Регистрация / Вход
Прислать материал

Проведение ПНИ и разработка технологии глубокой переработки тяжелых нефтей, природного битума, сланцевых смол в синтетическую нефть методом каталитической гидроконверсии в присутствии ультрадисперсных катализаторов

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
тяжелая нефть, битум, сланец, сланцевая смола, гидроконверсия, водород, ультрадисперсный катализатор, синтетическая нефть

Цель проекта:
1. Тяжелые нефти и природные битумы в условиях истощения традиционных энергетических ресурсов приобретают все большее значение в мировой экономике. Особое значение они имеют и в России, где месторождения легкой нефти выработаны более чем наполовину. За рубежом для переработки тяжелого нефтяного сырья на НПЗ используются комбинированные схемы процессов коксования, деасфальтизации избирательными растворителями, термического и каталитического крекинга, деметаллизация остатков на специальных адсорбентах и т. д. Применяемые технологии характеризуются невысоким выходом (50 – 60 %) и низким качеством дистиллятных углеводородных фракций, образованием побочных экологически опасных продуктов (смол, кокса, асфальтита). Для получения максимального выхода дистиллятных продуктов целесообразно использовать каталитические процессы с присоединением водорода, позволяющие повысить выход дистиллятных фракций до 80 – 90 %. Использование традиционных катализаторов гидрокрекинга в данном случае невозможно из-за их быстрой дезактивации в результате отложений кокса и металлов. Эффективным решением проблемы является разработка и внедрение принципиально новых простых технологий переработки тяжелого нефтяного сырья с использованием синтезируемых в реакционной зоне in situ катализаторов, состоящих из частиц с размерами от 10 до 500 нм. 2. Целью проекта является исследования и разработка научных основ технологии глубокой переработки нетрадиционного углеводородного сырья (битумов, тяжелых нефтей, углеродистых сланцев) в синтетическую нефть с высоким содержанием светлых фракций и разработка новых технических решений и проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Создание пилотной установки каталитической гидроконверсии тяжелых нефтей, природных битумов и сланцевой смолы»

Основные планируемые результаты проекта:
1.В ходе выполнения ПНИ должны быть выбраны и обоснованы направления исследований, разработаны программа и методики исследований, усовершенствованы конструкции лабораторного (ИНХС РАН) и укрупненного (ОАО ЭлИНП) стендов гидроконверсии с учетом состава и свойств выбранных видов сырья. В ходе исследований 2015 года должны быть получены результаты экспериментальных исследований гидроконверсии тяжелой нефти (этап завершен 30 июня 2015 г.) и природного битума (окончание этапа 31 декабря 2015 г) с получением синтетической нефти методом каталитической гидроконверсии в присутствии ультрадисперсных катализаторов, включающие исследования формирования наноразмерных частиц катализатора в сырье в условиях гидроконверсии, лабораторную методику синтеза катализатора, исследования влияния температуры, давления водорода , объёмной скорости сырья и других факторов на выход и состав продуктов гидроконверсии, определены оптимальные условия получения синтетической нефти, отвечающей требованиям ТЗ, выполнена наработка образцов синтетической нефти на модернизированном укрупненном стенде индустриального партнера - ОАО Электрогорский институт нефтепереработки («ЭлИНП») при оптимальных режимах гидроконверсии тяжелой нефти.
С учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики будут сформулированы технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации крупной пилотной установки и будет разработан проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Создание пилотной установки каталитической гидроконверсии тяжелых нефтей, природных битумов и сланцевой смолы». Будут разработаны рекомендации по возможности внедрения разработанных технических решений переработки нетрадиционных видов углеводородного сырья с получением синтетической нефти методом каталитической гидроконверсии в присутствии ультрадисперсных катализаторов.
2.В соответствии с требованиями ТЗ в результате гидроконверсии извлечение углеводородов в синтетическую нефть (СН) должно быть более 90 %, выход светлых выше 50 %, рабочая температура процесса – ниже 500 0С, рабочее давление – ниже 15 МПа, отношение водород : сырьё не более 1000 см3/г. Полученная СН должна иметь при 20 0С плотность ниже 900 кг/м3, вязкость – не более 20 сСт, долю дистиллятов, выкипающих до 360 оС, не ниже 50 %.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1.В результате выполнения проекта будут разработаны научные основы технологии глубокой переработки нетрадиционного углеводородного сырья (тяжелых нефтей, природного битума, углеродистых сланцев) в синтетическую нефть с высоким содержанием светлых фракций, в основе которой лежит процесс гидроконверсии сырья в присутствии ультрадисперсных катализаторов. В ходе исследований будут получены принципиально новые научные и технологические результаты, в том числе, результаты изучения механизма формирования ультрадисперсных катализаторов в процессе гидроконверсии различного сырья, результаты исследований влияния состава ультрадисперсных катализаторов и условий гидроконверсии на свойства и выход продуктов, определены оптимальные условия процесса для каждого вида сырья, разработаны рекомендации по внедрению технологии в промышленность.
2.Новизна полученных результатов интеллектуальной деятельности будет подтверждена получением патентов на изобретения. Элементы новизны будут в способах осуществления процесса гидроконверсии, методиках выделения из продуктов реакции и изучения свойств ультрадисперсных катализаторов.
3.Разрабатываемые за рубежом процессы гидроконверсии ТНС основаны на использовании растворимых в сырье металлорганических соединений Mo, Ni, Co, Fe. Образование суспензий наноразмерных частиц катализатора происходит в процессе гидроконверсии в результате термо-химического превращения исходного прекурсора катализатора. В отличие от разрабатываемого в настоящем проекте процесса, гидрокрекинг проводится при более высоком давлении водорода 10 – 25 МПа. Достигнутая на пилотных установках конверсия сырья составляет не более 75-80 %, выход дистиллятных фракций – 65 – 75 %, расход катализатора – металлорганического соединения достигает более % на сырье.
4.Для достижения поставленной цели в проекте предусмотрен комплекс мероприятий, включающий усовершенствование конструкции и модернизацию действующих экспериментальных установок гидроконверсии ИНХС РАН и индустриального партнера – ОАО ЭлИНП, проведение исследований гидроконверсии и определение оптимальных условий, соответствующих требованиям ТЗ, разработка технологической схемы пилотной установки каталитической гидроконверсии тяжелых нефтей, природных битумов и сланцевой смолы и получение исходных данных для проектирования крупных пилотных установок.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1.Результаты исследований будут использованы в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности при создании новых инновационных процессов глубокой переработки тяжелого сырья. Полученные при выполнении ПНИ данные будут применены при разработке и создании пилотной установки каталитической гидроконверсии тяжелых нефтей, природных битумов и сланцевой смолы. Создание крупной пилотной установки позволить проводить исследования по масштабированию при строительстве новых мощностей по переработке нетрадиционных видов сырья и модернизации существующих НПЗ для переработки тяжелых видов сырья. Практическое внедрение полученных результатов будет осуществляться путем популяризации результатов работы в специальной научно-технической литературе, в средствах массовой информации, на научных конференциях и семинарах. Для привлечения инвесторов и дальнейшего продвижения проекта на предприятии индустриального партнера в соответствии с разработанным по настоящему Соглашению техническим заданием на проведение ОКР будет создана демонстрационная пилотная установка каталитической гидроконверсии тяжелых нефтей, природных битумов и сланцевой смолы.
2.Реализация разработанной технологии позволит с максимальной эффективностью перерабатывать тяжелые нефти, природные битумы, органическое вещество сланцев а дистиллятные продукты. Это позволит расширить сырьевую базу нефтеперерабатывающей промышленности России и в перспективе, учитывая снижение запасов легких и средних нефтей, создаст благоприятные условия для углубления переработки и повышения эффективности использования нетрадиционных видов углеводородного сырья нефтяной отрасли. 3.Созданная технология может успешно использоваться на большинстве нефтеперерабатывающих предприятий РФ (ПАО «Татнефть» (АО «ТАНЕКО»), ОАО НК «Роснефть», ОАО «Газпромнефть», ПАО «Лукойл», ОАО «Сургутнефтегаз», предприятия ОАО «Газпром» и др.). Успешная реализация данного проекта обеспечить России лидирующее положение в нефтепереработке.
4. Разрабатываемая технология переработки нетрадиционных видов сырья является наиболее эффективным направлением исследований в области переработки тяжелых видов сырья. Ведущие научные центры в мире в последние годы интенсифицировали исследования в области развития сларри процессов с применением ультрадисперсных катализаторов. К результатам ПНИ безусловно проявят интерес в том числе и зарубежные научные организации, что будет способствовать развитию сотрудничества с ведущими научными центрами за рубежом.

Текущие результаты проекта:
Выполнен обзор и анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы в области разработки методов переработки нетрадиционных видов углеводородного сырья (тяжелые нефти, битуминозные породы и углеродистые сланцы и др.) для получения синтетической нефти, обзор охватывает 180 источников. Выполнены патентные исследования и составлен отчет, оформленный в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
Разработаны схемы и эскизная документация и осуществлена модернизации лабора-торного стенда и укрупненного экспериментального стенда индустриального партера для выполнения экспериментальных работ по переработке нетрадиционных видов сырья с получением синтетической нефти.
Разработана Программа и методики проведения экспериментальных исследований переработки нетрадиционных видов углеводородного сырья. Проведены испытания мо-дернизированного лабораторного стенда и пуско-наладочные работы системы подготовки и дозирования сырья на модернизированном укрупненном экспериментальном стенде гидроконверсии для исследования процессов переработки нетрадиционных видов углеводородного сырья.
Исследованы физико-химические свойства использованных в экспериментах тяжелой нефти и природного битума. Нефть характеризуется низким содержанием бензиновой (5,5 %) и дизельной (17,2 %) дистиллятных фракций, высокими значениями плотности (962 кг/м3) и вязкости. Природный битум содержит менее 10 % дистиллятных фракций, имеет плотность 1075 кг/м3, вязкость при 100 0С 190 Па•сек, коксовое число – 32,3 %. Определены оптимальные условия получения эмульсий прекурсора в сырье: в тяжелой нефти – температура 50 – 60 0С, длительность диспергирования - 30 мин., в битуме: 20 % разбавителя, температура 80 0С, длительность – 40 мин. Средний диаметр капель получаемой эмульсии в нефти – 2 мкм., в битуме – 3 мкм. Показано, что приготовленная эмульсия прекурсора cтабильна.
Исследован механизм формирования частиц ультрадисперного катализатора из капель эмульсии в тяжелой нефти и битуме. Установлено, что основная фаза, образовавшаяся из ПМА в реакционных условиях, – дисульфид молибдена MoS2 с характерным для наноразмерных частиц расширением пиков в области характеристичных рефлексов на ренгенограммах. Для катализатора, полученного в условиях исследования, имеется характерное структурное разнообразие – образец содержит частицы катализатора в форме слоистых «пачек», содержащих 2-8 слоев с периодичностью ~0.6-0,7 нм и протяженностью вдоль слоя не более 10 нм, а также в форме округлых частиц диаметром 20-70 нм со слоистой структурой. Разработана лабораторная методика синтеза катализаторов.
Выполнены исследования гидроконверсии сырья (тяжелой битуминозной нефти и природного битума) в присутствии ультрадисперсных катализаторов с получением синтетической нефти. Изучено влияние температуры, давления водорода, объёмной скорости подачи сырья, соотношения водорода и сырья, состава и количества прекурсоров катализаторов на выход и состав продуктов гидроконверсии. Установлены оптимальные условия гидроконверсии тяжелой нефти: температура – 450 0С, давление водорода 7 МПа, объёмная скорость сырья 1 ч-1, соотношение водород : сырьё – 960 нл/л, прекурсор – парамолибдат аммония, количество прекурсора – 0,05 % (в пересчете на молибден). Углеводородный состав фракций "180 – 360 0С" и "360 – 520 0С" синтетической нефти близок к составу фракций природной нефти и представлен преимущественно нафтеновыми УВ. Во фракции "н.к. - 180 0С" содержание ароматических углеводородов существенно выше, чем в аналогичной фракции природной нефти. В оптимальных условиях гидроконверсии выход синтетической нефти на лабораторном стенде составил 82,8 %.
На модернизированном укрупненном стенде гидроконверсии индустриального партнера ОАО ЭлИНП уточнены оптимальные условия процесса с рециркуляцией непревращенного остатка и проведены балансовые опыты по наработке синтетической нефти со снятием расходных показателей. Выход синтетической нефти в балансовых опытах составил 88,1 – 88,9 % . Полученная синтетическая нефть состоит из дистиллятных фракций, выкипающих в интервале 60 – 520 0С, не содержит тяжелых компонентов – смол, асфальтенов и соединений металлов. По показателям состава и свойств полученная на укрупненном стенде гидроконверсии синтетическая нефть отвечает требованиям ТЗ. Разработанная технология глубокой переработки тяжелой нефти позволяет получать синтетическую нефть, содержащую 100 % дистиллятных фракций, в том числе, не менее 50 % фракций, выкипающих при температуре ниже 360C.
Показатели разработанного процесса существенно лучше, чем при переработке тяжелой нефти по традиционным технологиям, а также по новым зарубежным технологиям гидроконверсии с использованием дисперсных катализаторов. Процесс имеет ряд других преимуществ перед зарубежными аналогами: относительно низкое давление водорода (7 МПа вместо 13 - 25 МПа), малый расход катализатора (менее 0,01 % с учетом рециркуляции и регенерации) и низкая стоимость (1200 - 1300 руб/кг) . Полученные образцы синтетической нефти содержат 100 % дистиллятных фракций, в том числе, не менее 50 % фракций, выкипающих при температуре ниже 360 0С, и полностью удовлетворяют требованиям ТЗ.