14.577.21.0107

Разработка новых прототипов технических решений с получением экспериментальных образцов готовых продуктов нефтехимии и нефтепереработки из нефтяных отходов (шламы и тяжелые отходы) 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%. 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.
Выбор и обоснование направлений переработки тяжелых нефтяных фракций методом инициированного крекинга и создание экспериментального стенда для проведения исследований. Разработка программ и методик экспериментальных исследований и лабораторных регламентов для получения экспериментальных образцов готовой продукции и для переработки тяжелых нефтяных фракций. Наработка экспериментальных образцов продукции и определение их физико-химических свойств. Проведение экспериментальных исследований технологии переработки тяжелых нефтяных фракций. Создание математической модели процесса инициированного крекинга, определение её параметров и оценка её адекватности. Разработка технических требований, предложений и методических рекомендаций по разработке, производству и эксплуатации технологии и продукции. Проведение технико-экономической оценки рыночного потенциала полученных результатов. Разработка проекта технического задания на проведение ОТР.

Тяжелые нефтяные отходы являются одним из неизбежных побочных продуктов нефтеперерабатывающей промышленностей, а их количество напрямую связано с глубиной первичной переработки нефти. В настоящее время из всего объема перерабатываемой в России нефти 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%. Кроме того, как в России, так и за рубежом для увеличения глубины переработки используют энерго- и капиталоемкие технологии термического и каталитического крекинга.
Актуальность предлагаемой работы очевидна, т.к. существующие в настоящее время в России технологии переработки тяжелых нефтяных остатков просто не могут обеспечить увеличение глубины переработки до мирового уровня.
Новизна предлагаемой работы заключается в том, что впервые вместо капиталоемких и энергоемких каталитических и термических процессов крекинга и гидрокрекинга были разработаны технические решения и найдены технологические условия экономичной и высокоэффективной технологии переработки тяжелых нефтяных остатков, обеспечивающей не только высокий выход светлых топливных фракций, но и одновременное получение продуктов, используемых в качестве котельного топлива и в качестве дорожного битума.

На первом этапе исследований была разработана конструкторская документация на экспериментальный стенд и разработана программа и методика экспериментальных исследований. По базам данных научно-технической и патентной литературы был проведен поиск известных способов переработки тяжелых нефтяных фракций (остатков), по результатам анализа которого был составлен аналитический обзор современных способов переработки тяжелых нефтяных фракций и выбрано направление исследований.

На втором этапе исследований  были проведены исследования физико-химических свойств (фракционный состав, содержание серы, температура вспышки, плотность и вязкость) широкого спектра тяжелых нефтяных остатков нефтеперерабатывающих предприятий РФ. С целью поиска оптимальных условий процесса их переработки, с учетом выбранных для исследования тяжелых нефтяных остатков – мазута, вакуумного газойля и гудрона, были разработаны программа и методики экспериментальных исследований процесса инициированного крекинга. С целью разработки математической модели процесса инициированного крекинга выбранных тяжелых нефтяных остатков, с использованием информации, представленной в научно-технической литературе, был проведен анализ возможных подходов к моделированию процесса инициированного крекинга. Для получения экспериментальных образцов готовой продукции – топливного газа, бензиновой и дизельной фракций, котельного топлива, битума или битумного полупродукта – был разработан лабораторный регламент.

На третьем этапе исследований для наработки образцов готовой продукции использовали разработанный экспериментальный стенд, а наработку образцов проводили по разработанному лабораторному регламенту. Физико-химические свойства наработанных образцов готовой продукции определяли по стандартным и разработанным нами методикам.

Для разработки математической модели процесса инициированного крекинга на четвертом этапе исследований для количественного описания крекинга гудрона были опробированы две модели, одна из которых основана на использовании модельных соединений, участвующих в стехиометрических реакциях, и другая, основанная на установлении количественных соотношений между группами веществ, объединённых общим интервалом температур кипения. Лучшие результаты при описании экспериментальных данных получены на модели, основанной на установлении количественных соотношений между группами веществ, объединённых общим интервалом температур кипения.

Для определения параметров математической модели и создание полного математического описания процесса инициированного крекинга тяжелых нефтяных фракций в соответствии с разработанными ранее программой и методиками были проведены экспериментальные исследования технологии переработки тяжелых нефтяных фракций методом инициированного крекинга. Полученные результаты были использованы для определения параметров математической модели процесса (констант скоростей) и проверки её адекватности.

На заключительном этапе исследований оценку эффективности разработанного процесса инициированного крекинга тяжелых нефтяных остатков осуществляли путем сравнения результатов инициированного крекинга, в частности, выходов светлых фракций, их состава, условий процесса (температура, давление, время контакта) с научно-техническим уровнем действующих современных процессов висбрекинга и термического крекинга.

Для разработки:

- лабораторного технологического регламента переработки тяжелых нефтяных фракций в готовую продукцию методом инициированного крекинга;

- технических требований и предложений по разработке, производству и эксплуатации продукции инициированного крекинга тяжелых нефтяных фракций с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера;

- методических рекомендаций по применению технологии Путилизации тяжелых нефтяных фракций методом инициированного крекинга в нефтеперерабатывающей промышленности;

- проекта технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка технологии утилизации тяжелых нефтяных фракций методом инициированного крекинга с получением опытных образцов товарных продуктов»,

были проанализированы и использованы данные и информация, полученные в процессах наработки экспериментальных образцов готовой продукции и проведения экспериментальных исследований, а в процессе проверки адекватности математической модели. 

Разработан промышленный способ инициированного крекинга тяжелых нефтяных остатков – мазута, гудрона и вакуумного газойля – при температуре 440-450^оС, давлении 0.6МПа в присутствии инициатора – воздуха (менее 6%масс. по отношению к перерабатываемому сырью) в светлые фракции углеводородов (бензиновую и дизельную фракции) с одновременным получением котельного топлива и дорожного битума, отвечающих требованиям ГОСТ, и обеспечивающий экологически безопасное проведение технологического процесса с получением не более 5%масс. (в расчете на органическую часть) побочного продукта (топливного газа), с выходами светлых фракций:

- при переработке гудрона – 32,9%;

- при переработке мазута – 53,3%;

- при переработке вакуумного газойля – 66-68%.

Разработанный способ в сравнении с известными промышленными способами позволяет увеличить выход светлых фракций на 8 % абс. (при переработке гудрона), на 18 % абс. (при переработке мазута), на 20 % абс. (при переработке вакуумного газойля).

Разработанный промышленный способ инициированного крекинга тяжелых нефтяных остатков позволяет увеличить глубину переработки нефти минимум до 90%. Экономическая оценка показала, что при переработке по разработанной технологии 3 млн. тонн мазута в год дополнительная выручка составит не менее 4 млрд. рублей.