Сольвентная деасфальтизация
Повышение глубины переработки нефти и рациональное использование ресурсов и по сей день остаются актуальными задачами. Это связано с тем, что тяжелые нефтяные остатки составляют значительную часть продукции нефтеперерабатывающих предприятий, но обладают малой ценностью. Поэтому важно исследовать процессы, позволяющие увеличить выработку светлых фракций и эффективно переработать остающиеся тяжелые продукты.
Особое место среди процессов, позволяющих увеличить степень выработки, занимает сольвентная деасфальтизация.
Суть метода – проведение осадительной экстракции с использованием растворителей, представляющих собой, как правило, низкомолекулярные алканы. Этот процесс протекает при различных давлениях и температурах в зависимости от характеристик сырья и растворителя в противоточной экстракционной колонне гравитационного типа.
Целевым продуктом обычно является деасфальтизат – часть углеводородных компонентов, из которой удалены высокомолекулярные смолисто-асфальтеновые соединения. Он находит применение в процессах получения высоковязких остаточных масел, а также используется в качестве компонента сырья каталитического крекинга и гидрокрекинга. [1]
Побочным же продуктом становится асфальт (битум) деасфальтизации. При определенных условиях процесса и составе сырья можно получать качественный битум, пригодный для применения в дорожном строительстве. Это решает проблему утилизации наиболее тяжелой части нефтяных остатков. Ряд исследований доказывает потенциал данной технологии и в решении нестандартных задач - получении дорожных битумов из маловязкого, малосернистого сырья. [2–4]
Определенные закономерности процесса для конкретного сырья могут быть получены с помощью моделирования. Групповой же состав битума, как продукта деасфальтизации, и особенно его эксплуатационные показатели довольно трудно поддаются прогнозированию, что требует проведения лабораторных и пилотных испытаний.
Производство нефтяных дорожных битумов
Наибольшее распространение в промышленности получили следующие технологии получения битумов [5]:
- окисление тяжелых нефтяных остатков;
- глубоковакуумная перегонка высокосернистых высокосмолистых нефтей;
- компаундирование переокисленных битумов с исходным сырьем и другими тяжелыми нефтяными остатками или же асфальтов пропан-бутановой деасфальтизации с нефтяными остатками.
Технология компаундирования расширяет ассортимент продукции и улучшает свойства нефтяных битумов. Как правило, компаундированию подвергаются окисленные битумы с остатками глубоковакуумной перегонки мазута. Также, улучшаются эксплуатационные свойства путем введения различных модификаторов.
Преимущество сольвентной деасфальтизации при получении дорожных битумов – это выпуск высококачественных битумов даже из высокопарафинистых нефтей, малопригодных или непригодных в традиционных технологиях. Поэтому метод привлек внимание специалистов ООО «ИНК» при решении задачи переработки собственного высокопарафинистого сырья.
Битумы в ООО «ИНК»
Задача получения битумов была продиктована собственными потребностями Иркутской нефтяной компании с целью облегчения эксплуатации месторождений и обеспечения их качественным дорожным полотном. Для этого планировалось использовать собственное сырье в виде остатков атмосферной дистилляции и перерабатывать его в битум дорожных марок. Первым шагом к решению данной задачи являлась оценка качества сырья (таблица 1).
Таблица 1. Основные характеристики остатков атмосферной дистилляции (мазута).
| Характеристики | Метод испытаний | Значение |
|
Групповой состав, % масс.: - насыщенные - ароматические - смолы - асфальтены |
IP 469 |
55,2 36,8 7,3 0,9 |
| Массовая доля серы, % | ASTM D 4294 | 0,211 |
| Коксуемость, % | ASTM D 4530 | 1,25 |
| Плотность при 15°C, кг/м3 | ASTM D 1298 | 889,1 |
Согласно БашНИИ НП пригодность сырья для производства битумов можно оценить по формуле: А+С-2,5*П ≥ 8, где А, С, П – содержание асфальтенов, смол и парафинов соответственно [7,8]. Применение формулы для оценки мазута ООО «ИНК» показало несоответствие сырья требованиям для переработки в битум дорожных марок. Основные препятствия: преобладание в групповом составе насыщенных соединений и низкое содержание серы, необходимой для эффективного окисления гудрона и получения окисленных битумов. В этой связи в первую очередь встал вопрос о корректировке группового состава остатков атмосферной дистилляции.
Традиционный метод получения битума – окисление нефтяных остатков – позволяет увеличить концентрацию смол и асфальтенов. При этом парафино-нафтеновая фракция также претерпевает изменения в ходе окисления, однако снижение ее концентрации незначительно. Альтернативный метод получения битумов – метод сольвентной деасфальтизации – позволяет корректировать групповой состав в больших пределах, особенно в части снижения концентрации насыщенных соединений. Поэтому был сделан вывод и преимуществе сольвентной деасфальтизации над окислением для данного типа сырья.
Специалисты ООО «ИНК» совместно с RRT Global разработали план работ и провели испытания, включающие вакуумную перегонку атмосферных остатков сырья ООО «ИНК», и непосредственно сольвентную деасфальтизацию полученного гудрона.
Лабораторные исследования в RRT Global
Отработка технологий вакуумной дистилляции и сольвентной деасфальтизации проводилась в непрерывном режиме. Было проведено несколько опытов по вакуумной перегонке для получения продукта с разными температурами начала кипения. В качестве сырья для сольвентной деасфальтизации был выбран гудрон (остаток вакуумной дистилляции) с температурой начала кипения выше 500 °С. Плотность указанного продукта составляла 929,2 кг/м3.
Следующим этапом была переработка гудрона методом деасфальтизации. Для этого определили подходящий растворитель и стартовые технологические условия [9,10]. Ряд экспериментов позволил подобрать режим испытаний, при котором достигается наименьшее содержание парафинов в продукте. Полученные результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2. Основные характеристики остатков вакуумной дистилляции и асфальта деасфальтизации.
| Параметр | Метод испытаний | Гудрон | Асфальт |
|
Групповой состав, % масс.: - насыщенные - ароматические - смолы - асфальтены |
IP 469 |
45,7 38,7 13,4 2,2 |
2,2 21,1 62,2 14,5 |
| Плотность, кг/м3 | ASTM D 1298 | 929,2 | 1024,5 |
Рисунок 1. а – фотография сырья (гудрона), б – фотография продукта сольвентной деасфальтизации (асфальта).
Анализ продукта деасфальтизации показал, что асфальт характеризуется высокой температурой размягчения по кольцу и шару – 75°С (ГОСТ 33142) и низкой дуктильностью (материал хрупкий), что говорит о дефиците пластифицирующего компонента. В таких случаях хорошим решением является компаундирование асфальта с остатками вакуумной дистилляции или экстрактом масляного производства [5]. Соответствующие подходы планируется рассмотреть в ходе дальнейшей работы.
Заключение
Исследование процесса сольвентной деасфальтизации в колонном аппарате позволило оценить ключевые характеристики процесса при переработке сырья ООО «ИНК»: тип растворителя, его кратность подачи, интервал оптимальных температур. Была проанализирована динамика изменения группового состава сырья в зависимости от условий проведения процесса, а также некоторые закономерности в физико-химических свойствах получаемых битумов.
Решающую роль в работе сыграл опыт RRT Global в процессах и аппаратах нефтехимии и нефтепереработки. По результатам отработки технологии в лабораторном/пилотном масштабе был составлен ряд рекомендаций к промышленному воплощению процесса.
В заключение стоит отметить, что такой основательный научный подход, включающий изучение процессов в лабораторных/пилотных условиях, зачастую становится единственным способом всестороннего анализа объекта исследования. Он позволяет получить достоверные и важные данные о процессе, а также спрогнозировать выход и оценить необходимые параметры продукта.
Список литературы
- Черножуков Н. И. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов / под ред. А. А. Гуреев, Б. И. Бондаренко. Москва: Издательство «Химия», 1978. 424 с.
- Султанов Ф. М. и др. Процесс пропан-бутановой деасфальтизации гудрона из высокопарафинистой нефти с целью получения сырья для производства дорожных битумов // Мир нефтепродуктов. 2016. Т. 4. С. 9–11.
- Tong Y., Shen B., Fang W., Liu J., Sun H. Optimization of vacuum resid solvent deasphalting to produce bright stock and hard asphalt // Pet. Sci. Technol. 2018. V. 36. №1. pp. 55–61.
- Wang Y., Chen Z., Shen B. The dual-purpose of solvent deasphalting integrated with FCC for production of qualified pavement asphalt and FCC feedstock to realize its maximum potential // Energy Sources, Part A Recover. Util. Environ. Eff. 2012. V. 34. № 13. pp. 1187–1195.
- Грудников И. Б. Производство нефтяных битумов. Москва: Химия, 1983. 192 с.
- Будник В. А., Порошин Е. А., Зольников В. В., Жирнов Б. С. Применение остатков вторичной переработки нефти в качестве компонентов дорожных битумов // Нефтепереработка и нефтехимия, Т. 10, с. 31–33, 2009.
- Кутьин Ю. А., Теляшев Э. Г. Битумы и битумные материалы. Нормативы, качество, технологи. ГУП ИНХП РБ, 2018. 272 с.
- Ахметова Р. С., Фрязинов В. В. Классификация нефтей по их пригодности для производства битумов. Высокосернистые нефти и проблемы их переработки. Труды БашНИИ НП, Вып. VIII. Москва: Химия, 1968. 296 с.
- Вишневский А. В., Мартыненко А.Г., Поташников Г. Л., Мартиросов Р. А., Деасфальтизация гудронов при помощи сжиженного газа, Химия и технология топлив и масел, № 3, с. 12–13, 1983.
- Ахметов С. А., Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа: Издательство «Гилем», 2002
- Кувардина Евгения Вячеславовна, ООО "ИНК";
- Супрунов Михаил Андреевич, ООО "РРТ";
- Кармановский Андрей Александрович, ООО "РРТ".
Автор: Е. Данильчук
