СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ БИТУМОВ
METHOD OF PROCESSING NATURAL BITUMEN

Изобретение относится к области нефтепереработки, а именно к переработке природных битумов, и может быть использовано для получения бензиновой и дизельной фракций.
Поскольку природные битумы отличаются повышенным содержанием асфальтенов, смол (до 50% мас.), гетероатомных серо-, азот- и кислородсодержащих соединений, а также металлокомплексов ванадила и никеля, то переработка природных битумов с применением обычных технологий невозможна без предварительного облагораживания и получения «синтетической нефти». При этом используются такие процессы, как термический и каталитический крекинг, гидрокрекинг. При термическом крекинге тяжелого сырья для получения дополнительного выхода легких фракций процесс проводится при высоких температурах, что сопровождается образованием высокого количества газа и кокса.
Гидрокрекинг природного битума на сегодняшний день является весьма затратным, поскольку требуется дорогостоящее оборудование и необходимо присутствие в реакционной зоне водорода или водородсодержащего газа и создание повышенного давления. Каталитический крекинг значительно дешевле и проще гидрокрекинга. Однако каталитическая переработка природного битума осложняется конденсацией высокомолекулярных компонентов с образованием кокса и, как следствие, быстрой дезактивацией катализатора.
Известен способ термического крекинга природного битума с металлосодержащими добавками. Показано каталитическое влияние металлов (V, Ni) на процесс термического крекинга, приводящее к увеличению выхода жидких продуктов. Процесс проводится в кварцевом реакторе при температуре 450°С в атмосфере водорода с добавками гудронов, полученных из природного битума Мордово-Кармальского месторождения и природного битума Горского месторождения (Старшов Игнат Михайлович, Термический крекинг битомоносных пород. 02.00.13 - Нефтехимия. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук). Недостатком данного способа является использование водорода при переработке битума и незначительный выход светлых фракций.
Известен способ получения легкокипящих продуктов из тяжелого углеводородного сырья, входящего в контакт с катализатором ряда ZSM и/или цеолитов ZRP при 450-600°С, при соотношении катализатор/исходное сырье в пределах от 1 до 30 (Пат. RU №2464298). Недостатком данного способа является высокая температура процесса и значительный выход побочных продуктов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ крекинга тяжелых нефтей в присутствии цеолита структурного типа Y в активной водородной форме (HY) с диаметром пор  с добавкой нанопорошка никеля, взятого в количестве 2,0% мас. (Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Химия. Красноярск, 2012 г., №2(5), с. 224-235). Недостатком данного способа является высокое содержание никеля в катализаторе и повышенное коксообразование.
Задачей изобретения является углубление процесса переработки тяжелого углеводородного сырья - природного битума при незначительном газо- и коксообразовании.
Техническим результатом изобретения является увеличение выхода бензиновой (НК-200°С) до 23,9% и дизельной (200-360°С) фракций до 42,7% при уменьшении газо- и коксообразования до 3,2 и 0,2% мас., соответственно.
Технический результат достигается проведением каталитического крекинга природного битума в автоклавах в среде ацетилена при температуре 450°С в течение 100 мин в присутствии мезопористого алюмосиликата с диаметром пор , взятого в количестве 5-10% мас., модифицированного наноразмерным порошком никеля со средним размером частиц 20 нм, полученного методом газофазного синтеза, в количестве 0,5-2,0% мас.
Относительно большой диаметр пор алюмосиликата способствует проникновению крупных молекул смол и асфальтенов природного битума в объем катализатора, что увеличивает их термодеструкцию и позволяет получить дополнительное количество легкокипящих продуктов без образования значительных количеств газа и кокса. Модификация катализатора никелем в количестве 0,5-2,0% мас. способствует диспропорционированию водорода в ходе реакции и образованию компонентов бензиновых и дизельных фракций из высокомолекулярных соединений сырья. Содержание никеля в катализаторе более 2% мас. приводит к увеличению активности катализатора в побочных реакциях - газо- и коксообразования. Использование ацетилена позволяет снизить выход газообразных и твердых продуктов, кроме того, ацетилен является источником водорода, который необходим для образования более коротких молекул углеводородов бензиновой и дизельной фракций.
Количественную оценку выхода фракций проводили методом термогравиметрии.
Примеры конкретного выполнения.
3
Эксперименты проводили в автоклавах объемом 12 см. Каталитическую систему получали смешением порошков алюмосиликата и никеля в вибрационной мельнице КМ-1 в течение 4 ч, затем полученную смесь прокаливали в муфельной печи в атмосфере воздуха при температуре 500°С в течение 2 ч.
Пример 1. Исходный природный битум подвергают крекингу в автоклаве при температуре 450°С в среде воздуха в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице.
Пример 2. К исходному битуму добавляют 5,0% мас. мезопористого алюмосиликата с диаметром пор . Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде воздуха в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице.
Пример 3. К исходному битуму добавляют 5,0% мас. каталитической системы - мезопористого алюмосиликата с диаметром пор  с добавкой 0,5 мас. % нанопорошка никеля со средним размером частиц 20 нм. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде ацетилена в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице.
Пример 4. К исходному битуму добавляют 5,0% мас. каталитической системы - мезопористого алюмосиликата с диаметром пор  с добавкой 1,0% мас. нанопорошка никеля со средним размером частиц 20 нм. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде воздуха в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице.
Пример 5. К исходному битуму добавляют 5,0% мас. каталитической системы - мезопористого алюмосиликата с диаметром пор  с добавкой 1,0 мас. % нанопорошка никеля со средним размером частиц 20 нм. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде ацетилена в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице.
Пример 6. К исходному битуму добавляют 0,05% мас. нанопорошка никеля со средним размером частиц 20 нм. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде воздуха в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице.
Пример 7. К исходному битуму добавляют 5,0% мас. каталитической системы - мезопористого алюмосиликата с диаметром пор  с добавкой 2,0% мас. нанопорошка никеля со средним размером частиц 20 нм. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде ацетилена в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице.
Пример 8. К исходному битуму добавляют 10,0% мас. каталитической системы - мезопористого алюмосиликата с диаметром пор  с добавкой 2,0% мас. нанопорошка никеля со средним размером частиц 20 нм. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде ацетилена в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице.
Пример 9. К исходному битуму добавляют 10,0% мас. каталитической системы - мезопористого алюмосиликата с диаметром пор  с добавкой 5,0% мас. нанопорошка никеля со средним размером частиц 20 нм. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде ацетилена в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить выход бензиновых и дизельных фракций и уменьшить образование кокса по сравнению с прототипом при более низком содержании никеля в каталитической системе.