Термоокислительный крекинг мазута из нефти Сахалинского месторождения Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

УДК 665.63-404

А.В. Горбунов, А.И. Луганский, Н.С. Ушин, А.А. Черепанов Российский Химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9 e-mail: [email protected]

ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНЫЙ КРЕКИНГ МАЗУТА ИЗ НЕФТИ САХАЛИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Одним из универсальных способов переработки тяжелых нефтяных остатков является термоокислительный крекинг. С помощью этого метода можно перерабатывать такие нефтяные остатки как: мазут, полугудроны, гудрон, при этом на выходе получаются светлые фракции (бензины, керосины и т.д.) и битумы различных марок (строительный, кровельный и др.). Помимо этого эксплуатацию установки можно проводить в режиме не глубокой переработки, что позволит получать котельное топливо различных марок. Данный режим особенно актуален в России в зимний период, когда битумы не находят целевого применения. Выход светлых фракций может достигать 50-70% масс. в зависимости от сырья.

Ключевые слова: инициированный крекинг; мазут; тяжелые нефтяные остатки; дизельное топливо; бензин; проточный реактор; моторное топливо.

Для решения проблемы утилизации тяжелых нефтяных остатков существует большое количество различных технологий и они регулярно совершенствуются. В России вопрос переработки тяжелых нефтяных остатков стоит особенно остро, так как Российская Федерация занимает лидирующее место по добыче нефти, при этом переработка нефти в России значительно отстает от лидирующих показателей. Средняя глубина переработки нефти (ГПН) составляет около 73,5%, в то время как в странах с высокоразвитой нефтепереработкой ГПН составляет 90-95% [1].

Внедрение используемых ныне в высокоразвитых странах технологий, позволяющих значительно повысить ГПН (таких как: гидрокрекинг, процесс Юрека и др.), в России затруднительно, ввиду

значительных материальных, энергетических затрат и тяжелой геополитической обстановки. Поэтому до сих пор актуальным является разработка новой технологии позволяющей модернизировать существующие установки, позволяющая без значительных капиталовложений и энергозатрат увеличить ГПН.

Ранее нами была разработана технология термоокислительного крекинга и в текущей работе был поставлен вопрос о модернизации этой технологии путем проведения процесса с рециклом. Схема и описание данной технологии были приведены нами ранее [2].

Первоначально были проведены исследования исходного сырья - мазута М-40 ЗАО«ПетроСах», свойства приведены таблице 1.

Таблица 1. Свойства сырья - мазута М-40 ЗАО«ПетроСах».

Наименование Результат Метод испытания

Вязкость условная при 80°С, градусы ВУ 5,1 ГОСТ 6258

Температура вспышки в открытом тигле, 0С 140 ГОСТ 4333

Т застывания, °С Плюс 22 ГОСТ 20287(Б)

Массовая доля серы, % масс. 0,709 ГОСТ Р ЕН ИСО 20846

Зольность, % масс. 0,0121 ГОСТ 1461

Массовая доля механических примесей, % масс. 0,008 ГОСТ 6370

Коксуемость, % масс. 4,74 ГОСТ 19932

Плотность при 20°С, кг/м3 952 ГОСТ 3900

Были проведены испытания по

термоокислительному крекингу мазута без рецикла. Условия проведения эксперимента приведены в таблице 2. Полученные при этом результаты приведены в таблице 3.

Таблица 2. Условия проведения процесса крекинга _мазута М-40 ЗАО«ПетроСах».

Параметр Значение

Температура в реакторе, °С 440

Давление в реакторе, ати 6

Расход воздуха на сырье, л/мин 2,25

Время пребывания сырья в реакторе, мин. 25

Полученный суммарный продукт был направлен на фракционирование. При этом полученный остаток (фракции >350°С) может использоваться в качестве компонента котельного топлива (Таблица 4).

Следующим этапом экспериментов стал термоокислительный крекинг мазута с рециклом. Для этого первоначально был наработан значительный объем рециркулирующего агента, после чего он был смешан с исходным сырьем в соотношении 1:1 по массе.

Процесс крекинга проводился в условиях аналогичных крекингу исходного сырья (таблица 2). Материальный баланс термоокислительного крекинга приведен в таблице 5.

Полученный суммарный продукт был направлен на фракционирование. Полученные фракции (н.к.-140°С, 140-330°С, 330-350°С и >350°С), были отправлены на дальнейшее исследование физико-химических характеристик. Результаты данных анализов приведены в таблицах 6-9.

Таблица 4. Свойства фракции >350°С ТОК мазута М-40 ЗАО «Пет роСах».

Наименование показателя Значение показателя Метод испытания

Вязкость условная при 80°С, градусы ВУ 26,9 ГОСТ 6258

Вязкость условная при 100°С, градусы ВУ 8,7 ГОСТ 6258

Зольность (для малозольного мазута), % масс. 0,010 ГОСТ 1461/ ЛБТМБ 482

Массовая доля механических примесей, % масс. 0,0074 ГОСТ 6370

Массовая доля серы (для мазута вида V), % масс. 0,4641 АБТМ Б 4294

Коксуемость по Конрадсону, % масс. 13,1 ГОСТ 19932

Температура застывания, °С 26 ГОСТ 20287(В)

Температура вспышки в открытом тигле, °С 243 ГОСТ 4333

Плотность при 20°С, кг/м3 1007 ГОСТ 3900

Таблица 5. Материальный баланс ТОК крекинга мазута М-40 ЗАО «ПетроСах» с использованием рецикла.

Взято, % масс.

Мазут 98,5

Воздух, в т. ч. 5,9

Азот 4,4

Кислород 1,5

Итого 104,4

Получено, % масс.

Азот 4,4

Газ 4,5

Вода 0,1

Фракция <140°С 9,7

Фракция 140-330°С 39,9

Фракция 330-350°С 13,4

Фракция >350°С 32,3

Итого 104,4

Таблица 3. Материальный баланс термоокислительного крекинга мазута М-40 ЗАО _«ПетроСах».

Взято, % масс.

Мазут 98,9

Воздух, в т. ч. 4,4

Азот 3,3

Кислород 1,1

Итого 103,3

Получено, % масс.

Азот 3,3

Газ 3,3

Вода 0,1

Фракция <140°С 5,5

Фракция 140-330°С 26,8

Фракция 330-350°С 8,6

Фракция +350°С 55,8

Итого 103,3

Таблица 6. Свойства фракции н.к.-140°С ТОК мазута М-40 ЗАО «ПетроСах» с рециклом.

Наименование показателя Значение показателя Метод испытания

Массовая доля серы, % масс. 0,6324 ГОСТ Р 51947-2002

Плотности при 20°С, кг/м3 726 ГОСТ 3900

Концентрация фактических смол, мг/100мл 7,0 ЛБТМ Б381/ ГОСТ 1567

Фракционный состав

температура начала перегонки, °С 50 ГОСТ 2177

10% перегоняется при температуре, °С 83

50% перегоняется при температуре, °С 108

90% перегоняется при температуре, °С 140

конец кипения, °С 157

получено отгона, % 96,8

остаток в колбе, % 1,3

потери при перегонке, % 1,9

Таблица 7. Свойства фракции 140-330°С ТОК мазута М-40 ЗАО «ПетроСах» с рециклом.

Наименование показателя Значение показателя Метод испытания

Массовая доля серы, % масс. 0,5749 ГОСТ Р 51947-2002

Плотности при 20°С, кг/м3 869 ГОСТ 3900

Цетановое число 28 ГОСТ 3122

Вязкость кинематическая, при 20°С, мм2/с 6,158 ГОСТ 33

Концентрация фактических смол, мг/100мл 76 ГОСТ 8489

Температура помутнения, °С -12 ГОСТ 5066

Температура застывания, °С -19 ГОСТ 20287(6)

Фракционный состав

температура начала перегонки, °С 168 ГОСТ 2177

10% перегоняется при температуре, °С 206

50% перегоняется при температуре, °С 287

90% перегоняется при температуре, °С 345

конец кипения, °С 358

получено отгона, % 96,2

остаток в колбе, % 1,5

потери при перегонке, % 2,3

Таблица 8. Свойства фракции 330-350°С ТОК мазута М-40 ЗАО «ПетроСах» с рециклом.

Наименование показателя Значение показателя Метод испытания

Вязкость условная при 80°С, градусы ВУ 1,6 ГОСТ 6258

Массовая доля серы (для мазута вида V), % масс. 0,5341 АБТМ Б 4294

Температура вспышки в открытом тигле, °С 208 ГОСТ 4333

Плотность при 20°С, кг/м3 942 ГОСТ 3900

Таблица 9. Свойства фракции >350°С ТОК мазута М-40 ЗАО «ПетроСах» с рециклом,

Наименование показателя Значение показателя Метод испытания

Температура размягчения по кольцу и шару, °С 68 ГОСТ 11506

Глубина проникания иглы при 25°С 5 ГОСТ 11501

Растяжимость при 25° С 0 ГОСТ 11505

Как видно из результатов светлые фракции могут быть использованы как компоненты моторных топлив, но при этом полученный остаток является слишком тяжелым и не может подойти по показателям ни под мазуты ни под битумы. Для устранения этого недостатка нами было принято решение смешать полученные фракции 330-350°С и

>350°С и изучить физико-химических характеристики полученной смеси. Результаты исследований физико-химических характеристик фракции >330°С приведены в таблице 10.

Как видно из таблицы 7 тяжелый остаток термоокислительного крекинга мазута М-40 ЗАО «ПетроСах» с рециклом >330°С, имеет показатели

схожие с показателями тяжелого остатка термоокислительного крекинга без использования рецикла. Данные показатели доказывают, что этот остаток также, может использоваться в качестве компонента топочного мазута марки М-100. Несоответствие ГОСТу с мазутом марки М-100 легко ликвидируется компаудированием с использованием дополнительных светлых фракций, полученных на самой установке ТОК.

На основании полученных данных можно утверждать, что термоокислительный крекинг является перспективным способом переработки

тяжелых нефтяных остатков, не уступающим по основным показателям современным зарубежным аналогам. Использование рецикла может значительно увеличить выход светлых фракций (на 17,3% для мазута М-40 ЗАО«ПетроСах») с возможностью незначительного изменения основных физико-химических характеристик тяжелых остатков.

Исследования проводились при финансовой поддержке Минобрнауки по проекту КРМЕР157714X0107. "

Таблица 10. Свойства фракции >330°С ТОК мазута М-40 ЗАО«ПетроСах» с рециклом.

Наименование показателя Значение показателя Метод испытания

Вязкость условная при 80°С, градусы ВУ 29,5 ГОСТ 6258

Вязкость условная при 100°С, градусы ВУ 9,1 ГОСТ 6258

Зольность (для малозольного мазута), % масс. 0,014 ГОСТ 1461/ ЛБТМБ 482

Массовая доля механических примесей, % масс. 0,0358 ГОСТ 6370

Массовая доля серы (для мазута вида V), % масс. 0,447 АБТМ Б 4294

Коксуемость по Конрадсону, % масс. 16,6 ГОСТ 19932

Температура застывания, °С 28 ГОСТ 20287(В)

Температура вспышки в открытом тигле, °С 235 ГОСТ 4333

Плотность при 20°С, кг/м3 1026 ГОСТ 3900

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

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

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

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

Литература

1. Новак А.В. Итоги работы Минэнерго России и основные результаты функционирования ТЭК в 2015 году. Задачи на среднесрочную перспективу. 9 марта 2016г. Презентация министра энергетики РФ. // Сайт Министерства энергетики РФ: http://minenergo.gov.ru/system/download-pdf/4436/59773

2. Сборник тезисов МКХТ «Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX». 2015. №7 C. 108-111.

Gorbunov Andrei Viktorovich, Luganskiy Artur Igorevich, Ushin Nikolai Sergeevich, Cherepanov Aleksander Aleksandrovich

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. e-mail: [email protected]

THERMOOXIDATIVE CRACKING OF HEAVY OIL FROM THE SAHALIN OIL Abstract

One of the universal methods how to conversion heavy oil residues is thermo-oxidative cracking. This method is enable conversion to process such oil residues as fuel oil, half-tar, tar. Eventually we have a lighter fractions (gasoline, petrol etc.) and different kinds of bitumen (construction, roofing etc.). Also when the plant operates in a deep processing mode, it is possible to gain different kinds of fuel oil. That would be useful for Russia in winter, because bitumen is not used there at that period of time. The yield of light fractions may be up to 50-70% by weight depending on the raw feedstock.

Key words: initiated cracking; fuel oil; heavy oil residues; diesel fuel; gasoline; flow reactor; petrol.