СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ БАЗОВЫХ МАСЕЛ
METHOD OF PRODUCING BASE OIL COMPONENTS

Изобретение относится к способу получения компонентов базовых масел, соответствующих группе III/III+ по API, и может быть применено в нефтеперерабатывающей промышленности для получения компонентов базовых масел из непревращенного остатка гидрокрекинга, с использованием процессов вакуумной дистилляции (фракционирования), каталитической гидроочистки, каталитической депарафинизации (гидроизомеризации), гидрофинишинга, ректификации и вакуумной дистилляции.
2
2
Способ позволяет получить компоненты базовых масел с кинематической вязкостью при 100°С от 3,5 мм/с до 8,5 мм/с, индексом вязкости более 120 пунктов, содержанием серы менее 10 ррт (0,0010% мас.) и содержанием насыщенных углеводородов не менее 90% мас.
Из литературных данных известно, что технология производства компонентов базовых масел может включать в себя:
- или ряд физико-химических методов очистки сырья от нежелательных компонентов, в том числе процессы селективной очистки и депарафинизации;
- или набор процессов каталитического гидрооблагораживания (гидрокрекинг, гидрирование, гидроизомеризация, гидродепарафинизация);
- или совмещение одного или нескольких гидропроцессов с физико-химическими методами.
Основным недостатком при использовании для получения высокоиндексных базовых масел только физико-химических методов очистки является низкий выход целевого продукта до 50% мас. на сырье. Сочетание гидропроцессов с физико-химическими методами очистки позволяет достигать необходимую очистку масляного сырья селективными растворителями с получением компонентов базовых масел необходимого качества и более высоким выходом целевого продукта.
Применение набора нескольких процессов каталитического гидрооблагораживания, в том числе гидроизомеризации, гидродепарафинизации, требует значительного расхода водородсодержащего газа, применения дорогостоящего оборудования, позволяющего вести процессы при давлении выше 10,0 МПа, импортных каталитических систем.
Несмотря на то, что в промышленном производстве базовых компонентов масел используется большое разнообразие технологических схем, рабочих условий и катализаторов, остается потребность в новых способах, включая способы с использованием топливного гидрокрекинга тяжелого сырья, которые могут обеспечивать снижение затрат и повышение эффективности работы.
Известен способ получения масел гидрооблагораживанием и депарафинизацией масляных фракций после селективной очистки с последующей вакуумной перегонкой депарафинированного продукта с получением дистиллятных и остаточного компонентов разной вязкости [Золотников В.З. и др. Гидрогенизационное облагораживание нефтяного сырья с целью совершенствования технологии производства смазочных масел. Тематический обзор. Серия: Переработка нефти. - М.; ЦНИИТЭнефтехим, 1986, с. 47-48.].
Известен способ получения базовых компонентов нефтяных масел путем гидрокрекинга прямогонного вакуумного дистиллята, с выделением остаточной фракции гидрокрекинга, которую частично направляют на рециркуляцию в сырье процесса в количестве от 0,5 до 60% мас. на сырье процесса [RU 2109793]. Изменением количества остаточной фракции гидрокрекинга, идущей на рециркуляцию, регулируют повышение температуры конца кипения сырьевого потока до 480-520°С и выход легкой и тяжелой фракций, полученных фракционированием балансовой части остатка. Легкую и тяжелую фракции направляют на депарафинизацию селективными растворителями (МЭК/толуол). Депарафинированное масло подвергают доочистке глиной.
Способ позволяет получить базовые масла с кинематической вязкостью при 100°С от 3,1 до 5,5 мм /с, индексом вязкости более 125 пунктов.
Недостатком данного метода является снижение производительности установки гидрокрекинга за счет использования рецикла для увеличения доли превращения (нежелательных) полициклических ароматических углеводородов. Доочистка глиной является не экологичным процессом ввиду невозможности регенерировать основной компонент процесса - глины.
Известен способ получения базовых масел из остатка гидрокрекинга нефтяного сырья с использованием процессов экстракции растворителем (фенолом), депарафинизации (МЭКУМИБК), последующим фракционированием с выделением целевой фракции, направляемой на гидроочистку [US 2004245147]. Получают базовое масло с индексом вязкости до 117 пунктов, кинематической вязкостью при 100°С 7,05 мм /с и температурой застывания - минус 12°С.
Недостатком данного метода является получение одной целевой узкой фракции с низким выходом. Полученный продукт базового масла по уровню индекса вязкости не соответствует спецификации, установленной Американским институтом нефти (API) на базовые масла III группы.
Известен способ получения смазочного базового масла низкой кинематической вязкости с высоким индексом вязкости путем гидрокрекинга нефтяного сырья с выделением остатка гидрокрекинга, последующей его депарафинизацией и гидроочисткой [US 5460713]. В качестве сырья гидрокрекинга используется смесь не только вакуумного газойля и газойля коксования, но и гач - парафиновый продукт процесса депарафинизации дистиллятных рафинатов. Получают базовое масло с индексом вязкости более 120 пунктов, кинематической вязкостью при 100°С от 3,0 до 7,5 мм /си температурой застывания - минус 10°С.
К недостаткам данного метода относится получение одной широкой фракции базового масла.
Известен способ получения смазочного базового масла с высоким индексом вязкости и низкой кинематической вязкостью путем гидрокрекинга нефтяного сырья (смеси вакуумного газойля и газойля коксования) с выделением остатка гидрокрекинга с последующей его депарафинизацией и гидроочисткой [US 5462650].
2
Способ позволяет получить базовое масло с кинематической вязкостью от 3 до 5 мм/с, индексом вязкости не менее 120 пунктов, и температурой застывания минус 10°С.
Смесевое сырье гидрокрекинга относится к классическому варианту смеси вакуумного газойля и газойля коксования, верхний предел температуры кипения которых, не превышает 480°С.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения высококачественного базового масла с использованием каталитических процессов гидрокрекинга, гидродепарафинизации (улучшение низкотемпературных показателей за счет изменения структуры длинноцепочечных парафинов) и гидрооблагораживания (улучшение цвета, стабильности) [US 5358627].
Способ позволяет получить базовое масло после проведения дистилляции с индексом вязкости в пределах 95-100 пунктов.
Недостатком данного способа является низкий индекс вязкости.
Целью предлагаемого технического решения изобретения - является разработка способа получения высокоиндексных компонентов базовых масел, соответствующих группе III и III+ по API, с использованием в качестве сырья непревращенного остатка гидрокрекинга топливного направления в смеси с парафиновым гачем, полученным, в процессе сольвентной депарафинизации из рафинатов селективной очистки вакуумных погонов (далее по тексту в/п) процесса первичной переработки нефти (АВТ) и из непревращенного остатка гидрокрекингапо технологической схеме с последовательным применением процессов гидроочистки, каталитической изодепарафинизации, гидрофинишинга, проводимых при давлении ниже 6,0 МПа и на заключительном этапе - ректификации и вакуумной дистилляции.
Поставленная цель достигается использованием в качестве сырья установки гидрокрекинга наряду с прямогонным сырьем - вакуумным газойлем, и продуктами вторичной переработки: газойлем коксования, остаточным экстрактом - побочным продуктом селективной очистки, в количестве от 4 до 6% мас, и петролатума - побочного продукта депарафинизации остаточного рафината, в количестве от 1 до 3% мас. Это позволяет получить гидрооблагороженный непревращенный остаток гидрокрекинга, содержащий не менее 90% мас. насыщенных углеводородов, в том числе изопарафиновых углеводородов не менее 30% мас. и индекс вязкости более 120 пунктов, являющийся высококачественным сырьем для получения высокоиндексных масляных компонентов.
2
2
2
2
2
2
Далее непревращенный остаток гидрокрекинга последовательно подвергается: вакуумной дистилляции (фракционированию), с целью выделения целевых фракций: НК-410°С, 410-440°С, 440-480°С, 480-520°С, 520°С - КК; далее фракции, в зависимости от требуемой вязкости, по отдельности или в смеси с друг с другом в любых соотношениях, смешиваются с парафиновым гачем, получаемым на установках сольвентной депарафинизации масел из рафинатов селективной очистки вакуумных погонов процесса первичной переработки нефти (АВТ) и/или из непревращенного остатка гидрокрекинга, в соотношении: гач парафиновый - не более 90%; фракции (смесь фракций) непревращенного остатка гидрокрекинга - до 100% и последовательно подвергаются: гидроочистке, с целью насыщения непредельных углеводородов и удаления соединений серы, азота и окрашивающих веществ, затем каталитической депарафинизации (гидроизомеризации) - с целью снижения температуры застывания до температуры не выше минус 15°С; далее гидрофинишингу - с целью насыщения олефинов, остаточных ароматических соединений и удаления окрашивающих веществ в депарафинированном продукте. На заключительном этапе, путем ректификации и вакуумной дистилляции выделяются компоненты базовых масел с кинематической вязкостью при 100°С: 3,5-4,0 мм/с; 4,0-4,5 мм/с; 4,5-5,5 мм/с; 5,5-6,5 мм/с; 6,5-7,5 мм/с; 7,5-8,5 мм/с.
Осуществление изобретения:
Углеводородное сырье, в состав которого входит прямогонный вакуумный газойль, полученный из смеси малосернистых нефтей, тяжелый газойль коксования, а также побочные продукты вторичных сольвентных процессов - остаточный экстракт селективной очистки деасфальтизата в количестве от 4 до 6% мас. и петролатум - продукт депарафинизации остаточного рафината в количестве от 1 до 3% мас, проходит следующие стадии переработки:
-1
а) гидрокрекинг смесевого углеводородного сырья при давлении не менее 13,5 МПа, температуре от 380°С до 430°С, объемной скорости подачи сырья от 0,5 до 1,5 ч со степенью конверсии не менее 75% с выделением непревращенного остатка гидрокрекинга, содержащего не менее 90% мас. насыщенных углеводородов, в том числе изопарафиновых углеводородов не менее 30% мас;
б) вакуумная дистилляция (фракционирование) непревращенного остатка гидрокрекинга при температуре в колонне (верх/низ) 82°С / 235°С и давлении (верх/низ) 0,005 МПа/0,01 МПа с выделением целевых фракций: НК-410°С, 410-440°С, 440-480°С, 480-520°С, 520°С - КК;
2
2
2
2
2
2
2
в) смешение фракции (смеси фракций) непревращенного остатка, полученной на стадии б), с парафиновым гачем при температуре не выше 90°С в соотношении: гач парафиновый - не более 90%; фракция (смесь фракций) непревращенного остатка гидрокрекинга - до 100%. В зависимости от используемой фракции (смеси фракций), а также путем изменения количества вовлеченного гача и вида гача (гач из II в/п, III в/п, IV в/п, непревращенного остатка) регулируется получаемая кинематическую вязкость при 100°С базового масла: 3,5-4,0 мм/с; 4,0-4,5 мм/с; 4,5-5,5 мм/с; 5,5-6,5 мм/с; 6,5-7,5 мм/с 7,5 мм /с - 8,5 мм /с, а также индекс вязкости базового масла: от 120 до 140 пунктов;
-1
3
3
г) гидроочистка смеси фракции (смеси фракций) непревращенного остатка гидрокрекинга с парафиновым гачем, полученной на стадии в), в присутствии катализатора, содержащего, по меньшей мере, один из металлов VI и VIII групп периодической таблицы химических элементов, при температуре от 300 до 400°С, давлении от 3,5 до 6,0 МПа, с объемной скоростью подачи сырья от 0,5 до 1,50 ч и кратностью циркуляции от 500 до 1100 нм/м водородсодержащего газа;
-1
д) гидродепарафинизация (гидроизомеризация) гидроочищенной смеси фракции (смеси фракций) непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем, полученной на стадии г), в присутствии катализатора, содержащего, по меньшей мере, один из металлов VIII групп периодической таблицы химических элементов, при температуре от 290 до 400°С, давлении от 3,5 до 6,0 МПа, с объемной скоростью подачи сырья от 0,5 до 1,50 ч и кратностью циркуляции от 1200 до 3800 нм /м водородсодержащего газа;
-1
3
3
е) гидрофинишинг гидроочищенной депарафинированной смеси фракции (смеси фракций) непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем, полученной на стадии д), в присутствии катализатора содержащего, по меньшей мере, один из металлов VIII групп периодической таблицы химических элементов, при температуре от 180 до 300°С, давлении от 3,5 до 5,3 МПа, с объемной скоростью подачи сырья от 0,5 до 1,50 ч и кратностью циркуляции от 1200 до 3800 нм/м водородсодержащего газа;
ж) ректификация, при температуре в кубе ректификационной колонны не более 330°С и давлении не более 0,17 МПа, гидрооблагороженной смеси фракции (смеси фракций) непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем, полученной на стадии е), с выделением фракции НК-280°С, используемой в дальнейшем в качестве компонента товарных топлив, и фракции 280°С - КК.
з) Вакуумная дистилляция, при температуре в кубе вакуумной колонны не более 315°С и давлении абс. не более 0,05 МПа, фракции 280°С - КК, полученных из гидрооблагороженной смеси фракции (смеси фракций) непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем на стадии ж), с выделением фракций 280°С - 370°С, направляемой в качестве компонента в товарные топлива, и фракции 370°С - КК - высокоиндексного компонента базовых масел.
-1
Исходное смесевое сырье подвергают каталитическому гидрокрекингу, при давлении не менее 13,5 МПа, температуре от 380°С до 430°С, объемной скорости подачи сырья от 0,5 до 1,5 ч и конверсии не ниже 75%.
В таблице 1 приведены типичные физико-химические характеристики непревращенного остатка гидрокрекинга с массовой долей серы менее 30 ррт (0,0030% мас), а именно 0,0024% мас, и содержанием насыщенных углеводородов не менее 90% мас, в том числе изопарафиновых углеводородов не менее 30% мас, который является перспективным, с точки зрения его использования в качестве сырья, для получения высокоиндексных компонентов базовых масел II и III группы по классификации API.
Полученный непревращенный остаток гидрокрекинга, содержащий не менее 90% мас. насыщенных углеводородов, в том числе изопарафиновых углеводородов не менее 30% мас, подвергают вакуумной дистилляции (фракционированию) с целью получения целевых фракций: НК - 410°С, 410-440°С, 440-480°С, 480-520°С, 520°С - КК, при температуре в колонне (верх/низ) 82°С / 235°С и давлении (верх/низ) 0,005 МПа / 0,01 МПа. В таблицах 2, 3 приведены типичные физико-химические характеристики фракций.
Полученные целевые фракции непревращенного остатка гидрокрекинга после накопления, поочередно, в зависимости от требуемой вязкости, по отдельности или в смеси с друг с другом в любых соотношениях, смешивают с парафиновым гачем, получаемым на установках сольвентной депарафинизации масел из рафинатов селективной очистки вакуумных погонов процесса первичной переработки нефти (АВТ); из непревращенного остатка гидрокрекинга, в соотношении: гач парафиновый - не более 90%; непревращенный остаток гидрокрекинга - до 100%.
В таблице 4 приведены типичные характеристики парафинового гача согласно СТО ПР 029-00148599-2011
Суть предлагаемого изобретения покажем на примере смешения фракций НК - 410°С, 410-440°С, 440-480°С, 480-520°С непревращенного остатка гидрокрекинга со смесевым гачем в соотношениях: 30:70, 50:50, 70:30.
В таблицах 5,6 приведены физико-химические характеристики получаемой смеси фракций НК - 410°С, 410-440°С, 440-480°С, 480-520°С непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем.
-1
3
3
Полученные смеси подвергают гидроочистке в присутствии катализатора, содержащего, по меньшей мере, один из металлов VI и VIII групп периодической таблицы химических элементов, при температуре от 300 до 400°С, давлении от 3,5 до 6,0 МПа, с объемной скоростью подачи сырья от 0,5 до 1,50 ч и кратностью циркуляции от 500 до 1100 нм/м водородсодержащего газа.
-1
В таблице 7 приведены физико-химические характеристики гидроочищенных смесей НК - 410°С, 410-440°С непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем. Гидроочистка проводилась при следующих параметрах ведения процесса: объемная скорость V=1,5 ч; давление Р=5,0 МПа; температура Т=320°С; кратность циркуляции ВСГ / сырье=600 нм /м.
-1
3
3
В таблице 8 приведены физико-химические характеристики гидроочищенных смесей 440-480°С, 480-520°С непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем. Гидроочистка проводилась при следующих параметрах ведения процесса: объемная скорость V=1,5 ч; давление Р=5,0 МПа; температура Т=340°С; кратность циркуляции ВСГ / сырье = 600 нм/м.
-1
3
3
-1
3
3
Далее, гидроочищенная смесь фракции непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем проходит каталитическую депарафинизацию (гидроизомеризацию) в присутствии катализатора, содержащего, по меньшей мере, один из металлов VIII группы периодической таблицы химических элементов, при температуре от 290 до 400°С, давлении от 3,5 до 6,0 МПа, с объемной скоростью подачи сырья от 0,5 до 1,50 ч и кратностью циркуляции водородсодержащего газа от 1200 до 3800 нм/м и гидрофинишинг в присутствии катализатора содержащего, по меньшей мере, один из металлов VIII групп периодической таблицы химических элементов, при температуре от 180 до 300°С, давлении от 3,5 до 6,0 МПа, с объемной скоростью подачи сырья от 0,5 до 1,50 ч и кратностью циркуляции от 1200 до 3800 нм/м водородсодержащего газа.
В таблицах 9-20 приведены характеристики гидроочищенных смесей целевых фракций непревращенного остатка гидрокрекинга с гаче после каталитической депарафинизации (гидроизомеризации) и гидрофинишинга
Далее полученные гидрооблагороженная смесь фракции непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем проходит ректификацию и вакуумную дистилляцию, с выделением фракции 370°С - КК - компонента базовых масел.
Материальные балансы разгонки гидрооблагороженной смеси целевых фракций непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем приведены в таблице №21-24.
В таблицах 25, 26 приведены показатели качества целевой фракции 370°С - КК, полученной из гидрооблагороженных смесей фракций непревращенного остатка гидрокрекинга с прафиновым гачем при различных соотношениях и режимах проведения процессов каталитической депарафинизации (гидроизомеризации) и гидрофинишинга
В таблице 27 приведены требования классификации API на базовые масла.
Анализ данных, представленных в таблицах 25, 26 и 27, показывает, что индекс вязкости полученных компонентов базовых масел при различных режимах проведения процессов каталитической депарафинизации (гидроизомеризации) и гидрофинишинга составил от 125 до 140 пунктов, содержание насыщенных соединений не менее 90,0% мас, серы - менее 10 ррт (0,0010% мас), что соответствует требованиям к качеству базовых масел III и III+ группы по API.
Технический результат - получение высокоиндексных компонентов базовых масел из фракций непревращенного остатка гидрокрекинга, соответствующего требованиям к маслам III и III+ групп по API, при давлении ведения гидропроцессов менее 6,0 МПа. Получение высокоиндексных базовых масел с высоким уровнем насыщенных соединений обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик товарных масел, которое не достигается ни применением новых многофункциональных присадок, ни загущением масел.