СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛОГО НЕФТЯНОГО СЫРЬЯ
HEAVY OIL STOCK PROCESSING METHOD

Изобретение относится к способу переработки тяжелого нефтяного сырья путем перегонки с получением светлых нефтепродуктов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности с целью увеличения глубины переработки нефти и получения наибольшего количества светлых нефтепродуктов (фракций, выкипающих в пределах н.к. - 350°С).
Известны различные способы переработки, с целью повышения выхода светлых углеводородов, углеводородного сырья, содержащего в качестве одного из компонентов тяжелые нефтяные остатки или тяжелую нефть, такие как, например, вакуумная перегонка смеси мазутов, полученных при перегонке высоковязкой и маловязкой нефтей (RU №2171271, 2001), переработка мазута или гудрона с использованием активного молибденсодержащего комплекса, полученного в процессе атмосферной или вакуумной перегонки нефти (RU №2208625, 2003), способ переработки тяжелого углеводородного сырья, включающий подачу нагретого сырья в реакционный объем, пропускание нагретого активирующего неокислительного газа через объем сырья, с получением более легких углеводородных фракций на верхнем выходе из реактора и более тяжелых углеводородных остатков на нижнем выходе из реактора, при котором сырье нагревают до температуры не ниже температуры начала его кипения, активирующий газ нагревают до температуры не ниже 300°С, а исходное сырье подают в реакционную зону ниже верхнего уровня жидкости (RU 2217472, 2003), способ переработки тяжелого нефтяного сырья путем атмосферной перегонки с получением светлых атмосферных продуктов и атмосферного остатка с последующей вакуумной перегонкой остатка, термокрекингом фракций вакуумной перегонки и деафальтизированного вакуумного остатка и направления фракций, полученных термокрекингом, на смешение с сырьем атмосферной перегонки (US 2006032789, 2006).
Указанные способы позволяют повысить, в определенной степени, выход светлых углеводородов, однако используемым процессам свойственна сложная технология.
Известен процесс гидрокрекинга, который заключается в получении дополнительного количества светлых нефтепродуктов каталитическим разложением нефтяных дистиллятов и остатков под высоким давлением водорода (Горючие, смазочные материалы: Энциклопедический толковый словарь-справочник / Под ред. В.М.Школьникова. - М.: ООО Издательский центр «Техинформ» МАИ, 2007, с.94). Недостатки способа заключаются в том, что сырьем для переработки являются полученные после атмосферно-вакуумной перегонки тяжелые остатки - широкая фракция 350-550°С, то есть наряду с атмосферной необходима и вакуумная перегонка; в использовании в процессе гидрокрекинга дорогостоящих катализаторов, а также в необходимости наличия источника большого количества водорода.
Более близким к изобретению является способ переработки углеводородного сырья, содержащего в качестве одного из компонентов тяжелые нефтяные остатки или тяжелую нефть, с использованием разбавителя, в качестве которого используют нафту. При этом тяжелую нефть с разбавителем подвергают атмосферной перегонке с получением нафты, атмосферного газойля и мазута, направляемого на вакуумную перегонку. Мазут подвергают вакуумной перегонке. Полученный при этом гудрон подвергают вторичной переработке, такой как висбрекинг, деасфальтизация, коксование. Полученные при переработке на различных стадиях газойли, деасфальтизат и нафту смешивают с получением «синтетической» и «полусинтетической» нефтей и кокса (А.К.Курочкин, С.Л.Топтыгин. Синтетическая нефть. Безостановочная технология переработки тяжелых российских нефтей на промыслах, «Сфера Нефтегаз», 2010, №1, с.92).
Таким образом, максимальное использование углеводородного потенциала обеспечивается, по сути, применением процессов вторичной переработки.
Задача описываемого изобретения заключается в повышении глубины переработки тяжелого нефтяного сырья с получением наибольшего количества светлых углеводородов (фракций, выкипающих в пределах н.к. - 350°С) на стадии атмосферной перегонки при исключении затрат на дополнительные вторичные процессы переработки, в уменьшении затрат на создание и поддержание вакуума, снижении влияния деструктивных процессов при вакуумной перегонке на состав конечных продуктов при переработке тяжелых нефтяных остатков.
Поставленная задача достигается описываемым способом переработки мазута, включающим компаундирование мазута с газовым конденсатом, выкипающим не выше 350°С, и последующую атмосферную перегонку образованной агрегативно устойчивой смеси с получением светлых нефтепродуктов и тяжелого остатка, причем компаундирование вышеуказанных компонентов осуществляют в соотношении, обеспечивающем получение смеси с максимальными отрицательными значениями энтропии и свободной поверхностной энергии в диапазоне изменения компонентов в составе смеси.
Желательно перед атмосферной перегонкой образованную смесь подвергать бездеструктивному физическому воздействию.
Сущность способа заключается в следующем.
Агрегативная устойчивость углеводородного сырья связана не только с его компонентным составом, но и со структурой полученной нефтяной системы. При неоптимальном соотношении дисперсной фазы и дисперсионной среды происходит агрегирование надмолекулярных частиц, система теряет однородность и расслаивается.
При компаундировании тяжелого нефтяного сырья, представляющего собой коллоидную систему, с углеводородным сырьем, по свойствам приближающимся к истинному раствору, образуется принципиально новая коллоидная система, в которой структурные единицы тяжелого нефтяного сырья начинают растворяться в дисперсионной среде (углеводородном сырье). При этом происходит процесс диспергирования тяжелого нефтяного сырья до более мелких частиц, изменение термодинамических параметров системы и повышение ее агрегативной устойчивости, обусловленное переходом системы в энергетически более выгодное для перегонки состояние, что в свою очередь приводит к увеличению выхода светлых нефтепродуктов.
Для переработки тяжелого нефтяного сырья перед проведением компаундирования его с углеводородным сырьем, которое выкипает в пределах температур от начала кипения до 350°С, устанавливают оптимальное соотношение компонентов - тяжелого нефтяного сырья и углеводородного сырья, при котором агрегативная устойчивость смеси является достаточной для достижения задачи изобретения - получения наибольшего количества светлых углеводородов (фракций, выкипающих в пределах н.к. - 350°С) на стадии атмосферной перегонки.
Выбор оптимального соотношения компонентов в смеси проводят газохроматографическим методом расчета термодинамических свойств - энтропии и свободной поверхностной энергии смеси в диапазоне изменения компонентов в составе смеси от 0 до 100%. Оптимальные соотношения характеризуются агрегативной устойчивостью смеси, имеющей максимальные отрицательные значения энтропии и свободной поверхностной энергии. Для определения энтропии и свободной поверхностной энергии системы используется метод обращенной газовой хроматографии (Леонтьева С.А. и др. в сб. «Прикладная хроматография», стр.167-175, Москва, «Наука», 1984).
Далее в лабораторных условиях проводят испытания методом атмосферной перегонки по ГОСТам 11011 или 2177 или методом имитированной дистилляции по АСТМ Д 5307 подготовленного образца полученной смеси и предварительную оценку выхода светлых фракций и остатка из приготовленной смеси.
Затем проводят компаундирование в установленном оптимальном соотношении тяжелого нефтяного сырья и углеводородного сырья любым известным способом, например физическим смешением в одном резервуаре и перемешиванием полученной смеси для достижения однородности (визуально) структуры. При этом для достижения максимального эффекта полученную смесь возможно подвергнуть бездеструктивному физическому воздействию, например использовать такие физические методы, как, например, электромагнитная обработка, магнитный резонанс, ультразвуковая обработка, СВЧ-облучение, кавитационное воздействие или другие методы, не связанные с повышением температуры смеси.
Далее полученную смесь направляют на установку атмосферной перегонки и определяют выход светлых углеводородов (фракций начала кипения - 350°С) и выход тяжелых остатков (фракций 350°С - конец кипения). Результаты сравнивают с данными, полученными методом атмосферной перегонки по ГОСТам 11011 или 2177 или методом имитированной дистилляции по АСТМ Д 5307, и при расхождении более чем на 5% проводят усовершенствование установки атмосферной перегонки, например размещают инжектор на выходе установки или вводят пар внутрь установки.
Ниже представлен пример проведения способа, иллюстрирующий, но не ограничивающий его использование.
Пример
Используют смесь, состоящую из мазута М-100 и газового конденсата месторождения Пурпэ, компании «Роснефть» со следующими характеристиками компонентов.
Мазут М-100 Киришского НПЗ имеет следующие характеристики:
Фракция, °С
% мас. отгона
- 250-330
2,5;
- 330-350
2,1;
- 350-420
12,8;
- остаток >420
82,2;
- потери
0,4.
Газовый конденсат месторождения Пурпэ имеет следующие характеристики:
фракция °С
% отгона
- 120-180
57,0;
- 180-330
33,7;
- остаток >330
6,5;
- потери
2,8.
Готовят следующие смеси, % мас.:
смесь №1: мазут (30,0%) - газовый конденсат (70,0%);
смесь №2: мазут (50,0%) - газовый конденсат (50,0%);
смесь №3: мазут (60,0%) - газовый конденсат (40,0%);
смесь №4: мазут (70,0%) - газовый конденсат (30,0%).
Приготовленные образцы анализируют методом обращенной газовой хроматографии, используя их в качестве неподвижной фазы.
Образцы наносят на поверхность твердого носителя (в данном случае инертона) и в оптимальных условиях определяют характеристики удерживания стандартного вещества, в качестве которого используют н-гексан.
Учитывая, что образец распределяется по поверхности твердого носителя очень тонким слоем с большой поверхностью, все изменения в этом слое будут отражаться в характеристиках удерживания (время удерживания и объем удерживания) на нем стандартного образца.
Исследования проводят следующим образом:
- наносят мазут, газовый конденсат и смеси газового конденсата с мазутом на поверхность твердого носителя и определяют для них время удерживания стандартного вещества (например, н-гексана);
- рассчитывают термодинамические характеристики сорбции н-гексана на всех образцах;
- рассчитывают термодинамические параметры системы исходя из термодинамических параметров сорбции.
На фиг.1, 2 представлены зависимости термодинамических параметров смесей мазута и газового конденсата от их компонентного состава.
Наиболее термодинамически сложившейся и максимально диспергированной системой является система, состоящая из 30% мас. мазута и 70% мас. газового конденсата. Она характеризуется максимальными отрицательными значениями свободной энергии и энтропии и является наиболее оптимальной для переработки.
Смесь, состоящая из 70% мас. мазута и 30% мас. газового конденсата, является термодинамически наименее устойчивой, а положительное значение энтропии говорит о том, что в системе произошло агрегирование частиц мазута за счет присоединения молекул газового конденсата. Такая система является неустойчивой и способной к расслоению за счет выпадения агрегированных частиц.
Смеси, состоящие из 50% мас. мазута и 50% мас. газового конденсата, а также 60% мас. мазута и 40% мас. газового конденсата, занимают промежуточное состояние.
Таким образом, для данного вида сырья вышеуказанных составов максимально диспергированной с оптимальными термодинамическими параметрами является смесь, состоящая из 30% мазута и 70% газового конденсата, которая позволяет при атмосферной разгонке получить наибольшее количество светлых фракций.
В таблице приведены данные по теоретически возможному и реальному выходам тяжелых остатков для перечисленных выше смесей в процессе атмосферной разгонки по методу ГОСТ 11011.
Выход тяжелых остатков при атмосферной разгонке смесей мазута с газовым конденсатом
Состав смеси, % мас.
Выход тяжелых остатков, % мас.
мазут
газовый конденсат
теоретический
реальный
снижение выхода
снижение, % отн. (от мазута)
30
70
33,7
23,3
10,4
30,9
50
50
51,9
45,9
6,0
11,6
60
40
60,5
53,9
6,6
10,9
70
30
70,2
63,1
7,2
10,3
Из таблицы следует, что, например, для смеси, состоящей из 30% мас. мазута и 70% мас. газового конденсата, теоретически в смеси содержится 33,7 мас.% мазута, реальное значение выхода мазута по результатам атмосферной разгонки по методу ГОСТ 11011 составляет 23,3% мас., то есть снижение выхода мазута по отношению к смеси составляет 10,4% мас. Соответственно, выход светлых фракций из смеси увеличивается на 10,4% мас. по отношению к смеси или на 30,9% отн. от количества мазута в смеси.
В качестве тяжелого нефтяного сырья возможно использовать тяжелые нефтяные остатки, в частности, полученные после атмосферной и вакуумной перегонки нефти, например мазут, подготовленную (обессоленную, обезвоженную, с небольшим содержанием механических примесей) тяжелую нефть, собранные сырые нефтяные отходы или иное аналогичное сырье, а в качестве углеводородного сырья, выкипающего при температуре не выше 350°С, в частности, используют нестабильный или стабильный газовый конденсат, практически не содержащий фракций выкипающих выше 350°С: нафту, фракции дистиллятов атмосферной или атмосферно-вакуумной перегонки нефти, например дизельную и керосиновую фракции.
Таким образом, способ согласно изобретению позволяет повысить выход светлых углеводородов при переработке мазута, то есть глубину переработки тяжелого нефтяного сырья с использованием атмосферной перегонки, и, следовательно, без привлечения дополнительных материальных затрат, увеличения энергетических ресурсов и деструктивных процессов переработки. Достигаемый технический результат заключается в увеличении выхода светлых фракций на стадии атмосферной перегонки.