CC BY
29Х
И
М
И
Ч
Е
С
К
И
Е
ТЕХНОЛОГИИ
УДК 62
Т. Т. Карибов, Н.В. Азаренков
СОВРЕМЕННЫЕ ГИДРОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ
МИНЕРАЛЬНЫХ МАСЕЛ
В статье рассматриваются гидрокаталитические процессы в нефтепереработке для производства базовых масел. Приводится сравнение различных комбинированных схем с процессами, использующие селективные растворители, и гидропроцессов между собой.
Ключевые слова: гидропроцессы, базовое масло, гидроочистка, гидродоочистка, гидрокрекинг, гидроизомеризация, дистиллят, деас-фальтизат.
С развитием техники в современном мире увеличивается потребность в высококачественных смазочных материалах, которые обеспечивают бесперебойную работу механизмов даже в экстремальных условиях, а также отвечающие жестким экологическим требованиям. В связи с этим все нефтеперерабатывающие заводы стремятся к модернизации технологий получения масел. Для удовлетворения все новым требованиям качества присадок бывает недостаточно, тогда необходимо приготавливать базовые масла повышенных качеств.
Так традиционные методы производства минеральных масел с использованием селективных растворителей теряют свою актуальность, так как не удовлетворяют современным требованиям по качеству смазочных масел. Такими способами возможно получение масел из базовых основ 1 или 2 группы по классификации API [1]. И данные масла имеют достаточно высокое содержание сероорганических соединений, низкие индексы вязкости и температуры текучести. Более совершенными являются масла с основой 3 группы. Но подобные смазочные материалы невозможно получить лишь очисткой нефтепродуктов растворителями. Поэтому современное производство базовых масел не обходится без гидропроцессов, которые, помимо высокого качества производимой продукции, имеют высокие показатели по экологичности -не образуются сточные воды, загрязненные отработанными растворителями.
Гидропроцессы - это каталитические процессы, которые проводят на поверхности катализатора в присутствии избытка водорода. Гидропроцессы можно комбинировать с традиционными методами очистки тяжелых нефтепродуктов, а также как более совершенное производство - использовать только
© Карибов Т.Т., Азаренков Н.В., 2020.
Научный руководитель: Небыков Денис Николаевич - доцент, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
гидрокаталитические процессы. Важным таким процессом является гидроочистка, без которого невозможна работа современной нефтеперерабатывающей промышленности. Данное производство позволяет удалять гетеросоединения из нефтепродуктов, тем самым обеспечивается безопасность аппаратов и катализаторов, а также улучшаются показатели качества продуктов. Так при проведении гидроочистки масел улучшается их окислительная стабильность, цвет и запах, повышаются значения кинематической вязкости и индекса вязкости, а также понижается содержание гетеросоединений в масле.
Вторым важным гидропроцессом, который повысил уровень нефтепереработки, является гидрокрекинг. С вводом в производство гидрокрекинга значительно улучшились качества топлив и масел. С развитием научной базы появились его разновидности, в которых меняются условия и структура катализаторов: гидродепарафинизация, гидродеароматизация, гидроизомеризация. Первые два процесса относятся к легкому гидрокрекингу, а третий - к глубокому. Необходимой стадией в любой разновидности гидрокрекинга является гидрирование, образующихся в достаточно большом количестве, непредельных соединений, которые значительно увеличивают склонность нефтепродукта к коксообразованию. Часто данный процесс, по аналогии с англоязычной терминологией, называют гидрофинишингом [2].
Минеральными базовыми маслами являются очищенные дистилляты вакуумной перегонки мазута, либо остатки выделенные из гудрона деасфальтизацией или дуосола-процесса, так называемые деасфаль-тизаты. Чем тяжелее фракция, тем больше "вредных" компонентов в них содержится: полигетеросоедине-ния, полиароматические углеводороды и т. д., и тем сложнее из них получать качественные базовые масла. Следующие стадии получения масел могут отличаться.
Рассмотрим различные схемы производства базовых масел.
Одна из комбинированных схем переработки нефтепродуктов традиционными методами с гидропроцессами представлена на рисунке 1.
По первому варианту деперафинизат подвергают гидродоочистке, название которого указывает на завершающую стадию процесса. Данный процесс позволяет улучшить показатели базовых масел по цвету и стабильности к окислению. Но значительного улучшения по индексу вязкости и температуре застывания не происходит, и таким способом получить базовые масла III группы не представляется возможным.
Рис. 1. Схема производства базовых масел
По первому варианту деперафинизат подвергают гидродоочистке, название которого указывает на завершающую стадию процесса. Данный процесс позволяет улучшить показатели базовых масел по цвету и стабильности к окислению. Но значительного улучшения по индексу вязкости и температуре застывания не происходит, и таким способом получить базовые масла III группы не представляется возможным.
В конце прошлого века в промышленное производство вошли процессы гидроизомеризации как и для топливных фракций, так и для масляных. Данный процесс позволил серьезно улучшить показатели качества нефтепродуктов. В качестве сырья используются длинноцепочечные алифатические соединения, которые содержатся в больших количествах в гаче, петралатуме, вакуумных остатках гидрокрекинга, а также в продуктах процессов Фишера - Тропша при газопереработке. Но для такого сырья необходима предварительная гидроочистка, так как катализаторы гидроизомеризации являются достаточно чувствительными к гетеросоединениям.
Также наряду с гидроизомеризацией одним из разновидностей гидрокрекинга являются процессы каталитической депарафинизации и деароматизации, которые позволяют получать основы гидравлических масел.
В таблице 1 представлены условия работы гидропроцессов.
Таблица 1
Условия гидропроцессов по схеме I_
Гидродоочистка Гидроде-парафиниза-ция Гидро-изомеризация
Температура, С 280-350 350 - 400 400
Давление, МПа 2,9-3,5 2,5 - 4,0 5,0
Объемная скорость подачи сырья, ч-1 1,2-1,5 0,5 - 1,0 0,5 - 1,5
Кратность циркуляции ВСГ, нм3/м3 сырья 600 до 1000 1500 - 2000
Крупные нефтеперерабатывающие заводы, которые могут обеспечивать себя в большом количестве водородсодержащим газом, используют схему II (рисунок 1), в которой для производства базовых масел задействованы только гидропроцессы. Такой способ значительно повышает экологичность производства за счет того, что нет технических сточных вод с экстрактами токсичных растворителей: фенола, крезолов, метилэтилкетона и т. д.
Продукты гидрокрекинга разделяют на фракции в стадии ректификации. Вакуумные погоны могут быть использованы в гидродепарафинизации, а кубовые остатки - в гидроизомеризации. Такое распределение является наилучшим за счет того, что в остатках содержится более тяжелые фракции алканов, которые увеличивают селективность процессов изомеризации, а также необходимы для более высокой вязкости смазочных масел, чем для гидравлических жидкостей. В таблице 2 представлены условия работы процессов гидрокрекинга, гидродепарафинизации и гидроизомеризации. [2].
Таблица 2
Условия гидропроцессов по схеме II_
Гидрокрекинг Гидроде-парафиниза-ция Гидро-изомеризация
Температура, С 360 - 420 350 - 400 360 - 440
Давление, МПа 11 - 20 2,5 - 4,0 4 - 7
Объемная скорость подачи сырья, ч-1 0,4 - 1,2 0,5 - 1,0 0,5
Кратность циркуляции ВСГ, нм3/м3 сырья 1000 - 2000 до 1000 1600
Также стоит отметить, что схема с использованием только гидропроцессов позволяет получать в качестве побочных продуктов дизельные и керосиновые фракции с хорошими показателями, цетановых чисел (60-70) и высотой некоптящего пламени (выше 30) соответственно [3].
В таблице 3 представлено сравнение продуктов производства из рассмотренных схем получения базовых масел, из которого видно что гидропроцессы позволяют значительно повысить качество базовых масел. При этом уменьшая температуры застывания, существенно не снижается индекс вязкости.
Таблица 3
Сравнение базовых масел_
Базовое масло II группы2 Базовое масло Базовое масло
III группы по схеме I2 III группы по схеме II4
Индекс вязкости 95 130 135
Температура застывания, °С -15 -21 -29
Вязкость при 100 °С, мм2/с 4,0 4,3 3,4
Таким образом, гидрокаталитические процессы имеют достаточно высокую актуальность и необходимость во все большей задействованности в современной нефтепереработке не только для производства топлив, но и для получения минеральных смазочных базовых масел.
Библиографический список
1. Гиматдинов Р.Р. Состояние производства базовых масел в России / Р.Р. Гиматдинов, Р.З. Фахрутдинов // Вестник технологического университета. Казанский национальный исследовательский технологический университет. г. Казань. - 2016. Т. 19. - Вып. 11. - С. 58 - 62.
2. Капустин В.М., Тонконогов Б.П., Фукс И.Г. Технология переработки нефти : Учебное пособие. В 4-х частях. Часть третья. Производство нефтяных смазочных материалов. - Москва : Химия, 2014. - 328 с.
3. Lynch, T. R. Process chemistry of lubricant base stocks. / T.R. Lynch. - Canada, Mississauga: CRC Press, 2008. -
390 p.
4 Process for preparing lube basestock having superior low temperature properties at high VI : patent No. : 2009/0166252 US : Int. C10G 59/02 / M. Daage and other. ; ExxonMobil Research and Engineering Company. - №2 12/316,746 ; 16.12.2008 ; publication data 02.07.2009.
КАРИБОВ ТУРАН ТОФИК ОГЛЫ - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
АЗАРЕНКОВ НИКИТА ВАДИМОВИЧ - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
