Разработка технологии производства дизельного топлива из тяжелых фракций нефти

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дальневосточный федеральный университет г. Владивосток

Разработка технологии производства дизельного топлива из тяжелых фракций нефти

Верховых О.Е.

Минакова П.С.

Никитина А.В.

Аннотация

нефть крекинг высоковязкий фракция

Тенденция увеличения доли добычи высоковязких и тяжелых нефтей, сопровождающаяся снижением газового фактора продукции скважин карбонатных коллекторов, негативно отражается на глубине переработки нефтяного сырья и снижении выхода светлых дистиллятов при первичной переработке нефти. Достижение максимального выхода от потенциала светлых дистиллятных фракций, используемых в производстве многих товарных нефтепродуктов, например, таких как моторные, реактивные и дизельные топлива, остается одной из важных задач среди других существующих проблем в нефтепереработке, решение которой диктуется увеличением потребности, пропорциональной прогрессирующему автомобилестроению.

В данной работе рассматриваются технологии производства дизельного топлива из тяжелых фракций нефти. Известно, что существует два основных вида переработки нефти с применением крекинга. Подробно говориться о технологии инициированного термомеханического крекинга (без водорода) и технологии глубокой переработки (процесс с водородом). Большое внимание уделяется инновационной разработке по переработке высоковязких фракций нефти, а так же авторским дополнениям.

В статье рассматриваются недавние исследования, касающиеся мировых запасов нефти, ее свойств, качества и технологии переработки. Так же описываются схемы структурных блоков «ИТМК» для малотоннажных заводов или установок.

Сделаны выводы по применению данных установок на производстве.

Ключевые слова: технология, дизельное топливо, мазут, инициированный термомеханический крекинг, малотоннажный завод, водород, тяжелые фракции нефти, каталитический крекинг, переработка вязкой нефти.

На сегодняшний день, по данным геологоразведочных служб, основной процент запасов для нефтяной отрасли составляют тяжеловязкая сернистая нефть. Так как запасы удобной для добычи и переработки нефти истощаются нужны инновационные решения (технологии) по переработке тяжелых фракций нефти и отходов производства нефтепромысловых предприятий, таких как мазут или гудрон.

Рассмотрим две предлагаемые технологии переработки тяжелых фракций нефти, отличных от применяемых в нефтепереработке десятилетиями технологий таких как термический и каталитический крекинг, на примере мазута.

Первая технология инициированного термомеханического крекинга (ИТМК) (без водорода) базируется на общем термомеханическом воздействии на сырье с использованием законов гидродинамики и тепломассообмена для организации инициированного крекинга в условиях кавитации и волнового воздействия. Процесс ИТМК управляем и непрерывен - это позволяет увеличить время межремонтного пробега, потому что уменьшается коксуемость оборудования. После переработки сырья в реакторе ИТМК выход дизельных фракций увеличивается в 2-15 раз.

В данной технологии ИТМК для кавитационной и волновой обработки нагретого до закипающей температуры сырья и наложения на нее волнового воздействия, применяют спецоборудование - гидродинамические генераторы.

По завершению обработки и проведения процесса, сырье отправляют в сепаратор, в котором разделяют парогазовую часть - низкокипящие фракции НКФ, с температурой конца кипения 350-360°С и жидкую - высококипящие фракции ВКФ, с температурой начала кипения 350-360°С.

Глубина переработки достигает 75-85% и более в зависимости от состава и свойств мазута.

Структурная схема отдельного самостоятельного блока углубленной переработки БУП по технологии «ИТМК» представлена на рисунке 1.

1 - печь, 2 - блок обработки (реактор «ИТМК»), 3 - сепаратор НКФ/ВКФ, 4 - рекуперативный теплообменник НКФ/Сырье, 5 - холодильник НКФ, 6 - сепаратор газ/жидкость, 7 - блок для производства битума или других тяжелых товарных продуктов (покрытий, эмульсий и т.д.), 8 - сборник рефлюкс-газа, 9 - сборник НКФ, 10 - емкость сырьевая, 11 - сборник битума, Н - насос

Рисунок 1. Схема структурная блока «ИТМК»

Для малотоннажного завода можно обеспечить две вариации этой технологии:

с блоком углубленной переработки БУП ИТМК при переработке средней или легкой нефти;

с блоком углубленной переработки БУП ИТМК при переработке тяжелой нефти и нефтяных остатков.

Малотоннажный завод по выработке дизельного топлива преобразует мазут и получает продукты меньшей молекулярной массы (дизельное топливо).

Второй является технология глубокой переработки (процесс с водородом). Главное индивидуальное преимущество заключается в том, что мазут, в большинстве случаев тяжелый и содержит огромное количество различных вредных примесей; второй отличительной чертой является то, что сырье не контактирует катализатором, поэтому катализатор не загрязняется вредными веществами и не коксуется, это дает гарантию увеличения долговечности катализатора и отсутствия необходимости его ремонта и замены.

В ходе процесса происходит уменьшение капитальных и эксплуатационных затрат и стоимости конечной товарной продукции. Глубина переработки и выход легких фракций с температурой конца кипения 350-360°С могут быть увеличены практически до 100% (без учета потерь и неорганических примесей).

Рассмотрим данный процесс с использованием на установке предназначенной для получения светлых нефтепродуктов из атмосферных и вакуумных остатков нефтепереработки - мазута и гудрона - методом нанокаталитического крекинга с применением водорода, схема установки изображена на рисунке 2.

Установка работает по следующему принципу:

приготовление смеси и ее нагрев;

отделение крекинг-остатка и жидкого катализата;

отделение сухих углеводородных газов.

Рисунок 2. Схема установки глубокой переработки мазута по технологии процесса с применением водорода

Такая взаимосвязь в установке позволяет повысить отбор сырья для крекинга, понизить суммарный объём водородсодержащего газа, уменьшить энергетические затраты и капитальные вложения примерно на 10,5 %.

При внедрении данных процессов происходит следующее:

снижение стоимости готовой продукции переработки;

оптимальное и рациональное использование сырьевых ресурсов при их дальнейшей переработке;

сведение затрат на проведение процесса глубокой переработки к минимуму;

решение экологических проблем;

минимальная производительность приводит к высокорентабельности процесса;

возможность строительства небольших перерабатывающих производств.

Обе технологии защищены патентами РФ, поданы международные заявки на изобретения по системе РСТ, заявки зарегистрированы в WIPO (Женева), получены положительные результаты международной экспертизы.

При отсутствии природного газа на предприятии для получения водорода можно воспользоваться технологией электролиза воды под давлением, эта технология представляет собой электролиз в закрытом сосуде. При разложении 1 л воды образуется ~ 1242 л водорода, что позволяет при проведения электролиза в закрытом сосуде увеличить давление примерно в 1800 раз. Что в свою очередь дает возможность получения кислорода (621 л из 1 л воды), который можно использовать в хозяйственно-бытовых нуждах на предприятии или же в качестве вторсырья продавать его другим потребителям, что является первым признаком рентабельности данной технологии.

Проведение процесса электролиза воды под давлением упрощает производственную схему, так как позволяет отказаться от установки газгольдеров и компрессоров. При этом сразу получают водород и кислород под давлением, без затрат дополнительной энергии на компримирование газов.

Экономия электроэнергии, затрачиваемой на компримирование газов в случае электролиза под давлением, с учетом коэффициента полезного действия компрессорной установки в производстве газов под давлением 10 - 10⁵, 100 - 10⁵ и 200 - 10⁵ Па составляет соответственно 0,11; 0,21 и 0,23 кВт-ч/(1м³ Н₂+0,5м³ 0₂), а в пересчете на напряжение на ячейке 0,075; 0,142 и 0,156 В.

При внедрении данного электролизёра в установку глубокой переработки мазута по технологии процесса с применением водорода, мы получим:

экономию ресурсов на предприятии;

получение большего количества водорода, чем при предложенной раннее технологии переработки;

решение проблемы с покупкой и поставками газа на предприятие;

снижение расходов на электрическую энергию;

упрощение производственной схемы;

отказ от газгольдеров и компрессоров;

отказ от дополнительного компримирования газов;

дополнительные экономия/заработок предприятием при попутном получении кислорода.

Таким образом, при внедрении электролизёра в данную установку можно говорить о высокой рентабельности на предприятии, экономии ресурсов, электроэнергии. Что представляет собой большой технический интерес в настоящее время - время энергосбережения и повышения энергоэффективности.

Литература

1. Патент «Установка термомеханического крекинга и гидрогенизации углеводородов» RU 43535 U1 [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://yandex.ru/patents/doc/RU2610867C9_20170703 (дата обращения 27.11.2020).

2. Глубокая переработка мазута [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://neftegaz.ru/science/booty/332107-glubokaya-pererabotka-mazuta/ (дата обращения 27.11.2020).

3. Глубокая переработка тяжелой нефти и нефтяных остатков [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://neftegaz.ru/science/petrochemistry/331947-glubokaya-pererabotka-tyazheloy-nefti-i-neftyanykh-ostatkov/ (дата обращения 27.11.2020).

4. Анчита Х. Переработка тяжелых нефтей и нефтяных остатков. Гидрогенизационные процессы / Анчита Х. Спейт Дж., Али С.А., Валенсуэла М.А.; Валенте Х.С.; под ред. О.Ф. Глаголевой. СПб: ЦОП «Профессия», 2015. 384 с.

5. Валявин Г.Г. Современные и перспективные термолитические процессы глубокой переработки нефтяного сырья / Г.Г. Валявин, Р.Р. Суюнов, С.А. Ахметов, К.Г. Валявин; под ред. С.А. Ахметова. СПб.: Недра, 2015. 224 с.

6. Ишкильдин А.Ф. Новые технологии термических и гидротермических процессов переработки тяжелых нефтяных остатков: автореф. дис. ... д-ра техн. наук / А.Ф. Ишкильдин. Уфа: УГНТУ, 2017. 46 с.

7. Манапов Э.М. Гидровисбрекинг нефтяных остатков / Э.М. Манапов, А.Ф. Ишкильдин, А.Ф. Ахметов // Химия и технология топлив и масел. 2017. № 5. С. 9-10.

8. Тараканов Г.В. Основы технологии подготовки и глубокой переработки нефтяного сырья: дис. ... д-ра техн. наук / Г.В. Тараканов. Астрахань, 2019. 288 с. Размещено на Allbest.ru