Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии утилизации тяжелых нефтяных остатков путем электромагнитной обработки в сочетании с традиционными каталитическими методами для получения топливных продуктов

Номер контракта: 14.577.21.0106

Руководитель: Винокуров Владимир Арнольдович

Должность руководителя: Проректор

Докладчик: Фролов Валентин Ивлиевич, Ст. науч. сотр.

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М.Губкина"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
нефтяные остатки, гудроны, амбарные нефтешламы, шламы нефти, термическая переработка нефтяных остатков, волновая переработка, каталитический крекинг, гидрокрекинг, окислительное обессеривание, компоненты топлив, топливный газ, бензиновая, керосино-дизельная и газойлевая фракции, вакуумный остаток, бензин, судовое топливо маловязкое, топливо для энергетических установок, дорожный битум, магнитное поле, электромагнитное поле, утилизация нефтешлама.

Цель проекта:
1.Создание энергоэффективной и экологичной технологии утилизации нефтешламов, сочетающей предварительную электромагнитную активацию сырья, каталитический крекинг и гидрокрекинг активированного сырья и получение бензиновой, керосино-газойлевой, газойлевой фракций 2.1 Разработка новых прототипов технических решений с получением экспериментальных образцов готовых продуктов нефтехимии и нефтепереработки из тяжелых нефтяных остатков с использованием для переработки новых химических методов (и их сочетании с физическими) для обеспечения снижения уровня экологической нагрузки на окружающую среду и достижения конверсии углеродсодержащей части сырья не менее 90%. 2.2 Макетирование различных технических решений и технологических условий переработки нефтяных отходов с получением готовых продуктов, изготовление экспериментальных образцов продуктов и оборудования для химической переработки нефтяных отходов.

Основные планируемые результаты проекта:
1.Разработаны математические модели процесса электромагнитной активации нефтешлама(НШ), функционирования катализаторов крекинга(равновесный смесевой катализатор состава 40% омского катализатора + 60% катализатора марки "Grace") и гидрокрекинга(катализатор СГК) негидроочищенного нефтешлама(НГНШ), окислительного обессеривания НГНШ в присутствии катализаторов – муравьиной кислоты и молибдата натрия с использованием полного факторного плана экспериментов . Проведена оптимизация процессов электромагнитной активации НШ, каталитического крекинга, гидрокрекинга с использованием сканирования и окислительного обессеривания АНШ. На основании разработанных математических моделей получены значения расходных показателей сырья, вспомогательных материалов, тепла, электроэнергии, воды для данных процессов переработки.
Составлены кинетические схемы процесса каталитического крекинга смеси вакуумного газойля(ВГ) с НШ в присутствии катализатора DA-250 фирмы Грейс и мезопористых алюмосиликатных катализаторов Al-HMS(2), Al-SBA-25, разработанных в МГУ им. М.В. Ломоносова и активированного НШ, получены кинетические уравнения, рассчитаны константы скоростей и энергии активации процессов. По численным значениям энергии активации процесса крекинга рассчитано численное значение длины волны λ электромагнитного излучения, необходимой для превращения молекул активированного исходного сырья.
Изготовлен экспериментальный стенд электромагнитной активации НШ в комбинации с каталитическим крекингом и гидрокрекингом с целью получения топливных компонентов. Проведены лабораторные испытания экспериментального стенда по разработанной ПиМ. Результаты испытаний оформлены в виде актов и протокола лабораторных испытаний экспериментального стенда.
Разработан лабораторный технологический регламент получения катализатора и проведения процесса окислительного обессеривания НГНШ. Разработаны ПиМ лабораторных испытаний катализатора для процесса окислительного обессеривания сырья(тяжелых нефтяных остатков) и получаемых продуктов переработки. Проведены дополнительные патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96 по определению патентоспособности способа переработки тяжелого углеводородного сырья.
Изготовлен экспериментальный образец катализатора окислительного обессеривания тяжелых нефтяных остатков. Проведены лабораторные испытания экспериментального образца катализатора окислительного обессеривания тяжелых нефтяных остатков.
Разработан лабораторный технологический регламент получения катализатора каталитического крекинга и гидрокрекинга для переработки тяжелых нефтяных отходов. Разработаны ПМ лабораторных испытаний катализаторов для каталитического крекинга и гидрокрекинга тяжелых нефтяных остатков. Изготовлены экспериментальные образцы(ЭО) катализаторов по разработанным лабораторным регламентам их получения: - катализатора для каталитического крекинга тяжелых нефтяных остатков; - катализатора для гидрокрекинга получаемых продуктов переработки нефтяных отходов. Проведены лабораторные испытания ЭО катализаторов в соответствии с разработанной ПМ их испытаний. Разработан лабораторного технологического регламента процесса переработки нефтяных отходов в готовую продукцию с использованием электромагнитной активации сырья в сочетании с каталитическими процессами крекинга и гидрокрекинга, окислительного обессеривания. Разработаны ПМ лабораторных испытаний процесса переработки нефтяных отходов в готовую продукцию с использованием электромагнитной активации сырья в сочетании с каталитическими процессами крекинга, гидрокрекинга и окислительного обессеривания.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разработаны математические модели процесса электромагнитной активации НШ, каталитического крекинга в присутствии равновесного смесевого катализатора при температуре 500оС, скорости подачи сырья 15,6 ч-1, получены уравнения регрессии и рассчитаны параметры уравнения регрессии по МНК:
Yобщ=43,17+1,69X1+4,88X2+2,87X3-2,74X1*X2+0,72X1*X3+ 0,33X2*X3+0,98X1*X2*X3 - для общего выхода дистиллята. Y1=29,93+2,18X1+2,94X2+2,68X3-0,96X1*X2+1,62X2*X3) - для выхода бензиновой фракции.
Y2=13,21-0,48X1+03X2-1,68X1*X2+0,79X1*X3 -1,22X2*X3+1,17X1*X2*X*3) - для дизельной фракции.
На основе полученных оптимальных условий процесса электромагнитной активации НШ составлены полные факторные планы для процессов каталитического крекинга(равновесный смесевой катализатор состава 40% омского катализатора + 60% катализатора марки "Grace", температура 420-500оС, скорость подачи сырья – 10-22ч-1,) и гидрокрекинга(катализатор СГК- 15% масс., температура - 400-500оС, давление 50-90 атм), получены уравнения регрессии для выхода дистиллята:
Yобщ=49,662-11,217X1+1,267X2-4,814X1^2-1,264X2^2 - для каткрекинга.
Yобщ=27,5 – 2,5X1 – 4,5X2 - для гидрокрекинга.
Получены уравнения регрессии для зависимости остаточного содержания серы CS,ост в обессеренной смеси 50%НШ+50%ВГ от температуры после обработки перекисью водорода:
C(S,ост) = 0,5244t3 - 90,123t2 + 4998t – 81363 - в присутствии муравьиной кислоты.
C(S,ост) =-8,4886t2 + 971,58t – 18977 - в присутствии молибдата натрия.
В обессеренном НШ:
C(S,ост) = 0,5952t3 - 102,25t2 + 5668,2t – 92536 - в присутствии муравьиной кислоты.
C(S,ост)= -9,3642t2 + 1073,7t – 21125 - в присутствии молибдата натрия.
Показано, что найденные коэффициенты уравнений значимы и уравнения адекватно описывают исследованные процессы. Найдено, что оптимальными условиями процесса каткрекинга НШ являются:
- частота электромагнитного излучения - 50,5МГц;
- мощность излучения – 0,55кВт;
- время активации – 6 час;
- температура – 413,4оС;
- скорость подачи сырья – 19,5ч-1.
Для гидрокрекинга:
– частота электромагнитного излучения - 47,5МГц;
- мощность – 0,35кВт;
- время активации – 3,5 час;
- температура – 436оС;
- давление – 61 атм.
На основе полученных математических моделей процесса окислительного обессеривания смеси 50%НШ+50%ВГ и 100%-го НШ найдено, что минимальное содержание остаточной серы 441,5 ppm при температуры 80оС наблюдается при использовании молибдата Na, что соответствует требованиям технического задания.
Разработан катализатор окислительного обессеривания, представляющего пероксокомплекс переходного металла вольфрама или молибдена и производится непосредственно перед началом обессеривания в виде пероксокомплекса металла. Приготовление катализатора окислительного обессеривания происходит в том же реакторе, где проводится этот процесс. Катализатор окислительного обессеривания образуется при смешении вольфрамата натрия, серной кислоты и триэтилбензиламмоний хлорида. Наработан экспериментальный образец катализатора, представляющего собой гомогенный раствор/суспензию: II класс опасности, Твсп=58оС, температура замерзания +12оС, массовая доля воды 35%. Проведены лабораторные испытания экспериментального образца катализатора окислительного обессеривания НШ. Для проведения процесса обессеривания на образце субстрата массой 50 мл требуется 0,05- 0,1 г катализатора, катализатор выдерживает около 6 циклов непрерывной работы без существенной потери активности и катализатор обеспечивает содержание серы в получаемом образце не более 500 ppm.
Разработан лабораторный технологический регламент получения катализатора каталитического крекинга для переработки тяжелых нефтяных отходов, представляющего собой промышленный цеолитсодержащий катализатор с добавкой, состоящей из носителя, содержащего гамма-оксид алюминия 20-80%масс. и упорядоченный мезопористый оксид кремния с нанесенным на носитель лантаном в ненулевом валентном состоянии в количестве 10% масс. Изготовлен экспериментальныый образец катализатора по разработанному лабораторному регламенту его получения проведены лабораторные испытания полученного катализатора при каткрекинге активированного и неактивированного ВГ при 500оС: содержание цеолитного компонента в катализаторе – 42,5%, конверсия вакуумного газойля при температуре 520о С в условиях – более 90%, селективность по бензиновой фракции в условиях МАТ составляет 63,7%, уменьшение содержания серы в широкой фракции светлых нефтепродуктов – на 37%, что соответствует требованиям ТЗ.
Разработан лабораторный технологический регламент получения катализатора гидрокрекинга для переработки активированных тяжелых нефтяных отходов следующего состава: NiS-WS2/Al-SBA-35. Изготовлен экспериментальный образец катализатора по разработанному лабораторному регламенту его получения: содержание гидрирующего промотора в катализаторе – 15-18%, удельная поверхность 955м2/г. При гидрокрекинге НШ при Т= 420оС, Р=3 Мпа, соотношениях НШ:водород= 300-400 конверсия составляет более 90%, выход дистиллятных фракций составляет 76-82%, содержания серы в широкой фракции светлых нефтепродуктов составляет 40-47 ррм, что соответствует требованиям технического задания.
Разработаны лабораторный технологический регламент процесса переработки нефтяных отходов в готовую продукцию с использованием электромагнитной активации сырья в сочетании с каталитическими процессами крекинга, гидрокрекинга, окислительного обессеривания и ПМ лабораторных испытаний данного процесса.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1.Топливно-энергетический комплекс (получение моторных топлив), нефтепереработка (повышение эффективности технологий каталитического крекинга и гидрокрекинга). Предварительное обессеривание тяжелых нефтяных фракций и нефтяных остатков перед их термокаталитической переработкой. Результаты, полученные при выполнении проекта могут быть использованы в учебном процессе.
2.Коммерциализация результатов проекта (индустриальный инвестор – ООО «Актив», ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», ОАО "Роснефть", АНК «Башнефть», ОАО ПО «Киришинефтеоргсинтез» , ГУПП «Полигон «Красный Бор» и предприятий, занимающихся утилизацией шламов нефти и нефтепродуктов.
3. Прогнозируется влияние разработанной технологии на разработку новых технических решений при осуществлении процессов каталитической переработки на НПЗ.
4.Прогнозируется влияние проведенных исследований на развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры.


Текущие результаты проекта:
1.Создан экспериментальный стенд по термокаталитической переработки тяжелых нефтяных фракций и остатков, включающий четыре блока:
- блок электромагнитной активации активации сырья в потоке;
- блок окислительного обессеривания активированного сырья;
- блок каталитического крекинга активированного сырья;
- блок гидрокрекинга активированного сырья.
2.Созданы математические модели проводимых процессов.
3.Определены значения расходных показателей сырья, вспомогательных материалов, тепла, электроэнергии, воды для данных процессов переработки.
4.Получена 1 заявка на получение патента(№ 2015124799 от 24.06.2015 г.).
5.Опубликована 1 статья в ХТТМ. 2015.№5, с.52