Исследование процесса каталитической депарафинизации дизельного топлива с применением модели, основанной на физико-химических закономерностях процесса

При помощи математической модели были произведены расчёты основных технологических параметров, влияющих на выход продукта, предельную температуру фильтруемости и содержание н-парафинов.

Ключевые слова: арктическое дизельное топливо, процесс депарафинизации, предельная температура фильтруемости, выход продукта, температура выкипания.

Актуальность исследования: для России в связи с особенностями климатических условий и географического положения возникла необходимость в производстве большего объема зимнего и арктического дизельного топлива с улучшенными характеристиками эксплуатации при низких температурах окружающей среды.

Цель исследования: исследование процесса производства зимнего и арктического дизельного топлива в процессе каталитической депарафинизации.

Задачи исследования: изучить влияние технологических параметров на процесс каталитической депарафинизации и провести оптимизацию технологического режима в зависимости от состава сырья и активности катализатора.

Теория процесса: процесс каталитической гидродепарафинизации является новым многоцелевым каталитическим процессом переработки нефти, направленным на селективное удаление н-парафиновых углеводородов из различных нефтяных фракций с применением металлцеолитных катализаторов в присутствии водорода. Он применяется для снижения температуры застывания базовых компонентов смазочных масел и средних дистиллятов, температуры помутнения дизельных топлив и температуры кристаллизации авиационных топлив. Основные реакции процесса гидродепарафинизации включают гидрокрекинг длинноцепочечных молекул н-парафинов С₁₇-С₂₇ и изомеризацию н-парафинов С₅-С₁₆. Эти превращения имеют наибольшее значение, так как молекулы н-парафинов обладают положительными значениями температуры застывания, что неприемлемо для топлива высокого качества. Продуктами процесса являются низкокипящие н-парафины С₁₀-С₁₃, углеводороды изостроения, моноциклические ароматические углеводороды.

Экспериментальная часть: с помощью компьютерной моделирующей системы были проведены расчеты для исследования влияния основных технологических параметров на предельную температуру фильтруемости и выход продукта, а также на содержание н-парафинов в продукте.

Исследование влияния температуры на процесс каталитической депарафинизации. Исследование влияния температуры показало, что, увеличивая температуру процесса депарафинизации, содержание н-парафинов в продукте уменьшается, так как скорость процесса увеличивается и большее количество парафинов подвергаются данной реакции. Предельная температура фильтруемости также снижается, что обусловлено прямопропорциональной зависимостью между количеством н-парафинов и предельной температурой фильтруемости. Таким образом, улучшаются низкотемпературные свойства дизельных топлив, но при этом выход целевого продукта снижается. Это связано с тем, что при более высокой температуре большее количество парафинов превращается в короткоцепочные парафины бензиновой фракции, а также протекают реакции крекинга с образованием углеводородной бензиновой фракции и газа.

Исследование влияния состава сырья на процесс каталитической депарафинизации. В зависимости от фракционного состава сырья содержание н-парафинов в продукте меняется. С увеличением температуры выкипания в разных фракциях сырья содержание н-парафинов снижается. Так как содержание н-парафинов в продукте уменьшается, то предельная температура фильтруемости продукта будет снижаться, так как существует пропорциональная зависимость с содержанием н-парафинов, то есть чем меньше н-парафинов в продукте, тем ниже предельная температура фильтруемости. Выход продукта имеет обратно пропорциональную зависимость от температуры выкипания сырья. При увеличении температуры выкипания снижается выход продукта.

Исследование влияния активности катализатора на процесс депарафинизации. При увеличении объема переработанного сырья активность катализатора снижается, так как содержание кокса на катализаторе увеличивается. С увеличением активности катализатора содержание н-парафинов в продукте снижается, так как высокая активность катализатора обеспечивает более полный процесс крекинга, в результате которого н-парафины подвергаются более глубокой депарафинизации. С увеличением активности катализатора предельная температура фильтруемости продукта снижается, так как при анализе зависимости содержания н-парафинов от активности катализатора видно, что содержание н-парафинов в продукте уменьшается, что обеспечивает низкотемпературные свойства дизельного топлива.

Заключение: врезультате изучения процесса производства зимнего и арктического дизельного топлива в процессе каталитической депарафинизации было исследовано влияние основных технологических параметров на данный процесс. Были рассмотрены влияния температуры, состава сырья и активности катализатора на содержание н-парафинов в продукте, на предельную температуру фильтруемости дизельного топлива, а также на выход продукта. В результате работы были подобраны оптимальные температуры процесса каталитической депарафинизации для получения предельной температуры фильтруемости продукта согласно ГОСТ 32511–2013, по которому предельная температура фильтруемости составляет -26 ^оС.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю к. т.н. Белинской Наталии Сергеевне за оказанное содействие и поддержку в проводимом исследовании.

Литература:

1. Иванчина Э. Д., Белинская Н. С., Францина Е. В., Луценко А. С., Аверьянова Е. В. Влияние кратности циркуляции водородсодержащего газа на активность катализатора депарафинизации // Технологии нефти и газа. — 2018. — № 2 (115). — С. 8–12.
2. Агаев С. Г., Глазунов А. М. Улучшение низкотемпературных свойств дизельных топлив: монография. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2009. — 145 с.
3. Мейерс Р. А. (ред.) Основные процессы нефтепереработки. Справочник: пер. с англ. 3-го изд./ [Р. А. Мейерс и др.]; под ред. О. Ф. Глаголевой, О. П. Лыкова. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2011. — с. 452–457.