Перспективный метод повышения глубины нефтепереработки отработан на пилотной базе RRT Global. - Переработка - Neftegaz.RU
8 мин
...

Перспективный метод повышения глубины нефтепереработки отработан на пилотной базе RRT Global.

Перспективный метод повышения глубины нефтепереработки отработан на пилотной базе RRT Global.

Москва, 15 июн - ИА Neftegaz.RU. Перед специалистами RRT Global стояла нетривиальная задача: разработать технологию получения битума из легкого высокопарафинистого сырья Иркутской нефтяной компании. Для решения данной задачи были исследованы процессы вакуумной дистилляции и сольвентной деасфальтизации, проанализированы продукты перегонки и экстракции. В качестве результата был получен асфальт с содержанием парафинов 2,2 % (IP 469) и плотностью 1025 кг/м3 (ASTM D 1298).

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.
В России большинство битумов производится окислением тяжелых нефтяных остатков, в европейских странах широко применяется глубоковакуумная перегонка. [6] Последняя технология позволяет получать битумы с более высокими показателями качества. Однако и в том, и в другом случае должны соблюдаться требования к сырью: высокое содержание смол и минимальное – парафино-нафтеновых углеводородов. Часто данное правило не соблюдается, и битумы производят не из подходящих остатков, а из имеющихся. Это отражается на качестве дорожного полотна.

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
Из таблицы видно, что мазут характеризуется крайне низким содержанием смол и асфальтенов (7,3% и 0,9% соответственно), являющихся основными структурными элементами битумов, и значительным содержанием парафинов (55,2%).

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
Внешний вид асфальта приведен на рисунке 1 б. На фотографии хорошо видно, что материал при комнатной температуре представляет собой твердое вещество.

Рисунок 1. а – фотография сырья (гудрона), б – фотография продукта сольвентной деасфальтизации (асфальта).

1.png

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
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. Грудников И. Б. Производство нефтяных битумов. Москва: Химия, 1983. 192 с.
  6. 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.
  7. Кутьин Ю. А., Теляшев Э. Г. Битумы и битумные материалы. Нормативы, качество, технологи. ГУП ИНХП РБ, 2018. 272 с.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Ахметов С. А., Технология глубокой переработки нефти и газа. Уфа: Издательство «Гилем», 2002
Авторы статьи:
  • Кувардина Евгения Вячеславовна, ООО "ИНК"; 
  • Супрунов Михаил Андреевич, ООО "РРТ";
  • Кармановский Андрей Александрович, ООО "РРТ".

Автор: