«Разработка основ технологии утилизации тяжелых нефтяных отходов химическими методами с получением экспериментальных образцов товарных продуктов»
Номер контракта: 14.579.21.0052
Руководитель: Максимов Антон Львович
Должность: Ведущий научный сотрудник
Организация:
Публичное акционерное общество "Электрогорский институт нефтепереработки"
Организация докладчика:
Открытое акционерное общество "Электрогорский институт нефтепереработки"
- выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ;
- проведены патентные исследования;
- разработаны варианты возможных решений задачи, выбран и обоснован оптимальный вариант решения задачи;
- разработана принципиальная схема комплексного экспериментального стенда процесса переработки тяжелых нефтяных отходов на базе процесса гидроконверсии с получением экспериментальных образцов товарных продуктов;
- изучены физико-химические свойства исходного сырья;
- разработан и создан лабораторный стенд предварительной подготовки тяжелых нефтяных отходов;
- проведены экспериментальные исследования по предварительной подготовке тяжелых нефтяных отходов на указанном лабораторном стенде;
- разработаны методики аналитического контроля сырья и продуктов переработки тяжелых нефтяных отходов;
- разработана эскизная конструкторская документация на модернизацию комплексного экспериментального стенда для проведения экспериментов по переработке тяжелых нефтяных отходов методом каталитической гидроконверсии с получением товарных продуктов;
- проведены экспериментальные исследования по переработке тяжелых нефтяных отходов на базе процесса гидроконверсии с получением экспериментальных образцов товарных продуктов;
- разработана методика предварительной подготовки исходного сырья;
- разработана лабораторная методика синтеза катализаторов;
- разработан лабораторный технологический регламент переработки тяжелых нефтяных отходов на комбинированном экспериментальном стенде;
- наработаны экспериментальные образцы товарных продуктов переработки тяжелых нефтяных отходов, полученные на комплексном экспериментальном стенде;
- разработана концепция создания полупромышленной установки по утилизации тяжелых нефтяных отходов на базе процесса гидроконверсии;
- разработаны рекомендации по внедрению разработанных технических решений переработки тяжелых нефтяных отходов с получением товарных продуктов и снижению образующихся на нефтебазах отходов;
- разработан проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Создание полупромышленной установки каталитической гидроконверсии тяжелых нефтяных отходов»;
- разработана Программа и бюджет создания полупромышленной установки каталитической гидроконверсии тяжелых нефтяных отходов (шламы и тяжелые отходы нефтепереработки) с блоками подготовки сырья и каталитической гидроконверсии.
2. В рамках работы предполагается впервые разработать технологические основы процесса получения товарных продуктов из нефтяных отходов, обеспечивающего выход товарных продуктов для нефтепереработки не менее 50% (не менее 90% на углеводородную часть) и снижения выбросов в окружающую среду вредных веществ на 50 – 80% за счет использования современных методов каталитической гидроконверсии на высокоэффективных ультрадисперсных катализаторах.
2. При выполнении работ используется новый подход для переработки тяжелых нефтяных отходов, основанный на применении процесса гидроконверсии с использованием высокоэффективных ультрадисперсных катализаторов, формирующихся в реакционной среде.
3. Показатели процесса гидроконверсии в присутствии наночастиц катализатора превосходят показатели лучших из известных в мире в настоящее время процессов. Используемый тип каталитической системы не накладывает ограничений на качество сырья – технология позволяет перерабатывать самое тяжелое нефтяное сырье, с высоким содержанием нежелательных компонентов – смолисто-асфальтеновых веществ, гетероатомных и металлсодержащих соединений. При сравнительно мягких условиях (давление 7-10 МПа, температура 440-450°С) в процессе гидроконверсии достигается высокая конверсия углеводородного сырья (90-95%) и обеспечивается высокий выход дистиллятных фракций. Для сравнения, например, гидрогенизационные процессы переработки тяжелых видов сырья H-oil Axens и LC- fining СLG протекают при давлениях 15-25 МПа и обеспечивают конверсию на уровне 65-75%.
4. Для достижения поставленных задач будут созданы лабораторный стенд предварительной подготовки тяжелых нефтяных отходов и комплексный экспериментальный стенд процесса переработки тяжелых нефтяных отходов на базе процесса гидроконверсии с целью получения экспериментальных данных и разработку на их основе технологических решений по утилизации тяжелых нефтяных отходов с применением процесса каталитической гидроконверсии. Процесс будет отработан с использованием указанных стендов. Ограничения и риски могут быть обусловлены несвоевременным поступлением финансов и срывов сроков закупки оборудования, материалов для обеспечения выполнения ПНИЭР.
2. Результаты исследований будут использованы при разработке проекта технического задания на проведение ОКР «Создание полупромышленной установки каталитической гидроконверсии тяжелых нефтяных отходов».
3. Результаты проводимых исследований могут быть использованы для внедрения процесса гидроконверсии, как наиболее перспективной технологии переработки различных видов тяжелых видов нефтяного сырья. Развитие данного процесса приведет к изменению структуры потребления тяжелых нефтяных отходов и остатков: переходу от «топливных» процессов, предполагающих непосредственное сжигание указанных отходов с высокими затратами на очистку отходящих газов и захоронение остатков к их переработке в качественные топливные фракции.
4. Полученные результаты могут быть использованы для проведения совместных исследований с иностранными компаниями. Созданные стенды могут быть далее использованы для исследования переработки других видов тяжелого и нестандартного нефтяного сырья.
Разработана методика предварительной подготовки сырья для проведения исследований по утилизации тяжелых нефтяных отходов. Приведены методики пуска и остановки лабораторного стенда, безопасности и охрана труда при работе на стенде, рассмотрены возможные аварийные ситуации и способы их устранения. Описана процедура аналитического контроля при проведении экспериментальных исследований.
Проведены экспериментальные исследования по предварительной подготовке тяжелых нефтяных отходов на лабораторном стенде предварительной подготовки тяжелых нефтяных отходов с получением данных для модернизации комплексного экспериментального стенда. Предварительная подготовка включает в себя процедуру удаления воды азеотропной отгонкой, удаление низкокипящих фракций и отделение механических примесей. Установлено, что оптимальным растворителем для проведения экстракции является толуол. С помощью универсальной системы моделирования HYSYS проведены теоретические расчеты фазового состояния компонентов нефтяного шлама и растворителя. Определены параметры, являющиеся исходными для проведения экспериментальных исследований. Определены оптимальные параметры экстракции органической части из исследуемого образца нефтешлама. Установлено, что оптимальными условиями дистилляции воды из экстрагируемого раствора являются температура 100°С при вращении мешалки 500 оборотов/мин, с протоком инертного газа 30 нл/ч. При соотношении вода нефтешлама: толуол не менее 1:5. Отделение минеральной части нефтешлама осуществляется при температуре 45-50°С при небольшом избыточном давлении. При установленных оптимальных параметрах экстракции получен образец остатка органической части нефтешлама, пригодный для проведения исследований по гидроконверсии.
В оптимальных условиях предварительной подготовки ТНО из выбранного резервуарного нефтешлама наработана органическая часть нефтешлама для проведения дальнейших исследований на комплексном экспериментальном стенде по переработке тяжелых нефтяных отходов методом каталитической гидроконверсии. Фракция характеризуется следующими свойствами: плотность - 968,9 кг/см3, коксуемость – 12,25 %, содержание серы – 2,0 %, содержание нерастворимых в толуоле соединений 0,032 %, содержание фракции н.к. (400°С)-520°С – 27,8%, фракции >520°С – 72,2%.
Разработаны методики аналитического контроля сырья и продуктов переработки тяжелых нефтяных отходов. В состав разработанных методик исследования свойств тяжелых нефтяных отходов и продуктов их переработки вошли методы: определения содержания воды, определение механических примесей весовым методом, определение элементного (CHNS) состава, определение группового состава, определение фракционного состава, определение йодных чисел дистиллятных фракций, определение содержания серы, дисперсионный анализ, определение плотности, зольности, определение коксуемости.
Разработаны рекомендации по технологической схеме и материальному оформлению аппаратов комплексного экспериментального стенда переработки тяжелых нефтяных отходов. Предложена технологическая схема экспериментального стенда переработки тяжелых нефтяных отходов с описанием характеристик и назначения основного оборудования, входящего в его состав. Стенд состоит из блока предварительной подготовки ТНО, блока атмосферно-вакуумной дистилляции, блока гидроконверсии, блока разделения целевых продуктов, блока подачи и циркуляции газов, блока контроля и управления технологическим процессом, блока оперативного аналитического контроля.
На основе разработанных рекомендаций разработаны технические решения и эскизная конструкторская документация на модернизацию комплексного экспериментального стенда для проведения экспериментов по переработке тяжелых нефтяных отходов методом каталитической гидроконверсии с получением товарных продуктов.
На основании разработанной технической документации проведены работы по модернизации и пуску комплексного экспериментального стенда для проведения экспериментов по переработке тяжелых нефтяных отходов методом каталитической гидроконверсии с получением товарных продуктов.
Результаты прикладных научных исследований получены при финансовой поддержке Российской Федерации в лице Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках реализации федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы", уникальный идентификатор прикладного научного исследования RFMEFI57914X0052.