Исследования теркоокислительного крекинга вакуумного газойля Сахалинской нефти Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 544.421.42:536.755

Козловский Р. А., Луганский А.И., Ушин Н.С., Черепанов А.А., Горбунов А.В., Хузиахметов Н.Ш.

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева 125047, Москва, Миусская пл., 9 *e-mail: [email protected]

ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРКООКИСЛИТЕЛЬНОГО КРЕКИНГА ВАКУУМНОГО ГАЗОЙЛЯ САХАЛИНСКОЙ НЕФТИ

В статье описан способ углубленной переработки вакуумного газойля в светлые топливные фракции с учетом возврата части продукта в процесс, а также определены оптимальные условия проведения процесса термоокислительного крекинга исходного сырья.

Ключевые слова: инициированный крекинг, вакуумный газойль, бензиновая фракция.

В настоящее время для российской нефтеперерабатывающей промышленности

углубление переработки нефти является весьма актуальной проблемой с точки зрения экономики и техники. Показатель глубины переработки в Российской Федерации редко доходит до 70-72%, в то время как в развитых странах Европы средний показатель достигает 85%, а в Северной Америке -92-95%. Для решения данной проблемы необходимо строительство новых и модернизация существующих производств углубленной переработки гудрона, мазута и вакуумного газойля.

Одной из важнейших проблем, связанных с переработкой вакуумных дистиллятов и остаточных фракций, является высокое содержание в них смолисто-асфальтеновых веществ и гетероатомных соединений. Значительная часть гетероатомов, присутствующих в исходном сырье, концентрируется в высокомолекулярных

компонентах остаточных фракций. Разработка методов деструкции смолисто-асфальтеновых компонентов с одновременным удалением серосодержащих соединений существенно повысит эффективность термических процессов переработки тяжелого углеводородного сырья и, как следствие, даст возможность получать нефтепродукты с низким содержанием высокомолекулярных и гетероатомных соединений и высоким содержанием легкокипящих фракций.

Экспериментальная часть

Целью данной работы являлось выявление основных закономерностей деструкции

высокомолекулярных соединений вакуумного газойля при использовании технологии ТОК, влияния рецикла части тяжелого продукта в цикл в зависимости от температуры и продолжительности процесса, а также, изучение состава продуктов термоокислительного крекинга вакуумного газойля (ВГ).

В качестве объекта исследования взят вакуумный газойль, полученный при вакуумной перегонке мазута марки М-40 (Сахалинского месторождения нефти компании АО «ПетроСах», 300-490°С) с содержанием: фракции н.к.-300°С - 5,7% фракции 300-490°С - 50,67 %, фракции +490°С - 43,63%, серы

- 0,643 масс. %, плотность исходного ВГ составила 921 кг/м3. Краткая характеристика сырья представлена в табл. 1.

Таблица 1. Физико-химические характеристики

вакуумного газойля.

Наименование Результат Метод испытания

Плотность при 20°С , кг/м3 921 ГОСТ 3900

Массовая доля серы, мас. % 0,6431 ГОСТ Р 51947-2002

Вязкость условная при 80°С, градусы ВУ 1,75 ГОСТ 6258

Температура вспышки в открытом тигле, °С 182 ГОСТ 4333

Фракционный состав ГОСТ 2177

Температура начала перегонки, °С 306

5% перегоняется при температуре, °С 330

10% перегоняется при температуре, °С 339

16% перегоняется при температуре, °С 350

Принципиальная схема установки

термоокислительного крекинга подробно описана в [1]. Термоокислительный крекинг ВГ проводился в цилиндрическом реакторе объемом 2500 см3, продолжительность крекинга варьировалась от 20 до 30 мин при температурах 420-440°С и подачей воздуха 4-8 % масс.

Основными параметрами при проведении процесса термоокислительного крекинга является: количество подаваемого воздуха, температура проведения реакции, время пребывания вакуумного газойля в реакционной зоне.

В ходе серий экспериментов были определены оптимальные условия термоокислительного крекинга, которые представлены в таблице 2.

На первом этапе работы проводилась термоокислительная конверсия вакуумного газойля при оптимальных условиях проведения процесса представленных в таблице 2. В результате испытаний установки

термоокислительного крекинга вакуумного газойля установлено, что при проведении процесса при температуре 440°С, давлении 7 ати, при времени пребывания массы в реакторе 25 минут и подаче в реакторный узел порядка 5% масс. воздуха, удается увеличить выход светлых фракций на 20-25% масс. по сравнению с традиционным термическим крекингом [2].

На втором этапе работы часть тяжелого продукта с массовым соотношением вакуумный газойль (исходный)-рецикл - 1,5:1 возвращали обратно в реактор для повторного окислительного крекинга. В результате данного эксперимента удалось увеличить выход светлых фракций с температурой кипения до 350°С на 11,4 % масс.

Продукты термоокислительного крекинга были проанализированы. В результате обработки данных анализов можно сделать вывод о том, что светлые фракции н.к.-140°С и 140-310°С по основным параметрам соответствуют стандартам качества бензиновых и дизельных фракций, однако требуют дополнительного облагораживания, в частности на установках каталитического риформинга (для фракции <1400С) и гидроочистки (для фракции 140-3100С) из-за повышенного содержания серы. Также следует отметить, что полученная фракции 310-3500С может применяться в качестве компонента флотского мазута, а остаток (фракции >3500С) термоокислительного крекинга вакуумного газойля соответствует

требованиям на мазут марки М-40. Фракция +490 0С после вакуумной разгонки по основным показателям соответствует дорожному битуму.

Исходя из полученных данных в результате проведенных экспериментов, можно сделать вывод, что инициирование термического крекинга вакуумного газойля кислородом воздуха в качестве достаточно эффективного инициатора может использоваться в промышленности как действенный способ, который позволяет осуществить углубление переработки нефти с получением

дополнительного количества светлых фракций. Учитывая экономическую ситуацию в мире и оценивая стоимость модернизации

существующих установок можно с уверенностью сказать, что материальные затраты на модернизацию по данному методу будут в разы меньше затрат на строительство новых установок по существующим технологиям. Процесс термоокислительного крекинга вакуумного газойля с рециклом позволяет увеличить глубину переработки исходного сырья и уменьшить расход свежего сырья, что также является положительным фактором.

Исследования проводились при финансовой поддержке Минобрнауки по проекту RFMEFI57714X0107.

Таблица 2. Условия проведения процесса крекинга

Вариант проведения

Параметры процесса

Без С

рецикла рециклом

Температура в реакторе, °С 440 440

Давление в реакторе, ати 7 7

Расход воздуха на сырье, л/мин 2,25 2,25

Время пребывания сырья в 25 25

реакторе, мин.

Массовое соотношение 1,5:1

вакуумный газойль-рецикл

Таблица 3. Материальный баланс термоокислительного крекинга (ТОК) вакуумного газойля при Т = 440°С.

Взято, % масс.

Компоненты Без рецикла С рециклом

Вакуумный газойль 98,9 98,5

Воздух, в т. ч. 4,4 5,9

Азот 3,3 4,4

Кислород 1,1 1,5

Итого 103,3 104,4

Получено, % масс.

Азот 3,3 4,4

Газ 2,5 3,8

Вода 0,1 0,1

Фракция <140°С 4,5 8,3

Фракция 140-310°С 22,3 31,9

Фракция 310-330°С 6,8 6,0

Фракция 330-350°С 10,8 8,3

Фракция +350°С 53,0 41,6

Итого 103,3 104,4

Козловский Роман Анатольевич д.х.н., проф. кафедры ТООиНХС РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Луганский Артур Игоревич к. т.н., ведущий инженер кафедры ТООиНХС РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Ушин Николай Сергеевич инженер 1 категории кафедры ТООиНХС РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Черепанов Александр Александрович магистр 2 года обучения кафедры ТООиНХС РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Горбунов Андрей Викторович ведущий инженер деканата ХФТ факультета РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва

Хузиахметов Нияз Шамсунович магистр 1 года обучения кафедры ТООиНХС РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.

Литература

1. Горбунов А.В., Луганский А.И., Ушин Н.С. Термоокислительный крекинг тяжелых нефтяных остатков //

Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. /РХТУ им. Д.И. Менделеева - 2015. - Т. XXIX. -№ 7(166). - с. 108-110.

2. Козловский Р.А., Макаров М.Г., Сучков Ю.П., Луганский А.И., Горбунов А.В., Ушин Н.С. Исследование

параметров процесса термоокислительного крекинга вакуумного газойля // Международный научно-исследовательский журнал. Выпуск 10 (41) Ноябрь 2015 часть 4. с. 38-40.

3. Демьянов С. В., Гольдберг Ю. М., Швец В.Ф., Ермаков А.Н., Луганский А.И., Ханикян В. Л.,Козловский Р. А., Корнеев И. С. Способ термоокислительного крекинга тяжелых нефтяных остатков // Патент России №2458967 от 20.08.2012.

Kozlovskiy Roman Anatolievich, Luganskiy Artur Igorevich, Ushin Nikolay Sergeevich, Cherepanov Alexander Alexandrovich, Gorbunov Andrei Viktorovich, Huziahmetov Niyaz Shamsunovich.

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.

*e-mail: [email protected]

RESEARCH THERMOOXIDATIVE CRACKING OF VACUUM GAS OIL SAKHALIN OIL Abstract

In this article describes method for deep processing of vacuum gas oil to light fuel fractions taking into account the return of the product back into the process, as well as the optimal conditions for conducting the thermal oxidative cracking process to the feedstock.

Keywords: initiated cracking, vacuum gasoil, gasoline.