Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0051

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0051
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"
Название доклада
Разработка основ комплексной технологии каталитической переработки нетрадиционной нефти керогенсодержащих пород в жидкие углеводороды
Докладчик
Караханов Эдуард Аветисович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка новых технических решений в области глубокой переработки нетрадиционного углеводородного сырья в синтетическую нефть с высоким содержанием светлых фракций. Создание основ комплексной энергоэффективной технологии превращения различных типов керогенсодержащих пород в синтетические углеводороды за счет сочетания нескольких подходов: физико-химических воздействий на породу, гидрокрекинга и окислительного облагораживания полученных фракций. Создание экспериментального образца установки переработки керогенсодержащих пород в синтетическую нефть.
Актуальность и новизна исследования
Постепенное исчерпание традиционных запасов нефти может привести в России к постепенному снижению уровня ее добычи в течении 15-20 лет. Этот факт делает актуальным переход к добыче нетрадиционных нефтяных ресурсов. Поэтому, в Прогнозе научно-технологического развития Российской Федерации на период до 2030 г., утвержденном в конце 2013 года разработка технологий освоения нетрадиционных ресурсов углеводородов, включая добычу нефти из нефтеносных песков и горючих сланцев являются одними из первоочередных.
Существующие в настоящее время процессы переработки нетрадиционных нефтяных ресурсов характеризуются низкой степенью извлечения углеводородов из твёрдого сырья из-за неизбежного образования значительного количества кокса и низкими выходами жидких углеводородов вследствие нежелательного газообразования. Для увеличения выхода жидких продуктов используемые технологии должны носить комплексный характер и включать в себя как процессы максимально эффективного выделения керогена из материнской породы, одновременного крекинга с получением жидких углеводородов и удаления значительной части гетероатомов. Это требует предлагаемого в данной работе использования в рамках одной технологии сочетания нескольких технологических решений: физических воздействий на материнскую породу и кероген, использование гидрокрекинга для обогащения сырья водородом и получения синтетической нефти с высоким содержанием светлых фракций, дополнительных реакций для удаления сераорганических соединений.
Предлагаемые решенияявляются новыми и информация о реализации комплексной технологии отсутствует.
Описание исследования

Научно-технической задачей данной работы является создание основ  комплексного  процесса гидрогенизационной переработки керогенсодержащего сырья  в синтетическую нефть с использованием сочетания нескольких подходов: активации (воздействия электромагнитных волн/ультразвука на  керогенсодержащую породу в сочетании с экстракционным воздействием); каталитическая гидрогенизация, в том числе гидрокрекинг керогена с использованием различных типов добавок (доноры водорода,  соединения кобальта, молибдена, аммония и др.); облагораживание полученной  синтетической нефти.

Для сырья российских месторождений нетрадиционных нефтей, а особенно месторождений керогенсодержащих пород, отношение углерод/водород высоко, содержание органической составляющей (в основном керогена) не превышает 15%, значительно содержание серы, азота, кислорода. Как следствие,  транспортировка такого сырья и его простая пиролизная переработка с низкой конверсией углерода в целевые продукты с получением низкокачественной олефин- и диен-содержащей нефти  нецелесообразна. Необходимо превращение такого сырья в маловязкую синтетическую нефть с приемлемым содержанием гетероатомных соединений, которая может храниться и транспортироваться, в том числе в смеси с обычной нефтью, и без изменения технологических схем перерабатываться на российских предприятиях.  Следует подчеркнуть, что технологии пиролиза и термического крекинга не только дают низкое качество продукта (преобладают ненасыщенные соединения, значительное количество гетероатомных соединений), так и не обеспечивают выход жидких углеводородов из керогена больше 50%. Даже при применении добавок водорода в материнской породе из-за низкой доступности керогена в неорганической матрице и протекания процессов перераспределения водорода происходит образование углеродистых материалов внутри частиц породы.

Извлечь более 90%  углеродной составляющей  керогена с высокой эффективностью с получением качественной синтетической нефти можно  при соблюдении двух подходов:  использования методов, обеспечивающих  частичное разрушение самой неорганической матрицы и «проникновение» водорода к  керогену; использование добавок для активации компонентов матрицы как катализаторов и проведение гидрокрекинга  керогена материнской породы при давлениях до 10 МПа.

В ходе проведения работ планировалось:

А) изучение влияния ряда физических воздействий при термической и гидрокаталитической переработке сланцев  на выход продуктов в этих процессах. Для отработки такого воздействия создается специальная установка, обеспечивающая возможность высокотемпературной экстракции различными растворителями компонентов керогена и продуктов его пиролиза в электромагнитном поле или при ультразвуковом воздействии;

Б) исследование возможности гидрокрекинга крогенсодержащих материалов при различных давлениях водорода как в присутствии самой материнской породы как катализатора, так и  при использовании добавок. Сам процесс предполагается проводить как с применением углеводородных растворителей в качестве дополнительной среды, так и непосредственно с использованием сланцев. Для этого будет создан модуль для  гидрокрекинга сланцев, который далее будет интегрирован в установку волнового воздействия. В результате будет повышена эффективность обоих процессов

Г) исследование и подбор дополнительных катализаторов для гидрооблагораживания полученной нефти и для обессеривания нефти. Будут подобраны соответствующие каталитические системы и  проведена оптимизация процессов.

 

Результаты исследования

Разработаны основы энергоэффективной технологии  получения синтетической нефти из керогенсодержащих пород. Технология получения состоит из четырёх переделов: ТП1. Волновая обработка сырья; ТП2. Высокотемпературная гидрообработка; ТП3. Гидрооблагораживание; ТП4. Окислительное обессеривание.. В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что стадию волновой активации следует проводить при частоте волнового воздействия 55  МГц, мощности 0,6 кВт в течение  6 часов; стадию высокотемпературной гидрообработки – 30 мин при температуре 450 ⁰С и давлении водорода 7 МПа с использованием в качестве каталитической добавки 1 % масс нафтената кобальта или смеси равных количеств нафтената кобальта и ацетилацетоната молибдена. Стадия гидрооблагораживания будет проводится с использованием биметаллического Ni – Mo сульфидного катализатора на основе мезопористого алюмосиликата типа Al-HMS при температуре 390 0С и давлении 5 МПа при объемной скорости подачи сырья 0,5 ч-1. На стадии окислительного обессеривания  используется каталитическая система пероксид водорода : сера : ацетон : молибден : ТЭБАБ в мольном соотношении  800:200:40:1:0,2; процесс проводится 6 часов при 50 0С. Разработанная технология позволяет извлекать 90% - 95% углеводородов из керогенсодержащего сырья; получать  выход светлых фракций и сырья для нефтехимии не менее 50-65% от углерода, содержащегося в сырье и селективность по жидким углеводородам 80-90%. Разработан соответствующий лабораторный регламент

Разработан комплект эскизно-конструкторской документации и изготовлен экспериментальный образец установки переработки керогенсодержащих пород в синтетическую нефть. В состав установки входят: реакторный блок, узел активации, узел дозировки сырья и газов, блоки разделения продуктов реакции, контроля и регулировки температурных режимов, контроля и регулировки давления, аналитический блок. Экспериментальный образец установки предназначен для проведения процессов под давлением водорода до 150 атм, температуре в реакторах гидропроцессов 200 - 500оС.

Разработана Методика и проведен физико-химический анализ керогенсодержащих пород по включающий в себя анализ химического и фазового составов, содержания керогена и углеводородов.

Разработана методика исследования углеводородного и химического состава синтетической нефти, включающая определение основных параметров, характеризующих качество синтетической нефти

Разработана Программа и методики испытаний  экспериментальной установки по переработке керогенсодержащих пород в синтетическую нефть. Проведены испытания экспериментальной установки по разработанной ПМ. Установлено соответствие экспериментального образца установки, условий проведения процесса и  качества получаемых образцов синтетической нефти требованиям технического задания.

Проведен анализ состава и свойств остаточных пород. Анализ остаточного содержания керогена свидетельствует о высокой степени (более 90 %) извлечения керогена в ходе гидрообработки керогенсодержащей породы.Установлено, что остаточная порода  после  проведения гидрогенизации керогена  может быть использована для получения клинкера или  смесей готового клинкера для последующего использования в строительной индустрии.

Практическая значимость исследования
Ожидаемые результаты работы должны обеспечить создание новой энергоэффективной технологии получения синтетической нефти из керогенсодержащих поро, характеризующейся:
- высокой степенью превращения углеродсодержащей составляющей (более 90%),
- высоким выходом жидких углеводородов (более 80% в расчете на органическую составляющую),
- получением синтетической нефти с вязкостью не более 20 сСт, и массовая доля дистиллятов, выкипающих до 360оС - не менее 50 % с содержанием диенов менее 0,05% и содержанием олефинов менее 5%; содержанием азота и серы, соответствующего нефтям Западной Сибири.
Такая технология будет способствовать развитию производственно-технологического, кадрового, инфраструктурного и институционального потенциала Российской Федерации в области глубокой переработки нетрадиционных нефтей керогенсодержащих пород. Полученные результаты обеспечат существенное снижение технологической зависимости экономики Российской Федерации, расширение сырьевой базы российских НПЗ и увеличения экспортного потенциала углеводородного сырья. Реализация полученных результатов в результате проведения соответсвующих ОТР откроет путь не только для переработки керогенсодержащих пород ex situ, но и позволит отработать подходы для последующего проведения работ по переработки таких пород in situ и создания новых более эффективных методов добычи нефти из таких пород.
Внедрение технологий обеспечит существенный рост конкурентоспособности отечественных компаний нефтегазового сектора, занимающихся переработкой нефти и предполагающих использование результатов в рамках технологических платформ «Глубокая переработка углеводородных ресурсов», «Технологии добычи и использования углеводородов». При существующих ценах на нефть ежегодный экономический эффект от внедрения только в сибирском регионе может соста-вить более 300 млрд. рублей.
Постер

Poster_Karakhanov.ppt