Запасы легкой нефти сокращаются, поэтому сейчас актуальна переработка тяжелых нефтепродуктов. Чтобы удовлетворить мировой спрос на энергию, необходимо более эффективно перерабатывать «черное золото». Но у тяжелых фракций углеводородов есть недостатки: высокое содержание металлов, смол и высокомолекулярных компонентов, поэтому сырье нужно подготавливать. Для получения топлива используют каталитический крекинг – процесс, при котором тяжелые молекулы нагреваются и распадаются на легкие. Исследователи из Пермского Политеха усовершенствовали технологию, заменив традиционное сырье тяжелыми продуктами переработки нефти.
Результаты работы ученые представили в журнале «Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология». Работа позволит расширить сырьевую базу отечественной нефтеперерабатывающей промышленности в условиях растущего потребления топлива и сырья для нефтехимии.
«Обычно для каталитического крекинга в кипящем слое используют вакуумный газойль – продукт перегонки нефти и ее тяжелых производных под вакуумом. Но для этого можно применять и предварительно подготовленные более тяжелые фракции. Без обработки эти вещества могут негативно повлиять на работу применяемых при переработке катализаторов. Чтобы избежать последствий, сырье «облагораживают», в том числе удаляя нежелательные компоненты с помощью легких растворителей: пропана, бутана или пентана. Тяжелая фракция выпадает в осадок, очищая продукт от загрязняющих веществ. Это позволяет улучшить качество сырья, и далее его легче перерабатывать», — рассказывает один из исследователей, доцент кафедры «Химические технологии» Пермского Политеха, кандидат химических наук Александр Чудинов.
Сегодня в промышленности с помощью обработки гудрона пропаном получают компоненты базовых масел. Используя более тяжелые растворители — пентан или бензин, — можно получить продукт, который может быть использован для получения бензина и других ценных продуктов. Это позволяет увеличить количество сырья. Ученые Пермского Политеха обработали гудрон с помощью н-пентана и изучили «превращения» смеси газойля и очищенных углеводородов в процессе каталитического крекинга. На качество и количество продукта влияют не только состав сырья и параметры обработки, но и тип и структура растворителя. Исследователи описали характеристики веществ, полученных при различных соотношениях растворителя и сырья.
Для этого ученые провели эксперименты на базе Научно-образовательного центра FCC и Центра коллективного пользования «Центр наукоемких химических технологий и физико-химических исследований» Пермского Политеха. Исследователи использовали гудрон с установок ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез». Он состоял из смеси 80%-й западносибирской и 20%-й каменноложской нефти. В качестве растворителя ученые применяли н-пентан со средней растворимостью.
Соотношение растворителя и гудрона составило 6:25. Исследователи загрузили гудрон и н-пентан в реактор специальной установки, а затем нагревали их до 50 °С в течение часа, постоянно перемешивая. Давление составило 1,3 атм. Далее в течение еще одного часа реактор выдерживали при 50 °С без перемешивания. Через 12–20 часов смолисто-асфальтеновая часть остывала до комнатной температуры, отстаивалась и выпадала в осадок, а затем ее отфильтровали. Затем ученые удалили из полученного продукта остатки растворителя. Они определили его плотность, вязкость, коксуемость, зольность и содержание азота.
Далее они провели каталитический крекинг вакуумного газойля и его смеси с полученным продуктом на специальной лабораторной установке при температуре 527 °С. Свойства продуктов реакций определили с помощью метода газовой хроматографии. В результате удалось выяснить, что наиболее качественными стали составы, полученные при соотношении гудрона и н-пентана 14:1 и 16:1 при температуре 50 °С и давлении 1,3 атм. Добавление продуктов «очищения» гудрона к вакуумному газойлю до 10 процентов не снижает эффективность процесса и получения продуктов. Технология будет перспективна для получения высокооктановых сортов бензина и непредельных газов.