Выбор поточной схемы маслоблока заключается в том, чтобы подобрать минимальное количество технологических установок (процессов), обеспечивающих производство базовых масел и продуктов специального назначения заданного качества и ассортимента.

Первой ступенью получения масляных дистиллятов является установка вакуумной перегонки мазута. Этот процесс оказывает определяющее влияние на вязкостно-температурные свойства базового масла, его летучесть, испаряемость, термическую и отчасти термоокислительную стабильность, цвет, приёмистость к присадкам.

В свою очередь улучшение показателей качества базовых масел - пределов выкипания, вязкостных характеристик, температуры вспышки, коксуемости - способствует увеличению выхода и повышению качества масел на установках селективной очистки и депарафинизации, снижению эксплуатационных затрат на этих установках [11].

Итак, согласно проектируемой поточной схеме маслоблока мазут (выше 360?С) западно-сургутской нефти направляется на перегонку на установку ВТ.

Схема установки ВТ является одноколонной, так как использование двухколонной схемы требует большого объёма аппаратуры и приводит к увеличению удельных энергозатрат на перегонку. При перегонке мазута в вакуумной колонне получаются:

- пары и газы разложения, образующиеся за счёт небольшой деструкции мазута при его нагреве до 400-420?С в печи. Они откачиваются пароэжекторными насосами (3-ступенчатыми с конденсацией паров между ступенями), с помощью которых создаётся вакуум. В качестве эжектирующего агента применяется перегретый водяной пар давлением 1-1,5 МПа;

- лёгкий вакуумный газойль, который близок по качественным показателям летнему дизельному топливу и направляется на смешение с ним;

- два боковых погона (фракции 360 - 420?С и 420 - 500?С);

- гудрон (выше 500?С), отводимый из куба колонны;

- затемнённый продукт, содержащий 30% масс. гудрона и 70% масс. масляной фракции 420 - 500°С. Он может быть использован как сырьё для установок висбрекинга, производства битумов и в качестве компонента котельного топлива. В данном случае затемнённый продукт не выводится с установки ВТ, так как это привело бы к потере некоторого количества ценных компонентов масел, а направляется обратно в мазут.

Вакуумная колонна оснащена тремя пакетами регулярной насадки фирмы «Koch-Glitsch», тремя распределителями орошения и тремя сборными тарелками для жидкости. Насадки в качестве контактных устройств обеспечивают меньшее гидравлическое сопротивление, чем тарелки. Кроме того, насадки позволяют с высокой чёткостью разделять масляные погоны. Современный пакет насадки высотой 1 м заменяет 4-5 тарелок.

Над вводом сырья в вакуумной колонне расположен каплеуловитель, защищающий нижний пакет насадки от брызг легко коксующегося гудрона. В отгонной секции колонны, где происходит отпарка масляных фракций из гудрона, установлены клапанные тарелки типа Glitsch, под нижнюю тарелку подаётся водяной пар [9].

Масляные фракции 360 - 420?С и 420 - 500?С направляются на установки селективной очистки (№1 и №2 соответственно) при помощи N-метилпирролидона для извлечения нежелательных компонентов. На этих установках получаются рафинаты, включающие парафино-нафтеновые и I группу ароматических углеводородов с высоким индексом вязкости, и экстракты, состоящие из серо- и азотсодержащих соединений, полициклических ароматических и нафтено-ароматических углеводородов с короткими боковыми цепями, смолистых веществ [12].

Экстракты селективной очистки обычно используются:

- как компоненты котельного топлива;

- как пластификаторы при производстве резинотехнических изделий;

- как пластификаторы при получении битумов и битумных мастик;

- как компоненты сырья для производства сажи и нефтяного кокса;

- как компоненты сырья установок висбрекинга и гидрокрекинга.

В данном проекте экстракты селективной очистки фракций 360 - 420?С и 420 - 500?С направляются на установку гидрокрекинга.

Рафинаты селективной очистки N-метилпирролидоном поступают на установки депарафинизации Dilchill. Назначение процесса депарафинизации заключается в удалении из рафинатов высокоплавких парафиновых углеводородов с целью получения масел с низкими температурами застывания. Целевым продуктом депарафинизации является депарафинированное масло, а побочным - гач (при переработке дистиллятного сырья).

Процесс Dilchill отличается от традиционных процессов депарафинизации использованием эффективных кристаллизаторов «Dilchill» оригинальной конструкции. В этих кристаллизаторах используется прямое впрыскивание предварительно охлажденного в аммиачном холодильнике растворителя (смеси метилэтилкетона с метилизобутилкетоном) в поток нагретого в паровом подогревателе рафината. В результате такой скоростной кристаллизации образуются разрозненные компактные слоистые кристаллы сферической формы. Суспензия из кристаллизатора «Dilchill» после охлаждения до требуемой температуры в скребковых аммиачных кристаллизаторах затем направляется в вакуумные фильтры.

Благодаря компактной сферической форме кристаллов процесс можно вести при высоких скоростях фильтрования и достигать высоких выходов депарафинированного масла при одновременном снижении содержания масла в гаче до 2-15% [13]. Температурный градиент депарафинизации в этом процессе составляет от 0 до 7°С. Для предотвращения образования льда в оборудовании, работающем с холодным растворителем, применяется система обезвоживания растворителя [14].

Гачи с содержанием масла 2% масс., являющиеся побочными продуктами установок депарафинизации Dilchill, смешиваются и направляются на установку гидроочистки. Это позволяет улучшить и стабилизировать цвет парафинов, а также снизить содержание серы в них [15]. Гидроочистка протекает на катализаторе ГП-534, разработанном во ВНИИНП [16]. В результате получаются товарные парафины марки Т2 с температурой плавления, равной 54°С. Парафины такой марки используются в химической и нефтехимической промышленности и в других отраслях народного хозяйства [9, 17].

Часть депарафинированного масла, полученного из фракции 420 - 500°С используется для производства сульфонатной присадки - среднещелочного карбонатированного сульфоната кальция C-150. Сульфонатные присадки, обладающие моющими, диспергирующими, нейтрализующими и антикоррозионными свойствами, занимают особое место среди присадок по универсальности применения, эффективности действия, объёмам производства. Процесс производства состоит из следующих стадий [2]:

- сульфирование масляного сырья газообразным серным ангидридом;

- отделение кислого гудрона от просульфированного масла;

- нейтрализация просульфированного масла и экстракция сульфонатов аммония;

- стадия обменной реакции и получения сульфоната кальция в результате «термической стабилизации»;

- карбонатация (получение коллоидной дисперсии карбоната и гидроксида кальция, стабилизированной в углеводородах масла сульфонатом кальция);

- отпарка реакционной воды после стадии карбонатации;

- очистка карбонатированного продукта от механических примесей;

- отгонка растворителя от присадки.

В процессе производства присадки С-150 образуются также побочные продукты: кислый гудрон, нейтральное масло, сульфонат аммония. Кислый гудрон предлагается после нейтрализации аммиаком перерабатывать в техническое ПАВ - карпатол, используемое как мицеллярный водный раствор, необходимый при добыче нефти [18, 19]. Нейтральное масло является ценным сырьём для производства белых масел.

Целевые продукты установок депарафинизации Dilchill - депарафинированные масла - направляются на гидродоочистку. Этот процесс применяется главным образом для очистки от соединений серы, азота и кислорода. Процесс проводится при давлении 4-5 МПа, температуре 300-380°С, объемной скорости подачи сырья от 0,5 до 3-4 ч-1, объемном отношении ВСГ к сырью от 300 до 800. Расход водорода на реакцию составляет 0,1-0,5% масс., объемное содержание водорода в ВСГ - 75-85% [13, 15]. Гидродоочистка проводится на стационарном слое гидрирующего алюмокобальтмолибденового (АКМ) катализатора, который обеспечивает улучшение качества масел по основным показателям: повышение индекса вязкости на 1-2 пункта, улучшение цвета на 1-2 ед. ЦНТ, снижение коксуемости на 0,05-0,15% [20]. Глубина очистки от соединений серы достигает 70%, а глубина деазотирования - 40% [13, 15]. Данная технология позволяет получить базовые масла, соответствующие требованиям к маслам первой группы по классификации API.

Базовые масла №1 и №2, полученные по традиционной схеме переработки масляных дистиллятов из фракций 360 - 420°С и 420 - 500°С соответственно, направляются на установку компаундирования масел. Эти базовые масла можно рассматривать как основу для производства моторных масел групп В и Г с соответствующими присадками. Масла группы Г1 предназначены для использования в форсированных двигателях легковых автомобилей, которые работают на бензинах с октановым числом по исследовательскому методу выше 90. Масла группы Г2 применяются в высокофорсированных дизельных двигателях внутреннего сгорания [17]. Кроме того, базовые масла №1 и №2 можно использовать для получения индустриальных масел (например, И-12А, И-20А).

Гудрон (выше 500°С), получаемый на установке ВТ, частично (75% масс. от общего количества) направляется на установку деасфальтизации. Назначение процесса - удаление из гудрона смолисто-асфальтеновых веществ и полициклических ароматических углеводородов с повышенной коксуемостью и низким индексом вязкости. Целевым продуктом процесса являются деасфальтизат, в котором концентрация парафино-нафтеновых углеводородов значительно выше, чем в сырье, а побочным - асфальт, служащий обычно сырьём для производства битумов или компонентом котельных топлив [14]. В данном случае в качестве растворителя в процессе деасфальтизации используется пропан-бутановая смесь, состоящая из 34% пропана и 66% бутана. При этом получаемый на установке деасфальтизат имеет коксуемость, равную 2,9% масс., что позволяет использовать его в качестве компонента сырья процесса гидрокрекинга [21].

Асфальт, являющийся побочным продуктом процесса деасфальтизации гудрона, и часть прямогонного гудрона с установки ВТ (25% от общего его количества) направляются на получение битумов.

Деасфальтизат, получаемый на установке пропан-бутановой деасфальтизации, а также экстракты селективной очистки фракций 360 - 420?С и 420 - 500?С поступают на установку гидрокрекинга с целью получения высокоиндексных базовых масел. Глубокое гидрокаталитическое облагораживание сырья позволяет повысить индекс вязкости до 130 пунктов, снизить содержание серы с более чем 2 до 0,1% масс. и ниже, почти на порядок уменьшить коксуемость [14].

Для увеличения выхода целевых продуктов гидрокрекинг осуществляется в две стадии. На первой стадии (при температуре 420-440?С и давлении 20-25 МПа) на алюмоникельмолибденовом (АНМ) катализаторе проводится гидрообессеривание и гидрирование полициклических соединений. На второй стадии при 320-325°С и давлении до 10-15 МПа на бифункциональных катализаторах осуществляется гидроизомеризация н-алканов [14]. Далее гидрогенизат направляется на атмосферную перегонку.

Процесс гидрокрекинга масляного сырья сопровождается образованием газов и довольно больших количеств светлых жидких продуктов. Получаемые углеводородные газы не содержат непредельных соединений и состоят в основном из пропана и бутанов, поэтому они направляются на газофракционирующую установку (ГФУ) для получения сухого газа и пропан-бутановой фракции. Бензин состоит по большей части из алканов с малой долей разветвленных структур и нафтенов, поэтому октановое число его невелико и не превышает 70 пунктов по моторному методу. В связи с этим после выделения фракции н.к. - 70°С бензин гидрокрекинга направляется в сырьё каталитического риформинга на облагораживание.

Дизельное топливо гидрокрекинга (фракция 180 - 360°С) имеет высокое цетановое число (50 - 55), низкое содержание серы (0,01%) и температуру застывания от минус 10 до минус 20°С. В соответствии с современными требованиями, предъявляемыми к дизельному топливу, допустимое содержание серы ниже получаемого, поэтому дизельная фракция направляется на гидроочистку [9].

Фракция выше 360°С, являющаяся остатком атмосферной перегонки гидрогенизата, поступает на установку каталитической депарафинизации по технологии ExxonMobil Selective Catalytic Dewaxing (MSDW). Этот процесс, предназначенный для переработки продуктов гидрокрекинга, основан на реакциях изомеризации парафинов и их частичном расщеплении. Катализатор, используемый в процессе, является бифункциональным и представляет собой металлическую активную фазу (платину), нанесённую пропиткой на носитель (оксид алюминия, отформованный экструзией совместно с цеолитом) [22]. В результате обеспечивается повышенный выход масла с высоким индексом вязкости и низким содержанием ароматики [23].

Побочные продукты процесса MSDW - предельный углеводородный газ, бензин и низкозастывающее дизельное топливо. Целевой продукт направляется в вакуумную колонну, где он разгоняется на фракции 360 - 420°С (базовое масло №3), 420 - 500°С (базовое масло №4) и выше 500°С (базовое остаточное масло №5). Доочищать полученные с использованием гидрогенизационных технологий масла не требуется, поэтому базовые масла №3, №4 и №5, соответствующие требованиям к маслам второй и третьей групп по классификации API, направляются на установку компаундирования масел. Эти масла можно рассматривать как основу для производства всесезонных моторных масел (например, масел 5 W/30, 5 W/40, 10 W/30 по классификации SAE J 300).

Сероводород, получаемый на установках гидродоочистки масел, гидрокрекинга и каталитической депарафинизации MSDW, направляется на производство серного ангидрида и серной кислоты. Газообразный серный ангидрид используется на данном маслоблоке для сульфирования сырья процесса получения сульфонатной присадки С-150.

Кроме того, схема проектируемого маслоблока обязательно должна включать установку производства водорода, необходимого для проведения гидрогенизационных процессов. Важнейшим методом получения водорода является каталитическая конверсия природного газа (метана) водяным паром. Окисление метана при получении водорода осуществляется по следующим реакциям:

Для конверсии природного газа используется никелевый катализатор на оксиде алюминия (5-10% масс.). Кроме водорода, на установке получаются другие газы: метан, монооксид и диоксид углерода. Монооксид углерода является реагентом для нефтехимических процессов карбонилирования и карбоксилирования. Диоксид углерода частично используется на данном маслоблоке для получения присадки С-150, остальная его часть может быть использована при проведении некоторых нефтехимических синтезов (например, в производстве карбамида, этиленгликоля и др.) [24].

Выбранная поточная схема маслоблока нефтеперерабатывающего завода обеспечивает производство базовых масел и продуктов специального назначения заданного качества и ассортимента. Она представлена в приложении А.

4. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТАНОВКИ СЕЛЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ. ВЫБОР РАСТВОРИТЕЛЯ