СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АВИАЦИОННОГО СКОНДЕНСИРОВАННОГО ТОПЛИВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2012 года по МПК C10G7/00 C10L1/04 

Изобретение относится к процессам получения моторных топлив, преимущественно авиационных, используемых в газотурбинных двигателях, и предназначенных для использования в основном на местах добычи и переработки углеводородного сырья.

Известен способ получения авиационного сконденсированного топлива для газотурбинных двигателей на основе смеси парафиновых углеводородов общей формулы C_nH_2n+2-Н-деканов и Н-додеканов в количестве не менее 45 масс. ароматических углеводородов общей формулы C_nH_2n-6 в количестве 12-16 масс. олефиновых углеводородов общей формулы C_nH_2n остальное (Патент США №3985638, кл. 208-15, 1976).

Общими признаками являются:

- выделение смеси парафиновых углеводородов общей формулы C_nH_2n+2.

Недостатком известного способа является то, что получаемое топливо имеет высокую температуру застывания (от -29 до -45°С), затрудняющую его использование в районах Крайнего Севера, значительную склонность к дымлению, увеличивающему содержание токсичных веществ в отработавших продуктах сгорания, довольно сложная технология получения, а также ограниченные ресурсы для получения этого топлива.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу по обоим вариантам по технической сущности и достигаемому результату является известный способ получения авиационного сконденсированного топлива (АСКТ) для газотурбинных двигателей на основе смеси парафиновых углеводородов общей формулы C_nH_2n+2, содержащей в качестве парафиновых углеводородов парафиновую фракцию C₃-С₈ при следующем соотношении компонентов, мас. пропан C₃H₈ - 6-10, н. бутан C₄H₁₀ - 13-22, изобутан C₄H₁₀ - 34-48, н. пентан C₅H₁₂ - 10-12, изопентан C₅H₁₂ - 10-15, гексаны C₆H₁₄ - 5-11, гептаны C₇H₁₆ - 0,8-5,0, октаны C₈H_{18+высшие} - 0,4-2,1. АСКТ получают по известному способу из углеводородного сырья - широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), производимому на газоперерабатывающем заводе, например, путем низкотемпературной ректификации под давлением 30-35 кгс/см², при этом ШФЛУ подготавливают дросселированием до давления 17 кгс/см² и при температуре 78-80°С, а затем фракционируют в ректификационной колонне. Верхний продукт из ректификационной колонны охлаждают до температуры 35°С и направляют в рефлюксную емкость, из которой часть продукта пропан-бутановую фракцию (ПБФ) подают на орошение колонны, а другую часть отбирают в качестве автомобильного топлива, бытового сжиженного газа или сырья для нефтехимии или закачивают в основную массу ШФЛУ, не подвергающуюся перегонке. Нижний продукт авиационное топливо охлаждают с 93°С до 35°С и подают в товарный парк как готовый продукт (АСКТ) (Патент РФ №2044032, МПК 6 C10L 1/04).

Общими признаками известного и предлагаемого способа по первому варианту являются:

- выделение из углеводородного сырья путем подготовки и фракционирования смеси парафиновых углеводородов;

- общая формула смеси парафиновых углеводородов C_nH_2n+2;

- в качестве парафиновых углеводородов смесь содержит парафиновую фракцию С₃-С₈.

Общими признаками известного и предлагаемого способа по второму варианту являются:

- выделение из углеводородного сырья путем подготовки и фракционирования смеси парафиновых углеводородов;

- общая формула смеси парафиновых углеводородов C_nH_2n+2.

Известный способ по сравнению с предлагаемым способом по обоим вариантам имеет ряд недостатков:

- Узкий диапазон использования сырья для получения АСКТ, так как в известном способе АСКТ получают только из ШФЛУ, исключая возможность использования другого углеводородного сырья, применение безотходной технологии, что снижает технологичность и экономичность способа, сокращает ассортимент возможности по расширению продукции объектов подготовки и переработки углеводородного сырья.

- Ограничение содержания пропана 6-10% также не позволяет расширить диапазон используемого сырья и снижает технологичность получения АСКТ.

- Ограничение состава получаемого АСКТ фракцией углеводородов С₃-С₈ не позволяет зачастую использовать для его получения и ШФЛУ, выделяемую в процессе переработки нефтяного и природного газа, а также при стабилизации нефти и продуктов вторичных процессов переработки нефти на НПЗ, так как используемое в известном способе сырье изначально имеет углеводороды до C₁₂.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение ассортимента авиационного топлива, получаемого из углеводородного сырья, с расширением сырьевой базы и обеспечением возможности использования способа на различных объектах подготовки и переработки углеводородного сырья, а также упрощение технологии производства авиационного сконденсированного топлива.

Этот результат достигается тем, что по первому варианту в способе получения авиационного сконденсированного топлива, включающем выделение из углеводородного сырья путем подготовки и фракционирования смеси парафиновых углеводородов общей формулы C_nH_2n+2, содержащей в качестве парафиновых углеводородов парафиновую фракцию C₃-С₈, новым является то, что в качестве углеводородного сырья используют попутный нефтяной газ или природный газ, при этом выделяют смесь парафиновых углеводородов, дополнительно включающую фракцию C₉-С₁₂, при следующем содержании компонентов, % масс.:

C₃H₈ - 0,1-12,0

ΣC₄H₁₀ - 24,0-72,0

ΣC₅H₁₂ - 4,0-36,0

ΣC₆H₁₄ - 0,3-14,0

ΣC₇H₁₆ - 0,1-9,0

ΣC₈H₁₈ - 0,01-3,0

ΣC₉H₂₀-C₁₂H₂₆ - остальное до 100%,

при этом суммарное содержание ароматических и нафтеновых углеводородов составляет не более 6,0% масс., а давление насыщенных паров смеси составляет, МПа (кгс/см, абс.):

при 20°С - не более 0,26 (2,6);

при 45°С - не более 0,50 (5,0).

Технический прием, заключающийся в том, что заявляемый способ получения авиационного сконденсированного топлива (АСКТ) предлагаемого состава позволит получить новый вид высоколиквидной и высокорентабельной продукции за счет использования безотходного производства из имеющегося сырья - природного и нефтяного газа одним из известных способов, как с получением широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), так и минуя стадию получения ШФЛУ.

Известные технологии, которые могут быть использованы для получения предлагаемой смеси парафиновых углеводородов, реализуются на всех газоперерабатывающих заводах, установках комплексной переработки газа и малогабаритных промысловых установках подготовки газа, т.е. уже на этой стадии подготовки и переработки углеводородного газа возможно получение авиационного сконденсированного топлива. При необходимости дальнейшей переработки полученных углеводородов позволит нижним продуктом получать авиационное сконденсированное топливо предлагаемого состава.

При организации получения АСКТ на промысле технология выработки будет состоять из следующих основных известных технологических процессов: подготовки, включающей компримирование, охлаждение, сепарацию, осушку и далее переработку газа. Подготовка и переработка попутного нефтяного газа осуществляется методом низкотемпературной сепарации, низкотемпературной абсорбции или методом низкотемпературной конденсации с применением пропанового или внутреннего холодильного цикла. Таким образом, вышеназванные технологические приемы обеспечивают простоту и технологичность получения АСКТ.

Предлагаемый способ получения смеси парафиновых углеводородов, дополнительно включающий фракцию C₉-С₁₂ при заявляемом соотношении компонентов, при суммарном содержании ароматических и нафтеновых углеводородов не более 6,0% масс. и при обеспечении давления насыщенных паров смеси при 20°С - не более 0,26 МПа ((2,6 кгс/см², абс.), а при 45°С - не более 0,50 МПа (5.0 кгс/см², абс.), позволяет использовать данное топливо во всем температурном диапазоне, в котором эксплуатируется авиационная газотурбинная техника, при этом расширяется ассортимент продукции, выпускаемой газоперерабатывающими заводами или промысловыми установками подготовки и переработки нефтяного и природного газа.

Тот же результат достигается также тем, что по второму варианту в способе получения авиационного сконденсированного топлива, включающем выделение из углеводородного сырья путем подготовки и фракционирования смеси парафиновых углеводородов общей формулы C_nH_2n+2, новым является то, что в качестве углеводородного сырья используют углеводородные потоки нефтеперерабатывающего или нефтехимического завода, в виде газов стабилизации нефти или газов стабилизации конденсата, газов стабилизации вторичных процессов переработки нефти, при этом выделяют смесь парафиновых и олефиновых углеводородов, включающую фракцию C₃-С₁₂, при следующем соотношении компонентов, % масс.:

ΣC3H8-С3Н6 - 2,0-12,0

ΣC4H10-C4H8 - 24,0-72,0

ΣC5H12-C5H10 - 4,0-36,0

ΣC6H14-C6H12 - 0,3-14,0

ΣC7H16-C7H14 - 0,1-9,0

ΣC8H18-C8H16 - 0,01-3,0

ΣC₉H₂₀-C₁₂H₂₆ - остальное до 100%,

причем суммарное содержание олефиновых углеводородов C_nH_2n в смеси - не более 10% масс., а давление насыщенных паров смеси составляет, МПа (кгс/см², абс.):

при 20°С - не более 0.26 (2,6);

при 45°С - не более 0,50 (5.0),

кроме того, содержание ароматических и нафтеновых углеводородов составляет не более 6,0% масс.

Технический прием, заключающийся также в том, что в качестве углеводородного сырья в заявляемом способе получения АСКТ используют углеводородные потоки нефтеперерабатывающего завода, в виде газов стабилизации нефти или газов стабилизации конденсата, газов стабилизации вторичных процессов переработки нефти, например каталитического крекинга, риформинга с выделением смеси парафиновых и олефиновых углеводородов, включающей фракцию С₃-С₁₂, причем суммарное содержание олефиновых углеводородов C_nH_2n в смеси ограничено и составляет не более 10% масс., кроме того, содержание ароматических и нафтеновых углеводородов составляет не более 6,0% масс., при обеспечении давления насыщенных паров смеси при 20°С - не более 0,26 МПа ((2,6 кгс/см², абс.), а при 45°С - не более 0,50 МПа (5.0 кгс/см², абс.), позволяет данным способом получить авиационное топливо, которое может быть использовано во всем температурном диапазоне, в котором эксплуатируется авиационная газотурбинная техника, при этом расширяется ассортимент продукции, выпускаемой нефтеперерабатывающими заводами. Для получения из продуктов подготовки и переработки нефти смеси парафиновых и олефиновых углеводородов в качестве АСКТ могут быть использованы известные способы разделения углеводородных смесей и выделения из заводских газов смесей С_3+выше.

Таким образом, предлагаемые варианты способа получения АСКТ позволяют расширить ассортимент авиационного топлива, получаемого из углеводородного сырья, расширить сырьевую базу, т.е. получать АСКТ из природного и попутного нефтяного газа, нестабильных нефтей и газового конденсата, продуктов вторичных процессов переработки нефти и конденсата, а следовательно, обеспечить возможность использования способа на различных объектах подготовки и переработки углеводородного сырья: газоперерабатывающих, нефте- и нефтехимперерабатывающих заводах, установках подготовки газа в удаленных районах, непосредственно в местах добычи нефти и газа, например в Западной Сибири.

Способ получения авиационного сконденсированного топлива осуществляется следующим образом.

По-первому варианту. Из углеводородного сырья, в качестве которого используют попутный нефтяной газ или природный газ, путем известных способов подготовки и фракционирования выделяют смеси парафиновых углеводородов общей формулы C_nH_2n+2, содержащей в качестве парафиновых углеводородов парафиновую фракцию C₃-С₈, которая дополнительно включает фракцию C₉-C₁₂, при следующем содержании компонентов, % масс.:

С₃Н₈ - 0,1-12,0

ΣC₄H₁₀ - 24,0-72,0

ΣC₅H₁₂ - 4,0-36,0

ΣC₆H₁₄ - 0,3-14,0

ΣC₇H₁₆ - 0,1-9,0

ΣC8H18 - 0,01-3,0

ΣC₉H₂₀-C₁₂H₂₆ - остальное до 100%.

При этом суммарное содержание ароматических и нафтеновых углеводородов в получаемой смеси составляет не более 6,0% масс., а давление насыщенных паров смеси при 20°С - не более 0,26 МПа ((2,6 кгс/см², абс.), а при 45°С - не более 0,50 МПа (5.0 кгс/см², абс.).

В качестве известного способа подготовки и фракционирования может быть использован, например, способ, включающий компримирование углеводородного сырья до 35 кгс/см² и охлаждение дросселированием, внешним или внутренним холодильным циклом до минус 10…30°С, выделение сконденсированных углеводородов. При этом в зависимости от условий компримирования и охлаждения (давления и температуры), а также отгонки ее легкой части С₁-С₃ известными способами выделяют жидкую углеводородную смесь заданного состава, представляющую собой авиационное сконденсированное топливо.

Примеры осуществления способа по первому варианту (расчетное выполнение способа).

Пример 1. Из попутного нефтяного газа различного состава (таблицы 1 и 1.1) при давлении 25 кгс/см² и температуре охлаждения минус 20°С выделяют нестабильный конденсат, а затем, отгоняя из него легкую часть (при давлении 4 кгс/см² и температуре 42°С), получают авиационное сконденсированное топливо, включающее в зависимости от состава попутного нефтяного газа следы нафтеновых и ароматических углеводородов, приведенное в таблице 1, и включающее нафтеновые и ароматические углеводороды, суммарное содержание которых не более 6,0% масс., приведенное в таблице 1.1.

Таблица 1 Наименование показателя Значение Сырье - попутный нефтяной газ Содержание компонента % масс. Двуокись углерода CO₂ 1,16 Метан CH₄ 29,50 Этан С₂Н₆ 21,41 Пропан C₃H₈ 35,09 и-Бутан i-C₄H₁₀ 5,44 н-Бутан n-C₄H₁₀ 5,42 и-Пентан i-C₅H₁₂ 0,88 н-Пентан n-C₅H₁₂ 0,38 Гексан C₆H₁₄ 0,47 Гептан C₇H₁₆ 0,16 Октан C₈H₁₈ 0,064 Нонан C₉H₂₀ 0,021 Декан + выше C₁₀H₂₂-C₁₂H₂₆ 0,0072 в том числе   Нафтеновые углеводороды следы ароматические углеводороды следы Получаемый продукт - авиационное сконденсированное топливо Содержание компонента % масс. Пропан С₃Н₈ 3,92 и-Бутан i-C₄H₁₀ 25,77 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 32,60 и-Пентан i-C₅H₁₂ 10,92 н-Пентан n-С₅Н₁₂ 5,50 Гексан С₆Н₁₄ 12,74 Гептан С₇Н₁₆ 5,01 Октан C₈H₁₈ 2,34 Нонан С₉Н₂₀ 0,87 Декан + выше С₁₀Н₂₂-С₁₂Н₂₆ 0,32 в том числе   нафтеновые углеводороды следы ароматические углеводороды следы Давление насыщенных паров, МПа абс.   при 45°С 0,44 при 20°С 0,22 Теплотворная способность (низшая), кДж/кг 45519 Плотность, кг/м³   при 20°С 598 при минус 40°С 660

Таблица 1.1 Наименование показателя Значение Сырье - попутный нефтяной газ Содержание компонента % масс. Азот N₂ 0,03 Двуокись углерода CO₂ 9,33 Метан СН₄ 56,87 Этан С₂Н₆ 17,01 Пропан С₃Н₈ 10,03 и-Бутан i-C₄H₁₀ 3,01 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 2,01 и-Пентан i-C₅H₁₂ 0,90 н-Пентан n-С₅Н₁₂ 0,40 Гексан С₆Н₁₄ 0,21 Гептан С₇Н₁₆ 0,10 Октан С₈Н₁₈ 0,03 Нонан С₉Н₂₀ 0,01 Декан С₁₀Н₂₂ 0,00 Метилциклопентан С₆Н₁₂ 0,03 Метилциклогексан C₇H₁₄ 0,01 Бензол С₆Н₆ 0,02 Толуол С₇Н₈ 0,01 Получаемый продукт - авиационное сконденсированное топливо Содержание компонента % масс. Азот N₂ 0,00 Двуокись углерода СО₂ 0,00 Метан СН₄ 0,00 Этан С₂Н₆ 0,01 Пропан С₃Н₈ 9,00 и-Бутан i-C₄H₁₀ 17,50 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 18,03 и-Пентан i-C₅H₁₂ 20,25 н-Пентан n-C₅H₁₂ 11,66 Гексан С₆Н₁₄ 10,95 Гептан C₇H₁₆ 6,26 Октан C₈H₁₈ 1,96 Нонан C₉H₂₀ 0,79 Декан С₁₀Н₂₂ 0,01 Метилциклопентан С₆Н₁₂ 1,31 Метилциклогексан C₇H₁₄ 0,61 Бензол С₆Н₆ 1,04 Толуол C₇H₈ 0,63 в том числе   нафтеновые углеводороды 1,92 ароматические углеводороды 1,67 Давление насыщенных паров, МПа абс.   при 45°С 0,44 при 20°С 0,06 Теплотворная способность, кДж/кг 45381 Плотность, кг/м³   при 20°С 608 при минус 40°С 669

Пример 2. При тех же параметрах и того же состава попутного нефтяного газа, которые указаны в примере 1, газ при давлении компримирования - 25 кгс/см² и температуре охлаждения минус 20°С подают на стадию выделения при давлении 2,4 МПа и температуре 4°С широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ), (составы указаны в таблице 2, 2.1), а затем из полученной ШФЛУ способом отгонки легкой фракции С₃-С₄ в ректификационной колонне получают авиационное сконденсированное топливо (при давлении с 11 до 17 кгс/см² и температуре 70…80°С), включающее в зависимости от состава попутного нефтяного газа, а следовательно, выделяемого ШФЛУ, следы нафтеновых и ароматических углеводородов, приведенное в таблице 2, и включающее нафтеновые и ароматические углеводороды, суммарное содержание которых не более 6,0% масс., приведенное в таблице 2.1.

Таблица 2 Наименование показателя Значение Состав ШФЛУ Содержание компонента % масс. Двуокись углерода СО₂ 0,04 Метан СН₄ 0,10 Этан С₂Н₆ 2,62 Пропан С₃Н₈ 45,03 и-Бутан i-C₄H₁₀ 15,21 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 17,83 и-Пентан i-C₅H₁₂ 5,87 н-Пентан n-C₅H₁₂ 2,95 Гексан С₆Н₁₄ 6,19 Гептан C₇H₁₆ 2,44 Октан C₈H₁₈ 1,14 Нонан С₉Н₂₀ 0,43 Декан + выше С₁₀Н₂₂-C₁₂H₂₆ 0,16 в том числе   нафтеновые углеводороды следы ароматические углеводороды следы Получаемый продукт Содержание компонента % масс. Propane C₃H₈ 10,60 i-Butane i-C₄H₁₀ 15,84 n-Butane n-C₄H₁₀ 2,68 i-Pentane i-C₅H₁₂ 14,94 n-Pentane n-C₅H₁₂ 10,39 Гексан С₆Н₁₄ 7,96 Гептан C₇H₁₆ 6,98 Октан C₈H₁₈ 3,24 Нонан C₉H₂₀ 1,85 Декан + выше С₁₀Н₂₂-C₁₂H₂₆ 0,51 в том числе   нафтеновые углеводороды следы ароматические углеводороды следы Давление насыщенных паров, МПа абс.   пои 45°С 0,49 при 20°С 0,25 Теплотворная способность (низшая), кДж/кг 45526 Плотность, кг/м³   при 20°С 600 при минус 40°С 662

Таблица 2.1 Наименование показателя Значение Сырье - ШФЛУ Содержание компонента % масс. Азот N₂ 0,00 Двуокись углерода CO₂ 0,00 Метан CH₄ 0,00 Этан C₂H₆ 2,50 Пропан С₃Н₈ 30,70 и-Бутан i-C₄H₁₀ 9,69 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 36,14 и-Пентан i-C₅H₁₂ 7,44 н-Пентан n-C₅H₁₂ 7,66 Гексан С₆Н₁₄ 3,92 Гептан С₇Н₁₆ 0,97 Октан C₈H₁₈ 0,01 Нонан C₉H₂₀ 0,01 Декан + выше С₁₀Н₂₂-C₁₂H₂₆ 0,00 Метилциклопентан C₆H₁₂ 0,41 Метилциклогексан C₇H₁₄ 0,19 Бензол С₆Н₆ 0,33 Толуол C₇H₈ 0,03 Получаемый продукт - авиационное сконденсированное топливо Содержание компонента % масс. Азот N₂ 0,00 Двуокись углерода CO₂ 0,00 Метан CH₄ 0,00 Этан С₂Н₆ 0,00 Пропан С₃Н₈ 3,00 и-Бутан i-C₄H₁₀ 12,84 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 52,94 и-Пентан i-C₅H₁₂ 11,07 н-Пентан n-C₅H₁₂ 11,40 Гексан С₆Н₁₄ 5,83 Гептан C₇H₁₆ 1,44 Октан C₈H₁₈ 0,01 Нонан C₉H₂₀ 0,02 Декан С₁₀Н₂₂ 0,01 Метилциклопентан С₆Н₁₂ 0,62 Метилциклогексан С₇Н₁₄ 0,29 Бензол С₆Н₆ 0,49 Толуол С₇Н₈ 0,05 в том числе   нафтеновые углеводороды 0,91 ароматические углеводороды 0,53 Давление насыщенных паров, МПа абс. при 45°С 0,42 при 20°С 0,05 Теплотворная способность. кДж/кг 45568 Плотность, кг/м³   при 20°С 595 при минус 40°С 655

Пример 3. При переработке природного газа различного состава (таблицы 3, 3.1), как правило, на установке комплексной подготовки газа (УКПГ) используется способ низкотемпературной сепарации (НТС), при котором газ дросселируют до 57…60 кгс/см², охлаждают за счет эффекта Джоуля-Томсона или с применением турбодетандерного агрегата до минус 15…40°С, подготовленный газ направляют в магистральный газопровод, а выделенную сконденсированную углеводородную фазу используют для получения авиационного сконденсированного топлива. Как и в предыдущих примерах, условиями процесса подготовки сырья для получения авиационного сконденсированного топлива можно варьировать: как через стадию выделения нестабильного конденсата, так и через стадию выделения ШФЛУ, а затем, отгоняя из конденсата или ШФЛУ легкую фракцию С₃-С₄ методом ректификации (например, при давлении 2,5 МПа, температуре минус 7°С), получаем авиационное сконденсированное топливо, включающее в зависимости от состава природного газа следы нафтеновых и ароматических углеводородов, приведенное в таблице 3, и включающее нафтеновые и ароматические углеводороды, суммарное содержание которых не более 6,0% масс., приведенное в таблице 3.1.

Таблица 3 Наименование показателя Значение Сырье - природный газ Содержание компонента % масс. Азот N₂ 0,313 Двуокись углерода CO₂ 1,572 Метан CH₄ 83,129 Этан C₂H₆ 5,303 Пропан С₃Н₈ 4,504 и-Бутан i-C₄H₁₀ 1,136 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 1,914 и-Пентан i-C₅H₁₂ 0,765 н-Пентан n-C₅H₁₂ 0,684 Гексан С₆Н₁₄ 0,404 Гептан С₇Н₁₆ 0,162 Октан C₈H₁₈ 0,077 Нонан C₉H₂₀ 0,029 Декан + выше С₁₀Н₂₂-C₁₂H₂₆ 0,008 в том числе   нафтеновые углеводороды следы ароматические углеводороды следы Получаемый продукт Содержание компонента % масс. Этан C₂H₆ 0,003 Пропан С₃Н₈ 3,500 и-Бутан i-C₄H₁₀ 14,867 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 31,978 и-Пентан i-C₅H₁₂ 16,551 н-Пентан n-C₅H₁₂ 15,615 Гексан С₆Н₁₄ 10,215 Гептан С₇Н₁₆ 4,256 Октан C₈H₁₈ 2,037 Нонан C₉H₂₀ 0,766 Декан + выше С₁₀Н₂₂-C₁₂H₂₆ 0,213 в том числе   нафтеновые углеводороды следы ароматические углеводороды следы Давление насыщенных паров, МПа абс.   при 45°С 0,38 при 20°С 0,19 Теплотворная способность (низшая), кДж/кг 45490 Плотность, кг/м³   при 20°С 604 при минус 40°С 665

Таблица 3.1 Наименование показателя Значение Сырье - природный газ Содержание компонента % масс. Двуокись углерода N₂ 0,302 Азот CO₂ 0,862 Метан CH₄ 85,092 Этан C₂H₆ 4,345 Пропан С₃Н₈ 5,063 и-Бутан i-C₄H₁₀ 1,912 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 1,844 и-Пентан i-C₅H₁₂ 0,350 н-Пентан n-C₅H₁₂ 0,200 Гексан С₆Н₁₄ 0,022 Гептан С₇Н₁₆ 0,003 Октан C₈H₁₈ 0,000 Нонан C₉H₂₀ 0,000 Декан + выше С₁₀Н₂₂ 0,000 Метилциклопентан C₆H₁₂ 0,001 Метилциклогексан C₇H₁₄ 0,000 Бензол С₆Н₆ 0,004 Толуол C₇H₈ 0,001 Получаемый продукт Содержание компонента % масс. Этан C₂H₆ 0,100 Пропан С₃Н₈ 8,413 и-Бутан i-C₄H₁₀ 19,328 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 31,520 и-Пентан i-C₅H₁₂ 17,365 н-Пентан n-C₅H₁₂ 14,438 Гексан С₆Н₁₄ 5,381 Гептан С₇Н₁₆ 1,739 Октан C₈H₁₈ 0,000 Нонан C₉H₂₀ 0,000 Декан + выше С₁₀Н₂₂ 0,000 Метилциклопентан C₆H₁₂ 0,123 Метилциклогексан C₇H₁₄ 0,059 Бензол С₆Н₆ 0,894 Толуол C₇H₈ 0,642 в том числе   нафтеновые углеводороды 0,182 ароматические углеводороды 1,535 Давление насыщенных паров, МПа абс.   при 45°С 0,48 при 20°С 0,06 Теплотворная способность (низшая), кДж/кг 45542 Плотность, кг/м³   при 20°С 591 при минус 40°С 654

Из приведенных примеров 1-3 осуществления способа по варианту 1 следует, что во всех случаях давление насыщенных паров у полученного авиационного сконденсированного топлива не превышает 0,26 МПа (2,6 кгс/см², абс.) при 20°С и 0,50 МПа (5,0 кгс/см², абс.) при 45°С. Содержание пропана при этом может быть менее 6% и более 10% масс., что полностью зависит от состава исходного сырья (нефтяного или природного газа). Теплотворная способность полученного топлива во всех случаях выше, чем у авиационного керосина (45519 против 42900 кДж/кг).

Из вышеизложенного следует, что приведенные составы и свойства получаемого авиационного сконденсированного топлива являются обоснованными и приемлемыми для использования.

Увеличение содержания пропана более 12% масс. приводит к резкому увеличению давления насыщенных паров, например, при содержании пропана 13% масс. давление насыщенных паров при 45°С составляет 0,54 МПа (5,4 кгс/см² абс.), что требует конструктивных изменений в системе подачи топлива, а снижение содержания пропана ниже 0,1% масс. приводит к снижению теплоты сгорания и тем самым к увеличению расхода топлива. Таким образом, предлагаемый состав АСКТ является оптимальным.

По второму варианту способ осуществляется следующим образом: из углеводородного сырья, в качестве которого используют углеводородные потоки нефтеперерабатывающего или нефтехимического заводов, в виде газов стабилизации нефти или газов стабилизации конденсата, газов стабилизации вторичных процессов переработки нефти, полученных, например, каталитическим крекингом, риформингом, путем известных способов подготовки и фракционирования выделяют смесь парафиновых и олефиновых углеводородов общей формулы C_nH_2n+2, которая включает фракцию C₃-С₁₂. В получаемой смеси суммарное содержание олефиновых углеводородов C_nH_2n ограничено и составляет не более 10% масс., а давления насыщенных паров смеси при 20°С - не более 0,26 МПа (2,6 кгс/см², абс.), а при 45°С - не более 0,50 МПа (5,0 кгс/см², абс.). В смеси ограничено содержание ароматических и нафтеновых углеводородов, которое составляет не более 6,0% масс., при этом смесь парафиновых и олефиновых углеводородов выделяют при следующем соотношении компонентов, % масс.:

ΣC₃H₈-С₃Н₆ - 2,0-12,0

ΣC₄H₁₀-С₄Н₈ - 24,0-72,0

ΣC₅H₁₂-С₅Н₁₀ - 4,0-36,0

ΣC₆H₁₄-C₆H₁₂ - 0,3-14,0

ΣC₇H₁₆-С₇Н₁₄ - 0,1-9,0

ΣC₈H₁₈-С₈Н₁₆ - 0,01-3,0

ΣC₉H₂₀-C₁₂H₂₆ - остальное до 100%.

Для получения АСКТ предлагаемого состава, например, из газов стабилизации нефти или газов стабилизации конденсата, газов стабилизации вторичных процессов переработки нефти - используют известный способ (как описано по первому варианту), включающий компримирование газа, его охлаждение дросселированием, внешним или внутренним холодильным циклом до минус 30°С, выделение сконденсированных углеводородов.

В зависимости от условий компримирования и охлаждения, а также отгонки ее легкой части С₁-С₃ известными способами выделенная жидкая углеводородная смесь представляет собой авиационное сконденсированное топливо.

Примеры осуществления способа по второму варианту.

Пример 4. Исходное сырье - газ стабилизации катализата - продукт вторичной переработки нефти, а именно риформинга (состав которого приведен в таблице 4), после его компримирования до давления 25 кгс/см², охлаждают дросселированием, внешним или внутренним холодильным циклом до минус 20°С, а затем выделяют путем ректификации жидкую углеводородную смесь заданного состава, представляющую собой авиационное сконденсированное топливо, представленное в таблице 4.

Таблица 4 Наименование показателя Значение Сырье - газ стабилизации катализата риформинга Содержание компонента % масс. Метан СН₄ 4,455 Этилен С₂Н₄ 2,091 Этан С₂Н₆ 6,361 Пропен С₃Н₆ 2,768 Пропан С₃Н₈ 52,627 и-Бутан i-С₄Н₁₀ 10,588 Бутен С₄Н₈ 1,580 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 11,219 и-Пентан i-C₅H₁₂ 2,942 Пентен С₅Н₁₀ 0,099 н-Пентан n-С₅Н₁₂ 1,988 2,2-Диметилбутан и-С₆Н₁₄ 0,368 2-Метилпентан и-С₆Н₁₄ 0,692 Гексен С₆Н₁₂ 0,063 н-Гексан С₆Н₁₄ 0,298 Метилциклопентан С₆Н₁₂ 0,206 Бензол C₆H₆ 0,151 Циклогексан С₆Н₁₂ 0,064 2,2-Диметилпентан С₇Н₁₆ 0,193 1,1-Диметилциклопентан С₇Н₁₄ 0,123 Метилциклогексан С₇Н₁₄ 0,244 Толуол С₇Н₈ 0,279 2,2-Диметилгексан C₈H₁₈ 0,065 1-транс-2-цис-3-Триметилциклопентан C₈H₁₆ 0,230 н-Октан C₈H₁₈ 0,007 Этилбензол C₈H₁₀ 0,028 м-Ксилол С₈Н₁₀ 0,145 2,4-Диметилгептан С₉Н₂₀ 0,048 н-Нонан С₉Н₂₀ 0,003 1-Метил-3-Этилбензол С₉Н₁₂ 0,046 Циклодекан С₁₀Н₂₀ 0,0008 2,7-Диметилоктан С₁₀Н₂₂ 0,008 Н-Декан С₁₀Н₂₂ 0,0006 м-Кумол С₁₀Н₁₄ 0,012 н-Ундекан С₁₁Н₂₄ 0,0002 Ундекен С₁₁Н₂₂ 0,003 Додекан С₁₂Н₂₆ 0,004 Получаемый продукт - авиационное сконденсированное топливо Содержание компонента % масс. Этан С₂Н₆ 0,000 Пропен С₃Н₆ 0,093 Пропан С₃Н₈ 5,010 и-Бутан i-С₄Н₁₀ 27,617 Бутен С₄Н₈ 4,003 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 34,448 и-Пентан i-C₅H₁₂ 9,526 Пентен С₅Н₁₀ 0,322 н-Пентан n-С₅Н₁₂ 6,474 2,2-Диметилбутан и-С₆Н₁₄ 1,206 2-Метилпентан и-С₆Н₁₄ 2,271 Гексен С₆Н₁₂ 0,208 н-Гексан С₆Н₁₄ 0,981 Метилциклопентан С₆Н₁₂ 0,676 Бензол C₆H₆ 0,496 Циклогексан С₆Н₁₂ 0,209 2,2-Диметилпентан С₇Н₁₆ 0,636 1,1-Диметилциклопентан С₇Н₁₄ 0,404 Метилциклогексан С₇Н₁₄ 0,684 Толуол С₇Н₈ 0,921 2,2-Диметилгексан C₈H₁₈ 0,214 1-транс-2-цис-3-Триметилциклопентан C₈H₁₆ 0,758 н-Октан C₈H₁₈ 0,023 Этилбензол C₈H₁₀ 0,091 м-Ксилол С₈Н₁₀ 0,479 2,4-Диметилгептан С₉Н₂₀ 0,156 н-Нонан С₉Н₂₀ 0,008 1-Метил-3-Этилбензол С₉Н₁₂ 0,150 Циклодекан С₁₀Н₂₀ 0,003 2,7-Диметилоктан С₁₀Н₂₂ 0,027 Н-Декан С₁₀Н₂₂ 0,002 м-Кумол С₁₀Н₁₄ 0,039 н-Ундекан С₁₁Н₂₄ 0,0007 Ундекен С₁₁Н₂₂ 0,003 Додекан С₁₂Н₂₆ 0,009 в том числе   олефиновые углеводороды 4,50 нафтеновые углеводороды 2,73 ароматические углеводороды 2,18 Давление насыщенных паров, МПа абс.   при 45°С 0,49 при 20°С 0,24 Теплотворная способность (низшая), кДж/кг 44752 Плотность, кг/м³   при 20°С 592 при минус 40°С 656

Пример 5. Исходное сырье - газ стабилизации нефти - углеводородный поток нефтеперерабатывающего завода (состав которого приведен в таблице 5) после его компримирования до давления 25 кгс/см² охлаждают дросселированием, внешним или внутренним холодильным циклом до минус 20°С, а затем выделяют путем ректификации жидкую углеводородную смесь заданного состава, представляющую собой авиационное сконденсированное топливо, представленное в таблице 5.

Таблица 5 Наименование показателя Значение Сырье - газ стабилизации нефти Содержание компонента % масс. Азот N₂ 1,773 Метан CH₄ 34,125 Двуокись углерода CO₂ 0,551 Этан C₂H₆ 3,520 Пропан С₃Н₈ 19,087 изобутан i-C₄H₁₀ 15,119 н-бутан n-С₄Н₁₀ 22,993 изопентан i-C₅H₁₂ 1,691 н-пентан n-C₅H₁₂ 0,980 метилпентан и-С₆Н₁₄ 0,108 гексан С₆Н₁₄ 0,029 метилциклопентан C₆H₁₂ 0,014 бензол C₆H₆ 0,003 гептан С₇Н₁₆ 0,005 метилциклогексан C₇H₁₄ 0,002 толуол C₇H₈ 0,000 октан C₈H₁₈ 0,000 нонан С₉Н₂₀ 0,000 декан + выше С₁₀Н₂₂ 0,000 в том числе   олефиновые углеводороды следы Получаемый продукт - авиационное сконденсированное топливо Содержание компонента % масс. пропан С₃Н₈ 0,487 изобутан i-C₄H₁₀ 36,614 н-бутан n-С₄Н₁₀ 55,682 изопентан i-C₅H₁₂ 4,311 н-пентан n-C₅H₁₂ 2,499 метилпентан и-С₆Н₁₄ 0,274 гексан С₆Н₁₄ 0,074 бензол C₆H₁₂ 0,036 гептан C₆H₆ 0,007 метилциклогексан С₇Н₁₆ 0,012 толуол C₇H₁₄ 0,004 октан C₈H₁₈ 0,000 нонан C₉H₂₀ 0,000 декан + выше С₁₀Н₂₂ 0,000 в том числе   олефиновые углеводороды следы нафтеновые углеводороды 0,040 ароматические углеводороды 0,007 Давление насыщенных паров, МПа абс.   При 45°С 0,48 при 20°С 0,06 Теплотворная способность, кДж/кг 45682 Плотность, кг/м³   при 20°С 573 при минус 40°С 639

Пример 6. Исходное сырье - газ стабилизации конденсата - углеводородный поток нефтеперерабатывающего завода (состав которого приведен в таблице 6) после его компримирования до давления 25 кгс/см² охлаждают дросселированием, внешним или внутренним холодильным циклом до минус 20°С, а затем выделяют путем ректификации жидкую углеводородную смесь заданного состава, представляющую собой авиационное сконденсированное топливо, представленное в таблице 6.

Таблица 6 Наименование показателя Значение Сырье - газ стабилизации конденсата Содержание компонента % масс. Азот N₂ 0,025 Двуокись углерода CO₂ 26,074 Метан CH₄ 40,493 Этан C₂H₆ 13,274 Пропан С₃Н₈ 12,480 и-Бутан i-C₄H₁₀ 3,239 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 3,042 Бутен n-C₄H₈ 0,120 и-Пентан i-C₅H₁₂ 0,757 н-Пентан n-С₅Н₁₂ 0,237 Гексан С₆Н₁₄ 0,090 Гексен C₆H₁₂ 0,010 Гептан C₇H₁₆ 0,068 Октан C₈H₁₈ 0,005 Нонан C₉H₂₀ 0,001 Декан С₁₀Н₂₂ 0,001 Бензол C₆H₆ 0,013 Толуол С₇Н₈ 0,004 Метилциклопентан С₆Н₁₂ 0,048 Метилциклогексан С₇Н₁₄ 0,019 n-С11 С₁₁Н₂₄ 0,00020 Получаемый продукт - авиационное сконденсированное топливо Содержание компонента % масс. Азот N₂ 0,000 Двуокись углерода CO₂ 0,000 Метан CH₄ 0,000 Этан C₂H₆ 0,000 Пропан С₃Н₈ 4,997 и-Бутан i-C₄H₁₀ 26,213 н-Бутан n-С₄Н₁₀ 34,514 Бутен C₄H₈ 1,200 и-Пентан i-C₅H₁₂ 17,295 н-Пентан n-С₅Н₁₂ 6,310 Гексан С₆Н₁₄ 3,208 Гексен C₆H₁₂ 0,350 Гептан C₇H₁₆ 2,610 Октан C₈H₁₈ 0,196 Нонан C₉H₂₀ 0,039 Декан С₁₀Н₂₂ 0,032 Бензол C₆H₆ 0,462 Толуол С₇Н₈ 0,135 Метилциклопентан С₆Н₁₂ 1,711 Метилциклогексан С₇Н₁₄ 0,721 n-С11 С₁₁Н₂₄ 0,008 в том числе   олефиновые углеводороды 1,550 нафтеновые углеводороды 2,433 ароматические углеводороды 0,596 Давление насыщенных паров, МПа абс.   при 45°С 0,46 при 20°С 0,23 Теплотворная способность, кДж/кг 45527 Плотность, кг/м³   при 20°С 590 при минус 40°С 654

Из приведенных примеров 4, 5, 6 осуществления способа по второму варианту следует, что в данном случае давление насыщенных паров у полученного авиационного сконденсированного топлива не превышает 0,26 МПа (2,6 кгс/см², абс.) при 20°С и 0,50 МПа (5,0 кгс/см², абс.) при 45°С. Содержание олефиновых углеводородов не более 10% масс., ароматических и нафтеновых углеводородов не более 6,0% масс. Содержание этих углеводородов в авиационном сконденсированном топливе зависит от наличия их в сырье, и какому процессу переработки подвергалось углеводородное сырье нефтеперерабатывающего или нефтехимического заводов (например, каталитический крекинг, риформинг и т.д.). Теплотворная способность полученного топлива выше, чем у авиационного керосина (44752 против 42900 кДж/кг).

Из вышеизложенного следует, что приведенный состав и свойства предлагаемого авиационного сконденсированного топлива являются обоснованными и приемлемыми для использования.

Увеличение содержания ароматических углеводородов более 6,0% масс. приводит к увеличению загрязнения выхлопов, и тем самым ухудшает экологическую обстановку, а повышение содержания олефиновых углеводородов более 10% масс. приводит к снижению стабильности топлива. Таким образом, предлагаемый состав авиационного сконденсированного топлива является оптимальным.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать авиационное сконденсированное топливо в широком диапазоне его компонентного состава из различного углеводородного сырья на различных объектах подготовки и переработки углеводородного сырья топливно-энергетического комплекса: промысловых объектах сбора и подготовки нефти и газа нефтяных и газовых компаний, трассах продуктопроводов, транспортирующих ШФЛУ или нестабильный конденсат, газоперерабатывающих заводах, нефтеперерабатывающих заводах. Производство наиболее эффективно при организации на оборудованных площадках, имеющих определенную инфраструктуру (наличие электроэнергии, тепла, подъездных дорог и т.д.). Используя упрощенную технологию производства, способ позволяет решить проблемы производства авиационного топлива для газотурбинных самолетов (вертолетов) в непосредственной близости к местам потребления из доступного и часто неиспользуемого сырья. Способ получения авиационного сконденсированного топлива одновременно позволит получить новый вид высоколиквидной и высокорентабельной продукции за счет внедрения безотходного производства из имеющегося сырья - природного и попутного нефтяного газа.

Изобретение относится к процессам получения моторных топлив, преимущественно авиационных, используемых в газотурбинных двигателях, и предназначенных для использования в основном на местах добычи и переработки углеводородного сырья. Изобретение касается способа получения авиационного сконденсированного топлива, включающего выделение из углеводородного сырья путем подготовки и фракционирования смеси парафиновых углеводородов общей формулы C_nH_2n+2, содержащей в качестве парафиновых углеводородов парафиновую фракцию C₃-С₈, при этом в качестве углеводородного сырья используют попутный нефтяной газ или природный газ, из которого выделяют смесь парафиновых углеводородов, дополнительно включающую фракцию C₉-C₁₂, при следующем содержании компонентов, % масс: C₃H₈ - 0,1-12,0; ΣC₄H₁₀ - 24,0-72,0; ΣC₅H₁₂ - 4,0-36,0; ΣC₆H₁₄ - 0,3-14,0; ΣC₇H₁₆ - 0,1-9,0; ΣC₈H₁₈ - 0,01-3,0; ΣC₉H₂₀-C₁₂H₂₆ - остальное до 100%, при этом суммарное содержание ароматических и нафтеновых углеводородов составляет не более 6,0% масс., а давление насыщенных паров смеси составляет, МПа (кгс/см, абс.): при 20°С - не более 0,26 (2,6); при 45°С - не более 0,50 (5,0). Изобретение также касается варианта способа получения авиационного сконденсированного топлива. Технический результат - расширение ассортимента авиационного топлива, получаемого из углеводородного сырья, упрощение технологии производства авиационного сконденсированного топлива (АСКТ). 2 н.п. ф-лы, 9 табл., 6 пр.

1. Способ получения авиационного сконденсированного топлива, включающий выделение из углеводородного сырья путем подготовки и фракционирования смеси парафиновых углеводородов общей формулы C_nH_2n+2, содержащей в качестве парафиновых углеводородов парафиновую фракцию C₃-С₈, отличающийся тем, что в качестве углеводородного сырья используют попутный нефтяной газ или природный газ, при этом выделяют смесь парафиновых углеводородов, дополнительно включающую фракцию C₉-C₁₂, при следующем содержании компонентов, мас.%:
C₃H₈ 0,1-12,0
ΣC₄H₁₀ 24,0-72,0
ΣC₅H₁₂ 4,0-36,0
ΣC₆H₁₄ 0,3-14,0
ΣC₇H₁₆ 0,1-9,0
ΣC₈H₁₈ 0,01-3,0
ΣC₉H₂₀-C₁₂H₂₆ остальное до 100%,
при этом суммарное содержание ароматических и нафтеновых углеводородов составляет не более 6,0 мас.%, а давление насыщенных паров смеси составляет, МПа (кгс/см², абс.):
при 20°С не более 0,26 (2,6);
при 45°С не более 0,50 (5,0).

2. Способ получения авиационного сконденсированного топлива, включающий выделение из углеводородного сырья путем подготовки и фракционирования смеси парафиновых углеводородов общей формулы C_nH_2n+2, отличающийся тем, что в качестве углеводородного сырья используют углеводородные потоки нефтеперерабатывающего или нефтехимического завода, в виде газов стабилизации нефти или газов стабилизации конденсата, газов стабилизации вторичных процессов переработки нефти, при этом выделяют смесь парафиновых и олефиновых углеводородов, включающую фракцию C₃-С₁₂, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ΣC₃H₈-C₃H₆ 2,0-12,0
ΣC₄H₁₀-C₄H₈ 24,0-72,0
ΣC₅H₁₂-C₅H₁₀ 4,0-36,0
ΣC₆H₁₄-C₆H₁₂ 0,3-14,0
ΣC₇H₁₆-C₇H₁₄ 0,1-9,0
ΣC₈H₁₈-C₈H₁₆ 0,01-3,0
ΣC₉H₂₀-C₁₂H₂₆ остальное до 100%,
причем суммарное содержание олефиновых углеводородов C_nH_2n в смеси не более 10 мас.%, а давление насыщенных паров смеси составляет, МПа (кгс/см², абс.):
при 20°С не более 0,26 (2,6);
при 45°С не более 0,50 (5,0),
кроме того, содержание ароматических и нафтеновых углеводородов составляет не более 6,0 мас.%.