Исследование состава газовых конденсатов Тюменской области и совершенствование технологии получения низкозастывающих дизельных топлив тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.13 ВАК РФ

Введение

Глава 1. Обзор работ по производству низкозастывающих дизельных топлив

1.1 Фазовые переходы в керосино-газойлевых фракциях при охлаждении

1.2 Карбамидная депарафинизация моторных топлив

1.3 Адсорбционная депарафинизация

1.4 Каталитическая депарафинизация

1.5 Улучшение низкотемпературных свойств моторных топлив депрессорными присадками

Глава 2. Состав и свойства исходного сырья и его фракций

Глава 3. Моделирование процесса разделения газового стабильного конденсата

3.1 Моделирование процесса «сухой» перегонки

3.2 Моделирование процесса разделения в условиях применения различных отпаривающих агентов

3.2.1 Исходные данные для моделирования

3.2.2 Моделирование процесса разделения существующего сырья

3.2.3 Моделирование процесса разделения сырья перспективного состава

Глава 4. Применение присадок для повышения качества топлив

4.1 Депрессорные присадки для дизельных топлив

4.2 Цетаноповышающие присадки к дизельным топливам

4.3 Смазывающие свойства дизельных топлив и противоизностные присадки

4.4 Использование присадок с целью производства мазутов из остатков атмосферной перегонки конденсата

Глава 5. Расчет экономической эффективности использования депрессорных присадок

В последние годы в переработку стали широко вовлекать газовые конденсаты. Основные его запасы находятся в районах Западной Сибири, Европейского Севера и Прикаспийской низменности. В районах добычи выделенный газовый конденсат подвергают деэтанизации и стабилизации, при этом из него удаляется фракция С2-С5 (ШФЛУ). Образующийся стабильный газовый конденсат содержит в основном (85%) бензиновые и дизельные фракции (до 360°С). Себестоимость добычи газоконденсата в 2-4 раза ниже себестоимости добычи нефти, а при квалифицированном ведении процесса продукты его переработки оказываются в 1,5 раза экономичнее нефтепродуктов. Газовые конденсаты, по сравнению с традиционными нефтями, имеют еще то преимущество, что их переработка позволяет без значительных капитальных затрат существенно повысить глубину переработки и выход целевых фракций от исходного сырья.

Значительная часть газовых конденсатов используется в качестве сырья пиролиза с целью получения низших олефинов, а также с целью расширения ресурсов высокооктановых компонентов моторных топлив, ароматических углеводородов, является сырьем в процессах изомеризации н-алканов С5-С6 (фракции НК-62 или НК-70) в соответствующие изоалканы и риформинга бензиновых фракций. В некоторых случаях из газовых конденсатов по простейшей технологии получают непосредственно на промыслах дизельное топливо, что крайне важно для обеспечения потребности в нем труднодоступных отдаленных районов.

В современных условиях, в связи с увеличением потребления моторных топлив с одной стороны и обострением проблем обеспечения нефтехимической промышленности сырьем возросла актуальность рационального использования ресурсов газового конденсата.

Основными способами переработки газового конденсата для получения целевых фракций - сырья для нефтехимических производств и производства моторных топлив являются перегонка и ректификация.

Процесс ректификации является одним из наиболее энергоемких процессов. Поэтому в последние годы большое внимание уделяется исследованиям, направленным на:

- экономию энергозатрат в процессах разделения;

- углубление переработки углеводородного сырья;

- повышение и оптимизацию качества нефтепродуктов;

- повышение эффективности технологических процессов;

- совершенствование технологических схем;

- внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий.

Все эти задачи в полной мере относятся и к проблеме совершенствования технологических схем и процессов разделения газовых конденсатов на Сургутском заводе стабилизации конденсата.

Актуальность проблемы. Газовые конденсаты Западной Сибири отличаются от нефтяного сырья значительно более легким фракционным составом, высоким содержанием бензиновых фракций, практическим отсутствием смолисто-асфальтеновых соединений и металлов, низким содержанием серы. Кроме того, в связи с высоким содержанием нафтеновых углеводородов они имеют хорошие низкотемпературные характеристики. Поэтому газовые конденсаты Западной Сибири являются прекрасным нефтехимическим сырьем и сырьем для производства моторных топлив. Совершенствование процессов их разделения способствует увеличению выхода целевых продуктов от их потенциального содержания в исходном сырье и повышению эффективности их дальнейшего использования. Пря-могонные бензиновые фракции, кроме использования как исходное сырье для получения высокооктановых бензинов, широко используются и как пиролизное сырье. В качестве сырья для пиролиза могут использоваться и более высококипящие фракции газового конденсата. Следовательно, исследования, направленные на более глубокое изучение состава газовых конденсатов и совершенствование процессов их разделения и улучшение качества получаемых продуктов, являются актуальными.

Цель работы. Исследование состава и физико-химических свойств исходного сырья и его фракций, как одного из важнейших факторов, влияющих на результаты разделения и на качество продуктов. Совершенствование процессов разделения на основе математического моделирования, разработка рекомендаций по оптимизации параметров процесса разделения с целью улучшения товарных характеристик моторных топлив и расширения ассортимента товарных продуктов.

Научная новизна. В результате подробных исследований с использованием современных физико-химических методов получены новые сведения о составе исходного сырья и его фракций. Установлено, что в пря-могонной бензиновой фракции концентрация нафтеновых углеводородов составляет 44 %масс, из них приблизительно 94% представлены углеводородами С6-С9. Установлено экстремально высокое содержание метилцик-логексана (12,3 %масс), его содержание в 2,6 раза выше, чем циклогекса-на. Установлены особенности распределения н-парафиновых углеводородов в дизельной фракции, которые являются главным фактором, влияющим на низкотемпературные свойства продукта.

В результате моделирования технологического процесса с учетом углеводородного и фракционного состава сырья, исследования различных присадок разработаны рекомендации по увеличению выхода и улучшению эксплутационных характеристик дизельного топлива.

Практическая ценность. По результатам исследований проведена реконструкция установки разделения стабильного конденсата на целевые фракции. Проведенная реконструкция и оптимизация параметров процесса разделения обеспечила повышение качества и выход фракций, направляемых на изомеризацию и каталитический риформинг. Кроме того, выход дизельной фракции повысился на 3 %, получена прямогонная фракция, удовлетворяющая требованиям ГОСТ на реактивное топливо ТС-1. Разработаны рекомендации по рациональному использованию кубового остатка разделения газового конденсата.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на:

- конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России (ГАНГ им. И.М. Губкина, г. Москва), 1995г.

- годичных научно-технических конференциях Казанского государственного технического университета (1998-2000г.г.);

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 статей и тезисов докладов. Две статьи приняты к печати.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и изложена на 190 страницах, включает 63 таблицы, 18 рисунков. Библиография содержит 141 источник.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате подробных исследований с использованием современных физико-химических методов получены новые сведения о составе исходного сырья и его фракций. Установлено, что в прямогонной бензиновой фракции концентрация нафтеновых углеводородов составляет 44 %масс, из них приблизительно 94% представлены углеводородами С6-С9. Установлено экстремально высокое содержание метилциклогексана (12,3 %масс), его содержание в 2,6 раза выше, чем циклогексана. Установлены особенности распределения н-парафиновых углеводородов в дизельной фракции, которые являются главным фактором, влияющим на низкотемпературные свойства продукта.

2. Проведено моделирование процесса разделения углеводородного сырья на установке получения моторных топлив с целью улучшения четкости разделения существующего ректификационного оборудования. Установлено, что для увеличения отбора фракций моторных топлив и улучшения четкости разделения необходимо увеличить долю отгона сырья до 0,97, которая обеспечивается при температуре нагрева сырья 340°С. Такой нагрев можно обеспечить за счет мощностей печи П-2.

3. В результате моделирования процесса ректификации стабильного конденсата с использованием пакета программ СНЕМСАО определена совокупность режимных параметров выделения дизельной фракции в колонне К-1:

4. Проведена поверочная оценка разделения дизельной фракции в существующей колонне К-4 (диаметр 2800 мм), имеющей 20 практических тарелок. Установлено, что при номинальной л производительности установки 480 м /ч процент захлебывания в колонне не превышает 85%, что позволяет колонне работать при максимальной эффективности.

5. С целью определения влияния различных отпаривающих агентов на выход и качество фракций промоделирована работа установки моторных топлив для различных составов сырья. В качестве отпаривающих агентов использованы водяной пар, топливный газ и прямогонная бензиновая фракция. Установлено, что ввод водяного пара в качестве отпаривающего агента позволяет увеличить отбор светлых фракций до 1,9% масс, на сырье. Чем тяжелее сырье, тем выше эффективность водяного пара. Выход фракций при применении топливного газа и прямогонной бензиновой фракции в качестве отпаривающих агентов сравним с результатами, получаемыми при использовании водяного пара. Качество получаемых фракций при применении топливного газа и прямогонной бензиновой фракции в качестве отпаривающих агентов значительно хуже (в частности по началу кипения), чем при использовании водяного пара.

6. Установлен компонентный состав базового дизельного топлива с температурой помутнения минус 25°С для производства зимнего дизельного топлива ДЗп -25/-35: фракция 130-230°С : фракция 230-330°С : фракция 180-230°С в соотношении 2,8:1,0:2,9. Осуществлен подбор депрессорных присадок к базовому дизельному топливу. В качестве присадок испытаны депрессоры ведущих европейских фирм, в том числе: BASF, Clariant, Exxon Chemical. Показано, что наиболее эффективными присадками являются являются депрессорная присадка Dodiflow 4700 и диспергатор парафинов Dodiwax 4500 фирмы "Clariant".

7. Установлено, что для дизельных топлив Сургутского ЗСК эффективной является добавка цетаноповышающих присадок в концентрации 0,1%, позволяющая получить топлива с цетановым числом 47-48 ед.

Увеличение концентрации присадок до 0,2% вряд ли целесообразно.

173

8. Исследованы противоизносные свойства газоконденсатных дизельных топлив марок ГЗп минус 15, ГЗп минус 25, ГЗп минус 35 и ГАп. Установлено, что все они не удовлетворяют требованиям европейского стандарта EN 590: 561-629 мкм, при норме не более 460 мкм.

9. Исследованы противоизносные присадки ведущих европейских фирм BASF, Clariant, Inflneum, Lubrizol. Установлено, что ввод противоизносных присадок в концентрации 50 ррш улучшают противоизносные свойства газоконденсатных дизельных топлив, создавая запас качества по этому показателю.

10.В результате исследований остатков газового конденсата, полученных от различных вариантов производства дизельных топлив ГЗп-15, ГЗп-25, Г3п-35, ГАп, и определения их основных показателей качества, установлено, что особенностями остатков газового конденсата являются их углеводородный состав, состоящий, в основном, из парафиновых углеводородов, и отсутствие высококипящих фракций гудрона. К преимуществам остатков газового конденсата, как сырья для производства остаточных топлив и процессов глубокой переработки нефти, относятся низкие значения серы (0,13-0,22%), ванадия (0,0001-0,0002%) и зольности (0,005-0,01%). Вместе с тем, они имеют высокие температуры застывания (35-45° С) и температуры текучести (37-48°С).

11.На основе остатков газового конденсата разработаны компонентные составы топлива технологического экспортного, топлива судового высоковязкого СВТ и СВС и топочных мазутов марок 40 и 100.

12.Применение депрессорных присадок к дизельным топливам, в зависимости от сорта, позволяет увеличить выход дизельного топлива от 7,5 до 18,0 %. и получить дополнительно 33,5 рубля чистой прибыли с тонны продукции.

1. Каминский Э.Ф., Пуринг М.Н., Хавкин В.А. и др. /Состояние и перспективы развития производства экологически чистых дизельных топлив, М., ЦНИИТЭНефтехим, 1995, вып. 2, с. 47.

2. Митусова Т.Н., Хвостенко H.H., Лазарева И.В. /Особенности применения дизельных топлив зимой. Нефтепереработка и нефтехимия, 1996, № 12, с. 17-19.

3. Claudy P., Letoffe J.M., King G.N. Fuel, 1991,V. 9,Ser. 1, p. 71 -92.

4. Харитонов B.B., Попова T.B. / Химическая физика, 1994, т.13, №4, с. 5-11.

5. Барсуцкий З.Р., Тульбович Б.И., Кисловец P.M. / В сб. Радиоспектроскопия, Пермь, изд. Пермского института, 1988, с. 138 -149.

6. Хрящёв A.M., Попов А.Т., Посадов H.A. / Нефтехимия, 1991, т.31, №5, с. 606 -608.

7. Прокофьева И.А. / В сб. тр. Института химии: Структура и свойства органических соединений в конденсированных фазах, Свердловск, Уральский научный центр, 1975, с.44 -47.

8. Kycherov V., Lundin A., Ross R.G. / Int. J. of Termophysics. V. 15, № 1, 1994, p. 165 -176.

9. Schmidt R., Barrall E.M. / J. of the institute of petroleum, 1965, V. 51, p. 162- 166.

10. Claudy P., Letoffe J.M. / Fuel, 1988, V. 67, p. 58-61.

11. Сюняев P.3. / Коллоидный журнал, т. 56, № 2, с. 229 234.

12. Башкатова С.Т., Россинский В.М., Коробков М.И. и др. / Химия и технология топлив и масел, 1993, № 9, с. 33 -34.

13. Патриляк К.И. / Соединения включения и некоторые проблемы гетерогенных равновесий, Киев, Наука -думка, 1987, стр. 66.

14. Давыдов С.Ю. / К теории дефектной поверхности. Активная поверхность твёрдых тел, М., 1976, стр. 64 -68.

15. Дистлер Г.И. / Информационная структура твёрдых тел как определяющих фактор гетерогенных процессов, М., 1976, стр. 96-108.

16. Патриляк К.И. / Соединения включения мочевины, 6. О движущей силе комплексообразования. Журнал физической химии, 1980, 54, № 9, стр. 2207 -2210.

17. Патриляк К.И. / Соединения включения мочевины, 7. Диаграмма состояния системы мочевина комплекс. Там же, стр. 2346 - 2349.

18. Патриляк К.И. / Соединения включения мочевины, 8. Соотношения между термодинамическими показателями в системах мочевина -парафины комплекс. Там же, стр. 2350 - 2352.

19. Усачёв В.В. / Карбамидная депарафинизация, М., Химия, 1967, с. 236.

20. Мартыненко А.Г. / Производство и применение жидких парафинов, М, Химия, 1978, с. 272.

21. Казакова Л.П., Крейн С.Э. / Физико-химические основы производства нефтяных масел, М., Химия, 1978, с. 320.

22. Рябов В.А. / Состояние и перспективы развития производства нефтяных парафинов. Химия и технология топлив и масел, 1983, № 2, с. 42.

23. Промышленное освоение установки карбамидной депарафинизации на Уфимском НПЗ. Химия и технология топлив и масел, 1967, № 6, с. 15-18.

24. Опыт освоения установки депарафинизации дизельного топлива спиртоводным раствором карбамида. / Исмайлов А.Г., Бабаев И.Д., Гусейнова H.A., Гусейнова P.A. Химия и технология топлив и масел, 1983, № 11, с. 12-13.

25. Дорогогинский А.З. / Работа коллектива ГрозНИИ в области разработки новых технологических процессов переработки нефти и нефтехимии. Труды ГрозНИИ, 1963, вып. 15, с. 3 -15.

26. Митрофанов М.Г., Бондаренко Н.И., Макарьев С.В. / О технологическом процессе депарафинизации дизельных топлив кристаллическим карбамидом. Там же, с. 137 -142.

27. Пуск и освоение установки Г -64 на Ангарском НХК. / Левин А.И., Гнатюк А.С., Коростов Ю.Е. и др. Химия и технология переработки топлив и масел, 1973, № 6, с. 5 -7.

28. Мартыненко А.Г., Игонин П.Г., Рисензон Э.Л. / Депарафинизация дизельного топлива кристаллическим карбамидом. Труды ГрозНИИ, 1974, вып. 28, с. 11 -25.

29. Rigamonti R., Penetti М., Gey R. / Paraffins dal grezzo di contemaggiore mediante con urea. 1. Stadio delle condizioni di reazions. Riv. combust, 1957, 11, №9, p. 553 567.

30. Me. Adie R.G., Frost G.B. / Studies of the mechanism of the formation and decomposition of the molecular complex between solid urea and n-octane vapor. Can. J. Chem. 1958, 36, № 4, p. 635 651.

31. Kyriacon D. / Hexagonal urea from acetone -urea adduct. J. Org. Chem., 1959, 24, № 7, p. 987 989.

32. Депарафинизация дизельного топлива водным раствором карбамида. / Клименок Б.В., Пиркис Л.Н., Скачко Е.В., Кесарев М.П. Известия вузов. Нефть и газ, 1958, № 7, с. 83 -89.

33. Иванов П.Л., Чегодаев Ф.А., Клименок Б.В. / Влияние смол Ишим-байской и Мангышлакской нефтей на стабильность эмульсии и ком-плексообразование мочевины с н-цетаном. Известия вузов. Нефть и газ, 1976, №6, с. 57-59.

34. А. с. 2377100 (СССР). Опуб. Б.И. 1979. Способ депарафинизации нефтепродуктов.

35. А. с. 2495453 (СССР). Опуб. Б.И. 1980. Способ депарафинизации нефтепродуктов.

36. А. с. 2399263 (СССР). Опуб. Б.И. 1980. Способ депарафинизации нефтепродуктов.

37. А. с. 2327419 (СССР). Опуб. Б.И. 1980. Способ депарафинизации нефтепродуктов.

38. Совершенствование установок депарафинизации дизельных топлив раствором карбамида / Сушко Л.Г., Галимов М.А., Либерман В.А., Бутаков Е.Г. и др. Нефтепереработка и нефтехимия, 1982, № 10, с. 27 -30.

39. Пат. США 5424542. Опубл Б.И. 1995. Способ оптимизации процесса удаления н-парафинов из керосина.

40. А. с. 1247405 (СССР) Опуб. Б.И. 1986. Способ депарафинизации дистиллятных нефтепродуктов.

41. Влияние кратности и состава спирто-водного раствора карбамида на процесс депарафинизации. / Скидянова Н.И., Пивоваров А.Т., Монахов Л.Ф. и др. Известия вузов. Нефть и газ, 1982, № 5, с. 46 -48.

42. Увеличение выхода парафинов и зимнего дизельного топлива при карбамидной депарафинизации. / Измайлов А.Г., Бабаев И.Д., Агаева С.М. и др. Химия и технология топлив и масел, 1980, № 6, с. 9 -11.

43. Увеличение выхода жидких парафинов при карбамидной депарафинизации. / Исмайлов А.Г., Бабаев И.Д., Кагарманова Ф.А. и др. Химия и технология топлив и масел, 1981, № 2, с. 15-17.

44. Опыт производства жидких парафинов на Новокуйбышевском НПЗ. / Милюткин B.C., Тремасов В.А., Истамгулов В.Г. и др. Нефтепереработка и нефтехимия, 1979, № 7, с. 31 -32.

45. Развитие и совершенствование процессов производства жидких парафинов. / Леонтьев Л.С., Переверзев А.Н., Мирский Я.В. Химия и технология топлив и масел, 1978, № 10, с. 7 -11.46