УДК 665.6
Байкенов
М.И., Халикова З.С., Абсат З.Б., Каримова А.Б., Тлеубергенова А.Б.
Карагандинский
государственный университет имени Е.А. Букетова,
Республика Казахстан
КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ ТЯЖЕЛОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
В
статье рассмотрены перспективы применения новых нанокаталитических систем,
синтезированных на основе железа (Синьцзянский университет, г.Урумчи, КНР), в
процессах гидрогенизационной переработки тяжелых нефтяных остатков. В
результате проведенных исследований были установлены оптимальные параметры
процесса гидрогенизации тяжелых нефтяных остатков, увеличен выход светлых
нефтепродуктов при расходе катализатора не более 1%.
Ключевые
слова: переработка тяжелого углеводородного сырья, каталитическая
гидрогенизация, гудрон, тяжелые нефтяные остатки, нанокатализаторы.
В настоящее время
уменьшение разведанных запасов лёгкой нефти - общая тенденция нефтяной отрасли,
практически весь прирост запасов происходит за счет тяжелой сернистой нефти.
Удобные для добычи и переработки запасы нефти истощаются ускоренными темпами,
тогда как, по данным специалистов, мировые запасы тяжелой нефти составляют
более 810 млрд. т [1]. Рациональная переработка нефти, нефтепродуктов и их
экономное использование является важнейшей задачей науки и производства. В связи с этим перспективное практическое
значение приобретает переработка тяжелых нефтяных остатков (ТНО).
В тяжелых нефтяных
остатках (мазуты, вакуумные газойли, гудроны) сконцентрированы основные
количества гетероатомных соединений и минеральных компонентов нефти. ТНО
перерабатывают в базовые компоненты моторных топлив и смазочных масел.
Особенностью тяжелых нефтяных остатков является низкое соотношение водорода и
углерода, наличие сравнительно большого количества асфальтенов и присутствие
металлсодержащих соединений (особенно ванадия и никеля), требующие создания
более эффективных катализаторов, оптимизации путей переработки и условий
процессов.
В данной работе для
переработки ТНО был использован процесс гидрогенизации в присутствии активных
нанокатализаторов, синтезированных в
Синьцзянском университете (г. Урумчи, КНР) [2].
Целью проведенного
исследования является разработка эффективных катализаторов, подбор оптимальных
параметров процесса гидрогенизации.
В качестве объектов
исследования выбраны ТНО (гудрон, мазут) АО «Павлодарский Нефтехимический
завод». Исследуемый нефтяной остаток (гудрон) имеет следующий элементный состав
(масс.%): С – 84,12; Н –
10,81; S — 3,11. Физико-химические
характеристики: 
- 969 кг/м3
; η (при 100 ºС) — 1,71 Па·с; коксуемость — 11,3 %,
температура застывания — 24 ºС.
Эксперименты по гидрогенизации ТНО
проводили в реакторе высокого давления (автоклаве) с внутренней мешалкой
емкостью 0,02, 0,05 и 0,5 л. Гидрогенизат разгоняли на фракции (оС):
н.к. - 200; 200-300. Хромато-масс-спектрометрический анализ полученных фракций проводили на газовом хромотографе фирмы
Agilent Technologies 7890A с масс-спектрометрическим детектором
5975С.
Процесс гидрогенизации проводили в
присутствии новых нанокаталитических систем, изготовленных на основе железа. В
качестве сырья можно использовать железосодержащие руды, а также крупнотоннажные отходы металлургической
промышленности. При производстве
катализаторов наночастицы металлов либо наносятся на твердый носитель, либо
готовятся в виде коллоидных растворов.
В результате проведенных экспериментов были
установлены оптимальные параметры процесса: температура 400-425 оС,
давление - 40 атм.
Анализ
полученных результатов показал, что проведение процесса гидрогенизации в
выбранных условиях при использовании нанокаталитических систем на основе железа
позволяет увеличить выход светлых нефтепродуктов. При этом расход катализатора
не превышает 1 %, вместо используемых ранее 5%.
Литературные
источники указывают на существование нескольких точек зрения на роль
железосодержащих катализаторов в процессе гидрогенизации тяжелого углеводородного сырья. Некоторые
авторы считают, что железосодержащие катализаторы промотируют термическую деструкцию.
Но большинство склоняются к тому, что катализаторы ускоряют реакции
гидрирования и продуктов термической деструкции [3].
Таким образом, в
данной работе показана возможность использования новых высокоэффективных
катализаторов гидрогенизации, позволяющих проводить процесс в более мягких
условиях, с большим выходом светлых нефтепродуктов и меньшим расходом
катализатора.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Золотухин В.А., к.т.н. Глубокая переработка тяжелой нефти и
нефтяных остатков. - [Электронный ресурс] - Режим доступа: www.ngfr.ru/article.html?106
2.
Yizhao Li, Fengyun
Ma, Xintai Su, Chao Sun, Jianchao Liu, Zhiqiang Sun, Yanglong Hou. Synthesis and catalysis of oleic acid-coated Fe3O4
nanocrystals for direct coal liquefaction. - Ministry
Key Laboratory of Oil and Gas Fine Chemicals, College of Chemistry and Chemical
Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830046, China, 2012.
3.
Хаджиев
С.Н. Наногетерогенный катализ – новый сектор нанотехнологий в химии и
нефтехимии (обзор) // Нефтехимия. – 2011. – Т.51, №1. – С. 3-16.