+
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОИНДЕКСНЫХ КОМПОНЕНТОВ БАЗОВЫХ МАСЕЛ ГРУППЫ III/III
METHOD OF OBTAINING HIGH-INDEX COMPONENTS OF BASE OILS OF GROUP III/III+

Изобретение относится к способу получения высокоиндексных компонентов базовых масел, соответствующих группе III/III+ по API, и может быть применено в нефтеперерабатывающей промышленности для получения высокоиндексных компонентов базовых масел из непревращенного остатка гидрокрекинг с использованием процессов каталитической гидроочистки, каталитической депарафинизации (гидроизомеризации), гидрофинишинга, ректификации и вакуумной дистилляции.
Способ позволяет получить высокоиндексные компоненты базовых масел с кинематической вязкостью при 100°С от 4,0 мм /с до 6,0 мм /с, индексом вязкости более 120 пунктов, содержанием серы менее 10 ppm (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.
Процессы каталитического гидрооблагораживания, как правило, проводятся при давлении выше 10,0 МПа, что требует применения дорогостоящего оборудования.
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.
2
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.
2
Известен способ получения базовых масел из остатка гидрокрекинга нефтяного сырья с использованием процессов экстракции растворителем (фенолом), депарафинизации (МЭК/МИБК), 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.
2
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/с и 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.
Известен 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.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения высокоиндексного компонента базовых масел с использованием каталитических процессов гидрокрекинга, гидроочистки, гидродепарафинизации, гидрофинишинга, ректификации и вакуумной осушки [RU 2604070].
Недостатком данного способа является то, что он не позволяет получить базовое масло соответствующее группе III+ по API и качество получаемого продукта сильно зависит от качества сырья, поступающего на гидрокрекинг.
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 гидрокрекинга (патент [RU 5358627]), по 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.
2
2
Непревращенный остаток гидрокрекинга смешивается 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 (патент [RU 5358627]), в соотношении: гач парафиновый - не более 90%; непревращенный остаток гидрокрекинга - до 100% и последовательно подвергается: 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 выделяется целевая фракция с кинематической вязкостью при 100°С от 4,0 мм/с до 6,0 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, последовательно 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;
2
б) смешение непревращенного остатка с парафиновым гачем при температуре не выше 90°С в соотношении: гач парафиновый - не более 90%; непревращенный остаток гидрокрекинга - до 100%. Изменение количества вовлеченного гача, а также вида гача (гач из II в/п, III в/п, IV в/п, непревращенного остатка) позволяет изменять кинематическую вязкость при 100°С получаемого базового масла в диапазоне 4,0…6,0 мм/с, и индекс вязкости от 120 до 140 пунктов;
-1
3
3
в) гидроочистка смеси непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем 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 водородсодержащего газа от 500 до 1100 нм/м;
-1
3
3
г) каталитическая депарафинизация (гидроизомеризация) гидроочищенной смеси непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем, полученной на стадии в), 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 водородсодержащего газа от 1200 до 3800 нм/м;
-1
3
3
д) гидрофинишинг гидроочищенной депарафинированной смеси 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 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 водородсодержащего газа от 1200 до 3800 нм/м;
е) ректификация, при температуре в кубе ректификационной колонны не более 330°С и давлении не более 0,17 МПа, гидрооблагороженной смеси непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем полученной на стадии д), с выделением фракции НК-280°С, используемой в дальнейшем в качестве компонента товарных топлив, и фракции 280°С - КК;
ж) вакуумная дистилляция, при температуре в кубе вакуумной колонны не более 315°С и давлении абс. не более 0,05 МПа, фракции 260°С - КК, полученной из гидрооблагороженной смеси непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем на стадии е), с выделением фракций 260°С-370°С, направляемой в качестве компонента в товарные топлива или основы гидравлических масел, и фракции 370°С - КК - высокоиндексных компонентов 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 ppm (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 11+ 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., 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 (патент [RU 5358627]), в соотношении: гач парафиновый - не более 90%; непревращенный остаток гидрокрекинга - до 100%. В таблице 2 приведены типичные характеристики парафинового гача согласно СТО ПР 029-00148599-2011
Суть предлагаемого изобретения покажем на примере смешения непревращенного остатка гидрокрекинга со смесевым гачем в соотношениях: 30:70, 50:50, 70:30
В таблице 3 приведены физико-химические характеристики получаемой смеси непревращенного остатка гидрокрекинга с гачем.
-1
3
3
Полученную смесь 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 5,3 МПа, с объемной скоростью подачи сырья от 0,5 до 1,50 ч и кратностью циркуляции водородсодержащего газа от 500 до 1100 нм/м.
-1
3
3
В таблице 4 приведены характеристики гидроочищенной смеси непревращенного остатка гидрокрекинга (НОГК) с парафиновым 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
-1
3
3
Далее, полученная гидроочищенная смесь непревращенного остатка гидрокрекинга с парафиновым гачем проходит каталитическую депарафинизацию (гидроизомеризацию) 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 5,3 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 5,3 МПа, с объемной скоростью подачи сырья от 0,5 до 1,50 ч и кратностью циркуляции водородсодержащего газа от 1200 до 3800 нм/м.
В таблицах 5, 6, 7 приведены характеристики гидроочищенной смеси непревращенного остатка гидрокрекинга с парафиновым гачем после каталитической депарафинизации (гидроизомеризации) и гидрофинишинга.
где V - объемная скорость подачи сырья, Р - давление в каталитической системе, Ткд - температура проведения каталитической депарафинизации, Тгф - температура проведения гидрофинишинга.
3
3
Кратность циркуляции ВСГ/сырье на всех режимах = 2000 нм/м.
Далее полученную гидрооблагороженную смесь непревращенного остатка гидрокрекинга с парафиновым гачем подвергают ректификации и вакуумной дистилляции, с выделением целевой фракции 370°С - КК.
В таблице 8 приведены материальные балансы фракций, получаемых из гидрооблагороженной смеси непревращенного остатка гидрокрекинга с прафиновым гачем при различных соотношениях и режимах проведения процессов каталитической депарафинизации (гидроизомеризации) и гидрофинишинга.
где V - объемная скорость подачи сырья, Р - давление в каталитической системе, Ткд - температура проведения каталитической депарафинизации, Тгф - температура проведения гидрофинишинга.
3
3
Кратность циркуляции ВСГ/сырье на всех режимах = 2000 нм/м.
В таблице 9 приведены показатели качества целевой фракции 370°С - КК, полученной из гидрооблагороженной смеси непревращенного остатка гидрокрекинга с прафиновым гачем при различных соотношениях и режимах проведения процессов каталитической депарафинизации (гидроизомеризации) и гидрофинишинга
В таблице 10 приведены требования классификации API на базовые масла.
Анализ данных, представленных в таблице 9 и 10, показывает, что индекс вязкости полученных компонентов базовых масел при различных режимах проведения процессов каталитической депарафинизации (гидроизомеризации) и гидрофинишинга составил от 125 до 137 пунктов, содержание насыщенных соединений не менее 90,0% мас., серы - менее 10 ppm (0,0010% мас.), что соответствует требованиям к качеству базовых масел III и III+ группы по API.
Технический результат - получение высокоиндексных компонентов базовых масел из 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.