Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка основ новой отечественной технологии утилизации тяжелых нефтяных фракций методом инициированного крекинга с получением экспериментальных образцов товарных продуктов

Докладчик: Швец Валерий Федорович

Должность: Заведующий кафедрой, профессор, доктор химических наук.

Цель проекта:
Основная проблема нефтепереработки в России - низкий выход светлых фракций. В настоящее время из всего объема перерабатываемой в России нефти (277 млн. тонн в год) всего лишь около 40% перерабатывается в моторное топливо (бензин и дизельное топливо), а остальное составляют мазут различных марок (30%) и тяжелые нефтяные остатки (главным образом: гудрон, мазут, вакуумный газойль, тяжелый газойль каталитического крекинга). Для сравнения, в западных странах и США в моторное топливо перерабатывается от 69 до 73% нефти, а глубина её переработки в некоторых странах достигает 95%. Целью проекта является разработка основ новой отечественной технологии утилизации тяжелых нефтяных фракций методом инициированного крекинга, позволяющей повысить выход светлых фракций с одновременным получением тяжелого остатка, отвечающего требованиям на товарные нефтепродукты (мазут, печное топливо, битум или битумный полупродукт). Результаты полученные при выполнении проекта позволят создать и тиражировать промышленную установку по переработке тяжелых нефтяных фракций.

Основные планируемые результаты проекта:
Объектом исследования являются процесс инициированного крекинга для переработки тяжелых нефтяных остатков – гудрона, мазута, вакуумного газойля и т.п., которые в настоящее время не находят квалифицированного применения и/или частично перерабатываются с получением легких углеводородных фракций и котельного топлива с повышенным содержанием серы с помощью энергоемких и капиталоемких технологий гидрокрекинга и висбрекинга.
Задачами ПНИ являются:
- разработка оптимальных конструкций реакторного узла, узлов сепарации и выделения продуктов инициированного крекинга тяжелых остатков нефтепереработки – гудрона, мазута, вакуумного газойля и тяжелого газойля каталитического крекинга;
- поиск оптимальных условий проведения процессов инициированного крекинга тяжелых отходов нефтепереработки с целью достижения максимального выхода светлых углеводородных фракций (для вакуумного газойля – не менее 65%; тяжелого газойля каталитического крекинга – не менее 35%), с одновременным получением нелетучего остатка, соответствующего по свойствам котельному топливу, либо являющимся полупродуктом для получения дорожного битума, с минимальным количеством образующихся отходов.
В работах РХТУ им. Д.И.Менделеева, выполненных ранее, было экспериментально доказано, что процесс инициированного крекинга мазута и гудрона характеризуется повышенным выходом светлых фракций углеводородов (в 2,3-2,7 раз), пониженными энергетическими затратами (более чем 1,6 раз) и простотой аппаратурного оформления процесса по сравнению с традиционными процессами висбрекинга, гидрокрекинга, каталитического и термического крекинга.
Основными современными методами переработки тяжелых остатков нефтепереработки являются процессы висбрекинга, гидрокрекинга, каталитического и термического крекинга. Перечисленные процессы широко используются за рубежом и уже в той или иной мере используются и внедряются на российских предприятиях . Однако, несмотря на то, что за 2013 год инвестиции в модернизацию нефтеперерабатывающих мощностей увеличились в 1,5 раза, глубина первичной переработки нефти в России выросла всего лишь с 71,2% до 71,5%. Главным тормозом
широкого внедрения перечисленных процессов на Российских предприятиях является их большие капиталоемкость и энергоемкость. Например, технология переработки вакуумного газойля методом каталитического крекинга помимо основной стадии включает в себя две дополнительные стадии – гидроочистки от соединений серы исходного вакуумного газойля и продуктов его крекинга. Процесс гидрокрекинга требует использования сложной технологии и высокого давления водорода (до 200 ат). Большинство вышеперечисленных процессов характеризуются относительно низкими выходами (не более 20-40%) светлых фракций углеводородов (бензин и дизельное топливо), а тяжелые остатки процессов висбрекинга и крекинга можно использовать всего лишь в качестве добавок к котельному топливу.
Разрабатываемая в данном проекте технология отличается, по сравнению с аналогами, дешевизной сырья, т.к. в ней используется воздух в качестве инициатора, сравнительной мягкостью условий, т.к. рабочее давление не превышает 10 ат, а температура не превышает 450 оС, простотой аппаратурного оформления. Внедрение её в промышленность позволит не только уменьшить количество отходов нефтепереработки и увеличить выход светлых фракций, но позволит создать импортозамещающее производство и, как следствие, снизить зависимость отечественной экономики от внешних факторов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
На первом этапе после завершения ПНИ по данному проекту полученные результаты планируется использовать при проектировании и строительстве промышленной установки инициированного крекинга вакуумного газойля индустриальным партнером (ООО «Диома СПб») мощностью не менее 100 000 т/год. На втором этапе предполагается тиражирование технологии на нефтеперерабатывающих заводах России.
Учитывая, что в настоящее время из всей перерабатываемой в России нефти только около 40% её перерабатывается в моторное топливо (дизельное топливо и бензин), а остальное составляет мазут и тяжелые нефтяные остатки, потенциальная суммарная потребность в производствах инициированного крекинга мазута и тяжелых остатков на Российских предприятиях составляет не менее 55 млн. т/год.
Народно-хозяйственный эффект от внедрения данной технологии:
- переработка 1,0 млн. тонн в год мазута позволит получать дополнительную выручку в размере не менее 1,3 млрд. рублей.
- переработка 1,0 млн. тонн в год гудрона позволяет получать дополнительную выручку в размере до 0,6 млрд. рублей.
- переработка 1,0 млн. тонн в год вакуумного газойля позволяет получать дополнительную выручку в размере не менее 0,9 млрд. рублей.
Социально-экономический эффект от внедрения данной технологии заключается:
- в уменьшении отходов нефтепереработки;
- в снижении выбросов оксида серы при сжигании мазута и др. тяжелых отходов нефтепереработки;
- в получении дополнительного количества моторного топлива.

Текущие результаты проекта:
1) Проведен поиск и анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, а именно, в области совершенствования и интенсификации существующих и разработки новых технологических приемов и способов переработки нефтяных шламов и нефтяных отходов (мазут, гудрон, вакуумный газойль и др.); Исследовано 33 научно-информационных источника за период 2009 – 2014 гг. Поиск научно-технической информации осуществляли по электронным базам данных ScienceDirect, Chemweb, Elibrary, Springer и др. по ключевым словам и рубрикам УДК. В аналитическом обзоре проведено сопоставление разрабатываемой технологии с наилучшими существующими на сегодня зарубежными и отечественными технологиями и решениями в области совершенствования и интенсификации существующих и разработки новых технологических приемов и способов переработки нефтяных шламов и нефтяных отходов (мазут, гудрон, вакуумный газойль и др.)
2) Подготовлен отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96, включающий анализ способов переработки нефтяных шламов и нефтяных отходов (мазут, гудрон, вакуумный газойль и др.). Патентный поиск выполнен по ключевым словам и индексам международной патентной классификации с использованием электронных баз данных: Роспатента, United States Patent and Trademark Office, European Patent Office.
На основании сравнительной оценки способов переработки тяжелых нефтяных остатков, представленных в «Аналитическом обзоре» и отчете о «Патентных исследованиях», показано, что самыми перспективными являются разработки, использующие в качестве инициатора крекинга – кислород воздуха. Предложены возможные направления исследований:
– исследования влияния природы и состава перерабатываемых тяжелых нефтяных остатков на показатели процесса крекинга;
– исследования влияния организации подачи перерабатываемых тяжелых остатков и кислорода в реакторный узел, соотношения кислород/перерабатываемое сырьё на показатели процесса крекинга;
– поиск дешевых и доступных гомогенных добавок и исследование их влияния на показатели инициированного кислородом крекинга;
– поиск эффективных способов доведения тяжелого остатка крекинга до качества дорожного битума.
3) Разработан комплект эскизной конструкторской документации на экспериментальный стенд.
4) Завершается изготовление узлов экспериментального стенда: реактора для инициированного крекинга и реакторного узла получения битумов.
5) Подготовлена рукопись научной статьи и передана на рассмотрение в редакцию журнала, входящего в базу цитирования Scopus.

Работы Индустриального партнера:
1) Подготовлена площадка для размещения экспериментального стенда (проведен ремонт помещения, подведены коммуникаций к площадке: электричество, система вентиляции, водопровод и канализация, средства пожаротушения).
2) Завершается изготовление узлов экспериментального стенда: обогреваемая емкость, печь предварительного нагрева сырья, печь предварительного нагрева газов, конденсатор паров светлых дистиллятных фракций, сепаратор жидких и газообразных потоков.