2.Способы переработки тяжёлого нефтяного сырья

Мировая нефтепереработка в настоящее время характеризуется сокращением запасов лёгких нефтей, увеличением роли добычи и переработки тяжёлых сернистых и высокосернистых нефтей, ужесточаются требования природоохранного законодательства к качеству нефтепродуктов. Это вызывает необходимость перестройки и модернизации нефтеперерабатывающей промышленности, строительство новых мощностей с увеличением глубины переработки и сокращением потребления мазута, а также увеличение производства высококачественных моторных топлив, отвечающих евростандартам Евро-3, Евро-4 и Евро-5 [3]. Рост спроса на моторные топлива улучшенного качества решается разработкой и внедрением технологий, направленных на глубокое превращение нефтяных остатков. Ведущие мировые компании делают ставку на комплексную технологию переработки тяжёлых нефтяных остатков (ТНО) с использованием как термических (флексикокинг, деасфальтизация, замедленное коксование), так и каталитических (каталитический крекинг FCCU, гидрокрекинг под высоким давлением Н-Oil, LC-Fining, T-Star, Isocracking) процессов [3]. Процессы гидрокрекинга характеризуются высокой гибкостью, хорошим качеством получаемых продуктов. Так, технология двухступенчатого гидрокрекинга с рециклом (TSR) компании Shevron Lummus Global позволяет достичь 100%-ной конверсии сырья, максимально требуемого качества продуктов, минимизировать расход водорода, осуществить переработку более сложного сырья и гибко регулировать выход среднедистиллятных фракций. К существенным недостаткам процесса гидрокрекинга ТНО можно отнести необходимость очень высоких инвестиций, наличие водородной установки и жёсткость условий: давление 6-25 МПа, температура 450-480°С, большой объём расходуемого водорода. В России (ФГУП «Институт горючих ископаемых») разработан оригинальный процесс термохимической переработки тяжёлых нефтяных остатков нативного и деструктивного происхождения (мазут, гудрон, тяжёлые смолы пиролиза, крекинг-остатки, отработанные масла и т.д.) в присутствии активирующих добавок, не имеющий аналогов за рубежом и осуществляемый при давлении 0,5-2 МПа, температуре 400-430°С без водорода [3].

В качестве активирующих добавок используются природные вещества сапропелитового происхождения (горючие сланцы, торф, сапропелиты, липтобиолиты, богхеды и т.д.). Эффект их воздействия на нефтяные остатки изучен на примере использования горючих сланцев [3]. Установлено, что органическая и минеральная части горючих сланцев оказывают активирующее воздействие на термическое превращение тяжёлых нефтепродуктов. Так, в области температур 370-420°С при деструкции органической массы сланца (керогена) образуются различные соединения, обладающие свойствами доноров водорода. Эти соединения активно способствуют протеканию реакций гидрирования непредельных соединений, образующихся при крекинге нефтяных остатков и препятсвуют интенсивному коксообразованию.

С другой стороны, минеральная часть сланцев, содержащая алюмосиликаты, оксиды железа, молибдена, кобальта, никеля и других каталитически активных металлов, также способствует интенсификации протекания реакций крекинга и гидрирования [3]. При применении в качестве активирующих добавок горючих сланцев в количестве 5-25% и содржащих 15-70% керогена можно регулировать процесс термического крекинга нефтяных остатков, осуществляемого в интервале температур 390-450°С, с выходом светлых дистиллятов до 70% без окатыше- и коксообразования, не превышающего 5%.

Процесс термодеструкции нефтяных остатков в присутствии органоминеральных активаторов можно интенсифицировать за счёт использования цеолитов, являющихся кислотами Бренстеда [3].

Показано, что в присутствии как органоминерального активатора, так и цеолита протекает реакция каталитического крекинга молекул тяжёлого сырья по карбоний-ионному механизму. Активирующие добавки выполняют роль как катализатора, так и аккумулятора коксовых отложений. Насыщенные коксом твёрдая фаза частиц цеолита или минеральной части горючего сланца вместе с непрореагировавшим остатком может быть использована для получения качественного дорожного битума [3].

Принципиальная блок-схема процесса включает узлы подготовки и смешения нефтяного сырья с горючим сланцем, термохимического превращения полученной смеси и разделения продуктов реакции с выделением газа, бензиновой, дизельной фракции, вакуумного газойля и крекинг-остатка. По всей технологической цепочке от подготовки сырья до разделения конечных веществ происходит выделение побочных продуктов и отходов производства (сланцевая пыль, газообразные продукты сушки сланцев, реакционная вода, дымовые газы и т.д.), т.е. процесс сопровождается выбросами антропогенного происхождения. Поэтому необходимо осуществлять процесс совместной переработки нефтяных остатков со сланцами так, чтобы его можно было отнести к условно чистым производствам, где в технологических выбросах содержание вредных веществ не превышало бы ПДК.

В работе [4] установлены источники таких выбросов по всей технологической схеме и предложены пути их уменьшения до величин, не превышающих ПДК. Разработан комплекс мер по предотвращению выбросов газообразных, жидких и твёрдых веществ при реализации процесса термохимической переработки нефтяных остатков с горючими сланцами, при осуществлении, которого удаётся предотвратить необратимые изменения физико-химических и биологических свойств экосистемы, окружающей такое предприятие.