CC BY
54Выбор оптимальных технологий переработки газокондесата на основе их физико-химических свойств
Гумарова Айзат Жамбылкызы,
аспирант, кафедра технология нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет, [email protected]
В статье представлены основные физико-химические свойства газовых конденсатов Астраханского газоперерабатывающего завода (ГПЗ).
Одной из главных вопросов во всемирной нефтепереработке является высококвалифицированное применение тяжелых нефтяных и газоконденсатных остатков. К ним можно причислить - мазуты атмосферной перегонки нефти и газового конденсата тяжелого фракционного состава. Применение остатка газоконденсата, который содержит до 35% (например, астраханский остаток) бензиновой и дизельной фракций, как котельное топливо небезопасно и экономически нерационально. В зависимости от высокого содержания парафина, при выборе технологии переработки такого вида сырья, целесообразней, выбрать топливный вариант (моторное топливо). В большинстве случаев мазутов газовых конденсатов смешивая с газовыми бензинами, которые имеют низкое октановое число, экспортируют, как легкую нефть. Но, учитывая свойства остатков газоконденсата, это отличное сырье для квалифицированной переработки по топливному варианту. Выбор технологии переработки газовых конденсатов, а так же их высококи-пящих фракций, зависит от их углеводородного состава и наличия гетеросоединений.
Ключевые слова: газовый конденсат, мазут, судовое топливо, базовое масло, каталитический крекинг.
По свойствам газоконденсатные остатки близки к нефтяным вакуумным дистиллятам. Поэтому тяжелые фракции газоконденсатов можно рассматривать, как и сырье термокаталитических и гидрогенизационных технологий, так и для производства смазочных масел и парафинов [1].
На сегодняшний день наиболее актуальным является не повышение объемов добываемой нефти, а рост глубины переработки углеводородного сырья. В связи с этим, с целью глубокой переработкой, авторами проведено много исследовательских работ с остатками газовых конденсатов.
Авторы статьи [2] на примере остатка Астраханского газового конденсата предлагают технологию получения судового топлива. Для этого сначала высококипящий нефтепродукт подвергают вакуумной перегонке с получением соляровой фракции, вакуумного газойля и вакуумного остатка. Затем с применением процессов селективной очистки очищают вакуумный газойль с растворителем ^метилпирролидоном и деасфальтизации получают деасфальтизат из вакуумного остатка с применением обводненного изобутилового спирта, содержащего до 5-10% об. воды. Процессы являются низкотемпературными, что исключают больших энергетических (тепловых) затрат. Товарное судовое топливо получают компаундированием деасфальтизата (50-95% в смеси) и рафината селективной очистки, прямогонной дизельной, а также соляровой фракций.
Учитывая содержание нежелательных соединений в остатке газоконденсата, в работе [3] рассмотрена так же технология получения судовых топлив, сочетающая методы окисления и экстракции. Заранее окисленный с перекисью водорода (катализатор - муравьиная кислота, соотношение сырье:окислитель - 5:1) мазут газового конденсата подвергли деасфальтизации обводненным изобутиловым спиртом (содержание воды 5-8% об). Тем самым содержание общей серы уменьшилось на 47%. А в результате процесса экстракции без каталитического окисления деасфальтизата мазута ^метилпир-ролидоном, объем общей серы уменьшился в рафинате на 57%. Таким образом, предложенная технология позволило получить компонент товарных судовых топлив.
Авторы работы [4] исследовали технологию гидрокаталитических процессов для переработки высокосернистого мазута Астраханского газоперерабатывающего завода. Процесс выполнялся при температуре 370-410 °С, давлении 8-13 МПа, объемной скорости подачи сырья 0,2-0,5 ч-1, кратности водородсодержащего газа выше 500 нм3/м3. В качестве катализаторов применялся алюмокобальтмолибденовые и алюмоникельмолибде-новые катализаторы. Данная технология позволило получить продукты с содержанием серы менее 1 % масс., которые могут применяться как компоненты судовых топлив.
Во многих работах [5-12] остатки газовых конденсатов исследовали по парафино-масляному направлению. Так в работе [5] для получения базовых масел,
X X
о
го А с.
X
го т
о
2 О
м о
о
CS
0
CS
in
01
О Ш
m
X
<
m О X X
остаточный нефтепродукт разгоняли под вакуумом с получением вакуумного газойля и остатка с температурой кипения свыше 500 °С. Далее вакуумный газойль подвергают гидрокрекингу, каталитической гидроизодепар-афинизации гидрогенизата, стабилизации и перегонке под вакуумом. А остаток (свыше 500 °С) можно применять как сырье для процесса висбрекинга.
Авторы в работе [8] остаток газоконденсата перегоняли на узкие II (300-400 °С), III (350-420 °С) и IV (420500 °С) масляные фракции и фракцию с температурой выкипания свыше 500 °С. Затем с применением процессов селективной очистки N-метилпирролидоном и депа-рафинизации получили базовые масла, которые могут применяться в трансформаторных, гидравлических системах, а также как компонент моторных масел [9, 10].
Процесс депарафинизации или комбинированную технологию депарафинизации с применением присадок порекомендовали использовать, чтобы уменьшить температуру застывания рафината. Выделенные экстракты могут служить как сырье для получения технического углерода, масла-пластификатора ПН-6, маслатеплоноси-теля АМТ-300. По качеству полученные депарафиниро-ванные масла соответствовали маслам I группы по оценке API [11, 12].
Перспективными направлениями глубокой переработки тяжелых газоконденсатов, по мнению авторов [13] является их газификация для получения синтез газа (CO + H2), пиролиз с получением низкомолекулярных олефи-нов; дифференцированный термический крекинг, производство технического углерода, а также гидроконверсия в суспендированном слое наноразмерного катализатора (содержит соли металлов VI-VIII групп).
Авторами [14] исследована возможность использования экстракционно-очищенную со смесью N-метил-пирролидона с гептаном фракцию 350-450 °С газового конденсата как сырья каталитического крекинга.
Так же Курочкин А.К. и его коллеги [15] на основе испытании мазута газоконденсата Сургутского ЗСК исследовали возможность его безостаточной переработки с применением технологии кавитационной конверсии. Данная технология (процесс ТЕРМАКАТ) состояла из способов и устройств кавитационно-акустического воз-действования. В результате получили дизельные и бензиновые дистилляты, которые составили до 60-76% масс. и до 12-18% масс., соответственно. А образовавшийся остаток до 4-8% масс. квалифицировали в качестве неокисленного дорожного битума. Но применяемые процессы термоконверсии и термополиконденса-ции невозможно осуществить в одном реакторе, так как не позволяет разом обеспечить и благоприятное качество битума, и максимальный выход дистиллятных фракций [15].
Таким образом, в настоящее время не теряет актуальности поиск альтернативных и нетрадиционных технологий, обеспечивающих глубокую переработку газовых конденсатов. Поэтому продолжаются научные изыскания в области разработки экономически эффективных и комплексных технологических схем освоения газовых конденсатов.
Высокоперспективным направлением совершенствования всемирной нефтепереработки является увеличение глубины переработки сырья до 98-100 %. Осуществить эту задачу можно вторичной переработкой тяжелых остатков с применением разных углубляющих каталитических процессов. Тем самым роль вторичных
процессов в переработке высококипящих остатков непрерывно растет.
Материалы и методы исследования Объектами исследования были выбраны остатки газоконденсата (ОГК) Астраханского газоперерабатывающего завода (ГПЗ).
В таблице 1 приведены методы исследований газовых конденсатов.
Таблица 1
Методы исследования
Наименование Аппарат Нормативный документ
Фракционный состав Полуавтоматическая установка по разгонке нефти АиТОМАХ 9400 ASTM D2892 и ASTM D 5236
Групповой химический состав Хроматограф «Гради-ент-М» Методика ВНИИ НП [5]
Плотность Ареометр ГОСТ 3900-85
Общее содержание серы СПЕКТРОСКАН S ГОСТ Р 51947-2002 (ASTM D 4294-03)
Содержание воды Аппарат Дина-Старка ГОСТ 2477-65 (ASTM D 4006)
Кинематическая вязкость Капиллярный Вискозиметр ГОСТ 33-2000
Температура застывания УТЗ-60М ГОСТ 20287-91
Содержание металлов Аппарат СПЕКТРОСКАН МАКС-З Методика аппарата СПЕКТРОСКАН МАКС-G
Температура вспышки в закрытом тигле ТВЗ-ЛАБ-11 ГОСТ 4333-2014 (ISO 2592:2000)
Массовая доля механических примесей Тигли, плитка, муфельная печь ГОСТ 6370-83
Коксуемость по кондраксону Аппарат для определения коксуемости по Конрадсону ТЛ-1 ГОСТ 19932-99
Результаты и их обсуждение
В таблице 2 приведен фракционный состав остатка газового конденсатов и распределение содержания серы в узких фракциях остатков газовых конденсатов.
Таблица 2
Потенциальное содержание фракций в остатках газовых конденсатов и распределение содержания серы в узких
Фракция ОГК Астраханского ГПЗ
% масс. % сумм. S, % масс.
320-3400С 3,13 3,13 3,145
340-3600С 8,80 11,93 3,731
360-3800С 16,6 28,53 3,946
380-4000С 13,45 41,98 4,035
400-4200С 12,09 54,07 3,673
420-4400С 10,64 64,71 3,775
440-4600С 8,98 73,69 3,864
460-4800С 5,84 79,53 3,923
480-5000С 5,16 84,69 3,615
> 5000С 15,31 100,0 3,337
Содержание светлых фракций в ОГК Астраханского ГПЗ ниже и составляет около 12,0%, более 72,0% -фракций 360-500°С. Содержание фракций мазута выше 360°С в ОГК Астраханского ГПЗ - 88,07% масс.
Интересно отметить что, ОГК содержат высокую долю гудрона: 15,31% в ОГК Астраханского ГПЗ.
В таблице 3 физико-химические свойства и групповые углеводородные составы мазута, полученного из газоконденсатов.
Таблица 4
Показатель Фракция >350°С газоконденсата Астраханского ГПЗ
Плотность при 20 °С, кг/м3 937
Кинематическая вязкость при 100 °С, мм2/с 8,9
Групповой углеводородный состав, % масс.: -Парафино-нафтены -Легкая ароматика -Средняя ароматика -Тяжелая ароматика -Смолы 40.8 5,5 17.9 31,3 4,5
Температура застывания, °С 30
Температура вспышки, °С 179
Содержание воды, % масс. Следы (менее 0,03)
Содержание металлов, ррт: - железо - свинец - никель - марганец - ванадий - цинк 2 3 Отсутствует Отсутствует 3 Отсутствует
Массовая доля механических примесей, % 0,090
Содержание общей серы, % масс. 3,2
Коксуемость фракции выше 350°С 3,0
Групповой углеводородный состав исследуемых остатков был определен при помощи адсорбционно-жидкостной хроматографии на градиентном хроматографе: фракция >350°С остатка Астраханского газоконденсата содержит более 40% мас. парафино-нафтено-вых и 31% мае. полициклических ароматических углеводородов.
Остаток обладает в достаточной степени коксуемостью 3,0 %, что не вызовет затруднения при проведении каталитических процессов, связанные с поддержанием температуры в реакторе, в виду малого коксоотложения на катализаторе. Мазут обезвожены в достаточной степени, обладает низким содержанием металлов и механических примесей, также из-за содержания в их составе преимущественно парафиновых углеводородов характеризуются высокой температурой застывания.
ГК Астраханского ГПЗ отличается высоким содержанием серы, тяжелых ароматических углеводородов, и вследствие этого характеризуется высоким значением плотности. Принимая во внимание утяжеленный фракционный состав сырья (наличие фракций выкипающих более 500 °С+), особенности группового химического состава сырья - высокое содержание полициклических ароматических углеводородов, высокое содержание серы фракции (350 °С+) остатка ГК Астраханского ГПЗ необходимо подвергнуть гидрокаталитическому облагораживанию (гидрокрекинг) или перед переработкой каталитическим крекингом глубокой гидроочистке для удаления серосодержащих соединений. Гидрокаталитическая технология облагораживания высокосернистых остатков заключается в его термообработке при повышенном давлении водорода, выступающего в качестве
реагента, в присутствии катализаторов, что приводит к снижению концентрации примесей (металлов, соединений серы и азота) в продукте. Гидрогенизационные каталитические процессы позволяют за счет деметалли-зации, удаления гетероатомных соединений и насыщения водородом облагораживать тяжелое нефтяное сырье и получать при этом товарные моторные топлива или высококачественное сырье для дальнейшей переработки.
Заключение
Таким образом, проанализированный остаток газоконденсата имеет уникальные физико-химические свойства, различающиеся углеводородным и фракционным составом.
Значительно более высокие выход и качество ди-стиллятных продуктов достигаются в каталитических и гидрокаталитических процессах. Наибольшее влияние при выборе метода переработки тяжелого и остаточного углеводородного сырья оказывает прежде всего содержание асфальтенов, серы и примесей металлов, в основном N и V.
Остаток обладает низким содержанием металлов и механических примесей, также из-за содержания в их составе преимущественно парафиновых углеводородов характеризуются высокой температурой застывания. Они идеально подходят для каталитических деструктивных процессов.
Таким образом, остаток Астраханского ГК рекомендуется подвергать гидрокрекингу: для этого процесса подходит все сырье целиком (>350 °С), позволяет максимизировать глубину переработки сырья, повторно отправив на рецикл.
Вышеупомянутые процессы являются технически и экономически наиболее эффективным вариантом переработки тяжелых углеводородов, так как обеспечивают оптимальные выходы бензина и дизельного топлива, тем самым удовлетворяют потребность в моторных топ-ливах.
Литература
1. Айгистова С.Х., Садыков А.Н., Фазлиев Д.Ф., Харламов В.А., Орлова Л.Н., Ахмадуллина А.Г., Гибадуков М.М. / Состав газоконденсатов астраханского и карача-ганакского месторождений.
2. Тараканов, Г.В. Концептуальные основы низкозатратной технологии производства судовых топлив из сернистого газового конденсата / Г.В. Тараканов, А.Р. Рамазанова, И.В. Савенкова, Н.В. Попадин // Нефтегазовый комплекс: проблемы и инновации. II научно-практической конференции е международным участием. Самарский государственный технический университет, 2017. - 83 С.
3. Тараканов, Г.В. Основные технологические принципы производства судовых топлив для рыбопромыслового флота из газового конденсата / Г.В. Тараканов, А.Р. Рамазанова, И.В. Савенкова // Инновационное развитие рыбной отрасли в контексте обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации: материалы I Нац. заоч. науч.- техн. конф. - Владивосток : Даль-рыбвтуз, 2017. - 347 с.
4. Нигметов Р.И. Об облагораживании высокосернистого мазута астраханского газового конденсата / Нигметов Р.И., Нурахмедова А.Ф., Попадин Н.В. // Вестник Астраханского государственного технического университета. 2017. № 1 (63). С. 32-36.
X X
о
го А с.
X
го т
о
ю
2 О
м о
о сч о сч
ю
о ш m
X
<
m О X X
5. Пыхалова. Н.В. О способах углубления переработки газоконденсатного сырья / Н.В. Пыхалова, А.Р. Ра-мазанова, А.И. Кайралиева // Вестник АГТУ. - 2005 - №6 - С. 89-93.
6. Щербакова А.В. Анализ применения высокоаро-матизированных остатков газовых конденсатов в промышленности / А.В. Щербакова, Е.С. Кривенко, Ф.Ф. Ах-метшин // Передовые инновационные разработки. Перспективы и опыт использования, проблемы внедрения в производство, 2019. - С. 35-37
7. Артюхов С.А. Вовлечение остатков газовых конденсатов в производство смазочных материалов / Артюхов С.А., Кривенко Е.С., Шорохов А.Д., Щербакова А.В. // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 3-2. С. 120-124.
8. Азнабаев Ш.Т. Перспективы переработки газового конденсата для получения товарных нефтепродуктов / Кривенко Е.С., Исхаков И.И., Молодцов И.И., Азнабаев Ш.Т. // VIII международная научно-практическая конференция| МЦНС «Наука и просвещение», 2017. С. 144-146.
9. Азнабаев, Ш.Т. Перспективы переработки остатков газоконденсатных месторождений для получения компонентов базовых масел / Кривенко Е.С., Ханов А.Р., Исхаков И.И. Азнабаев Ш.Т. Современная наука: актуальные вопросы, достижения и инновации: сборник статей Международной научно-практической конференции. В 2 ч. Ч.1. - Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». -2018. - 220 с.
10. Фасхутдинов, Р.Р. Современное состояние газо-конденсатного сегмента промышленности и способы увеличения глубины переработки газоконденсатного сырья / А.Р. Ханов, Е. А. Ангели, Л.А. Насырова, Р.Р. Фасхутдинов // Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела: Материалы XV Международной научной конференции, посвященной 100 летию Республики Башкортостан.- Уфа: изд-во «Реактив», 2017.- 240 с.
11. Фасхутдинов Р.Р. Расширение сырьевой базы для производства минеральных масел / Е.А. Ангели, А.Р. Ханов, Л.А. Насырова, Р.Р. Фасхутдинов // Нефтегазовое дело, 2018. - № 4 - С. 61-83.
12. Е.А. Ангели, А.Р. Ханов, Ш.Т. Азнабаев, Р.Р. Фасхутдинов Улучшение низкотемпературных свойств ра-финатов с целью получения индустриальных масел // Башкирский химический журнал, 2018. Том 25. № 2. - С. 114-119.
13. Тараканов, Г.В. Перспективные направления глубокой переработки газовых конденсатов / Тараканов Г.В., Нурахмедова А.Ф., Рамазанова А.Р., Савенкова И.В. // Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса россии, 2018. - С. 122-126.
14. Пивоваров, А.Т. Получение автомобильных бензинов из мазута астраханского газового конденсата / А.Т. Пивоваров, А.Р. Рамазанова, Н.А. Пивоварова, И.В. Немов // Химия и технология топлив и масел. - 2009. -№ 4. - С. 21-22.
15. Курочкин, А.К. Кавитационная конверсия мазута газовых конденсатов в дизельно-бензиновые дистилляты / А.К. Курочкин, Н.В. Мотин // Сфера. нефть и газ, 2018. - №2 (64). - С. 64-74.
16. Ким Ю.Л., Козлов И.А., Халова Г.О. Особенности кластерно ориентированного подхода в развитии НГХ промышленности в России // В сборнике: Управление
социально-экономическим развитием регионов: проблемы и пути их решения / Отв. Ред. Горохов А.А. 2012.
С. 161-162.
Choice of optimal gas condensate processing technologies based on their physical and chemical properties
Gumarova A.Zh.
Ufa State Oil Technical University
The basic physicochemical properties of gas condensates of the Astrakhan gas processing plant (GPP) are represented in the article. One of the main issues in the world oil refining is a highly qualified use of heavy oil and gas residues. Fuel oil of atmospheric oil distillation and gas condensate of heavy fractional composition can be reckoned among them. Using gas condensate residue, which contains up to 35% (for example, the Astrakhan residue) of gasoline and diesel fractions, as boiler fuel is unsafe and economically irrational. Depending on the high paraffin content choosing the processing technology for this type of raw material, it is more expedient to choose a fuel option (motor fuel). In most cases fuel oil condensates mixing with gasoline, which have a low octane rating, are exported as light oil. But considering properties of gas condensate residues, this is an excellent raw material for qualified processing according to the fuel option. The choice of technology for processing gas condensates, as well as their high boiling fractions, depends on their hydrocarbon composition and the presence of hetero compounds.
Keywords: gas condensate, residue, marine fuel, lube basestock, catalytic cracking.
References
1. Aigistova S.Kh., Sadykov A.N., Fazliev D.F., Kharlamov V.A.,
Orlova L.N., Akhmadullina A.G., Gibadukov M.M. The composition of gas condensates of the Astrakhan and Karachaganak fields.
2. Tarakanov, G.V. The conceptual basis of low-cost technology for
the production of marine fuels from sulfur dioxide gas condensate / G.V. Tarakanov, A.R. Ramazanova, I.V. Savenkova, N.V. Popadin // Oil and Gas Complex: Problems and Innovations. II scientific-practical conference with international participation. Samara State Technical University, 2017. - 83 S.
3. Tarakanov, G.V. The main technological principles of the production of marine fuels for the fishing fleet from gas condensate / G.V. Tarakanov, A.R. Ramazanova, I.V. Savenkova // Innovative development of the fishing industry in the context of ensuring food security of the Russian Federation: materials of I Nat. extramural scientific and technical conf. -Vladivostok: Dalrybvtuz, 2017 .-- 347 p.
4. Nigmetov R.I. On the refinement of high-sulfur fuel oil of Astrakhan gas condensate / Nigmetov R.I., Nurakhmedova A.F., Popadin N.V. // Bulletin of the Astrakhan State Technical University. 2017. No. 1 (63). S. 32-36.
5. Pykhalova. N.V. About the methods of deepening the processing
of gas condensate raw materials / N.V. Pykhalova, A.R. Ramazanova, A.I. Kairaliev // Herald of the ASTU. - 2005 - No. 6 - S. 89-93.
6. Scherbakova A.V. Analysis of the use of highly aromatized gas
condensate residues in industry / A.V. Shcherbakova, E.S. Krivenko, F.F. Akhmetshin // Advanced innovative developments. Prospects and experience of use, problems of implementation in production, 2019. - P. 35-37
7. Artyukhov S.A. The involvement of gas condensate residues in
the production of lubricants / Artyukhov S.A., Krivenko E.S., Shorokhov A.D., Scherbakova A.V. // Modern high technology. 2019.No 3-2. S. 120-124.
8. Aznabaev Sh.T. Prospects of processing gas condensate to obtain marketable petroleum products / Krivenko ES, Iskhakov II, Molodtsov II, Aznabaev Sh.T. // VIII international scientific and practical conference | ICSN "Science and Education", 2017. S. 144-146.
9. Aznabaev, Sh.T. Prospects for processing residues of gas condensate fields to obtain components of base oils / Krivenko ES, Khanov AR, Iskhakov II Aznabaev Sh.T. Modern science:
current issues, achievements and innovations: a collection of articles of the International scientific-practical conference. In 2 hours, part 1. - Penza: ICSN "Science and Enlightenment". -2018 .-- 220 s.
10. Faskhutdinov, R.R. The current state of the gas condensate segment of the industry and ways to increase the depth of processing of gas condensate raw materials / A.R. Khanov, E.A. Angeli, L.A. Nasyrova, R.R. Faskhutdinov // Modern problems of the history of natural sciences in chemistry, chemical technology and oil business: Materials of the XV International scientific conference dedicated to the 100th anniversary of the Republic of Bashkortostan. - Ufa: Reaktiv publishing house, 2017.- 240 p.
11. Faskhutdinov R.R. Expansion of the raw material base for the production of mineral oils / E.A. Angels, A.R. Khanov, L.A. Nasyrova, R.R. Faskhutdinov // Oil and Gas Business, 2018. -No. 4 - P. 61-83.
12. E.A. Angels, A.R. Khanov, Sh.T. Aznabaev, R.R. Faskhutdinov Improving the low-temperature properties of raffinates in order to obtain industrial oils // Bashkir Chemical Journal, 2018. Volume 25. No. 2. - P. 114-119.
13. Tarakanov, G.V. Perspective directions of deep processing of gas condensates / Tarakanov G.V., Nurakhmedova A.F., Ramazanova A.R., Savenkova I.V. // Actual problems of the development of the oil and gas complex of Russia, 2018 .-- S. 122-126.
14. Pivovarov, A.T. Obtaining automobile gasolines from fuel oil of the Astrakhan gas condensate / A.T. Pivovarov, A.R. Ramazanova, N.A. Pivovarova, I.V. Nemov // Chemistry and technology of fuels and oils. - 2009. - No. 4. - S. 21 -22.
15. Kurochkin, A.K. Cavitational conversion of fuel oil of gas condensates to diesel-gasoline distillates / A.K. Kurochkin, N.V. Motin // Sphere. oil and gas, 2018. - No. 2 (64). - S. 64-74.
16. Kim Yu.L., Kozlov I.A., Halova G.O. Features of a cluster-oriented approach in the development of the NHC industry in Russia // In the collection: Management of socio-economic development of regions: problems and solutions // Ed. Ed. Gorokhov A.A. 2012.S. 161-162.
X X O OD A C.
X
OD m
o
2 O ho o
