Гидрогенизационные процессы в производстве базовых масел | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 21 декабря, печатный экземпляр отправим 25 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №19 (518) май 2024 г.

Дата публикации: 10.05.2024

Статья просмотрена: 169 раз

Библиографическое описание:

Асхабова, А. А. Гидрогенизационные процессы в производстве базовых масел / А. А. Асхабова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2024. — № 19 (518). — С. 73-76. — URL: https://moluch.ru/archive/518/113947/ (дата обращения: 11.12.2024).



В статье рассмотрены процессы производства базовых масел из нефтяного сырья в присутствии катализаторов при повышенном давлении водорода. Предложен способ интенсификации процесса гидроизомеризации на Волгоградском НПЗ, который заключается в замене катализатора на более эффективный.

Ключевые слова: гидрокрекинг, гидродепарафинизация, гидроизомеризация, базовое масло, катализатор.

Базовые масла представляют собой смесь углеводородов С 20 60 с молекулярной массой 300–750 г/моль. Это высокоочищенные минеральные или синтетические жидкости, которые составляют основу смазочных материалов, обеспечивая их основные свойства, такие как вязкость и вязкостно-температурные характеристики, низкотемпературные свойства, стабильность и др.

Базовые масла, согласно классификации Американского института нефти (API), подразделяются на пять групп [1, c. 37].

Группа I: Минеральные масла, содержащие менее 90 % насыщенных углеводородов, более 0,03 % серы и имеющие индекс вязкости 80–120. Для их получения используют традиционные процессы разделения нефтяного сырья: перегонку, селективную очистку, сольвентную депарафинизацию.

Группа II: Гидроочищенные минеральные масла с содержанием насыщенных углеводородов более 90 %, серы менее 0,03 % и имеющие индекс вязкости 80–120. Для их производства применяется гибридная технология (сольветная + каталитическая) или полностью каталитический процесс.

Группа III: Гидрокрекинговые базовые масла, содержащие более 90 % насыщенных углеводородов, менее 0,03 % серы и имеющие индекс вязкости равный или превышающий 120 — производятся путем гидрокрекинга и гидроизомеризации.

Группа IV: Синтетические масла на основе полиальфаолефинов (ПАО), имеющие индекс вязкости от 120 и выше.

Группа V: Все остальные базовые масла, не входящие в группы с I по IV, такие как сложные эфиры и алкилированные нафталины.

В промышленности для получения базовых масел из нефтяного сырья помимо гидродоочистки, применяемой на завершающей стадии производства, используют процессы гидрокрекинга, гидродепарафинизации и гидроизомеризации.

Гидрокрекинг является одним из перспективных методов для получения базовых масел с улучшенными физико-химическими и эксплуатационными показателями.

Сырьем для процесса гидрокрекинга в производстве масел являются неочищенные дистилляты и деасфальтизаты, рафинаты после экстракции растворителем и газойли каталитического крекинга [1, c. 260].

Экономичность процесса гидрокрекинга в значительной мере зависит от рабочего давления. Глубокий гидрокрекинг для производства базовых масел проводится под давлением 11–20 МПа и температуре 360–420 о С на бифункциональных катализаторах в присутствии водорода. Катализаторы гидрокрекинга состоят из кислотного носителя, активных компонентов и связующего. В качестве активных компонентов применяют металлы, оксиды или сульфиды металлов группы палладия, платины, железа; на них происходит гидрирование и гидрокрекинг. На кислотных носителях (аморфный или кристаллический алюмосиликат (цеолит) и оксид алюминия) протекает крекинг и изомеризация [1, c. 254]

В процессе гидрообработки происходит ряд химических реакций, которые позволяют удалить серу, азот и другие гетероатомные соединения. Важное влияние на изменение свойств сырья оказывают химические превращения конденсированных аренов с короткими боковыми цепями в моноциклические циклоалканы и арены с длинными боковыми цепями. В итоге низкоиндексные углеводороды превращаются в высокоиндексные.

Результат и качество получаемых масел в процессе гидрокрекинга зависят от различных факторов, таких как условия процесса, тип используемого катализатора и характеристики исходного сырья. В целом, масла, произведенные гидрокрекингом, обладают значительно меньшей вязкостью по сравнению с исходным сырьем, а общий выход не превышает обычно 70 % масс. от общего объема сырья. Однако, при производстве масел с высоким индексом вязкости (выше 110), их выход обычно составляет от 40 % до 60 % от общего объема сырья.

Масла, полученные гидрокрекингом, обладают повышенной защитой от износа и иногда даже превосходят синтетические масла, их свойства представлены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристики масел гидрокрекинга с различными индексами вязкости [1, c . 262]

Индекс вязкости

115

125

Выход продукта

61,0

47,8

Вязкость при 98.9 о С, мм 2

10,9

8,13

Температура застывания

минус 14

минус 44

Содержание серы

0,05

0,05

Гидродепарафинизация — процесс, предназначенный для получения базовых масел с низкими температурами застывания (от минус 18 до минус 68 о С). Гидродепарафинизация заменяет традиционный способ очистки от высокоплавких углеводородов — сольвентную депарафинизацию.

Данный процесс основан на реакциях селективного гидрокрекинга н-алканов с образованием масел, обладающих улучшенными низкотемпературными и вязкостно-температурными свойствами. Это достигается благодаря катализатору, который отделяет линейные алканы от разветвленных, сохраняя при этом часть алканов. Благодаря канальной структуре, размерам пор и гибкости изменения физико-химических характеристик катализатора обеспечивается эффективная депарафинизация масляного сырья различной вязкости.

Алканы в процессе гидродепарафинизации подвергаются крекингу и изомеризации. Преобладающее направление реакций зависит от структуры и состава катализатора. Когда доминирует крекинг алканов, получают продукты с меньшим индексом вязкости и выходом на сырье, причем чем ниже температура застывания продукта, тем ниже его индекс вязкости.

Благодаря реакциям крекинга и изомеризации отсутствуют побочные продукты гач и петролатум, а выход депарафинированного продукта выше, чем при депарафинизации растворителем [1, c. 255].

Процесс гидродепарафинизации может быть замедлен присутствием аренов, и для достижения оптимальных результатов необходимо предварительно снизить их содержание. Удаление аренов из сырья позволяет снизить температуру процесса и увеличить скорость подачи сырья.

Условия гидродепарафинизации зависят от свойств сырья и требуемой температуры застывания конечного продукта. Основными параметрами сырья являются содержание парафина, серы, азота и пределы выкипания.

Серьезным недостатком процесса гидродепарафинизации является снижение индекса вязкости депарафинированных продуктов на 7–8 ед. (особенно легких маловязких).

Для производства низкозастывающих масел фирмами Mobil и British Petroleum разработан промышленный процесс гидродепарафинизации (MLDW). Процесс осуществляется при температуре 300–430 °С, давлении 2–10 МПа; объемной скорости по сырью 0,5–2,0 ч -1 , кратность циркуляции водородсодержащего газа 1500–1800 нм 3 3 сырья. Выход базовых масел (моторных, индустриальных, трансформаторных) составляет 80–87 %, а их качество близко к качеству масел, получаемых методом низкотемпературной депарафинизации растворителем. В процессе применяют два катализатора: первый на основе цеолитов ZSM-5 имеет однородную пористую структуру, повышенную кислотность, высокую стабильность и обеспечивает гидродепарафинизацию нормальных и слабо разветвленных алканов, что снижает температуру застывания масел; второй — катализатор гидроочистки, повышающий стабильность масел. [1, c. 256]

Технологические параметры процесса близки к процессу легкого гидрокрекинга вакуумного газойля. Процесс отличается селективностью и гибкостью по отношению к сырью (при температуре застывания минус 45 о С индекс вязкости средневязкого рафината равен 87).

Ниже представлены свойства гидродепарафинированного масла (табл. 2).

Таблица 2

Характеристики масла, полученного гидродепарафинизацией

Температура застывания

-45,6

Вязкость при 40 о С, мм 2

57,4

Индекс вязкости

86,9

Процесс гидроизомеризации предназначен для переработки высокопарафинистого сырья: парафинов, гачей, петролатумов, фильтратов обезмасливания и прямогонных дистиллятов высокопарафинистых нефтей [1,c. 263].

С точки зрения технологии и механизма превращения компонентов масляной фракции гидроизомеризация и гидрокрекинг очень похожи друг на друга. Основное различие заключается в том, что при гидроизомеризации преимущественно происходит изомеризация, при этом линейные молекулы алканов преобразуются в разветвленные, одновременно проходят побочные реакции крекинга и дегидроциклизации. Соотношение между реакциями крекинга и изомеризации парафинов зависит от типа катализатора, используемого в процессе. При использовании катализатора с высокой изомеризирующей активностью, главным образом, образуются продукты изомеризации, в то время как образование продуктов гидрокрекинга остается на низком уровне. Такой подход лежит в основе технологии гидроизомеризации различного парафинсодержащего сырья.

Во избежание отравления платинового катализатора на цеолитном носителе сырье перед гидроизомеризацией подвергают гидрообессериванию [2, c. 281]. Ниже приведены условия, при котором проводят процесс гидроизомеризации (табл.3).

Таблица 3

Технологический режим процесса гидроизомеризации

Температура, о С

330–440

Давление, Мпа

4,9–5,1

Объемная скорость подачи сырья, ч -1

0,5–1,5

Кратность циркуляции ВСГ, нм 3 3 сырья

1500–2000

Расход 100 %-го водорода на реакцию, % (мас.) на сырье

0,5–1,0

Выход масла, % (мас.)

40–60

Масла гидроизомеризации по углеводородному составу приближаются к синтетическим поли-а-олефиновым (ПАОМ), на 96 % состоящим из изопарафиновых углеводородов. Сравнение базовых масел, полученных гидроизомеризацией, с синтетическими (ПАОМ) аналогичной вязкости показало преимущества процесса гидроизомеризации, прежде всего, по индексу вязкости базовых масел (у ПАОМ — 123, гидроизомеризации — 140) [1,c. 265]. Показатели продукта гидроизомеризации приведены в табл. 4.

Таблица 4

Характеристики базового масла, полученного гидроизомеризацией [1, c . 266]

Плотность при 20 о С, кг/м 3

835

Вязкость кинематическая при 50 о С, мм 2

11,45

Индекс вязкости

140

Температура застывания, о С

минус 54

Средняя молекулярная масса

380

Высокоиндексные масла, произведенные путем сочетания гидрокрекинга и гидроизомеризации, стоят меньше, чем синтетические масла, что делает их предпочтительной основой для всех видов масел.

На Волгоградском нефтеперерабатывающем заводе успешно внедрена технология гидроизомеризации гача, предназначенная для производства разнообразной продукции: изопарафинового базового масла, высокоиндексных низкотемпературных основ для гидравлических и авиационных масел, трансформаторного и промышленных масел, основ для рабочих жидкостей и смазочно-охлаждающих жидкостей. Проектирование блока гидропроцессов осуществлено институтом Грозгипронефтехим, а установка была запущена в эксплуатацию в 1988 году. Производственная мощность установки составляет 75,2 тыс. тонн продукции в год.

Анализ действующего производства показал, что применяемые бифункциональные катализаторы на основе благородных металлов ICR-408, ICR-424 фирмы Шеврон обладают высокой крекирующей активностью. Это приводит к разрушению молекулярной структуры парафинов, образованию более низкомолекулярных компонентов, а также к снижению желаемой селективности в образовании изопарафинов и выхода целевого продукта с высоким индексом вязкости. [3]

Предложено использовать катализатор на основе цеолитного материала ZSМ-23 в качестве кислотного компонента бифункционального катализатора гидроизомеризации н-алканов [4]. Одномерная система каналов цеолита ZSM-23 и преобладание слабых кислотных центров обеспечивает более быструю диффузию молекул изомера из пор катализатора, предотвращая нежелательные реакции крекинга. Эти характеристики делают его более селективным к молекулам с более высокой молекулярной массой и сложной структурой. Указанное предложение позволит получать высокоиндексное базовое масло с выходом 65 %.

Таким образом, в структуре современного нефтеперерабатывающего завода при производстве высокоиндексных масел с хорошими низктемпературными характеристиками важную роль играют гидрогенизационные процессы. Они позволяют эффективно регулировать химический состав и получать с высоким выходом высококачественные базовые масла.

Литература:

  1. Технология переработки нефти, Часть третья, Производство нефтяных смазочных материалов, Капустин В. М., Тонконогов Б. П., Фукс И. Г., 2014. — 265 с.
  2. Черножуков, Н. И. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов. Под ред. А. А. Гуреева и Б. И. Бондаренко. — 6-е изд., пер. и доп. — М.: Химия, 1978 г. — 424 с., ил.
  3. Беркань В. О., Азнабаев Ш. Т., Сидоров Г. М., Алипов Д. Е. / Изучение эффективности использования цеолитных материалов в качестве компонентов катализаторов гидроизомеризации н-алканов // Башкирский химический журнал. — 2017. — № 1. — С. 67–72.
  4. Chemistry & Chemical Engineering Research Center of Iran, P. O. Box 14335–186, Tehran, Iran Received 7 March 2005, Revised 26 June 2005, Accepted 1 July 2005, Available online 19 August 2005
Основные термины (генерируются автоматически): индекс вязкости, масло, температура застывания, базовое масло, гидроизомеризация, нефтяное сырье, процесс, процесс гидрокрекинга, сырье, молекулярная масса.


Ключевые слова

катализатор, гидрокрекинг, гидроизомеризация, базовое масло, гидродепарафинизация

Похожие статьи

Анализ процессов получения базовых масел

В статье проведён анализ процессов получения высокоиндексных базовых масел. Для действующего производства на Волгоградском ВНП предложен способ повышения эффективности процесса изодепарафинизации. Замена катализатора, выработавшего свой ресурс на бол...

Современные катализаторы гидроочистки дизельной фракции

В статье представлен анализ вариантов катализаторов процесса гидроочистки дизельной фракции. На основании анализа можно сделать заключение о влиянии подбора условий для проведения процессов гидроочистки нефтепродуктов.

Усовершенствование производства бутилового ксантогената калия

В работе рассмотрено совершенствование производства бутилового ксантогената калия. Дано описание основного метода получения БКК и возможного метода оптимизации. Разработана принципиальная технологическая схема процесса.

Пути снижения содержания бензола в риформате

В данной работе приведены результаты по исследованию технологии каталитического риформинга углеводородов. Процесс проводился на катализаторе трансалкилирования. Целью работы является разработка технологии производства бензина с улучшенными экологичес...

Конструктивный расчет реактора высокотемпературного пиролиза углеводородов

В данной статье рассматривается процесс высокотемпературного пиролиза углеводородов с целью получения ценных компонентов химической промышленности — ацетилена и этилена. Главной проблемой в технологии пиролиза является сильное отложение кокса в зоне ...

Современные методы совершенствования процесса гидроочистки дизельной фракции

В статье представлен анализ вариантов совершенствования процессов гидроочистки дизельной фракции. На основании анализа выявлены основные достоинства и недостатки методов совершенствования этого процесса нефтепереработки, предложены варианты повышения...

Процесс сушки и гранулирования бутилового ксантогената калия

В работе рассмотрено совершенствование стадии выделения бутилового ксантогената калия. Дано описание метода получения БКК и возможного метода оптимизации. Разработана принципиальная технологическая схема процесса выделения целевого продукта.

Термодинамика основной реакции процесса получения акролеина окислением пропилена

Статья посвящена термодинамическому анализу основной реакции процесса получения акролеина, осуществляемой с участием газообразного пропилена и кислорода воздуха в присутствии водяного пара.

Управление технологическим процессом получения модифицированной серы с использованием пропана в качестве охладителя

В работе рассмотрены способ производства модифицированной серы с применением газа в качестве охладителя на ключевом технологическом этапе, описаны преимущества предложенной технологии, разработана технологическая схема предполагаемой установки, предс...

Совершенствование процесса получения диметилдитиокарбамата натрия

В статье описывается реализованный в промышленности процесс получения ДМДКН (диметилдитиокарбамата натрия). В статье предложен один из способов модернизации действующей установки путем видоизменения стадии выделения сырья. Данное решение позволит реш...

Похожие статьи

Анализ процессов получения базовых масел

В статье проведён анализ процессов получения высокоиндексных базовых масел. Для действующего производства на Волгоградском ВНП предложен способ повышения эффективности процесса изодепарафинизации. Замена катализатора, выработавшего свой ресурс на бол...

Современные катализаторы гидроочистки дизельной фракции

В статье представлен анализ вариантов катализаторов процесса гидроочистки дизельной фракции. На основании анализа можно сделать заключение о влиянии подбора условий для проведения процессов гидроочистки нефтепродуктов.

Усовершенствование производства бутилового ксантогената калия

В работе рассмотрено совершенствование производства бутилового ксантогената калия. Дано описание основного метода получения БКК и возможного метода оптимизации. Разработана принципиальная технологическая схема процесса.

Пути снижения содержания бензола в риформате

В данной работе приведены результаты по исследованию технологии каталитического риформинга углеводородов. Процесс проводился на катализаторе трансалкилирования. Целью работы является разработка технологии производства бензина с улучшенными экологичес...

Конструктивный расчет реактора высокотемпературного пиролиза углеводородов

В данной статье рассматривается процесс высокотемпературного пиролиза углеводородов с целью получения ценных компонентов химической промышленности — ацетилена и этилена. Главной проблемой в технологии пиролиза является сильное отложение кокса в зоне ...

Современные методы совершенствования процесса гидроочистки дизельной фракции

В статье представлен анализ вариантов совершенствования процессов гидроочистки дизельной фракции. На основании анализа выявлены основные достоинства и недостатки методов совершенствования этого процесса нефтепереработки, предложены варианты повышения...

Процесс сушки и гранулирования бутилового ксантогената калия

В работе рассмотрено совершенствование стадии выделения бутилового ксантогената калия. Дано описание метода получения БКК и возможного метода оптимизации. Разработана принципиальная технологическая схема процесса выделения целевого продукта.

Термодинамика основной реакции процесса получения акролеина окислением пропилена

Статья посвящена термодинамическому анализу основной реакции процесса получения акролеина, осуществляемой с участием газообразного пропилена и кислорода воздуха в присутствии водяного пара.

Управление технологическим процессом получения модифицированной серы с использованием пропана в качестве охладителя

В работе рассмотрены способ производства модифицированной серы с применением газа в качестве охладителя на ключевом технологическом этапе, описаны преимущества предложенной технологии, разработана технологическая схема предполагаемой установки, предс...

Совершенствование процесса получения диметилдитиокарбамата натрия

В статье описывается реализованный в промышленности процесс получения ДМДКН (диметилдитиокарбамата натрия). В статье предложен один из способов модернизации действующей установки путем видоизменения стадии выделения сырья. Данное решение позволит реш...

Задать вопрос