Оптимізація термічного крекінгу вуглеводнів
Автор: Вінський Юрій Вадимович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Хімічні технології та інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Актуальність теми. Основними методами переробки важких залишків нафтопереробки є процеси вісбрекінгу, гідрокрекінгу, термічного та каталізаторного крекінгу. Ці процеси, окрім переробки мазуту та утилізації важких продуктів, дозволяють отримувати бензин і дизельне паливо. Хоча ці технології використовуються за кордоном та частково в Україні, їх широке впровадження гальмується значною капіталомісткістю, енергоємністю та високою вартістю. Наприклад, каталітичний крекінг вакуумного газойлю включає додаткові стадії гідроочищення, а гідрокрекінг потребує складних технологій та високого тиску водню, що робить будівництво таких комплексів надзвичайно дорогим (понад 1 млрд доларів США). Процеси термічної конверсії характеризуються низьким виходом світлих фракцій (20-40%), а важкі залишки можуть використовуватися лише як добавки до котельного палива. Таким чином, розробка економічно ефективного способу ініціювання термічних процесів для збільшення глибини переробки нафти, підвищення продуктивності та виходу паливних фракцій (бензин, керосин, дизельне паливо) з одночасним отриманням затребуваних залишкових продуктів (котельне паливо, бітум) є актуальною задачею. Об’єкт дослідження – процес термічного крекінгу важких нафтових залишків (гудрону). Предмет дослідження – закономірності процесу модифікованого киснем повітря крекінгу гудрону та вплив технологічних параметрів на вихід і склад продуктів. Мета дослідження – розробка основ нової ефективної технології переробки гудрону методом модифікованого киснем повітря крекінгу для підвищення глибини переробки нафти та отримання світлих паливних фракцій і якісного залишкового продукту. 5 Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети використовувалися експериментальні методи дослідження процесу крекінгу гудрону в періодичних умовах на лабораторній установці. Проводилося вивчення впливу температури (420-440°С) та швидкості подачі кисню повітря (0,5-1,0 л/хв, або 2,0-4,0 л/(кг·хв)) на швидкість утворення та вихід світлих фракцій. Здійснювалася фракційна перегонка світлих продуктів, структурногруповий аналіз фракцій (до 280°С) та важких залишків, а також визначення умовної в’язкості залишків. Проводився порівняльний аналіз результатів модифікованого та немодифікованого крекінгу. Основні результати та їх новизна. Вперше досліджено закономірності процесу крекінгу гудрону, модифікованого безпосередньою подачею кисню повітря в реакційну зону. Встановлено, що дозування кисню суттєво підвищує швидкість утворення світлих фракцій порівняно з немодифікованим крекінгом. Зокрема, при 420°С швидкість зростає на 10-15%, при 430°С – на 30-40% (тривалість реакції скорочується до 25-30 хв), а при 440°С – на 50-60% (реакція завершується за 10-15 хв). Найбільший ефект досягається при вищих температурах за коротший проміжок часу. Визначено, що оптимальна тривалість процесу при 440°С, за якої можна отримати понад 35% об. світлих фракцій без суттєвого збільшення в’язкості залишку, становить приблизно 10 хв. При модифікованому крекінгу в’язкість важкого залишку (фракції >280°С) зменшується у 2,6 раза порівняно з термічним крекінгом (14,1°ВУ проти 37,1°ВУ), що дозволяє використовувати менше світлих фракцій для компаундування. Це, в свою чергу, сприяє збільшенню виходу світлих вуглеводневих фракцій, зокрема додатковому отриманню до 8,9% абсолютної дизельної фракції. Процес крекінгу за наявності ініціатора (кисню повітря) забезпечує підвищення швидкості відбору світлих фракцій, що сприяє збільшенню питомої продуктивності реакційного вузла. Ключові слова – важкі нафтові залишки, гудрон, термічний крекінг, модифікований крекінг, кисень повітря, світлі фракції, дизельна фракція, в’язкість, глибина переробки нафти. 6 Перелік використаних літературних джерел 1. Zhiqiang, L., Huiping, W., & Yanhong, L. (2017). A review on thermal cracking of heavy oils for light oil production. Fuel Processing Technology, 156, 164-177. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2016.08.012 2. Mittal, P., & Singh, B. (2014). Oxidative Pyrolysis of Heavy Oils: A Review. Energy & Fuels, 28(4), 2269-2280. https://doi.org/10.1021/ef402377m 3. Wang, C., & Xu, Z. (2017). Characterization of Heavy Oils and Asphaltenes. In Asphaltenes, Heavy Oils, and Petroleum: Chemistry and Technology (pp. 53-85). CRC Press.