1/2011 Переработка углеводородов

Глубокая переработка

уГлеводородов

В. А. Золотухин – к.т.н., патентообладатель

В настоящее время наиболее широко распространены каталитические процессы углубленной переработки углеводородного

сырья, однако даже они не могут предложить достаточно привлекательный технико- экономический баланс для многих нефтепереработчиков при переработке самых тяжелых видов сырья, а крекирование до стадии кокса было и остается основополагающим компонентом при переработке остатков тяжелой нефти (из программы 19 Мирового нефтяного конгресса, Мадрид, 29.06–03.07.2008 г.).

Б олее того, с помощью известных и широко применяемых каталитических технологий невозможно в принципе решить задачу 100% глубины переработки (считается по выходу легких целевых продуктов с температурой конца кипения 350–360°С), т.к. тяжелые нефтяные остатки будут очень быстро приводить к отравлению и коксованию активной поверхности любого катализатора. Необходимость постоянного изготовления и обновления катализаторов, оперативная их смена и утилизация требует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат и повышает себестоимость процесса переработки и получаемой продукции.

Поэтому глубокая переработка нефти и нефтяных остатков, вовлечение в традиционную переработку газообразных и особенно твердых углеводородов является основной задачей ближайшего времени. Для решения вопроса глубокой переработки, рационального и экономного использования любого углеводородного сырья необходимо не просто улучшать известные углубляющие процессы (термический, каталитический и гидрокрекинг), а изменить отношение к существующим технологиям нефтепереработки. Необходимо разработать новый подход или новое направление глубокой переработки углеводородного сырья, которое позволит осуществить безостаточную, практически 100% конверсию любого углеводородного сырья (жидкого, твердого, газообразного) в целевые легкие углеводороды.

Основное отличие и преимущество предлагаемого подхода и технологии заключается в том, что сырье, в основном тяжелое и содержащее большое количество разнообразных вредных примесей, непосредственно с катализатором не контактирует.

Сначала сырье подвергают мягкому некаталитическому (например, термическому и/или термомеханическому) крекингу.

В процессе крекинга сырья образуются непредельные углеводороды, которые впоследствии могут конденсироваться, что приводит к ограничению глубины переработки.

Для наиболее полной и глубокой переработки и увеличения выхода легких целевых продуктов и фракций схема переработки должна быть дополнена устройством, которое позволяет с минимальными затратами насыщать открытые связи атомарным водородом и/или легкими радикалами. Проблему можно решить такой организацией схемы процесса, при которой тяжелое сырье, содержащее вредные примеси и Рис. 1. Упрощенная схема процесса.

компоненты, и катализатор не контактируют, вследствие 68 всероссийское отраслевое рекламно - и н ф о р м а ц и о н н о е и з д а н и е Переработка углеводородов 1/ чего катализатор практически не отравляется вредными фракций высокого качества. Легкие насыщенные продукты примесями и не коксуется, что приводит к увеличению реакции непрерывно выводятся из процесса для получения долговечности катализатора и отсутствию необходимости легких целевых продуктов (сжиженного газа, бензина, реего регенерации и замены. Для этого молекулярный водо- активного, дизельного топлива, продуктов нефтехимии).

род и/или легкие водородсодержащие среды, обогащенные При этом такие дорогие процессы, как гидроочистка, риводородом (они не содержат смол, асфальтенов и других форминг и т.д. в блоках получения легких товарных провредных примесей и компонентов), например, попутный, дуктов могут не использоваться, т. к. открытые связи раприродный газ, в том числе газ и часть легких фракций, дикалов крекинга сырья насыщаются до блока получения получаемых в процессе переработки углеводородного сы- товарных продуктов, а регулировка свойств и состава порья, при необходимости подогревают и направляют для лучаемых фракций производится изменением режима и паполучения активного атомарного водорода и/или легких раметров процесса. Кроме того, в процессе обработки сырадикалов в реактор с нагретым до необходимой темпера- рья уменьшается количество вредных примесей, например туры катализатором (блок получения атомарного водорода сернистых соединений, т.к. в процессе обработки основная и/или легких радикалов). Полученные активный водород часть серы переходит в сероводород и далее выводится из и/или легкие радикалы направляют в устройства нагрева процесса известными методами с дальнейшим получением, (учитывая высокую реакционную способность атомарного например, атомарной серы и других полезных побочных водорода и/или легких радикалов, которые являются свое- продуктов. Тяжелые фракции направляются на повторную образными катализаторами) и/или некаталитического кре- обработку. При повторной обработки тяжелых фракций кинга жидкого исходного сырья для проведения реакции можно достичь практически 100% глубины переработки и (процесс схематически изображен на рис. 1). Нагрев водо- выхода легких целевых продуктов. Непрореагировавшие рода и/или легких водородсодержащих сред, обогащенных молекулярный водород и/или легкие водородсодержащие водородом, а также реактора с катализатором можно осу- среды, обогащенные водородом, могут возвращаться в наществлять за счет тепла нагретого сырья и/или тяжелых чало процесса для повторного использования. При необхофракций, направляемых на повторную обработку. Давление димости, тяжелые фракции частично могут направляться и в реакторе с катализатором должно быть больше давления для получения тяжелых товарных продуктов (битума, кокса в реакторе некаталитического крекинга сырья. Атомарный и других). Укрупненная блок – схема процесса показана на водород и/или легкие радикалы насыщают открытые связи рис. 2. По данной технологии можно перерабатывать и понепредельных углеводородов с получением легких целевых путные нефтяные газы.

w w w. S - N G. r u 1/2011 Переработка углеводородов чески о 100% глубине переработки сырья с помощью предлагаемой технологии.

Твердое углеводородное сырье (например, уголь, сланец, продукты растительного происхождения) направляют в блок мелкодисперсного размельчения и вводят в исходное сырье и/ или тяжелые фракции перед повторной обработкой или приводят в непосредственный контакт с легкими радикалами. Газообразные углеводороды также вводят в исходное сырье и/или тяжелые фракции перед их повторной обработкой. Жидкие, твердые и газообразные углеводороды могут обрабатываться по данной схеме одновременно, по отдельности или попарно.

Часть газообразных и/или легких продуктов (они обогащены водородом и могут заменять исходные водородсодержащие Рис. 2. Блок-схема глубокой переработки.

среды) переработки по данной схеме может быть возвращена 1 – блок нагрева и некаталитического крекинга сырья;

в начало процесса в реактор с катализатором для получения 2 – блок получения атомарного водорода и/или легких радикалов (реактор с катализатором); активного атомарного водорода и/или легких радикалов.

3 – блок разделения (в качестве блока разделения может быть Тяжелое сырье не вступает в непосредственный контакт с катаиспользована промежуточная ректификационная колонна);

лизатором, не происходит его отравление и коксование, отпадаблок получения легких целевых товарных продуктов.

ет необходимость регенерации и замены катализатора, процесс упрощается и становится более надежным, стоимость процесса и Если получение молекулярного водорода в настоящее время получения атомарного водорода и/или легких радикалов приможет быть увеличена до 100%. При этом происходит экономия родного или попутного газа, который во многих случаях сжисырья при выработке необходимого количества целевых товарных гается на факелах, позволяет свести затраты на проведение Технология апробирована на лабораторной установке. Глуреализации данной схемы. Кроме того, различные остатки и отхобина переработки достигает 97 98%. С учетом образующихся ки нефти, приводят к ухудшению экологической обстановки, и их переработка по данной схеме с получением высоколиквидной продукции позволяет решать экологические проблемы и получать дополнительную прибыль. Минимальная производительность, при которой процесс становиться окупаемым, в несколько раз меньше, чем при использовании известных каталитических технологий. Появляется возможность строительства небольших перерабатывающих производств, непосредственно приближенных к потребителю и оптимально удовлетворяющих его требованиям.

Реактор с катализатором может быть выполнен в виде цилиндра, шара, кольцевого цилиндра, параллепипеда (пластины) или другой объемной фигуры с помещенным в него катализатором в виде гранул или порошка произвольного размера и формы. Для оптимизации процесса могут использоваться пакеты реакторов различной конфигурации.

Реакторы или пакеты реакторов могут располагаться вдоль движения сырья, поперек или под углом. Поверхность реактора проницаема для атомов водорода и/или легких радикалов, или на поверхности реактора выполнены отверстия произвольной формы, причем размеры отверстий меньше, чем размеры гранул катализатора. Стенки реактора с катализатором могут быть выполнены из пористого материала с различными размерами пор, например в нанометровом диапазоне. Реактор с катализатором может и не содержать гранул или порошка катализатора, при этом оболочка реактора, или весь реактор целиком выполнены из материала, который является катализатором для проведения процесса получения атомарного водорода и/или легких радикалов из молекулярного водорода и/или водородсодержащих сред.

В теле катализатора может быть выполнен коллектор для распределения водорода и/или водородсодержащих сред.

Количество атомов водорода и/или легких радикалов, получаемых в реакторе с катализатором, должно превышать количество открытых связей радикалов крекинга сырья, а отношение поверхности реактора (пакета реакторов) с катализатором к объему зоны нагрева и/или крекинга сырья увеличивают так, чтобы максимально полно провести реакцию сырья и атомарного водорода и/или легких радикалов. Возможно использование нанотрубок для подачи и получения атомарного водорода и/или легких радикалов и других достижений нанотехнологий и водородной энергетики.

Технология защищена патентами РФ, поданы международные заявки на изобретения по системе РСТ, заявки зарегистрированы в ВОИС (РСТ/RU2009/000074 и РСТ/RU2009/000226), получен положительный результат международной экспертизы (дата приоритета 16.07.2008).

Широкое промышленное внедрение предлагаемой новой экономичной, экологичной и эффективной технологии глубокой переработки нефти и любого другого углеводородного сырья по топливному варианту и производству продуктов нефтехимии позволит получать огромную дополнительную ежегодную прибыль и экономить сотни и тысячи миллионов тонн сырья ежегодно при полном удовлетворении рынка качественными горюче – смазочными материалами в полном объеме.

Другими словами, внедрение таких технологий эквивалентно увеличению мировых запасов углеводородов в несколько раз без затрат на их разведку и добычу при существенном снижении стоимости готовой продукции переработки.