Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0052

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0052
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук
Название доклада
Разработка технологии глубокой переработки тяжелых нефтей, природных битумов, сланцевых смол в синтетическую нефть методом каталитической гидроконверсии в присутствии ультрадисперсных катализаторов
Докладчик
Кадиев Хусаин Магомедович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель работы: разработка новых технических решений в области глубокой переработки нетрадиционного углеводородного сырья (битуминозных пород, углеродистых сланцев, тяжелых нефтей) в синтетическую нефть с высоким содержанием светлых фракций.
Задачи работы:
- обобщить накопленные к настоящему времени результаты исследований ИНХС РАН и сведения, приведенные в патентной и научной литературе, относящиеся к теме ПНИ.
- изучить состав и свойства образцов нетрадиционного сырья, предназначенных для экспериментальных исследований;
- осуществить модернизацию лабораторной установки ИНХС РАН и укрупненного экспериментального стенда гидроконверсии индустриального партнера - ОАО ЭлИНП с учетом свойств сырья и задач исследования;
- изучить условия формирования ультрадисперсных частиц катализаторов в сырье с использованием современных методов исследований;
- выполнить экспериментальные исследования гидроконверсии выбранных образцов сырья на лабораторной установке ИНХС и укрупненном экспериментальном стенде гидроконверсии индустриального партнера - ОАО ЭлИНП и установить основные закономерности и оптимальные условия гидроконверсии нетрадиционного сырья в присутствии ультрадисперсных катализаторов;
- разработать рекомендации по внедрению разработанных технических решений переработки нетрадиционных видов углеводородного сырья с получением синтетической нефти на предприятии индустриального партнера;
- разработать проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Создание пилотной установки каталитической гидроконверсии нетрадиционного сырья »
Актуальность и новизна исследования
Высокое содержание в нетрадиционном тяжелом сырье металлов и асфальто-смолистых веществ затрудняет использование для их переработки традиционных технологий. Существующие процессы требуют больших капитальных вложений вследствие высокого давления процесса или дают не очень качественные продукты. Перед исследователями и нефтепереработчиками всего мира стоят задачи повышения эффективности использования имеющихся легких и средних нефтей, ресурсы которых неуклонно снижаются, и подготовки к переработке нетрадиционных видов сырья, включая сверхтяжелые высоковязкие нефти, природный битум, сланцевую нефть и др. Мировые запасы тяжелого углеводородного сырья составляют 810 млрд.тонн, вт.ч. Россия - 6,3-13,4 млрд. Уже в ближайшем будущем переход на тяжелое сырье станет необходимым, что для существующих НПЗ является серьезной проблемой, поскольку нет освоенной в промышленности достаточно эффективной технологии глубокой безостаточной переработки тяжелого сырья. В рамках данного проекта получены новые данные по гидроконверсии битуминозной нефти, природного битума, сланцевой смолы в присутствии наноразмерных частиц катализатора, получаемых в реакционной среде терморазложением обращенных эмульсий прекурсора катализатора. Впервые исследованы физико-химические процессы, протекающие на стадии приготовления эмульсии водного раствора прекурсора катализатора в тяжелом нефтяном сырье и в процессе гидроконверсии, обеспечивающих разработку научных основ новой технологии переработки нетрадиционного сырья, основанной на применении гидроконверсии с использованием наноразмерных катализаторов. . В результате ПНИ получены новые данные и поданы три заявки на патенты РФ, опубликовано 6 статьи.
Описание исследования

Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы и проведены патентные исследованные в области переработки тяжелых нетрадиционных видов сырья (тяжелых нефтей, нефтяных остатков, природных битумов  и сланцевой  смолы). По результатам проведенного анализа с учетом современных тенденций развития исследований в предметной области выбрано направление исследований по  переработке нетрадиционных видов сырья с получением облагороженной синтетической нефти методом  каталитической гидроконверсии в присутствии ультрадисперсных катализаторов. С учетом разработанных программ и методик проведения исследований, а также заданных в техническом задании параметров  подготовлена экспериментальная база для выполнения исследований. Создан проточный лабораторный стенд гидроконверсии с объемом реактора до 100 мл с непрерывной подачей сырья и водорода. Стенд позволяет вести исследования в широком диапазоне температур и давлении. Предусмотрена  система охлаждения и конденсации продуктов реакции для отделения нескондировавшихся газов, включая С1-С4,  с получением жидкой синтетической нефти. Лабораторный стенд оборудован системой диспергирования сырья с прекурсором катализатора с получением стабильной обращенной эмульсии и подачи готовой смеси сырья с прекурсором в реактор.   По техническим и технологическим рекомендациям ИНХС РАН Индустриальным партнером  проведена модернизация укрупненного экспериментального стенда гидроконверсии с объемом реактора до 1000 мл. Укрупненный стенд   дооборудован  системой подготовки и дозирования сырья , смонтирован блок  непрерывной подачи рисайкла, включающий дистилляционный куб для дистилляции гидрогенизата, насос-дозатор для подачи рисайкла, смеситель для смешения рисайкла с сырьём, дополнительное оборудование КИП и автоматики. Система  подготовки сырья обеспечивает получение стабильной эмульсии прекурсора катализатора в сырье и непрерывную дозировку готовой сырьевой смеси в нагревательно-реакционную систему. Отпарка легких дистиллятных фракций осуществляется в горячем сепараторе высокого давления, дооборудованном системой регулировки температуры. Кубовый остаток горячего сепаратора высокого давления стабилизируется в приемнике среднего давления  с мешалкой, откуда дозировочным агрегатом частично возвращается на рисайкл. Экспериментальные исследования проводятся в соответствии с составленными  программами и методиками,  разработанными лабораторными  регламентами  на получение  синтетической нефти из нетрадиционных видов сырья  методом  каталитической гидроконверсии в присутствии ультрадисперсных катализаторов, получаемых по лабораторной методике in situ синтеза наноразмерных и ультрадисперсных катализаторов.

На лабораторном стенде для каждого вида сырья изучали формирование  наноразмерных  частиц  катализатора в реакционной среде  в условиях гидроконверсии и исследовали  влияния технологических параметров -температуры, давления водорода , объёмной скорости   подачи сырья на выход и состав продуктов гидроконверсии, определяли  оптимальные условия гидроконверсии за проход без рисайкла , обеспечивающие максимальную конверсию исходного сырья при минимальном коксообразовании. Конверсию сырья оценивали по превращению остатка, выкипающего выше 520 0С, кокс определяли весовым методом по величине изменения веса реактора до и после опыта в результате отложения на стенках реактора продуктов полимеризации. Из продуктов гидроконверсии  выделяли целевые фракции и исследовали их физико-химические свойства: бензиновые и дизельные фракции, вакуумный газойль и вакуумный остаток.  На  укрупненном  экспериментальном  стенде  гидроконверсии  Индустриального  партнера при  оптимальных режимах  наработаны образцы синтетической нефти нетрадиционных видов сырья (тяжелой битуминозной нефти, природного битума и сланцевой смолы) и исследованы их физико-химические свойства.

Работы выполнены в тесном сотрудничестве с индустриальным партнером, обеспечившим модернизацию и функционирование  укрупненного экспериментального стенда  гидроконверсии ,  выполнение маркетинговых исследований , оценку РИД,  разработку рекомендаций по материальному оформлению и подбору оборудования для пилотной установки гидроконверсии, разработку программы и методики,  проведение  экспериментальных исследований  на укрупненном стенде гидроконверсии индустриального   партнера для определения  расходных показателей,  вспомогательных материалов и реагентов.При выполнении ПНИ использовано оборудование 4 центров коллективного пользования и 2 уникальные научные установки.

 

 

Результаты исследования

   В рамках выполнения ПНИ  получены следующие результаты.

1.Разработаны новые технические решения в области глубокой переработки нетрадиционного тяжелого углеводородного сырья в синтетическую нефть с высоким содержанием светлых фракций. Новые решения проверены в ходе выполнения ПНИ в масштабе лабораторного экспериментального стенда гидроконверсии объемом реактора 100 мл и укрупненном экспериментальном стенде объемом реактора до 1000 мл   и составили научную основу инновационной технологии переработки тяжелых битуминозных нефтей,  природного битума и сланцевой смолы. Процесс протекает в присутствии формируемого in situ в реакционной среде наноразмерных и ультрадисперсных частиц молибденсодержащего  катализатора и обеспечивает  конверсию остатка выше 520 0С исходного сырья на уровне более 90 %.

2. Разработана научно-техническая документация:

  • Заключительный отчет по результатам ПНИ.
  • Отчет о патентных исследованиях по ГОСТ 15.011-96.
  • Лабораторный регламент на получение синтетической нефти из тяжелых нефтей
  • Лабораторный регламент на получение синтетической нефти из природных битумов
  • Лабораторный регламент на получение  синтетической нефти из углеродистых сланцев
  • Рекомендации по возможности внедрения разработанных технических решений переработки нетрадиционных видов углеводородного сырья.
  • Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции. 
  • Проект технического задания на проведение ОКР по теме «Создание пилотной установки каталитической гидроконверсии тяжелых нефтей, природных битумов и сланцевой смолы».
  • Отчет о маркетинговых исследованиях.
  • Результаты оценки РИД.
  • Рекомендации по материальному оформлению и подбору оборудования для пилотной установки каталитической гидроконверсии.

3. Экспериментальные стенды

3.1. Создан новый проточный лабораторный стенд гидроконверсии с объемом реактора до 100 мл для исследования гидроконверсии нетрадиционных видов углеводородного сырья (тяжелые нефти, природный битум, сланцевая смола) с непрерывной подачей сырья и водорода

3.2. Модернизирован укрупненный стенд гидроконверсии с объемом реактора до 1000 мл индустриального партнера:

  •  дооборудован  системой подготовки и дозирования сырья, обеспечивающей получение стабильной эмульсии прекурсора катализатора в сырье и непрерывную дозировку готовой сырьевой смеси .
  •  смонтирован блок  непрерывной подачи рисайкла, включающий дистилляционный куб для дистилляции гидрогенизата, насос-дозатор для подачи рисайкла, смеситель для смешения рисайкла с сырьём.
  • смонтировано дополнительное оборудование КИП и автоматики для проведения экспериментальных исследований с рециркуляцией непревращенного остатка.
  • система отпарки легких дистиллятных фракций- горячий сепаратор  высокого давления дооборудован трехзонным электрическим нагревателем и системой автоматической регулировки.
  • создана система стабилизации кубового остатка горячего сепаратора высокого давления  в приемнике среднего давления  с мешалкой и подачи дозировочным агрегатом на рисайкл.

4. В ходе выполнения  ПНИ получены охраноспособные результаты и поданы 3 заявки на патент РФ по способам переработки тяжелого сырья.Опубликованы 6 статьи в научных журналах, в том числе в зарубежном.Достижения проекта демонстрировались на более 6 престижных мероприятиях с целью демонстрации и популяризации результатов ПНИ, за разработанную инновационную технологию гидроконверсии получена золотая медаль ВДНХ.

Практическая значимость исследования
Важным элементом инновационного развития экономики является создание и реализация отечественных высоких технологий переработки собственных природных ресурсов( тяжелых нефтей, природных битумов и сланцевой смолы и др.)
Для привлечения инвесторов и дальнейшего продвижения проекта на предприятии индустриального партнера в соответствии с разработанным по настоящему проекту техническим заданием на проведение ОКР будет создана демонстрационная пилотная установка каталитической гидроконверсии тяжелых нефтей, природных битумов и сланцевой смолы. Реализация разработанной технологии позволит с максимальной эффективностью перерабатывать тяжелые нефти, природные битумы, органическое вещество сланцев в дистиллятные продукты. Это позволит расширить сырьевую базу современной нефтеперерабатывающей промышленности России и в перспективе, учитывая снижение запасов легких и средних нефтей, создаст благоприятные условия для углубления переработки и повышения эффективности использования углеводородного сырья нефтяной отрасли.
Результаты выполнения проекта будут использованы:
- при разработке технологии и проектировании установок глубокой переработки тяжелого нефтяного сырья и сланцевых смол на нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих предприятиях;
- в технологических процессах каталитической переработки природных битумов, тяжелых нефтей и других видов тяжелого нефтяного сырья;
- при проведении опытно-технологических работ разработке технологии и проектировании установок глубокой переработки тяжелого нефтяного сырья и сланцевых смол на нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих предприятиях;
- в технологических процессах каталитической переработки остатков атмосферной и вакуумной дистилляции нефти;
- для модернизации существующих технологических процессов переработки нефтяного сырья и проектировании новых предприятий переработки различных видов тяжелого нефтяного сырья;
в научных и прикладных исследованиях.
Реализация отечественного процесса гидроконверсии служит важнейшим стимулом роста добычи и эффективной переработки нетрадиционных видов сырья и будет способствовать развитию тяжелого машиностроения РФ, поскольку практически все оборудование для процесса может быть изготовлено на машиностроительных заводах России.