Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Согласно федеральной программе "Энергоэффективная экономика ТЭК" (раздел «Модернизация нефтеперерабатывающей промышленности») глубина переработки нефти к 2012 г. должна увеличиться до 75 %, а к 2020 г. - до 85 % "при значительном улучшении качества нефтепродуктов, обеспечивающем их конкурентоспособность". Решение этой актуальной проблемы невозможно без разработки и внедрения промышленных технологий переработки тяжелых нефтяных остатков (ТНО), а также тяжелых битуминозных нефтей. Возможным квалифицированным решением задачи углубления переработки нефти является термолиз тяжелых нефтяных остатков. Основное целевое назначение данного процесса - производство высококачественных углеродных связующих и нефтяных спекающих добавок (НСД), используемых в качестве связующих при производстве анодов и электродов для нужд цветной металлургии, а также в качестве связующих веществ в шихтах коксования. Особую важность этот процесс приобретает при разработке технологии производства углеродных материалов улучшенного качества и изделий на их основе. Кроме основного продукта - спекающей добавки, в процессе образуется значительное количество керосино-газойлевых фракций.
Внедрение новых технологических решений в переработку нефтяного остаточного сырья с включением в схему процесса получения НСД способствует увеличению глубины переработки нефти, подготовке сырья для различных технологических процессов, организации производства новых видов продукции. Производство НСД позволит решить задачи, связанные с утилизацией значительных объемов сернистых гудронов. Следует отметить, что значительная часть этих нефтепродуктов утилизируется нерационально, а именно вовлекается с дистил-лятными разбавителями в котельное топливо и в высоковязкое топливо для судовых дизелей. В перспективе увеличение отбора вакуумных дистиллятов из мазутов будет способствовать ухудшению качественных показателей гудронов, однако это не скажется на качестве вырабатываемых из них НСД.
4 Таким образом, организация производства спекающих добавок расширит
возможности утилизации коксосмолистых продуктов, получаемых из сернистых, высокосернистых нефтяных остатков, и одновременно даст дополнительный импульс решению проблемы углубления переработки нефти, так как наряду со спекающей добавкой образуются значительные объемы вторичных дис-тиллятных фракций, облагораживание которых позволит заметно увеличить выработку моторных топлив.
Цель работы. Исследование процесса жидкофазного термолиза гудрона западно-сибирской нефти, вырабатываемого на предприятии ОАО "Газпром нефтехим Салават", с целью получения нефтяных спекающих добавок. Изучение возможности использования полученных спекающих добавок в качестве заменителей природных коксующих и спекающих углей в шихту для коксования в черной металлургии.
Задачи работы. Исследование кинетики накопления ос-фракции в процессе жидкофазного термолиза гудрона западно-сибирской нефти. Составление кинетической модели процесса жидкофазного термолиза. Изучение влияния качества сырья и параметров процесса на физико-химические свойства нефтяных спекающих добавок. Снижение содержания оксидов серы в газообразных продуктах горения сернистых нефтяных спекающих добавок и коксов из них. Разработка модели реактора и технологической схемы процесса жидкофазного термолиза тяжелых нефтяных остатков.
Научная новизна:
Исследована кинетика процесса жидкофазного термолиза гудрона западно-сибирской нефти. С использованием результатов экспериментальных исследований установлены корреляционные зависимости, связывающие основные показатели качества спекающих добавок с технологическими параметрами процесса термолиза.
Доказан автокаталитический механизм образования ос-фракции (нерастворимых в толуоле веществ) в остаточном продукте реакции жидкофазного термолиза. Установлено влияние а-фракции на образование спекающей добав-
5 ки и на ее спекающие свойства при коксовании угольной шихты.
Показан способ снижения содержания серы в продуктах горения углеродных материалов на основе сернистых нефтяных спекающих добавок и сернистых нефтяных коксов.
Предложена комбинированная модель из последовательно соединенных реакторов типа идеального смешения и периодического действия, что позволило сократить продолжительность процесса термолиза по сравнению с традиционным типом реактора замедленного коксования в 1,5 - 2,0 раза.
Практическая ценность работы. Разработана и внедрена на кафедре химико-технологических процессов филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Салава-те методика и лабораторная установка по процессу получения нефтяных спекающих добавок из тяжелых нефтяных остатков для выполнения учебно-исследовательской работы студентов. Изготовлены и апробированы образцы углеродных носителей, полученные на основе спекающей добавки и нефтяного кокса на пилотной установке в ООО "НТЦ Салаватнефтеоргсинтез", на которых проверено каталитическое действие нанесенных металлов.
Апробация работы. Теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы были доложены на научных конференциях, в том числе научно-методической конференции "Образование. Наука. Технология. Производство" (Уфа, 2006); Всероссийской научно-практической конференции "Переработка углеводородного сырья. Комплексные решения. Левинтерские чтения" (Самара, 2006); Международной научно-практической конференции "Нефтегазопереработка и нефтехимия" (Уфа, 2007, 2009); Международной научно-практической конференции "Современное состояние и перспективы развития нефтегазового комплекса Республики Казахстан" (Атырау, 2009); I Всероссийской конференции молодых ученых "Актуальные проблемы науки и техники" (Уфа, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных трудов, в том числе: 3 статьи опубликованы в изданиях, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в
6 Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Министерства образования и науки РФ; 6 материалов докладов опубликованы в материалах научных конференций; 1 методическое пособие.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, библиографического списка из 90 наименований публикаций. Работа изложена на 112 страницах, содержит 45 рисунков и 25 таблиц.
