Анализ результатов каталитической переработки пиролизного дистиллята в опытном реакторе

The analysis of catalytic processing results of the pyrolysis distillate product in a development reactor
Цитировать:
Анализ результатов каталитической переработки пиролизного дистиллята в опытном реакторе // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Худайбердиев А.А. [и др.]. 2021. 7(88). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12107 (дата обращения: 05.07.2022).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniTech.2021.88.7.12107

 

АННОТАЦИЯ

Приведены основные результаты опытов по изучению процессов гидроочистки пиролизного дистиллята и гидрирования промежуточных продуктов в присутствии АНМ и АКМ катализаторов. Показано, что в диапазоне температуры 300÷360 оС и давления водорода 3,5÷4,5 МПа серосодержащие соединения сырья подвергаются превращениям в нужный углеводородный состав конечной продукции. При этом выход гидрогенизата увеличивается на 0,5÷1,0 %, содержание в нем целевой фракции повышается до 75 % (об.), а остаточное содержание сернистых соединений в их пробах уменьшается от 0,1 до 0,08 %. По результатам опытов установлено снижение температурного режима перегонки, что способствовало облегчению фракционного состава гидрогенизата, уменьшению плотности и вязкости дистиллятов фракций в диапазоне регламентированных их значений.

ABSTRACT

The main results of experiments on the study of the processes of hydrotreating pyrolysis of the distillate product and hydrogenation of intermediate products in the presence of alumina-cobalt-molybdenum catalysts and aluminum-nickel-molybdenum catalysts are presented. It is shown that in the range of temperature 300-360 оС and hydrogen pressure 3.5-4.5 MPa, sulfur-containing compounds of raw materials undergo transformations into the desired hydrocarbon composition of the final product. At the same time, the yield of hydrogenate increases by 0.5-1.0 %, the content of the target fraction in it increases to 75 % (vol.), and the residual content of sulfur compounds in their samples decreases from 0.1 to 0.08 %. According to the results of experiments, a decrease in the temperature regime of distillation has been established, which facilitated the fractional composition of the hydrogenation product, a decrease in the density and viscosity of distillates of fractions in the range of their regulated values.

 

Ключевые слова: переработка газа, пиролизный дистиллят, сернистые соединения, гидроочистка, гидрирование, катализатор, гидрогенизат, перегонка, дистиллят, фракционный состав, плотность, вязкость.

Keywords: gas processing; pyrolysis of the distillate product; sulphur compound; hydraulic cleaning; hydrogenation; catalyst; hydrogenation product; distilling; distillation product; fractional composition; density; viscosity.

 

Глубокая переработка природного газа и рациональная утилизация технологических отходов в нефтепродукты с улучшенными экологическими показателями являются одним из приоритетных направлений дальнейшего развития предприятий нефте- и газопереработки.

Объект исследования - пиролизный дистиллят по сущности является технологическим отходом производства газохимических комплексов. Например, при переработке природного газа на CП ООО «Uz-Kor Gas Chemical» в год образуются 103000 т пиролизного дистиллята. В соответствии с прогно-зируемым наращиванием объема переработки природного газа в республике [1] растет и объем образуемого пиролизного дистиллята, который в настоящее время не перерабатывается и в силу этого экспортируется по низким ценам.

Пиролизный дистиллят представляет собой смесь насыщенных углеводородов, моноолефинов, рекомбинации низкомолекулярных ненасыщенных соединений, включающих ароматические углеводороды. Учитывая ценность этого отхода как важного сырья, в перспективе каталитическая переработка пиролизного дистиллята в целевые продукты даст возможность расширить ассортимент и увеличить объемы производства нефтепродуктов - фракций бензина (35÷205 оС), легкой нафты (30÷80 оС) и кубового остатка - пиролиз-ного масла (350 оС и выше) [2]. В этом аспекте разработка высокоэффектив-ных процессов глубокой переработки пиролизного дистиллята, основанная на каталитических процессах гидроочистки сырья и гидрирования промежу-точных продуктов реакций (гидрогенизата), имеет важное значение.

Исследование процессов гидроочистки сырья и гидрирование гидрогени-зата осуществлены в опытном автоклаве с объемом 1,0 л [3], представляющем собой цилиндрический толстостенный сосуд из нержавеющей стали с верхней крышкой, на которой закреплены штуцеры для подачи водорода, карманы для установки термопары и манометра.. Автоклав был помещен в специальную электрическую обогревательную печь. Перемешивание сырья с катализатором осуществляется вращением автоклава при помощи электропривода.

Гидроочистку пиролизного дистиллята и гидрирования гидрогенизата проводили с целью установления влияния технологических параметров процесса на глубину превращения (расщепления) серосодержащих компо-нентов сырья с использованием АКМ и АНМ катализаторов.

Опыты были проведены при рациональных параметрах процесса, установленных по литературным данным [4-6]: под давлением водорода 4÷5 атм и при температуре 300÷420 оС, что близки к условиям работы промышленных установок гидроочистки.

В ходе опытов основное внимание было уделено снижению остаточного содержания серы в пробах сырья, гидрогенизата и дистиллята целевых фракций, в соответствии с ускоренным методом определения серы по ГОСТ 1437-75 [7].

В нижеследующей таблице 1 представлены показатели бензиновой фракции, выделенной в автоклаве из гидрогенизата пиролизного дистиллята при температуре процесса 420±5 оС, давлении водорода 3,5÷4,0 МПа, в присутствие катализатора АКМ и соотношении катализатора к сырью 1:10.

Таблица 1.

Показатели дистиллята бензиновой фракции из гидрогенизата пиролизного дистиллята при 420±5 оС и давлении водорода 3,5÷4,0 МПа в присутствии катализатора АКМ

Наименование показателей

Гидрогенизат пиролизного

дистиллята

Бензиновая фракция

(нк - 180 оС)

1

Содержание топливной фракции, % (об.)

75,0

58,5

2

Плотность ρ420, кг/м3

842

832

3

Содержание серы, % (масс.)

0,098

0,011

5

Фракционный состав: % (об.), оС:

 

 

 

температура начала кипения

40

43

 

10 %

57

68

 

50 %

96

102

 

90 %

166

169

 

95 %

170

176

 

температура конца кипения

170

182

6

Выход, % (об.)

96

96,5

7

Остаток в колбе и потери, % (об.)

4,0

3,5

 

Как видно из таблицы 1, при заданных условиях опыта глубина гидро-конверсии пиролизного дистиллята в топливные дистилляты составила 75 %. Были получены дистилляты фракций бензина (н.к. - 180 оС) в количестве 58,5 %, с содержанием серы 0,011 % (масс.).

В следующей таблице 2 представлены показатели фракций бензина и керосина, выделенные из гидрогенизата пиролизного дистиллята при температуре 350 оС и под давлением водородосодержащего газа (ВСГ) 3,5 МПа, в присутствие катализатора АКМ и при соотношении катализатора к сырью 1:10.

Таблица 2.

Результаты анализов пиролизного дистиллята и дистиллятов его фракций, проведенных на заводской лаборатории Бухарского НПЗ

п/н

Наименование показателей

Пиролизный дистиллят

Дистилляты фракций

бензина

керосина

1

Плотность при 20 °С, кг/м3

842,5

753,6

835,2

2

Массовая доля серы, мг/кг (ррm),

не более

 

0,019 (190)

 

0,01 (110)

 

0,012 (120)

3

 

Фракционный состав по ГОСТ 2177-99:

температура начала кипения,

°С, не ниже

45

44

47

предел перегонки, °С,

не выше 10 %

66

62

66

предел перегонки, °С,

не выше 50 %

102

97

102

предел перегонки, °С,

не выше 90 %

177

166

173

температура конца кипения, °С,

не выше

209

178

205

4

Остаток в колбе, % (об.), не более

1,5

1,5

1,5

5

Остаток и потери, % (об.), не более

2,5

2,5

2,5

6

Коррозия на медной пластинке

выдерживает

не выдерживает

выдерживает

7

Давление насыщенных паров бензина, кПа, не более

 

44

 

50,7

 

43,2

8

Массовое содержание смол,

мг/100 cм3, не более

 

450

 

330

 

346

9

Содержание водорастворимых кислот и щелочей

 

отсутствует

 

отсутствует

 

отсутствует

10

Внешний вид

светло- коричневый

светло- коричневый

светло- коричневый

 

Как видно из таблицы 2, массовая доля серы во фракциях пиролизного дистиллята, обработанного в присутствии катализатора АКМ при выше приведенных условиях (350 оС и 3,5 МПа), снижается на 70÷80 мг/кг, а массовые содержания смол в их составе падает на 104÷120 мг/100 cм3. При этом плотность полученных дистиллятов фракций уменьшается на 7,3÷8,9 кг/м3, а температурный режим их перегонки существенно не меняется.

В таблице 3 представлены основные показатели дистиллятов фракций гидрогенизата пиролизного дистиллята, подвергнутого гидроочистке в при-сутствии катализатора АНМ при температуре 350 оС, давлении ВСГ 3,5 МПа и соотношении катализатора к сырью 1:10.

Таблица 3.

Основные показатели свойств гидроочищенных фракций пиролизного дистиллята

№ п/п

Наименование показателей

Показатели фракции

Фракция 1 (легкая нафта)

Фракция 2 (тяжёлая нафта)

1

Плотность при 20 оС,  кг/м3

644,8

731,7

2

Содержание общей серы, %

0,001

0,00053

3

Содержание меркаптановой серы, % (ррm)

0,0007 (0,7)

0,0005 (0,5)

4

Кислотность, мг КОН/100 см3

-

3,6

5

Коррозионная активность

(проба на медную пластинку)

6

Фракционный состав, %, :

 

 

температура начала кипения, оС:

32

88

10 %

39

97

20 %

41

101

30 %

43

105

40 %

45

107

50 %

47

112

60 %

49

118

 

70 %

52

125

 

80 %

57

134

 

90 %

64

144

 

95 %

66

156

 

температура конца кипения, оС

68

163

7

Выход, %

95,5

98,0

8

Остаток, %

3,0

1,1

9

Потери, %

1,5

0,9

 

Данные таблицы 3 показывают, что качественные показатели полученных образцов дистиллятов обеих фракций соответствуют требованиям стан-дартов предприятия ООО Бухарский НПЗ KSt 16472899-022:2006 для легкой нафты и KSt 16472899-026:2006 для тяжёлой нафты [8]. Согласно стандартам температура начала кипения фракции 1 (легкой нафты) не регламентируется, а конец ее температуры кипения не должен превышать 85 оС. Аналогичным образом для фракции 2 стандартный предел выкипания пробы составляет: температура начала кипения не менее 85 оС, температуры конца кипения не выше 180 оС. Согласно данным таблицы 3.3, полученные пробы дистиллятов также характеризуются сниженным содержанием общей серы, мягкими условиями перегонки и регламентированным значением меркаптановой серы [8,9].

В таблице 4 приведены результаты анализа основных показателей дистиллятов керосиновой фракции из гидрогенизата пиролизного дистил-лята, подвергнутого гидроочистке при вышеуказанных условиях проведения опытов (температура 350 оС, давление ВСГ 3,5 МПа, катализатор АНМ). Результаты проведенных опытов сопоставлены с известными показателями неотпаренного дистиллята керосина Джет А-1 [8].

Таблица 4.

Основные показатели свойств гидроочищенных фракций керосина из пиролизного дистиллята

№ п/п

Наименование показателей

Контрольные

показатели неот-паренного дистил-лята керосина

Джет А-1

Фракция керосина

до гидро-очистки

после гидро-очистки

1

Плотность при 20 оС, кг/м3

780

778,3

775,1

2

Содержание общей серы, %

0,09

0,1

0,08

3

Кислотность, мг КОН/100 см3

0,78

1,86

0,82

4

Содержание меркаптановой

серы, %

-

0,051

0,0145

5

Коррозионная активность

(проба на медную пластинку)

не выдер-живает

выдержи-вает, 3а

6

Содержание ароматических

углеводородов, %

26,8

28,97

27,76

7

Фракционный состав, оС:

 

 

 

температура начала кипения

109

149

90

10 %

138

157

125

20 %

149

162

145

30 %

160

167

155

40 %

169

170

164

 

50 %

181

173

169

 

60 %

185

177

174

 

70 %

192

180

178

80 %

199

184

182

90 %

209

191

189

95 %

217

 

 

температура конца кипения

227

204

199

8

Выход, %

98,0

98,0

97,5

9

Остаток, %

1,2

1,2

1,8

10

Потери, %

0,8

0,8

0,7

 

Как видно из таблицы 4, гидроочищенный в присутствии АНМ катализатора дистиллят керосиновой фракции по сравнению с керосином Джет А-1 имеет сниженную плотность (на 4,9 кг/м3), в ней массовая доля серы меньше на 0,01 % и фракция перегоняется в относительно мягких режимах (температурный предел выкипания образца ниже на 19÷28 оС). При этом кислотность данного образца дистиллята повышена на 0,4 мг КОН/100 см3. Содержание меркаптановой серы в пробе гидроочищенной керосиновой фракции составляет 0,0145, что меньше на 0,037 % по сравнению с ее содержанием в неочищенной фракции.

Таким образом, вышеприведенные результаты опытов по изучению процессов гидрогенизации пиролизного дистиллята в присутствии катализа-торов АКМ и АНМ показывают, что, в диапазоне температуры 300÷360 оС и давления водорода 3,5÷4,5 МПа, серосодержащие соединения исходного сырья подвергаются превращениям в нужный углеводородный состав конечной продукции. Об этом свидетельствует существенное снижение температурного режима перегонки и облегчение фракционного состава гидрогенизата. Благодаря этому плотность и вязкость полученных дистил-лятов фракций снижаются, в их пробах остаточное содержание серы (сернис-тых соединений) уменьшается в 1,25 раза (от 0,1 до 0,08 %). Благодаря этому выход гидрогенизата увеличивается на 0,5÷1,0 %, содержание в нём топлив-ной фракции повышается до 75 % (об.), а технологические показатели полученных дистиллятов фракций улучшаются.

 

Список литературы:

  1. Султанов А.С. Развитие технологических процессов подготовки сырьевого газа в Шуртанском газохимическом комплексе // Узбекский журнал нефти и газа. Специальный выпуск. - Ташкент, май 2010. - с. 88-91.
  2. Худайбердиев А.А.,Раджибаев Д.П., Хурмаматов А.М. Фракционный состав пиролизного дистиллята// Актуальные проблемы очистки нефти и газа от примесей различными физико-химическими методами: Сборник трудов республиканской НПК. - Карши: Карши ДУ, 27 апреля 2019 г. - С.201-203.
  3. Худайбердиев Аб.А., Хурмаматов А.М. Опытная установка для изучения процессов каталитической переработки пиролизного дистиллята// Материалы республ. НПК: Актуальные проблемы развития производств промышленных отраслей в Республике Каракалпакстан. - Нукус, 26 апреля 2021 г. - С. 110-112.
  4. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Учеб-ное пособие для вузов. Изд. 2-е, доп. и перераб. - СПб.: Недра, 2013. - 544 с.
  5. Ахметов С.А., Сериков Т.П., Кузеев И.Р., Баязитов И.М. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: учебное пособие / Под ред. С.А. Ахметова. - СПб.: Недра, 2006. - 868 с.
  6. Капустин В.М., Гуреев Т.Г. и др. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть вторая. Деструктивные процессы. - М.: Химия, КолосС, 2008. - 334 с.
  7. Химия нефти. Руководство к лабораторным занятиям: Учебное посо-бие для вузов / И.Н. Дияров, И.Ю. Батуева, А.Н. Садыков, Н.Л. Солодова. - Л.: Химия, 1990. - 240 с.
  8. Технологический регламент установки атмоферной перегонки смеси газоконденсата и нефти и фракционирования гидроочищенной нафты Бухарского НПЗ. - TR 16472899-001: 2009.
  9. Технологический регламент установки переработки газоконденсата и углеводородного сырья ООО «Игилик-газ». - TR 18841651-01:2009.
Информация об авторах

ст. преп. кафедры «Технологические машины и оборудование» Наманганского инженерно-технологического института МВиССО РУз., Узбекистан, г. Наманган

Senior Lecturer of “Technological Machines and Equipment” Chair, Namangan Engineering-Technological Institute, Ministry of Higher and Secondary Specialized Education of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Namangan

PhD, руководитель группы департамента по реализации инвестиционных проектов АО "Узбекнефтегаз", Узбекистан, г. Ташкент

PhD, Division Head of the Department for Implementation of Investment Projects of  JSC “Uzbekneftegaz”, Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, главный научный сотрудник лаборатории «Процессы и аппараты химической технологии» Института общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Chief Researcher of the Laboratory "Processes and Apparatuses of Chemical Technology" of the Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

д-р тех.наук, профессор, заведующий лаборатории «Процессы и аппараты химической технологии» Института общей и неорганической химии АН РУз., Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Laboratory “Processes and Devices of Chemical Technology”, Institute of General and Inorganic Chemistry of Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top