Плазмохимический крекинг тяжелых остатков нефтепродуктов

Наш телефон:

+7 (812) 346-29-78; +7 (921) 779-11-67

E-mail:

egd.spb@gmail.com

Задачи плазмохимического крекинга тяжелых остатков

Повышение извлечения светлых фракций нефтепродуктов при атмосферной разгонке до 350°С из М100.
Получение из М100 не менее 50% печного топлива (ПТ) или судового маловязкого топлива (СМТ), соответствующих требованиям и 50% компонента дорожного битума.
Расширение областей применения остатков перегонки плазмохимически обработанного М100.
Снижение вязкости М100 после плазмохимической (ПХ) обработки до М40.

Блок-схема обработки и перегонки М100 (пересчет на исходный мазут)

0502

Основные особенности плазмохимических процессов

Основной особенностью плазмохимических процессов является то, что в плазме образуются в более высоких концентрациях, чем при крекинге реакционноспособные частицы — возбуждённые молекулы, электроны, молекулярные ионы и свободные радикалы, которые инициируют и обусловливают новые типы химических реакций крекинга.

Преимущества плазмохимических процессов

Основное достоинство преобразовании энергии в условиях низкотемпературной плазмы (НТП) состоит в больших скоростях протекания реакции крекинга. Интенсификации процессов крекинга происходит под действием высокой температуры (около 105 К) и большой удельной мощности плазмы, которая приводит к образованию высокой концентрации активных радикалов, ионов и электронов.
Энергия электронов при НТП около 10 эВ, что позволяет расщеплять углеводороды по связям С-С (6,2 эВ) и С-Н (5,5 эВ).
Воздействие НТП на мазут вызывает множество нефтехимических реакций, приводящих к деструкции высокомолекулярных соединений мазута, что повышает КПД по сравнению с термическим крекингом.

Схема установки для обработки мазута

Зона разряда (плазмы) непосредственно контактирует с обрабатываемым УВ сырьем, которое подаётся непрерывно. Под воздействием высоко-энергетичных электронов и ионов плазмы, молекулы УВ, входящие в состав сырья, подвергаются деструкции и делятся на более низкомолекулярные соединения.

Эффективное время нахождения УВ в плазме 12 микросекунд.

mazut

Результат разгонки М100 (ГОСТ10585-2013) Ярославского НПЗ после ПХ обработки

mazut

Последовательность переработки М100

Переработка мазута состояла из следующих стадий:

Прокачка мазута через плазмохимический реактор при 90оС с получением переработанного продукта;
Разгонка полученного продукта с получением фракции н.к.-360оС остатка и газа;
Отгон из фракции н.к.-360оС с получением продуктов сольвента для битумных мастик (фр. н.к.-250оС) и остатка – печного топлива (фр. 251-360оС);
Отгон из печного топлива – фракции 251-360оС с получением фракции судового маловязкого топлива (СМТ) (фр. 251-330оС) и остатка – мазута Ф-5 (фр. 331-360оС).

Материальный баланс ПХ переработки М100 в пересчете на 1000 кг., кг

Приход		Расход 1, (ПХ обработка)		Расход 2, (после 1-й разгонки)		Расход 3, (после 2-й разгонки)		Расход 4, (после 3-й разгонки)		Суммарный расход	%
Мазут	1000	Газ	50	Газ	15(+50)	Газ	2(+65)	Газ	3(+67)	70	7
		Полу-продукт	950	Отгон до 360оС	455	Фракция 190-250оС	112	Фракция 190-250оС	112	112	11.2
		Полу-продукт	950			Фракция 190-250оС	112	Фракция 251-330оС	302	302	30.2
						Фракция 251-360оС	341	Фракция 331-360 оС	36	36	3.6
				Остаток	480		480		480	480	48
Всего	1000		1000		1000		1000			1000	100

Продукты переработки и энергетический баланс

При переработке 1000 кг мазута плазмохимическим методом может быть получено, кг: 70 – газа, 480 – компонента дорожного битума, 112 – сольвента и 341 – печного топлива. Из печного топлива может быть получено 302 – СМТ и 36 кг – мазута Ф-5.
Компонент дорожного битума обладает пенетрацией 150 дмм и температурой размягчения по кольцу и шару (КиШ) 73оС, также его можно использовать как компонент сырья замедленного коксования.
При атмосферной разгонке мазута после ПХ обработки и при вакуумной разгонки мазута на установке ВТ получается около 45% дистиллятных фракций, но с интервалами выкипания н.к.-360 и 360-500оС соответственно. Получаемые ПХ методом жидкие фракции могут быть гидроочищены и переработаны совместно с фракциями замедленного коксования и висбрекинга.
Энергетические затраты при ПХ обработке 1000 кг прямогонного мазута: потребление источника питания плазмохимического реактора – 6,16 кВт, нагрев мазута (с 25 до 60°C ) – 20 кВт, работа двигателя насоса – 2,75 кВт, компрессор – 2,42 кВт. Итого: 31 кВт на обработку 1000 кг мазута.

Зависимость выкипания дистиллята от температуры

Групповой состав дистиллятов

Выводы по выкипанию дистиллятов и групповому составу фракций

Существенное отклонение в определении интервалов выкипания обусловлен образования множества азеотропных смесей в процессе простой дистилляции, в состав высококипящей части обязательно входят легкокипящие компоненты, а в состав низкокипящей части входят высококипящие соединения.
Групповой состав дистиллята показывает, что фракция н.к -250оС содержит около 30% олефинов и 6% диенов. Именно эти соединения могут полимеризоваться и повышать вязкость продукта ПХ переработки мазута до разгонки.
Во фракции 251-330оС отсутствуют диены и содержится около 3% олефинов. При этом в этой фракции около 40 % линейных парафинов и 26% ароматических соединений. Соединения серы представлены в основном производными бенз- и дибензтиофена.
Соединения серы представлены в основном производными бенз- и дибензтиофенами. Содержание серы распределяется следующим образом, %: 0.57 – сольвент (фр. н.к. -250оС),1.16 – СМТ (фр. 251-330оС), 2.1 – Ф5 (фр. 331-360оС), 2.5 – исходный мазут М100, 2.6 – остаток разгонки плазмохимически обработанного мазута М100.

Соответствие требованиям печного топлива, полученного из м100 Ярославского НПЗ

№	Наименование показателя	Исходный мазут	Норма			Методы испытаний	Значения показателей
№	Наименование показателя	Исходный мазут	Марка А	Марка Б	Марка В	Методы испытаний	Значения показателей
1	Внешний вид		Жидкость от темно зеленого до черного цвета	Жидкость от темно коричневого до черного цвета	Жидкость от темно коричневого до черного цвета	Визуальный осмотр	Темный, непрозрачный
2	Кинематическая вязкость, не более сСт при 40⁰С		15	20	50	ГОСТ 33	7,481 при 20⁰С
3	Плотность при 20⁰С, кг/м3, не более	974	860	940	980	ГОСТ 3900	867,5
4	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, ⁰С не выше		Плюс 60	Плюс 80	Плюс 130	ГОСТ 6356	79
5	Содержание воды, % не более	0,15	5			ГОСТ 2477	менее 0,05
6	Массовая доля механических примесей, % не более		1			ГОСТ 6370	0,04
7	Массовая доля серы, % не более	2,5	3,5			ASTM D 4294	1,35
8	Температура застывания, ⁰С, не выше	Плюс 3	Минус 20	Минус 10	0	ГОСТ 22287	Минус 34
9	Фракционный состав:
	30% перегоняется при температуре ⁰С, не более		240	260	310	ASTM D 1160	70 при 350⁰С
	50% перегоняется при температуре ⁰С, не более		320	330	340
	60% перегоняется при температуре ⁰С, не более		360	360	360
10	Зольность, % не более		0,5	0,5	1,5	ГОСТ 1461	0,02

Соответствие требованиям СМТ, полученного из м100 Ярославского НПЗ

№	Наименование параметров	Требования к СМТ	Исходный мазут	Значения показателей
1.	Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже	61		75
2.	Массовая доля серы, %, не более:
	- вид А	0,1
	- вид Б	0,2
	- вид I	0,5
	- вид II	1
	- вид III	1,2	2,5	1,16
3.	Содержание меркаптановой серы, мг/кг	0,025		0,0057
4.	Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с, не более	11,4		5,455
5.	Температура застывания, °С, не выше:	минус 10	плюс 3	< минус 51
6.	Коксуемость, масс %	0,2		0,03
7.	Массовая доля воды, %	следы	0,15	0,05
8.	Содержание водорастворимых кислот и щелочей (рН)	отсутствие		7,6
9.	Зольность, масс %	0,01		0,004
10.	Массовая доля механических примесей, %	0,02		0
11.	Плотность при 15 °С, кг/м3, не более или	893		-
12.	Плотность при 20 °С, кг/м3, не более	890	974	857,2
13.	Йодное число, г йода/100 г топлива, не более	20		29,8

Результаты применения плазмохимической обработки на примере мазутов

При атмосферной разгонке мазута после ПХ обработки и при вакуумной разгонки мазута получается около 45% дистиллятных фракций, но с интервалами выкипания н.к.-360 и 360-500оС соответственно. Получаемые ПХ методом жидкие фракции могут быть гидроочищены и переработаны совместно с фракциями замедленного коксования и висбрекинга.
Вязкость мазута М-100 Ярославского НПЗ после обработки при 40 ̊С снизилась с 2025 до 1198 сСт, что составляет 1,7 раза.
Таким образом, ПХ метод при низких энергетических затратах может быть использован как нетрадиционный способ переработки нефтяного мазута.

Результаты применения плазмохимической обработки для понижения вязкости при получении из М100 топлива М40

На нефтеперерабатывающих заводах снижение вязкости М100 (вязкость исходного 53-56 сСт при температуре 100̊С) до уровня топлива М40 (до 98 сСт при температуре 80 ̊С) достигается за счет смешивания М100 и 15-18% дизельной фракции.
При смешивании М100 Ярославского НПЗ с 15% дистиллята, разогнанного из этого М100 после ПХ обработки, получено топливо вязкостью около 96 сСт при температуре 80 ̊С.
При смешивании М100 Ярославского НПЗ с 4% дистиллята, разогнанного из этого М100 после ПХ обработки, и обработке в ПХ реакторе в проточном режиме вязкость полученного топлива при температуре 80 ̊С составила около 94 сСт.
Вывод: Использование ПХ технологии для получения из М100 топлива М40 по вязкости позволяет снизить расход дизельной фракции более чем в 3 раза.

Опытно-промышленная установка в контейнере

mazut

Технические характеристики опытно-промышленной установки

Наименование параметра	Значение
Максимальная производительность по исходному материалу, не менее, т/ч	8
Количество каналов разряда, шт.	10
Обслуживающий персонал, человек/смена	2
Максимальная установленная мощность, кВт/т	9,6
Максимальная потребляемая мощность, кВт	101
Напряжение питания переменного тока, В	380±38
Частота питания переменного тока, Гц	50±1
Расход присадки, кг/т	1
Объем бункера для присадки, м3	0,7
Общая площадь, не более, м2	31
Масса, не более, т	9

Наш телефон:

E-mail:

Плазмохимический крекинг тяжелых остатков нефтепродуктов

Задачи плазмохимического крекинга тяжелых остатков

Блок-схема обработки и перегонки М100 (пересчет на исходный мазут)