Переработка мазута
Краткий экскурс.
Тяжелая нефть. Цифры.
В настоящее время общей тенденцией нефтяной отрасли является уменьшение разведанных запасов лёгкой нефти, практически весь прирост запасов происходит за счет тяжелой вязкой сернистой нефти. Запасы нефти, удобные для добычи и переработки, истощаются ускореннымитемпами. В то же время, по данным экспертов, мировые запасы тяжелой нефти составляют от 810 миллиардов до 1 трлн. тонн. Геологические запасы высоковязкой и тяжелой нефти в России достигают 6-7 миллиардов тонн, однако их применение и извлечение требует использования
специальных дорогостоящих технологий. Очевидно, что в ближайшей перспективе придется перерабатывать исключительно тяжелую нефть.
ПРОБЛЕМА
Но переработка тяжелой нефти существующими методами весьма затруднительна, энергоёмка и, как следствие, низкорентабельна или убыточна. Для обеспечения приемлемой глубины переработки такой нефти с помощью известных технологий требуются большие капиталовложения, высокие процентные нормы эксплуатационных затрат и оборотных средств.Краткий экскурс.
Общая схема переработки нефти.
На 1 т жидкой нефти приходится- 50-100 куб. м. попутного газа
- 200-300 кг воды
- 1-15 кг минеральных солей
- 1-50 кг механических примесей (песка, глинозема и т.д.)
НПЗ - промышленное предприятие, основной функцией которого является переработка нефти в бензин, авиационный керосин, мазут, дизельное топливо, смазочные масла, смазки, битумы, нефтяной кокс, сырьё для нефтехимии.
Производственный цикл НПЗ обычно состоит из:
- Удаления попутных газов
- Стабилизации нефти
- Обезвоживания и обессоливания нефти
- Первичной перегонки нефти
- Вторичной переработки нефтяных фракций: каталитического крекинга, каталитического риформинга, коксования, висбрекинга, гидрокрекинга
- Гидроочистки
- Смешения компонентов готовых нефтепродуктов
Краткий экскурс.
Первичная перегонка нефти.
|
После обессоливания нефтяная эмульсия поступает в атмосферно-вакуумную трубчатку, в которой происходит первичная переработка нефти. Здесь происходит нагрев сырья в ректификационной колонне, состоящей из нескольких десятков отборных устройств (тарелок). Поскольку различные компоненты нефти выкипают при разных температурах, то в разных частях ректификационной колонны отводятся различные нефтяные фракции от бензиновой и дизельной (сверху) до мазутной (снизу) см. рисунок. |
|
|
При нагревании нефтяные фракции не разлагаются полностью и требуют дальнейшей переработки. Чем эффективнее и технологичнее процесс переработки, тем более чистые фракций можно получить, а также снизить потребление топлива для нужд производства и количество отходов в виде мазута. В совокупности это называют показателем глубины переработки нефти, выражающейся в процентах полученных товарных продуктов от общего количества переработанной нефти. |
|
|
Компанией ООО «СОРБИС ГРУПП» подробно рассмотрено состояние нефтеперерабатывающей промышленности, в части усовершенствования известных технологических процессов и их комбинации, позволяющих повысить глубину переработки нефти и нефтяных остатков. При всем многообразии методов эффективные, с т.з. скорости переработки, энергозатрат на переработку и степени конверсии итоговых продуктов, отсутствуют. Лабораторией каталитических нанотехнологий ИНХС им. А.В. Топчиева РАН совместно с кафедрой Аппаратурное оформление и автоматизация технологических производств МПУ и ООО «СОРБИС ГРУПП» разработан уникальный плазменно-каталитический метод переработки мазута с конверсией совокупного выхода жидких светлых фракций и газа на уровне 90% от масс. доли сырья. Внимание компании ООО «СОРБИС ГРУПП» - эксперту и лидеру на рынке сорбентов - к данной тематике обусловлено тем, что именно пористые углеродосодержащие адсорбенты, во многих случаях, являются катализаторами, обладающими высокими диэлектрическими потерями. |
|
Исследуемая проблематика.
Объект исследований: техногенные отходы, на примере лигнина – отхода лесной и целлюлозно-бумажной отраслей, и гудрона (производная от мазута) – трудноперерабатываемый остаток фракционирования нефти с температурой кипения более 500 °С.
Основная проблема в переработке гудрона – высокое содержание смол и асфальтенов, соединений серы и азота, металлсодержащих соединений.
В составе тяжелых нефтей, в зависимости от месторождения, содержится от 5 масс. % асфальтенов и 18-50 масс. % смол.
ПРОБЛЕМА
Компоненты гудрона склонны к конденсации и образованию кокса при переработке, что приводит к необратимой дезактивации катализатора.С помощью традиционных каталитических технологий практически невозможно обеспечить эффективную глубокую переработку тяжелых нефтей и нефтяных остатков с достижением высокого выхода легкой нефти.
Лигнин — рентгеноаморфное вещество, содержащиеся в естественной форме внутри растения, которое обеспечивает механическую прочность и герметичность клеточных стенок. В лиственных породах содержится до 25%, в хвойных — до 38% лигнина.
Проблема переработки и хранения содержащих лигнин (отходов деревообрабатывающих производств) особо актуальна для сибирских регионов РФ, в частности, запасы лигнина Байкальского целлюлозно-бумажного комбината составляют порядка 6млн.тонн.
Технологический процесс переработки лигнинадостаточно сложен и энергоемок, экономически нецелесообразен. Процесс разложения лигнина на простые соединения типа бензола или фенола в несколько раз дороже получения этих продуктов из нефти и газа.
Согласно статистике, лишь 2% «технических» лигнинов идут в переработку, а остальные — сжигаются в специализированных установках или складируются.
ПРОБЛЕМА
Основная проблема в переработке лигнина – наличие большого количества примесейметаллов, соединений серы и азота, устойчивая полимерная структура.Лигнин накапливается в виде отвалов при заводах по производству целлюлозы.
В России на свалках находится порядка 200 млн. тонн лигнина.
Мировое ежегодное производство лигнина оценивается в 70-80 млн. тонн.
Плазменно-каталитический метод переработки мазута.
Текущий статус проекта:
- Разработан скоростной способ переработки тяжелых нефтяных остатков возбужденных молекул устойчивых соединений в плазменно-каталитическом режиме под действием микроволнового излучения во фракции ароматических и алифатических углеводородов с температурой кипения менее 350 ℃.
- Разработаны каталитические системы, обладающие высокой поглощающей способностью к микроволновому излучению. При облучении в течении нескольких секунд генерируется плазма, в среде которой протекает превращение тяжелых нефтяных остатков.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ
Преимущества технологии по сравнению с известными методами - разработанный метод позволяет:- Путем кратковременного воздействия микроволнового излучения (15 минут) осуществлять гидрогенизационное разложение тяжелых нефтяных остатков с получением светлых фракций в количестве до 80 % (в первом цикле)
- Осуществлять процесс переработки тяжелых остатков в сопряжении с системой ректификации
- Концентрировать тяжелые металлы, растворенные в тяжелых нефтяных остатках на углеродных сорбентах
- Не проводить дополнительной сероочистки для эффективной переработки сырья
- Проводить совместную утилизацию тяжелых нефтяных остатков совместно с промышленными и/или бытовыми отходами, такими как: лигнин, полимерные материалы (ПЭТ, резины и т. д.)
- Проводить утилизацию сильно загрязненных веществ, в т.ч. агрессивными средами, например, кислых гудронов
- Осуществлять протекание процесса в сменно-циклическом режиме
- Неоднократно использовать катализатор, инициирующий плазменно-каталитический режим (до регенерации может быть использован в 5-ти циклах)
 |
||
 |
|
|
|
Процесс протекает при индуцированной температуре реактора 350С и нормальном атмосферном давлении. Повышенная температура индуцируется плазмой и регулируется силой тока, подаваемого на магнетрон. Мощность источника микроволнового излучения 250 Вт. Эффективность поглощения микроволнового излучения реактором 85-90 %. Катализатор при облучении обладает фактором диэллектрических потерь на уровне 8-ми, в то время, как вода - 0,1. Время разложения гудрона на легкие фракции - 15 минут. Предварительные результаты на примере превращения гудрона показали, что при конверсии 83% в составе продуктов содержится 65-75% жидких продуктов, 3,5-5% - газа, 10% - твердые остатки. Полученные продукты являются ценными исходными реагентами топливного назначения и мономерами |
||
|
||
| Существующие методы |
Плазменно-каталитический метод |
|
| Глубина переработки мазута |
79,2% |
>90% |
| Температура реактора |
>450’C |
<350’C* * Индуцированная температура |
| Давление в реакторе |
>10МПа |
100кПа* * Нормальное атмосферное давление |
| Скорость процесса переработки |
>120 давление минут |
15 минут |
| Предварительное обессеривание сырья |
Необходимо |
Не требуется |
| Стоимость катализатора |
>$1млн. |
200руб./кг* * адсорбент на основе лигнина (техногенные отходы) |
| Регенерация катализатора |
Не происходит |
5-ть циклов |
|
Необходимый бюджет для реализации проекта |
|
|
1 Этап Поисковая научно-исследовательская работа в области фундаментальных основ технологического процесса (период действия первого этапа - 3 года) |
Бюджет |
|
2 Этап Оценка энергетической приемлемости технологической работы по лабораторной модели/установки (период действия второго этапа - 1 год) |
Бюджет |
|
3 Этап Создание мультиреакторной системы переработки тяжелых фракций с разумной производительностью (целевой ориентир - 1тонна/час - 7300 тонн/год) (период действия третьего этапа - 5 лет) |
Бюджет |
Список опубликованных работ в области превращения возбужденных устойчивых молекул в плазменно-каталитическом режиме, стимулированным МВИ
M.V.Tsodikov, G.I.Konstantinov, A.V.Chistyakov, O.V. Arapova, M.A.Perederii, Utilization of petroleum residues under microwave irradiation, Chemical Engineering Journal292 (2016) 315–320
О. В. Арапова, М. В. Цодиков, А. В. Чистяков, C. C. Курдюмов, А. Е. Гехман, Переработка лигнина в водородсодержащий газ под воздействием микроволнового
излучения, ДАН, 2017, Т.475, №4, С.405-409
Mark.V.Tsodikov, Olga V. Arapova , Andrey V. Chistyakova, Gregory I. Konstantinov, Dry Reforming of Kraft Lignin under MWI Action, CHEMICAL ENGINEERING
TRANSACTIONS, VOL. 57, P 223-228, 2017
Mark Tsodikov, Olga G.Ellert, Olga V. Arapova, Sergey A. Nikolaev, Andrey V.Chistyakov, Yu.V.Maksimov, Benefit of Fe-containing Catalytic Systems for Dry Reforming of
Lignin to Syngas under Microwave Radiation, CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, VOL. 65, 2018, 367-372
M.V. Tsodikov, O.G. Ellert , S.A. Nikolaev, O.V. Arapova , G.I. Konstantinov, O.V. Bukhtenko,
A.YU. VASILKOV, The role of nanosized nickel particles in microwave-assisted dry reforming of lignin, Chemical Engineering Journal 309, 2017, 628–637
M.V. Tsodikov, O.G. Ellert, S.A. Nikolaev, O.V. Arapova, O.V. Bukhtenko, Yu.V. Maksimov, D.I. Kirdyankin, and A.Yu. Vasil’kov, Fe-containing nanoparticles used as effective
catalysts of lignin reforming to syngas and hydrogen assisted by microwave irradiation, Journal of Nanoparticle Research, 2018, 20, №3, 86-101
P. Zharova, O. V. Arapova, G. I. Konstantinov, A. V. Chistyakov, and M. V. Tsodikov
Kraft Lignin Conversion into Energy Carriers under the Action of Electromagnetic Radiation, Journal of Chemistry
Volume 2019, Article ID 6480354, 9 pages
Mark V Tsodikov, Dr.; Sergey Alexandrovich Nikolaev, Ph.D.; Andrey V Chistyakov, Ph.D.; Olga V Bukhtenko, Ph.D.; Anatolii AFomkin, Dr. Microwave-stimulated formation
of porous adsorbents from carboncontaining processing residues of wood-based lignin, Microporous and Mesoporous Materials 298 (2020) 110089
Г. Н. Бондаренко, А. С. Колбешин, Е. Ю. Либерман, А. В. Чистяков, В. И. Пасевин, М. В. Цодиков,
ОСОБЕННОСТИ ХЕМОСОРБЦИИ м-КРЕЗОЛА НА ПОРИСТОМ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕМ СОРБЕНТЕ, ПОЛУЧЕННОМ ИЗ УГЛЕРОДНОГО
ОСТАТКА ПЕРЕРАБОТКИ ЛИГНИНА: I. ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ СОРБЕНТА, НЕФТЕХИМИЯ, 2021, том
61, № 1, с. 92–98
С. А. Николаев, Ю. В. Максимов, О. В. Бухтенко , В. И. Пасевин, М. В. Цодиков, ОСОБЕННОСТИ ХЕМОСОРБЦИИ КРЕЗОЛА НА ПОРИСТОМ
ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕМ АДСОРБЕНТЕ, ПОЛУЧЕННОМ ИЗ УГЛЕРОДНОГО ОСТАТКА ПЕРЕРАБОТКИ ЛИГНИНА: II.1 ВЛИЯНИЕ
ХЕМОСОРБЦИИ м-КРЕЗОЛА НА СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КОМПОНЕНТОВ, НЕФТЕХИМИЯ, 2021, том 61, №
1, с. 99-102
А.В. Чистяков, Е.Ю. Либерман, В.И. Пасевин, Г.Н. Бондаренко, О.В. Арапова, М.В. Цодиков, Регенерация пористого углеродного адсорбента в плазменно-
каталитическом режиме, стимулированным микроволновым облучением, Нефтехимия, 2021, (в печати)
Патент РФ №2535211 (б.и.№34) от 10.12.2014, Способ скоростной деструкции остаточных нефтяных продуктов (Цодиков М. В., Чистяков А.В., Курдюмов С.С.,
Константинов Г. И., Передерий М. А., Хаджиев С. Н., Кадиев Х. М.)
Патент РФ № 2724252(13) от 22.06. 2020, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО АДСОРБЕНТА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ (ВАРИАНТЫ) (Цодиков Марк Вениаминович (RU), Чистяков Андрей Валерьевич (RU), Николаев Сергей Александрович (RU), Бухтенко Ольга
Владимировна (RU) )
Консультация специалиста
