ҚАЗАҚСТАН БИТУМЫНЫҢ ҚОЛДАНЫЛУЫ АЯСЫ МЕН ӘЛЕУЕТІ

Сурет 1 – Табиғи битумның табиғатта кездесуі

1. Пласты (пластовые) битум: табиғи шөгінді жыныстарына (мысалы: әктас, құмтас, доломитке) сіңген күйінде болады;
2. Беттік (поверхностые) битум: жердің бетіне жиналған көл тәріздес;
3. Өзекті (жильные) битум: құрамында аз мөлшерде минералды қоспалары бар.

1. 20-25°С-де серпімді және омырылғыш–қатты (тығыздығы 1 г/см³ жоғары);
2. 20-25°С-де созылғыш және серпімділігі жоғары – орташа қаттылықта (тығыздығы 1 г/см³ шамасында);
3. 20-25°С-де аққыштығы жоғары – сұйық (тығыздығы 1 г/см³ тан төмен).

Сурет 2 – СЭМ көмегімен алынған мұнайлы құмның өңдеуге дейінгі (сол жақтағы) және өңдеуден кейінгі (оң жақтағы) көрінісі

Сонымен, мұнай құмдарындағы табиғи битум мен құм түйіршіктері арасындағы байланысты зерттеу мұнай құмдарын өңдеу және өндіру кезінде өз пайдасын береді. Осылайша, біз мұнай құмдарының құрылымы туралы қорытынды жасай аламыз (Сурет 3).

 

Сурет 3 – Мұнай құмының құрылысы

Жасанды (техникалық) битум – химиялық құрамы жағынан табиғи битумға ұқсас, мұнай, тас көмір және тақтатастың өнімі. Өңдеу технологиясына қарай – тотыққан, қалдық, крекингтік және компаундирленген битум болып төртке бөлінеді.

Қалдық битум – вакуумды қондырғыларда жоғары шайырлы майдан жанар-жағармай заттарын үздіксіз тазалағаннан кейін (терең вакуумды тазарту арқылы) алынатын, қатты, орташа тұтқырлыққа ие қалдық.

Тотыққан битум – гудрон және басқа да мұнай қалдықтарын оттегімен тотықтыру жолымен алынатын өнім. Оттегімен тотықтыру битумға тұтқырлық беріп, оны қатайтады. Битумның бұл түрі қалдық битумға қарағанда серпімділік қасиетке ие және температураға тұрақты.

Крекингтік битумды жоғары температурада бензин алу үшін шикі мұнай мен майларды ыдырату арқылы шығарады. Әрі қарай, бұл қалдықтар тотығуға ұшырайды, осылайша сынғыштығы жоғары битум алынады.

Компаундирленген битумды шикі мұнайды өңдеуден алынған қалдықтарды араластыру арқылы алады. Мұнда полимерлер, көмір майлары, гудрон, жеңіл мұнай фракциялары сияқты әртүрлі біріктіруші қоспалар жиі қолданылады. Осының арқасында олардан қажетті қасиетке ие битум алуға мүмкіндік туады. Ал мұны вакуумдық дистилляция немесе тотығу арқылы жасау мүмкін емес.

Қалдық, тотыққан (қышқылданған) және крекингтік битумдар құрылыста, шатыр битумы ретінде қолданылады. Крекингтік битум жол салуда қолданылады. Мұнайдан алынған компаундирленген битум тек жол битумдарын өндіруде ғана қолданылады.

Мемлекеттік стандарттар бойынша (МемСТ 222457-76) жол құрылысына арналған жақсартылған, тұтқырлығы жоғары мұнай битумдарының бес маркасы өндіріледі: БНД-200/300, БНД-130/200, БНД-90/130, БНД-60/90 және БНД-40/60.

Қазақстанда өндірісінің қуаттылығы 1 млн тоннадан асатын жолға арналған битум шығаратын 4 ірі зауыт жұмыс істейді. Олар мұнай өңдеу зауыттары бар аймақтарда орналасқан. Маңғыстау облысында 2013 жылдан бері тұрақты түрде жұмысын жалғастырып келе жатқан – «СП «CASPI BITUM» ЖШС, Шымкентте битуминозды материалдарды сататын «Газпромнефть» кәсіпорнына еншілес «Газпромнефть-Битум Қазақстан» кәсіпорыны, Павлодар мұнай өңдеу зауыты және Алматы облысында орналасқан «Асфальт және битум» зауыттары. Битуминозды құмдар негізінен Қазақстанның батыс өңірлерінде – Ақтөбе, Атырау және Маңғыстау облыстарында шоғырланған (Сурет 4).

 

Сурет 4 – Қазақстанның мұнайлы құм көп орналасқан өңірлері

Қазақстанда мұнай-битуминозды жыныстарын зерттеу ХХ ғасырдың 40-жылдарында бастау алған. Осы салада М.Ф.Иерусалимский, В.В.Колпаков, С.В.Мешеряковтардың еңбектері орасан зор. 70-жылдардан бері қарай МБЖ-ны барлау, зерттеу және оларды өңдеу мен бөліп алуда Н.К.Надиров, Ш.А.Алтаев, В.К.Бишимбаев, Е.К.Қалдыгозов, М.Н.Киселева, Ш.Х.Бекбулатов және т.б. ғалымдар ізденіс жұмыстарын жалғастырды.

Қазақстанда мұнай құмдарын өңдеуге бағытталған кешенді іс-шаралар өткен ғасырдың 80-90 жылдарында жүргізілген. Зерттеу нәтижелері бойынша, Қазақстанның батыс бөлігінде 120 метрге дейінгі тереңдікте табиғи битумның 1 миллиард тоннадан астам қоры, 15-20 миллиард тоннадан асатын мұнай құмдарының қоры бар. Елімізде мұнай-битуминозды жыныстардың 60-тан астам кен орындары анықталды, оның біршама жақсы барланғандары – Маңғыстау облысында орналасқан – Беке, Ақтөбе облысында орналасқан – Мортық (қоры 40-45 млн. тонна), Атырау облысында – Иман-Қара, Есекжал, Көлжан, Ақши және Мұнайлы Мола кен орындары [3, 7].

Каспи битум зауыты автожолдарға арналған битумды (БНД 70/100 және БНД 100/130 маркалы жол битумдарын) Қаражанбас кен орнының жоғары шайырлы битуминозды майынан алады. Шикізат өзіне тән ауырлығымен, шайырлылығымен, қалдық фракцияның жоғары шығымдылығымен, құрамы күкіртті және төмен парафинділігімен ерекшеленеді. Өндіріс орнындағы зертханалар ГОСТ ИСО/МЭК 1702-2019 талаптарына сай және өнімдер ҚР СТ 1373-2013 бойынша талданады. Өндірістің тағы бір өнімі – полимерлі түрлендірілген (модификацияланған) битум. Оның жұмыс температурасы 100 °С-қа дейін жетеді және бұл қарапайым битумға қарағанда 40-50 °С-қа жоғары. Өнімнің жол төсеміне қолданылуы жолдың жарамдылық мерзімін 1,5-нан 2 есеге дейін арттырады. Зауыт шығаратын битум жалпы Қазақстанда өндірілетін битумның 42 %-ын құрайды.

Қолданысқа 2011 жылы енген «Газпромнефть-Битум Қазақстан» кәсіпорнының өндіріс қуаты тәулігіне 1000 тоннаға жетеді. Өндірістік алаңда сапасы ресейлік және қазақстандық стандарттарға сәйкес келетін БНД 60/90 және 70/100 стандартты битумдар шығарылады. Кәсіпорынның негізгі бағыты битумдық материалдар шығару және тасымалдау болып табылады.

Павлодар мұнай-химия зауыты қазіргі кездегі Қазақстан аумағында қолданылатын битумның 50 %-ын шығарады. Өнімдері – БНД 70/100 және 100/130 маркалы битумдар.

Қазақстандық ғалымдар [3-5] Маңғыстау облысында орналасқан Беке кен орнының табиғи битумын зерттеген. Табиғи битумның құрамына енетін шайырлы-асфальтенді компоненттер ИҚ-спектроскопия, молекулалық құрылымы ПМР-спектрометрия, құрылымдық-топтық талдау, гипотетикалық молекулалық құрылымы Монте-Карло әдісімен қарастырылып, нәтижесінде зерттелген кен орнында ароматты және нафтенді құрылымдардың төмен және тармақтық алкил топтарының жоғары екендігі анықталған. Келесі бір зерттеулерде [4, 10-12] Беке және Мұнайлы Мола кен орындарының мұнай-битуминозды жыныстарынан табиғи битумды бөлуге арналған экстракция (гександа, хлороформда, бензолда), аммоний және натрий карбонаттары ерітілеріндетермолиздеу, натрий силикаты ерітіндісінде ультрадыбыстық әсер ету және суперкритикалық сұйықтықтарда (гександа және изопропанолда) еріту әдістері қарастырылған. Нәтижесінде, экстракцияланып алынған таза табиғи битум шығымы: Беке кен орны-12,1%, Мұнайлы Мола кен орны-20%-ды құрады. Гексан мен изопропанолдың аса критикалық сұйықтық ортасындағы Беке кен орнының табиғи битумның шығымы 65-70%-ды құраса, екі кен орнында да битумның ең жоғары шығымы (95 %-ға дейін) 90°C температурада 1%-дық Na₂O·nSiO₂ ерітіндісінде 40 минут ультрадыбыстық әсер еткенде байқалды.

Тұтқырлығы жоғары ауыр мұнай мен табиғи битумдар мұнай немесе газ сияқты тауарлық өнім болып табылмайтындықтан, оларды пайдаға жарату үшін, яғни кондиционды мұнайға немесе бағалы мұнай өнімдеріне балама болатын мұнай алуға мүмкіндік беретін қосымша жаңарту процестерін қолдануды талап етеді. Қазіргі таңда табиғи және жасанды битум Қазақстанда жол құрылысында және құрылыста кеңінен қолданысқа ие. Ал дамыған мемлекеттерде битуминозды заттардың жаңаша қасиеттерге ие түрлерін шығарып қана қоймай, ауыр мұнайды және табиғи битумды кәдімгі мұнайға, немесе қолданыстағы терминмен айтқанда, «синтетикалық» мұнайға айналдыру жұмыстары жүргізілуде. Оның бір дәлелі – Канаданың «Suncrude» кәсіпкерлігі. Бұл өндірістің негізіне ауыр мұнайды және табиғи битумды баяу кокстеу және флексикокинг технологиялық үдерістері жатады. Дегенмен, аталған технологиялар тиімсіз және экологияға келтірер әсері бар. Соңғы кезде табиғи битумды гидрокрекинг әдісімен өңдеу арқылы синтетикалық мұнай алу жолдары қолға алынуда. Бұл технология өзінің экономикалық және экологиялық тиімділігімен ерекшеленеді. Сондай-ақ, әлемде DRB («Donor Refined Bitumen») гидрогенизациялау арқылы сутегі протон донорлары қызметін атқаратын қосымша реагенттер қосу жолымен жүретін технология танымал.

Американдық Headwaters Technology Innovations Group (HTIG) компаниясы алюминий оксидіне отырғызылған екі және одан да көп ауыспалы металдар негізінде жасалған «молекулалық мөлшерде» болып келетін, деактивацияға тұрақты, HCAT (Hydrocatalysis) гидрокрекингке арналған мұнайда еритін катализаторын ұсынды. Осы технологияның пилоттық қондырғысы Канаданың Gold Lake кен орнында қолданылып, нәтижесінде табиғи битумның 60-98 % аралығында конверсиялануын көрсетті.

Қытайлық ғалымдар ұсынған каталитикалық автотермолиз технологиясы ауыр мұнайдың және битумның тұтқырлығын 95,5 %-ға дейін төмендетеді. Қалған ауыр қалдықты қайта түзілу үдерісімен жеңіл құраушыға 13,72 %-дық тиімділікпен айналдырады. Ұсынылған технологияда 0,2 % мыстың ароматты сульфоқышқылдары катализатор ретінде қолданылады, 25 % суды енгізе отырып 280°С температурада 24 сағат өңдейді. Нәтижесінде ауыр мұнайдың тұтқырлығын төмендеп, жоғарыда аталған жоғары шығымдылыққа қол жеткізіледі. Қазіргі уақытта резина-корд арасындағы байланыстың беріктігін арттыру үшін резина қоспаларында битумды қолдану қолдану мүмкіндігін зерттеу жұмыстары жүргізілуде. Битумның қасиеттері зерттеліп, резина қоспасының рецепті жасалуда [8-9].

Қорытындылай келе, Қазақстан табиғи және мұнайдан алынатын битумға бай деуге болады. Мұнайдан алынған битум құрылыста және жол салуда қолданылады. Дегенмен, Қазақстанда битум өнімінің бір түрі болып табылатын – гидрооқшаулағыш материалдарды өндіретін кәсіпорындардың болмауы салдарынан қазіргі кезде оны біз тек шет мемлекеттерден импорттауға мәжбүрміз. Өнімнің бұл түрі химиялық және биологиялық көптеген заттардың әсеріне төзімділігі, су және газ өткізбейтіндігі, коррозияға тұрақтылығы, радиацияның көптеген түрлері әсер етпейтіндігімен ерекшеленеді. Заманауи өндірістік технологияларды қолдану битумнан алынатын заттардың қатарын толтырып, қазіргі қолданыстағы материалдардың сапалық қасиеттерінінің жоғарылауына алып келеді. Дамыған елдер сияқты Қазақстанда да битумнан синтетикалық мұнай алу жолдарын қарастыру және өндіріске енгізу мұнай қорының біршама сарқылуын тежейді әрі мұнайдан алынатын өнімдердің балама шикізат көзі болып табылады.

 

Пайдаланылған әдебиеттер:

 

1. https://neftegaz.ru/tech-library/neftekhimiya/142272-bitum-ot-lat-bitumen-gornaya-smola-neft/
2. https://stevin.su/faq/bitum.html
3. Надиров Н.К. Высоковязкие нефти и природные битумы. В 5 т. – Алматы: Ғылым, 2001.
4. Онгарбаев Е.К., Мансуров З.А., Мейирова Г.И., Малдыбаев К.М. Извлечение природных битумов месторождений Беке и Мунайлы Мола // Нефть и газ. – 2015. - № 5. – C. 133-138.
5. Ongarbaev Ye., Tileuberdi Ye., Tuleutaev B., Mansurov Z., Sultanov F., Behrendt F. Extraction and Thermal Processing of Beke Oil Sands // Advanced Materials Research. – 2014. – Vols. 1025-1026. – P. 60-63.
6. Banerjee, Dwijen K. Oil sands, heavy oil and bitumen. – Tulsa, USA: RenWell, 2012. – P. 185.
7. Есиркепова М.М. Мұнайбитумды жыныстардан және ластанған топырақтан мұнай мен битумды алудың құрастырылған ультрадыбысты технологиялары. Философия докторы (PhD) ғылыми жәрежесін алу үшін дайындалған диссертация, Қазақстан Республикасы, Шымкент, М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университеті, 2018.
8. Галиуллин Э.А., Фахрутдинов Р.З. Новые технологии переработки тяжелых нефтей и природных битумов // Вестник технологического университета. 2016. Т.19, №4.
9. Халикова Д.А., Петров С.М., Башкирцева Н.Ю. Обзор перспективных технологий переработки тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов // Вестник КНИТУ. – 2013. №3. – С. 217-221.
10. Tileuberdi Ye., Ongarbaev Ye., Tuleutaev B., Mansurov Z., Behrendt F. Study of Natural Bitumen Extracted from Oil Sands // Applied Mechanics and Materials. –2014. –Vol. 467. – P. 8-11.
11. Sultanov F., Tileuberdi Ye., Imanbayev Ye.,Ongarbayev Ye., Tuleutaev B., Mansurov Z., Khasseinov K. Aqueous extraction of organic part of oil sands under influence of ultrasound // Journal of Petroleum and Environmental Biotechnology. – 2015. – Vol. 6. – Issue 5. – P. 61.
12. Оңғарбаев Е.К., Иманбаев Е.И.,ИТілеуберді Е., Головко А.К. Беке және Мұнайлы Мола кен орындарының мұнайбитумды жыныстарынан табиғи битумдарды бөліп алу // Горение и плазмохимия, 2017, том 15, №2, с. 148-155.