Исследование термолиза сибирского усредненного мазута марки М-40 | Вестн. Том. гос. ун-та. 2014. № 382. DOI: 10.17223/15617793/382/37

Исследование термолиза сибирского усредненного мазута марки М-40

Исследован процесс термолиза усредненного мазута марки М-40 западно-сибирской нефти при различных температурах и давлениях. Проведен анализ фракционного состава исходного мазута. Получен материальный баланс процесса термолитиче-ского разложения мазута при различных условиях. Показано, что в зависимости от продолжительности проведения процесса, температуры и давления возможно получение высоковязкого жидкого остатка, пека или нефтяного кокса; увеличение давления термолиза приводит к увеличению выхода газообразных продуктов и тяжелого остатка (пека или кокса). Исследовано влияние температуры и давления термолиза на фракционный состав дистиллятных фракций; основные характеристики получаемого нефтяного пека, такие как температура размягчения, коксуемость и содержание серы. Определено общее содержание серы в продуктах термолиза.

A study of the thermolysis of a composite sample of Siberian M-40 mazut.pdf В настоящее время нефтепереработка России существенно отстает в своем развитии от промышленно развитых стран мира. По разным оценкам глубина переработки нефти в США и Канаде достигает 95%, в Европе - около 90%, в России - около 72% (2010 г.), что соответствует доле выработки мазута около 28% [1]. Согласно Энергетической стратегии России до 2030 г. глубина переработки нефти должна вырасти до 83% к 2015 г., а к 2030 г. достичь 89-90% [2]. В связи с этим остро встает вопрос разработки новых процессов углубленной переработки остаточных тяжелых продуктов фракционирования нефти. Наиболее освоенными и самыми дешевыми среди известных процессов переработки нефтяных остатков являются термодеструктивные процессы, такие как термокрекинг, висбрекинг, коксование и др. [3, 4]. Основное назначение термодеструктивных процессов -первичная подготовка сырья (получение термогазойля для сажевого производства, вакуумных газойлей для каталитического крекинга и гидрокрекинга) и выработка товарных остаточных продуктов (темное котельное топливо, нефтяной кокс, пек и т.д.). Процесс термоконденсации нефтяных остатков с получением пеков (пекование) по технологическим условиям проведения во многом подобен термическому крекингу и висбрекингу, но отличается пониженной температурой (360-420°C) и давлением (0,1-0,5 МПа), а по продолжительности термолиза (0,5-10 ч) и аппаратурному оформлению - замедленному коксованию [5, 6]. Целью настоящей работы является оценка пекова-ния (термолиза) нетрадиционного сырья (мазута) в традиционном и более жестком режимах. В настоящей работе рассмотрен процесс длительного термолиза нефтяных остатков с получением газообразных и ди-стиллятных продуктов, высокоуглеродистых остатков. Экспериментальная часть. В качестве сырья выбран усредненный мазут марки М-40 (ГОСТ 10585-99) западно-сибирской нефти производства Анжерского НПЗ (Кемеровская область). Характеристики мазута представлены в табл. 1. Фракционный состав мазута определяли на аппарате АРН-2 по ГОСТ 11011-85. Массовую долю серы в продуктах термолиза определяли методом энергодисперсионной рентгенофлуоресцентной спектрометрии по ГОСТ Р 51947-2002. Температуру размягчения пеков определяли методом «кольцо-шар» по ГОСТ 11506-73, коксуемость - по ГОСТ 19932-99. Фракционный состав дистиллятных фракций термолиза определяли по ГОСТ 2177-99. Т а б л и ц а 1 Характеристики мазута М-40 Определяемые параметры Единицы измерения Результаты измерения НД на МВИ Погрешность измерения 1. Массовая доля серы % 0,844 ГОСТ Р 51947-2002 0,077 2. Зольность % мас. 0,020 ГОСТ 1461-75 0,004 3. Плотность при 20°С кг/м3 0,9796 ГОСТ 3900-85 0,0011 4. Элементный состав: C H N % 86,48 11,51 0,128 ASTM D5291-10 - Процесс жидкофазного термолиза вели в обогреваемом стальном герметичном реакторе объемом 1,5 дм3 при барботировании инертного газа в периодическом режиме. Схема установки представлена на рис. 1. В реактор 5, снабженный электронагревательной рубашкой 10, загружалась навеска мазута, после чего реактор герметезировался, продувался азотом и опрессовы-вался на 0,5 МПа. Управление нагревом осуществлялось с помощью блока терморегуляции 11 (ПИД-регули-рование). Во время нагрева сырья до температуры термолиза барботаж газа не осуществлялся. Пары легких компонентов удалялись через верхний вентиль 9 в холодильник 12, где конденсировались и собирались в емкость 13. По достижении заданной температуры подавался азот на барботирование, обеспечивающий эффективное удаление летучих компонентов и интенсивное перемешивание. Регулирование подачи азота осуществлялось при помощи редуктора 2 в интервале 2-4 ндм3/мин, контроль расхода азота проводился по газовым часам 3 и 15. Избыточное давление в реакторе регулировали вентилем 9, контроль давления производился по манометру 6. Температура процесса 420/450°С, давление изб. 0,01/0,2 МПа. Реактор нагревался со скоростью 510 град./мин до заданной температуры, после чего температура поддерживалась с точностью ±5°С. Загрузка составляла ~ 1 кг мазута. Обсуждение результатов. По результатам анализа фракционного состава мазута (рис. 2) было определено, что остаточное содержание атмосферных фракций, выкипающих до 360°С, составляет 17%; содержание фракций, выкипающих при 360-480°С, около 40%; содержание остаточного гудрона около 40%. Усредненный мазут марки М-40 западно-сибирской нефти является малозольным, по содержанию серы малосернистым (относится к II виду) и имеет марку II ОКП 02 5211 0106. 200 300 Температура, °С Рис. 2. Фракционный состав мазута Результаты термолиза Т а б л и ц а 2 № п/п Температура, °С Выход фракций, % Время, ч Характеристика тяжелого остатка Дистиллят | Газы | Тяжелый остаток P = 0,01 МПа 1 420 65,00 7,69 27,31 4 Вязкий жидкий остаток 2 420 71,10 13,83 15,07 6,5 Пек 3 420 72,54 13,65 13,81 7 Пек 4 420 76,67 15,05 8,28 12 Кокс 5 450 63,04 7,35 29,61 3,5 Вязкий жидкий остаток 6 450 72,44 14,07 13,49 6 Пек 7 450 72,81 15,82 11,37 6 Пек 8 450 77,18 15,42 8,40 10 Кокс P = 0,2 МПа 9 420 63,50 10,30 26,20 5 Вязкий жидкий остаток 10 420 70,52 11,05 18,43 8,5 Пек 11 420 74,71 15,23 10,06 14 Кокс 12 450 64,23 11,56 24,21 3,5 Вязкий жидкий остаток 13 450 69,55 12,65 17,80 7 Пек 14 450 70,33 13,24 16,43 7 Пек 15 450 73,71 16,73 9,56 13,5 Кокс Процесс термолиза мазута проводили в двух температурных режимах: при 420 и 450°С и давлении 0,01 и 0,2 МПа (изб.). Полученные результаты представлены в табл. 2. Рис. 1. Схема установки термолиза: 1 - баллон с газообразным азотом; 2 - редуктор; 3, 15 - газовые часы; 4 - осушительная склянка; 5 - автоклав; 6 - манометр; 7 - термодатчик; 8 - нижний вентиль; 9 - верхний вентиль; 10 - рубашка автоклава; 11 - блок терморегуляции; 12 - прямой холодильник; 13 - приемная емкость; 14 - каплеотбойник Анализ полученных данных показал следующее: 1. Нефтяные пеки (в широком диапазоне характеристик) получаются при выходе газообразных и дистил-лятных продуктов на сырье 80-90%. При выходе газообразных и дистиллятных продуктов менее 80% остаток представляет собой высоковязкий жидкий продукт, увеличение выхода выше 90% приводит к ожидаемому коксообразованию. 2. Максимальный выход дистиллятных фракций при получении пека составляет от 73,7 до 77,2% (эксперименты 4, 8, 11, 15). 3. Повышение температуры на 30°С приводит к увеличению выхода газообразных и дистиллятных продуктов, снижению выхода пека. 4. Повышение давления с 0,01 до 0,2 МПа приводит к уменьшению скорости термолиза и увеличению его глубины, выраженных в увеличении выхода пека (от 11-15 до 16-19%). Были исследованы основные характеристики полученных образцов нефтяного пека, результаты представлены в табл. 3. Т а б л и ц а 3 Характеристики пека № эксперимента (по табл. 2) Температура размягчения, °С Коксуемость, % Содержание серы, % 2 68 55,5 1,002 3 83 58,9 1,068 6 78 54,2 0,986 7 135 64,6 0,997 10 121 62,3 1,112 13 82 55,1 1,143 14 101 60,1 1,095 Полученные образцы нефтяного пека имеют температуры размягчения от 68 до 135°С и коксуемость в диапазоне 54,2-64,6%. Условия проведения термолиза не влияют на содержание серы в пеке: все образцы содержат около 1% серы. Получаемые нефтяные пеки могут представлять интерес в качестве связующих в производстве графитовых электродов [7-9]. Определен фракционный состав полученных в ходе термолиза жидких продуктов термолиза (дистиллят), результаты представлены на рис. 3, 4. Рис. 3. Фракционный состав дистиллята термолиза при 420°С Рис. 4. Фракционный состав дистиллята термолиза при 450°С Дистиллят, полученный при давлении 0,01 МПа и 420°С (эксперименты 1, 3, 4), содержит около 3-6% бензиновых фракций (

Ключевые слова

нефтепереработка, жидкофазный термолиз, мазут, нефтяной пек, нефтяной кокс, дистиллятные фракции, oil refining, liquid-phase thermolysis, mazut, petroleum pitch, petroleum coke, distillate

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Чуркин Руслан АлександровичТомский государственный университеттехник Инновационно-технологического центра Сибирского физико-технического института им. акад. В.Д. Кузнецоваru-line@yandex.ru
Яновский Вячеслав АлександровичТомский государственный университетканд. хим. наук, ст. науч. сотр. Инновационно-технологического центра Сибирского физико-технического института им. акад. В.Д. Кузнецоваyavatpu@yandex.ru
Третьяков Алексей НиколаевичТомский политехнический университетканд. хим. наук, ст. преподаватель кафедры геоэкологии и геохимииtretyakov@tpu.ru
Жук Владислав ВитальевичООО «МедКонтрастСинтез»химикvladzhuk1980@gmail.com
Андропов Михаил ОлеговичТомский государственный университеттехник Инновационно-технологического центра Сибирского физико-технического института им. акад. В.Д. Кузнецоваhudojnick@ya.ru
Всего: 5

Ссылки

Чернышева Е.А. Проблемы и пути развития глубокой переработки нефти в России // Бурение и нефть. 2011. № 5. URL: http://burneft.ru/archive/issues/2011-05/2
Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. : утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. № 1715-р. URL: http://www.atominfo.ru/files/strateg/strateg.htm (дата обращения: 02.09.2013).
Теляшев Э., Хайрудинов И. Нефтепереработка: новые-старые разработки // Химический журнал. 2004. № 10-11. С. 68-71.
Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: учеб. пособие для вузов. Уфа : Гилем, 2002. 672 с.
Капустин В.М., Гуреев А.А. Технология переработки нефти. Ч. 2: Деструктивные процессы. М. : КолосС, 2007. 334 с.
Запылкина В.В., Жирнов Б.С., Хайрудинов И.Р. Зависимость спекаемости нефтяного пека от его группового химического состава // Нефтега зовое дело. 2012. № 5. С. 507-515. URL: http://www.ogbus.ru/authors/Zapylkina/Zapylkina_1.pdf
Сравнение требований к качеству нефтяных и каменноугольных пеков для электродной промышленности / Нешев А.В. и др. // Нефтеперера ботка и нефтехимия. 2011. № 11. С. 50-57.
Исследование, разработка технологии и получение в промышленных масштабах нового композиционного вяжущего - нефтяного пека ПНД / А.А. Угапьев и др. // Ползуновский альманах. 2010. № 2. С. 314-316.
Хайрудинов И.Р., Ахметов М.М., Теляшев Э.Г. Состояние и перспективы развития производства кокса и пека из нефтяного сырья // Россий ский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева). 2006. Т. L, № 1. С. 25-28.
Зуев В.П., Михайлов В.В. Производство сажи. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Химия, 1965. 328 с.
 Исследование термолиза сибирского усредненного мазута марки М-40 | Вестн. Том. гос. ун-та. 2014. № 382. DOI: 10.17223/15617793/382/37

Исследование термолиза сибирского усредненного мазута марки М-40 | Вестн. Том. гос. ун-та. 2014. № 382. DOI: 10.17223/15617793/382/37