-
Плазмохимический крекинг тяжелых нефтяных остатков
Плазмохимическая обработка нефтяных остатков
Задачи плазмохимического крекинга тяжелых остатков
-
Получение из М100 не менее 50% печного топлива (ПТ) или судового маловязкого топлива (СМТ), соответствующих требованиям ТУ и около 30% компонента дорожного битума.
-
Расширение областей применения остатков перегонки ПХ обработанного М100.
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.
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 химических реакций, приводящих к деструкции высокомолекулярных соединений мазута, что повышает КПД по сравнению с термическим крекингом.
Последовательность переработки М100
Переработка мазута состояла из следующих стадий:
-
Обработка мазута в ПХ реакторе при 90оС с получением переработанного продукта;
-
Разгонка полученного продукта с получением фракции н.к.-360оС, остатка и газа. Температура начала кипения составила 142оС;
-
Отгон из фракции н.к.-360оС с получением продуктов бензиновой фракции (фр. н.к.-180оС) и дизельной фракции (фр. 181-360оС);
-
Разгонка исходного мазута без ПХ обработки позволила получить около 20% дистиллята. Температура начала кипения составила 255оС.
Блок-схема обработки и перегонки М100 (пересчет на исходный мазут)
Материальный баланс ПХ переработки М100 в пересчете на 1000 кг., кг
|
Продукты, г |
Расход 1, г |
Расход 2, г |
Расход 3, г |
Суммарный расход, г |
% |
||||
|
(ПХ обработка) |
(после 1-й разгонки) |
(после 2-й разгонки) |
|||||||
|
Мазут |
1000 |
Газы+потери |
50 |
10(+50) |
Газ |
1(+60) |
61 |
6,1 |
|
|
Полупродукт |
950 |
Отгон до 350 оС |
643 |
Фракция |
|||||
|
н.к-180оС |
72 |
72 |
7,2 |
||||||
|
Фракция |
|||||||||
|
181-360оС |
570 |
570 |
57,0 |
||||||
|
Остаток |
297 |
297 |
29,7 |
||||||
|
Всего |
1000 |
1000 |
1000 |
1000 |
|||||
Результат разгонки М100 (ГОСТ10585-2013) Ярославского НПЗ после ПХ обработки
Продукты переработки и энергетические затраты
- При переработке 1000 кг мазута ПХ методом может быть получено, кг: 61 – газа, 72 – бензиновой фракции, 570 – дизельной фракции и 297 остатка.
- Отгон после первой разгонки соответствует требованиям ТУ к печному топливу.
- Остаток является компонентом дорожного битума. Обладает показателем пенетрации около 150 мм и температурой размягчения по кольцу и шару (КиШ) 73оС, также его можно использовать как компонент сырья замедленного коксования.
- Энергетические затраты при ПХ обработке 1000 кг мазута: потребление источника питания ПХ 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.
Групповой состав дистиллятов
Выводы по выкипанию дистиллятов и групповому составу фракций
- Групповой состав дистиллята показывает, что фракция н.к -180оС содержит около 30% олефинов и 6% диенов. Именно эти соединения могут полимеризоваться и повышать вязкость продукта ПХ переработки мазута до разгонки.
- Во фракции 181-360оС 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 дибензтиофенами. Содержание серы распределяется следующим образом, %: 0.57 – бензиновая фракция (фр. н.к. - 180оС), 1.16 – дизельная фракция (фр. 181-360оС), 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 |
||
|
Марка А |
Марка Б |
Марка В |
|||||
|
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 исходного мазута до 360оС без ПХ обработке и после ПХ обработки получается соответственно около 20% и 64% дистиллятной фракции, которая соответствует требованиям к печному топливу. Получаемые ПХ методом жидкие фракции могут быть гидроочищены и переработаны совместно с фракциями замедленного коксования и висбрекинга.
- Получаемый остаток является компонентом дорожного битума.
- Затраты электроэнергии непосредственно на ПХ обработку 1000 кг мазута составляет около 6,16 кВт.
- Таким образом, ПХ метод при низких энергетических затратах может быть использован как нетрадиционный способ переработки нефтяного мазута.
Опытно-промышленная установка в контейнере
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 |
Протокол испытаний печного топлива
Протокол испытаний судового маловязкого топлива
