Специальность 05.17.07
«Химия и технология топлив и специальных продуктов»
Химическая технология. Химические
производства — Технология органических
веществ — Технология топлива — Переработка
нефти и нефтяных газов. Производство
нефтепродуктов — Каталитические и
контактные процессы переработки жидких и
газообразных нефтяных углеводородов —
Каталитическая циклизация алканов
(ароматизация, дегидроциклодегидрогенизация,
дегидроциклизация). Химическая технология.
Химические производства — Основной
органический синтез. Тяжелый органический
синтез — Синтез изоциклических
(карбоциклических) соединений — Синтез
Одной из актуальных проблем для большинства удаленных регионов добычи нефти и газа является обеспечение их нефтепродуктами, потребляемыми в значительных объемах, такими как бензин, керосин, дизельное топливо, мазут. Затраты на доставку нефтепродуктов в эти регионы, учитывая суровые климатические условия, ограниченные сроки завоза, очень велики и зачастую превышают стоимость нефтепродуктов в несколько раз. Дополнительные затраты необходимы на хранение в местах потребления.
* В настоящее время затраты на организацию централизованного завоза
нефтепродуктов тяжелым бременем ложатся как на федеральный бюджет, так и на региональные бюджеты субъектов Федерации.
Вместе с тем на этих территориях расположены в большом количестве скважины или месторождения, не эксплуатируемые из-за отсутствия средств на их обустройство. Как показали исследования, нефти и газовые конденсаты этих месторождений являются малосернистыми, маловязкими (содержание серы не более 0,5 % мае., вязкость менее 10 сП) и имеют плотность, как правило, не выше 870 кг/м3 [1].
Так, например, месторождения нефти и конденсата на территории Ямало- Ненецкого национального округа при низком содержании серы отличаются высоким выходом светлых фракции, выкипающих до 350 °С - от 50 до 70 % мае. на нефть.
Малосернистой, низкопарафинистой с хорошим потенциалом светлых
фракций нефтью располагают месторождения Ханты-Мансийского
ф'
автономного округа, Республики Саха-Якутия, Красноярского края, юга Тюменской и Томской областей [1].
Наличие углеводородного сырья такого качества позволяет говорить о возможности переработки его на месте с целью получения необходимого для местных нужд количества и ассортимента продуктов нефтепереработки, соответствующих действующим стандартам. При этом не исключается исполь-
зование в труднодоступных районах незначительной части нефти, конденсата и газа с крупных месторождений.
В такой ситуации концепция самообеспечения необходимым ассортиментом нефтепродуктов в требуемых объемах является экономически наиболее целесообразной [2].
Строительство малогабаритных блочных установок (МГБУ) производительностью до 100 тыс. т/год по сырью могло бы в значительной степени сократить завоз топлива в эти регионы, а в ряде случаев и полностью
исключить его.
к. _
Однако отношение к строительству малогабаритных установок или минизаводов далеко неоднозначно, что связано с низкой их рентабельностью. Это можно объяснить тем, что технология, используемая на малогабаритных установках, основана обычно на простых и надежных методах дистилляции и перегонки [3]. В этом случае не может идти речь об удовлетворении потребностей ни по ассортименту, ни по качеству, которое определяется физико-химическими свойствами сырья. Когда МГБУ специализируется на
« выпуске какого-либо одного вида продукции, например, бензина или
дизельного топлива, остаточные фракции с установки обычно утилизируют путем обратной закачки в нефтепровод. Иногда работа таких установок носит периодический характер, когда остановки связаны с необходимостью реализации наработанной продукции. На МГБУ, как правило, не предусмотрены вторичные процессы переработки нефти, что значительно снижает глубину переработки и качество готовой продукции.
В настоящее время отечественными технологами и производителями оборудования созданы малые перерабатывающие заводы на базе МГБУ, отвечающие мировым стандартам. Они адаптированы к местным условиям и заметно дешевле импортных аналогов.
Если экономику таких установок строить с учетом максимальной приближенности их к местам добычи и потребления продукции, с учетом заданного ассортимента продукции применительно к конкретному региону и
виду сырья, то, как показывают аналитические расчеты, доходность таких установок будет достаточно высока, а окупаемость установок в зависимости от производительности и ассортимента продукции составит не более 3-6 месяцев [2]. В других, менее оптимистичных прогнозах срок окупаемости МГБУ производительностью 100 тыс. т/год колеблется от 1,5 до 3 лет [4]. Цена получаемых нефтепродуктов на малогабаритных установках может быть сопоставима с заводской стоимостью соответствующих продуктов крупного производства [4]. Поэтому Правительство Российской Федерации, поддерживая такой подход к решению топливной проблемы регионов Крайнего Севера, своим Постановлением от 5 июня 1997 г. № 675 поручило Госкомсеверу России совместно с заинтересованными Министерствами и ведомствами разработать программу внедрения малотоннажных производств в регионах Крайнего Севера и приравненных к ним местностям и принять меры по ее реализации.
Возможные пути реализации этой программы широко обсуждались на различных конференциях и семинарах [5-10]. Тем не менее проблема обеспечения нефтепродуктами удаленных регионов добычи нефти до сих пор не решена, и работы, связанные с созданием многофункциональных малогабаритных заводов по переработке нефти и газа, не потеряли своей актуальности.
Настоящая работа проводится по государственному контракту № 41=003.11.2908 от 25.06.2002 г. на выполнение НИОКР, проводимых по заказу Минпромнауки России в рамках раздела «Топливо и энергетика» блока «Поисково-прикладные исследования и разработки» ФЦНТП - Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 гг.
При этом она отражает вклад автора в решение проблемы обеспечения нефтепродуктами удаленных регионов добычи нефти, его участие в разработке процесса получения ароматических углеводородов из газообразного сырья и проверке разработанного процесса в опытно-промышленном масштабе на экспериментальной базе ОАО «НИПИгазпереработка».
Цель работы:
а) выбор наиболее эффективного катализатора ароматизации легких углеводородов С3-С7 из числа тех, которые уже опробованы в процессах облагораживания бензиновых фракций в промышленном масштабе или при длительных испытаниях;
б) разработка технологии и аппаратурного оформления процесса ароматизации легких углеводородов;
с) проведение опытно-промышленных испытаний процесса ароматизации легких углеводородов С3-С7 на малогабаритной блочной установке (МГБУ).
Научная новизна. Впервые проведены исследования по определению возможности использования опытно-промышленных катализаторов облагораживания прямогонных бензинов (процессы Цеоформинг, Цеокат) при ароматизации парафинов С3-С7 в случае модифицирования данных катализаторов цинком. Впервые выявлены закономерности ароматизации газообразных и жидких парафинов и показано, что механизм их превращения в выбранных условиях одинаков и протекает по двум конкурирующим маршрутам: прямой и деструктивной ароматизации. Исследовано влияние добавок бензола в парафиновое сырье на выход и состав продуктов ароматизации. Установлено, что в определенных условиях при совместном превращении бутана и бензола скорости реакций ароматизации бутана и алкилирования бензола продуктами крекинга бутана сопоставимы.
Практическая ценность. Полученные результаты могут быть использованы при разработке, проектировании, выборе оборудования, строительстве и эксплуатации промышленных МГБУ производительностью до 100 тыс. т/год по сырью, работающих в труднодоступных регионах Крайнего Севера и приравненных к ним местностям.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Выбор эффективного катализатора ароматизации газообразных и жидких углеводородов С3-С7 по результатам изучения активности и селективности в зависимости от условий проведения процесса.
2. Определение оптимальных технологических параметров процесса ароматизации углеводородов С3-С4 на катализаторе ИК-30/5 % Zn.
3. Изучение влияния на процесс ароматизации добавок бензола в парафиновое сырье.
4. Установка каталитической переработки легкого углеводородного сырья и результаты проведения процесса ароматизации в опытно-промышленных условиях.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 33 таблицы, 22 рисунка, 5 приложений и состоит из введения, семи глав, выводов и списка литературы, насчитывающего 166 ссылок.
В первой главе обсуждены литературные данные о технологическом оформлении каталитических процессов облагораживания прямогонных бензиновых фракций нефти и газоконденсата, а также легких углеводородов Сз-С6. Рассмотрены типы цеолитсодержащих катализаторов и способы увеличения их активности и селективности действия, сформулированы задачи и направления исследований. Во второй главе приведены методики каталитических исследований, хроматографического и других методов анализа сырья и продуктов реакции, описание пилотной установки. В третьей главе изложены результаты исследований по определению основных закономерностей ароматизации пропана, бутанов и их смесей при различной температуре и объемной скорости подачи сырья. Приведены результаты сравнительных испытаний катализаторов. В четвертой главе рассмотрен возможный механизм ароматизации индивидуальных углеводородов С3-С7 , циклогексана, а также бинарной смеси бутан-гептан. В пятой главе исследовано влияние добавок бензола в парафиновое сырье. Показано значительное изменение состава продуктов реакции при взаимодействии бензола с продуктами крекинга н- парафинов. В шестой главе приведены результаты освоения процесса ароматизации легких углеводородов в опытно-промышленных условиях. В седьмой главе приведены результаты расчета основных технико- экономичеких показателей работы опытно-промышленной установки.
Автор выражает глубокую благодарность заведующему лабораторией ДООО ОАО «НИПИгазлереработка» - НПО «Технефтегаз», кандидату химических наук, старшему научному сотруднику А.А. Мегедь за помощь и поддержку при выполнении диссертационной работы. |
