылғылары бар қондырғылар үшін гомогенизация уақыт критерийінің жалпы ортадан тепкіш Рейнольдс критерийіне тәуелділігі.

 

Қондырғының геометриялық параметрлері процестерінің сипатына әсерін есепке алсақ гомогенизация  уақытының критерийлі теңдеуі келесідей  өрнектеледі:

(3)

мұндағы, - геометриялық симплекстер

 

Геометриялық  симплекстер және олардың араластыру уақытына әсері негізінен тәжірибелік  және деңгейлік тәуелділіктер түрінде  қарастырылады. Дегенмен араластырғышы бар қондырғылардағы сұйық қозғалысының қарапайым моделін талдай отырып, геометриялық функцияларды  анықтау үшін аналитикалық өрнектерін алуға болады. Бұл функцияларды анықтау қондырғыдағы сұйықтықтың таралу уақыты негізделеді. Бұл уақыт берілген араластырғыштың конструкциясы әсерінен туған есептеулерден болады. Бұл кезде араластырғыш орталықтан тепкіш немесе поршеньді сорап ретінде қарастырылады.

Әртүрлі араластырғыш құрылғылары бар қондырғының  геометриялық функцияларын анықтайтын өрнегі төменде келтірілген:

Турбиналық ( ; ; , мұндағы, қалақшаның ені; қалақшаның бұрағышының бұрышы; ыдыстың түбінің үстіндегі сұйықтықтың биіктігі).

(4)

 

Пропеллерлі ( ; ; , , мұндағы, қалақшаның бұрағышының бұрышы, қалақшаның ені, қондырғының түбі мен араластырғышқа дейінгі арақашықтық)

 

	(5)
; ;	(6)

 

Шнекті ( бұрандалы сызықтың көтерілім бұрышы; орамдар саны)

(7)