Способ конверсии природного битума
NATURAL BITUMEN CONVERSION METHOD

Изобретение относится к области нефтепереработки, а именно к переработке тяжелых нефтей и природных битумов, и может быть использовано для получения бензиновой и дизельной фракций.
Вследствие низкого содержания бензиновых и дизельных фракций, а также высокого содержания асфальтенов, смол (до 50% мас.), гетероатомных сера-, азот-, кислородсодержащих соединений и металлокомплексов в тяжелых нефтях и природных битумах, переработка с использованием стандартных технологий невозможна. Так как в нефтяных остатках данные компоненты сконцентрированы в большей степени, это также значительно затрудняет получение из них моторных топлив. Можно использовать ряд процессов: термический, каталитический и гидрокрекинг. При термическом крекинге тяжелого сырья, чтобы получить дополнительные количества легких фракций приходится проводить процесс при высоких температурах, что приводит к высоким выходам кокса и газа.
Гидрокрекинг перспективен, он предназначен для получения высокого количества ценных продуктов (нафта, дизельное топливо и газойль) из тяжелого углеводородного сырья. Для переработки тяжелой нефти используются жесткие условия, такие как высокое давление и температура в присутствии водорода и твердого катализатора. В процессе гидрокрекинга можно получить более высокие выходы целевых продуктов высокого качества, по сравнению с термическими процессами, но даже в этом случае он не является предпочтительным вариантом нефтеперерабатывающих заводов. Главным образом из-за более высоких инвестиционных и эксплуатационных затрат, связанных с высоким парциальным давлением водорода, необходимым для стимулирования каталитических реакций и замедления дезактивация катализатора.
Известен способ переработки облагораживания тяжелой нефти в присутствие молибден содержащего катализатора в среде водяного пара и водорода. Показано каталитическое влияние на процесс термического крекинга, приводящее к увеличению выхода жидких продуктов. Процесс проводят при температуре 450°С в реакторе проточного типа в атмосфере водорода и водяного пара. (Соснин Глеб А. Особенности структуры Mo-содержащего дисперсного катализатора в процессе облагораживания тяжелой нефти в среде водяного пара и водорода / ЖУРНАЛ СТРУКТУРНОЙ ХИМИИ. 2018. - №6. - С. 1357-1366). Недостатком способа является использование водорода при переработке сырья и дорогостоящий катализатор.
Известен способ разрушения смол и асфальтенов природного битума с содержанием смол и асфальтенов более 50% мас. в сверхкритической воде в процессе термолиза (Е.Б. Кривцов, Ю.О. Карпов, Головко А.К., Изменения структуры молекул смол и асфальтенов битума месторождения Баян-Эрхэт в процессе акватермолиза / Известия Томского политехнического университета. - 2013. - №3. - С. 86-91). Недостатком данного способа является высокая продолжительность процесса (4 часа) и увеличение выхода побочных продуктов.
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ каталитического крекинга тяжелых нефтей в присутствии наноразмерного порошка СеО с различной кристаллической решеткой (Mehdi Dejhosseini and et. Catalytic Cracking Reaction of Heavy Oil in the Presence of Cerium Oxide Nanoparticles in Supercritical Water / Energy Fuels 2013, 27, 4624-4631). Недостатком данного способа является высокое содержание добавки (более 1% мас.), отсутствие возможности регенерации катализатора и его отделения от жидких продуктов крекинга, вследствие дорого получения катализатора.
Задачей изобретения является углубление процесса переработки тяжелого углеводородного сырья при низком содержании асфальтенов в продуктах крекинга и уменьшение побочных продуктов крекинга (газ и кокс).
Техническим результатом изобретения является получение более 65% мас. суммарного выхода бензиновых и дизельных фракций при конверсии природного битума.
2
3
Технический результат достигается проведением каталитического акватермолиза природных битумов в автоклавах в среде воздуха. В качестве добавки взят промышленный нано-размерный порошок FeO со средним размером частиц 114 нм, изготовленный ООО «ППТ». Количество добавки варьируется от 0,01 до 0,1% мас. на сырье, температура крекинга 450°С и продолжительность процесса 100 мин. Количество воды, добавляемой в процессе акватермолиза, составляло 22% мас. от сырья (Р=217,8 атм.).
3
Высокая распространенность и доступность оксида железа и воды, являющейся активным каталитическим агентом и донором водорода соответственно, позволяет использовать их для эффективной переработки тяжелого сырья с низкими капитальными затратами. В процессе акватермолиза протекает интенсивная деструкция алифатических и нафтеновых структур, а также частичное гидрирование ароматических циклов с последующим их распадом. Кроме того, высокое содержание в системе активного водорода блокирует реакции рекомбинации макрорадикалов, что способствует снижению выхода смолисто-асфальтеновых веществ и кокса с образованием максимальных количеств светлых фракций. Магнитные свойства оксида железа позволяют выделять его из жидких продуктов акватермолиза магнитной сепарацией и дают возможность его регенерации с последующим использованием. Эксперименты проведены на примере высоковязкого (1999,8 сСт) природного битума (978,1 кг/м) с высоким содержанием серы (4,74% мас.) и смолисто-асфальтеновых веществ (32,4% мас.) и низким содержанием бензиновых (4,6% мас.) и дизельных (27,9% мас.) фракций. Количественную оценку выхода фракций определяют термогравиметрическим методом. Примеры конкретного выполнения.
3
Эксперименты проводились в автоклавах объемом 12 см в среде воздуха, загрузка сырья составляла 7 грамм во всех экспериментах.
2
3
Пример 1. К 7 г исходного битума добавляют 0,1% мас. наноразмерного порошка FeO и 22% мас. воды для достижения сверхкритических условий воды. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде воздуха в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице 1.
2
3
Пример 2. К 7 г исходного битума добавляют 0,05% мас. наноразмерного порошка FeO и 22% мас. воды для достижения сверхкритических условий воды. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде воздуха в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице 1.
2
3
Пример 3. К 7 г исходного битума добавляют 0,01% мас. наноразмерного порошка FeO и 22% мас. воды для достижения сверхкритических условий воды. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде воздуха в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице 1.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить выход бензиновых и дизельных фракций и снизить содержание асфальтенов и кокса в составе продуктов крекинга тяжелого углеводородного сырья при низком содержании добавки наноразмерного порошка оксида железа трехвалентного.