Разработка технологии экстракционного облагораживания дизельных фракций с применением n-метилпирролидона

На правах рукописи

АППАЗОВ АРТУР ЮСИПОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРАКЦИОННОГО

ОБЛАГОРАЖИВАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ФРАКЦИЙ

С ПРИМЕНЕНИЕМ N-МЕТИЛПИРРОЛИДОНА

Специальность 05.17.07 – Химическая технология топлива и

высокоэнергетических веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Астрахань – 2013

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» на кафедре «Химическая технология переработки нефти и газа»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Пыхалова Наталья Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Овчаров Сергей Николаевич

(ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный

университет», заведующий кафедрой технологии

переработки нефти и промышленной экологии,

г. Ставрополь)

кандидат технических наук, доцент

Дорогочинская Виктория Акивовна

(ФГБОУ ВПО «РГУ нефти и газа им. Губкина»,

доцент кафедры химии и технологии смазочных

материалов и химмотологии, г. Москва)

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный

технологический университет» (г. Краснодар)

Защита состоится «7» июня 2013 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 307.001.04 при ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ, учебный корпус №2, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГТУ (414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 16, главный учебный корпус АГТУ).

Автореферат разослан «30» апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор химических наук, доцент Е.В. Шинкарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

В связи с переходом нефтеперерабатывающей промышленности России на выпуск топлив, соответствующих экологическим стандартам Евро-3 и Евро-4, перед отечественной нефтеперерабатывающей промышленностью встает задача по внедрению новых технологий и процессов, позволяющих получать экологически чистые дизельные топлива, отвечающие современным и перспективным требованиям европейских экологических стандартов. Особое внимание уделяется содержанию серы и полициклических ароматических углеводородов, что связано с большой токсичностью продуктов сгорания, а также цетановому числу.

Содержание серы в дизельном топливе обычно понижают, подвергая его гидроочистке. Для этой цели предложены высокоэффективные катализаторы, позволяющие получать дизельные топлива с концентрацией серы менее 50 ppm. Проблема по доведению цетанового числа до оптимального значения решается за счет добавления высокоэффективных присадок, а уменьшение концентрации полициклических ароматических углеводородов и трудноудаляемых сернистых соединений на некоторых предприятиях осуществляется путем снижения конца кипения дизельных топлив, что негативно сказывается на эффективности их производства.

В то же время имеются сведения об успешном применении целого ряда избирательных растворителей в процессах жидкостной экстракции для одновременного улучшения вышеприведенных показателей средних фракций нефти. Преимуществом процессов экстракции является возможность их осуществления при атмосферном давлении и невысоких температурах.

В связи с этим исследование процесса экстракции для облагораживания дизельных фракций с применением избирательных растворителей и разработка технологии экстракционного облагораживания, позволяющей эффективно повышать качество производимого дизельного топлива, представляет большой интерес и является актуальной задачей.

Цель работы

1. Получение дизельного топлива, удовлетворяющего требованиям европейских стандартов не ниже Евро-3, путем экстракционного облагораживания дизельной фракции с применением малотоксичного растворителя.

2. Разработка рекомендаций по использованию экстрактов селективной очистки дизельных фракций.

Основные задачи исследования

1. Доказать принципиальную возможность и эффективность использования метода жидкостной экстракции с применением N-метилпирролидона (N-МП) в сочетании с гидроочисткой для получения дизельного топлива, удовлетворяющего требованиям стандарта Евро-3.

2. Выделить тяжелые дизельные фракции разной природы с различными температурами начала кипения и установить для них рабочие области для осуществления процесса жидкостной экстракции.

3. Определить влияние основных факторов (температуры, кратности соотношения N-МП к дизельной фракции, температуры начала кипения тяжелого компонента дизельной фракции, времени контакта) на результаты жидкостной экстракции с целью выбора оптимальных параметров процесса.

4. Определить область применения экстрактов, получаемых при экстракционном облагораживании дизельных фракций.

5. Разработать технологическую схему установки экстракционного облагораживания дизельной фракции с применением N-МП.

6. Выполнить технико-экономические расчеты для сравнения двух комбинированных процессов получения дизельного топлива стандарта не ниже Евро-3:

а) гидроочистки с последующей гидродеароматизацией;

б) экстракционного облагораживания дизельной фракции с применением N-МП с последующей гидроочисткой.

Научная новизна

1. Впервые экспериментально подтверждена эффективность использования процесса жидкостной экстракции N-МП для подготовки дизельных фракций перед гидроочисткой. При экстракционном облагораживании гидроочищенной дизельной фракции 180-350С Газоперерабатывающего завода ООО «Газпром добыча Астрахань» (ГПЗ) достигнуто снижение содержания серы с 0,182% мас. до 0,024% мас., что указывает на преимущественное извлечение сернистых соединений, трудноудаляемых в процессе гидроочистки.

2. Впервые исследованы зависимости качества и выхода получаемых продуктов от фракционного состава сырья, кратности разбавления N-МП, температуры экстракции и времени контакта.

3. Научно обоснована и подтверждена экспериментально высокая селективность N-МП по отношению к сернистым соединениям ряда бензотиофена, трудноудаляемым в процессе гидроочистки. Изучение качественного состава сернистых соединений электрохимическим методом – циклической вольтамперометрией в неводных (органических) средах – показало, что в процессе экстракционного облагораживания эти соединения удаляются в 6 раз эффективнее, чем в процессе гидроочистки.

4. Доказана возможность использования экстрактов, полученных в исследованном процессе, в качестве сырья для производства технического углерода. Например, индекс корреляции для экстракта, полученного из прямогонной дизельной фракции 260-350С ГПЗ, почти вдвое превышает минимально необходимое значение.

Защищаемые положения

1. Результаты исследований по влиянию фракционного состава дизельных фракций, кратности разбавления N-МП, температуры и времени контакта на выход и качество получаемых продуктов.

2. Результаты исследований избирательности N-МП по отношению к ароматическим углеводородам и сернистым соединениям, содержащимся в дизельных фракциях.

3. Обоснование условий экстракционного облагораживания дизельных фракций разной природы.

4. Технологическая схема экстракционного облагораживания дизельных фракций с применением N-МП.

Практическая значимость

Разработанная технология и схема экстракционного облагораживания дизельных фракций с применением N-МП могут найти применение на нефтегазоперерабатывающих предприятиях. Применительно к ГПЗ ООО «Газпром добыча Астрахань» схема, включающая блоки предварительной разгонки, экстракции тяжелого компонента и регенерации растворителя, позволяет вовлекать в переработку относительно большее количество сырья, а именно дизельную фракцию с более высокой температурой конца кипения (до 360С), без ущерба качеству получаемого дизельного топлива.

Основные положения и выводы диссертационной работы рассмотрены для принятия к внедрению в среднесрочной перспективе на ГПЗ ООО «Газпром добыча Астрахань». Технико-экономическая оценка от внедрения мероприятий показывает экономию в 782 млн. рублей.

Результаты и методики исследований, приведенные в диссертации, используются в Астраханском государственном техническом университете при выполнении учебных научно-исследовательских работ, дипломных проектов и работ при подготовке инженеров по специальности 240403.65 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» и бакалавров по направлению 240100.62 «Химическая технология и биотехнология».

Апробация работы

Основные результаты работы доложены на 54-57-й научных конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета (г. Астрахань, 2010-2013 гг.), V Всероссийской научно-практической конференции «Нефтепромысловая химия» РГУ нефти и газа им. Губкина (Москва, 2010 г.), I и III Международных научно-практических конференциях «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа» (Астрахань, 2010, 2012 гг.), Международной научно-практической конференции, посвященной 30-летию Атырауского института нефти и газа (Атырау, 2010 г.), IV открытой научно-технической конференции молодых специалистов и работников ООО «Газпром добыча Астрахань» «Энергия молодежи – ресурс развития нефтегазовой отрасли» (Астрахань, 2011 г.), Региональной научно-практической конференции «Исследования молодых ученых – вклад в инновационное развитие России» (Астрахань, 2011 г.), V открытой научно-технической конференции молодых специалистов и работников ООО «Газпром добыча Астрахань» «Инновации молодежи – потенциал развития нефтегазовой отрасли» (Астрахань, 2013 г.).

Награды: I место в секции “Переработка нефти, нефтехимия, нефтепродуктообеспечение” III Международной научно-практической конференции «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечение безопасности экосистем Каспийского шельфа» (Астрахань, 2012 г.).

Публикации

Соискателем по теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ на изобретение, 11 тезисов докладов на конференциях, в том числе 5 докладов на международных конференциях. Публикации отражают основные результаты выполненных исследований.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы, состоящего из 115 наименований. Работа изложена на 120 страницах и содержит 32 таблицы, 24 рисунка и 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность совершенствования процессов получения высококачественных дизельных топлив, соответствующих последним экологическим стандартам. Сформулирована цель, поставлены задачи исследования, приведена теоретическая и практическая значимость работы, методы исследований, защищаемые положения, апробация работы.

В первой главе приведен критический анализ литературных источников, содержащих информацию о современных и перспективных требованиях к качеству дизельных топлив, различных методах и применяющихся в промышленности процессах получения высококачественных дизельных топлив и способах повышения их качества. Особое внимание уделено характеристике известных экстракционных методов очистки средних фракций. Приведены сведения о растворителях, используемых в этих процессах, и о промышленном применении экстрактов.

Из литературных данных установлено, что N-МП не рекомендуется использовать для обработки дизельных фракций в связи с тем, что его температура кипения лежит в пределах выкипания дизельных фракций. Вместе с тем отмечены низкая токсичность N-МП и его высокая селективность по отношению к сернистым соединениям и ароматическим углеводородам, что делает его перспективным растворителем для процессов экстракции.

Во второй главе представлены объекты экспериментальных исследований.

В качестве объектов исследований были использованы дизельные фракции ГПЗ и ООО «ЛУКОЙЛ- Волгограднефтепереработка», показатели качества которых приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристика дизельных фракций

Наименование показателя	Дизельная фракция 180-350С ГПЗ гидро-очищенная	Дизельная фракция 230-350С ГПЗ прямогонная	Дизельная фракция 180-360С ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоград-нефтепереработка» прямогонная
Цетановое число	47	51	46
Плотность при 20°С, г/см3	0,833	0,834	0,838
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С	67	72	69
*Температура застывания, С	-24	-3,7	-8,7
*Определено экспресс-методом на приборе «SHATOX SX-100М»

Продолжение таблицы 1

Наименование показателя	Дизельная фракция 180-350С ГПЗ гидроочищенная	Дизельная фракция 230-350С ГПЗ прямогонная	Дизельная фракция 180-360С ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоград-нефтепереработка» прямогонная
Содержание общей серы, мас. %	0,182	1,29	0,20
Содержание ароматических углеводородов, мас. %	20,8	21,3	21,7
Фракционный состав: температура начала кипения, °С 50% перегоняется при температуре, °С 96% перегоняется при температуре, °С температура конца кипения, °С	186 235 325 332	224 272 339 345	191 278 356 360