Способ конверсии природного битума Российский патент 2019 года по МПК C10G11/02 C10C3/02 B82B3/00 

Изобретение относится к области нефтепереработки, а именно к переработке тяжелых нефтей и природных битумов, и может быть использовано для получения бензиновой и дизельной фракций.

Вследствие низкого содержания бензиновых и дизельных фракций, а также высокого содержания асфальтенов, смол (до 50% мас.), гетероатомных сера-, азот-, кислородсодержащих соединений и металлокомплексов в тяжелых нефтях и природных битумах, переработка с использованием стандартных технологий невозможна. Так как в нефтяных остатках данные компоненты сконцентрированы в большей степени, это также значительно затрудняет получение из них моторных топлив. Можно использовать ряд процессов: термический, каталитический и гидрокрекинг. При термическом крекинге тяжелого сырья, чтобы получить дополнительные количества легких фракций приходится проводить процесс при высоких температурах, что приводит к высоким выходам кокса и газа.

Гидрокрекинг перспективен, он предназначен для получения высокого количества ценных продуктов (нафта, дизельное топливо и газойль) из тяжелого углеводородного сырья. Для переработки тяжелой нефти используются жесткие условия, такие как высокое давление и температура в присутствии водорода и твердого катализатора. В процессе гидрокрекинга можно получить более высокие выходы целевых продуктов высокого качества, по сравнению с термическими процессами, но даже в этом случае он не является предпочтительным вариантом нефтеперерабатывающих заводов. Главным образом из-за более высоких инвестиционных и эксплуатационных затрат, связанных с высоким парциальным давлением водорода, необходимым для стимулирования каталитических реакций и замедления дезактивация катализатора.

Известен способ переработки облагораживания тяжелой нефти в присутствие молибден содержащего катализатора в среде водяного пара и водорода. Показано каталитическое влияние на процесс термического крекинга, приводящее к увеличению выхода жидких продуктов. Процесс проводят при температуре 450°С в реакторе проточного типа в атмосфере водорода и водяного пара. (Соснин Глеб А. Особенности структуры Mo-содержащего дисперсного катализатора в процессе облагораживания тяжелой нефти в среде водяного пара и водорода / ЖУРНАЛ СТРУКТУРНОЙ ХИМИИ. 2018. - №6. - С. 1357-1366). Недостатком способа является использование водорода при переработке сырья и дорогостоящий катализатор.

Известен способ разрушения смол и асфальтенов природного битума с содержанием смол и асфальтенов более 50% мас. в сверхкритической воде в процессе термолиза (Е.Б. Кривцов, Ю.О. Карпов, Головко А.К., Изменения структуры молекул смол и асфальтенов битума месторождения Баян-Эрхэт в процессе акватермолиза / Известия Томского политехнического университета. - 2013. - №3. - С. 86-91). Недостатком данного способа является высокая продолжительность процесса (4 часа) и увеличение выхода побочных продуктов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ каталитического крекинга тяжелых нефтей в присутствии наноразмерного порошка СеО₂ с различной кристаллической решеткой (Mehdi Dejhosseini and et. Catalytic Cracking Reaction of Heavy Oil in the Presence of Cerium Oxide Nanoparticles in Supercritical Water / Energy Fuels 2013, 27, 4624-4631). Недостатком данного способа является высокое содержание добавки (более 1% мас.), отсутствие возможности регенерации катализатора и его отделения от жидких продуктов крекинга, вследствие дорого получения катализатора.

Задачей изобретения является углубление процесса переработки тяжелого углеводородного сырья при низком содержании асфальтенов в продуктах крекинга и уменьшение побочных продуктов крекинга (газ и кокс).

Техническим результатом изобретения является получение более 65% мас. суммарного выхода бензиновых и дизельных фракций при конверсии природного битума.

Технический результат достигается проведением каталитического акватермолиза природных битумов в автоклавах в среде воздуха. В качестве добавки взят промышленный нано-размерный порошок Fe₂O₃ со средним размером частиц 114 нм, изготовленный ООО «ППТ». Количество добавки варьируется от 0,01 до 0,1% мас. на сырье, температура крекинга 450°С и продолжительность процесса 100 мин. Количество воды, добавляемой в процессе акватермолиза, составляло 22% мас. от сырья (Р=217,8 атм.).

Высокая распространенность и доступность оксида железа и воды, являющейся активным каталитическим агентом и донором водорода соответственно, позволяет использовать их для эффективной переработки тяжелого сырья с низкими капитальными затратами. В процессе акватермолиза протекает интенсивная деструкция алифатических и нафтеновых структур, а также частичное гидрирование ароматических циклов с последующим их распадом. Кроме того, высокое содержание в системе активного водорода блокирует реакции рекомбинации макрорадикалов, что способствует снижению выхода смолисто-асфальтеновых веществ и кокса с образованием максимальных количеств светлых фракций. Магнитные свойства оксида железа позволяют выделять его из жидких продуктов акватермолиза магнитной сепарацией и дают возможность его регенерации с последующим использованием. Эксперименты проведены на примере высоковязкого (1999,8 сСт) природного битума (978,1 кг/м³) с высоким содержанием серы (4,74% мас.) и смолисто-асфальтеновых веществ (32,4% мас.) и низким содержанием бензиновых (4,6% мас.) и дизельных (27,9% мас.) фракций. Количественную оценку выхода фракций определяют термогравиметрическим методом. Примеры конкретного выполнения.

Эксперименты проводились в автоклавах объемом 12 см³ в среде воздуха, загрузка сырья составляла 7 грамм во всех экспериментах.

Пример 1. К 7 г исходного битума добавляют 0,1% мас. наноразмерного порошка Fe₂O₃ и 22% мас. воды для достижения сверхкритических условий воды. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде воздуха в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице 1.

Пример 2. К 7 г исходного битума добавляют 0,05% мас. наноразмерного порошка Fe₂O₃ и 22% мас. воды для достижения сверхкритических условий воды. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде воздуха в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице 1.

Пример 3. К 7 г исходного битума добавляют 0,01% мас. наноразмерного порошка Fe₂O₃ и 22% мас. воды для достижения сверхкритических условий воды. Процесс проводят в автоклаве при температуре 450°С в среде воздуха в течение 100 минут. Показатели процесса приведены в таблице 1.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить выход бензиновых и дизельных фракций и снизить содержание асфальтенов и кокса в составе продуктов крекинга тяжелого углеводородного сырья при низком содержании добавки наноразмерного порошка оксида железа трехвалентного.

Изобретение относится к области нефтепереработки, а именно к переработке тяжелых нефтей и природных битумов, и может быть использовано для получения бензиновой и дизельной фракций. Изобретение касается способа конверсии природного битума путем каталитического акватермолиза в присутствии наноразмерного порошка, отличающегося тем, что процесс ведут в автоклаве при температуре 450°С в присутствии воды в сверхкритическом состоянии, взятой в количестве 22% мас. на сырье, и наноразмерного порошка оксида железа трехвалентного со средним размером частиц 114 нм, взятого в количестве 0,01% мас. на сырье. Технический результат - получение более 65% мас. суммарного выхода бензиновых и дизельных фракций при конверсии природного битума. 1 табл., 3 пр.

Способ конверсии природного битума путем каталитического акватермолиза в присутствии наноразмерного порошка, отличающийся тем, что процесс ведут в автоклаве при температуре 450°С в присутствии воды в сверхкритическом состоянии, взятой в количестве 22% мас. на сырье, и наноразмерного порошка оксида железа трехвалентного со средним размером частиц 114 нм, взятого в количестве 0,01% мас. на сырье.