Деструктивная переработка углеводородного сырья в неорганических расплавах

Abstract

Дисертація присвячена розробці і вивченню технології деструктивної переробки індивідуальних і сумішевих вуглеводнів в неорганічних розплавах. У досліджених умовах процесу отримані продукти з високим вмістом рідких вуглеводнів, що можуть бути використані в якості сировини для органічних синтезів або як компонент моторного палива високої якості. Визначено оптимальні параметри процесу: температура 500 °С і час контакту 0,15-0,20 с. Найбільш ефективними розплавами в умовах процесу є суміші NaCl–ZnCl2 або KCl–ZnCl2 евтектичного складу. Переробка вуглеводнів в таких умовах дозволяє збільшити вихід світлих нафтопродуктів для мазуту – на 23,7-25,9 %, для сирої нафти – на 22,1-23,9 %; підвищити октанове число прямогонних бензинів на 26 пунктів, головним чином, за рахунок збільшення виходу изопарафінів; отримати високий вихід ізомерів при переробці індивідуальних вуглеводнів (до 28,9 % з n-гексану). Запропоновано проводити процес в трьохзонному автотермічному реакторі з циркулюючим розплавом хлоридів металів між зонами деструкції, відпарювання рідких вуглеводнів і окиснення побічних твердих продуктів. Це дозволяє знизити витрати основних енергетичних ресурсів при вісбрекінгу мазуту на 39 % в порівнянні з існуючими виробництвами. Диссертация посвящена разработке и изучению технологии деструктивной переработки углеводородного сырья различного состава в неорганических расплавах. В данной работе впервые использован комплексный подход к анализу и решению основных технологических задач, возникающих при возможной практической реализации подобных процессов. С помощью созданной методики проведения лабораторных исследований получены надежные экспериментальные данные, на основании которых установлено влияние основных управляющих параметров и изучена кинетика процесса. Определено влияние химического состава расплава, температуры (в интервале 400-600 °С), времени контакта (в интервале 0,09-0,27 с), скорости подачи сырья и поверхности раздела фаз (в условиях пузырькового режима барботажа) на состав и выход продуктов при переработке мазута, сырой нефти, прямогонного бензина и n-гексана. Исследования проводились с применением расплавов бинарных эвтектических смесей хлоридов металлов (LiCl–KCl, NaCl–CuCl, CuCl–ZnCl2, NaCl–ZnCl2, KCl–ZnCl2, NaCl–MgCl2, CuCl–CaCl2, KCl–FeCl3), а также металлов Pb и Sn в массовом соотношении 6,5:1. Определены оптимальные условия процесса для достижения максимального выхода жидких продуктов при переработке мазута и сырой нефти: температура ~ 500 °С, время контакта – 0,15-0,20 с, расплав – смеси NaCl–ZnCl2 или KCl–ZnCl2, диаметр барботируемых через слой расплава пузырьков паров углеводородов – до 2 мм. Переработка углеводородов в оптимальных условиях позволяет увеличить выход светлых фракций для мазута – на 23,7-25,9 %, для сырой нефти – на 22,1-23,9%; повысить октановое число прямогонных бензинов на 26 пунктов, главным образом, за счет увеличения выхода изопарафинов; получить высокий выход изомеров при переработке индивидуальных углеводородов (до 28,9 % из n-гексана). Особенностью технологии является проведение процесса в трехзонном автотермическом реакторе. При этом деструкция углеводородов осуществляется в зоне реакции при снижающейся температуре и с образованием коксообразных продуктов, которые передаются циркулирующим теплоносителем (расплавом) в зону окисления и обеспечивают повышение температуры циркулирующего расплава до необходимой величины вследствие их окисления кислородом воздуха с последующим возвращением расплава в зону крекинга. Работа реакторного узла в автотермическом режиме возможна при образовании твердых коксообразных продуктов на уровне не ниже 6 % на массу сырья при висбрекинге мазута. Применение предлагаемой технологии на существующих установках висбрекинга мазута позволяет снизить затраты основных энергетических ресурсов на 39 % и уменьшить срок окупаемости капитальных затрат на строительство производства с 17 до 9 месяцев или почти в 2 раза при производственных мощностях 500 тыс. тонн в год. Dissertation is devoted to development and study the technology of individual and mixed hydrocarbons destructive processing in inorganic melts. In the studied process conditions were obtained products with a high content of liquid hydrocarbons, which can be used as a feedstock for organic synthesis or as a high quality component of the motor fuels. The optimal process parameters were determined: temperature of 500 °C and contact time of 0.15-0.20 sec. Under the process conditions, mixtures of NaCl–ZnCl2 and KCl–ZnCl2 of the eutectic composition have been defined as the most efficient melts. Hydrocarbon processing in these melts allow to increase the yield of light oil products for mazut – by 23.7-25.9 %, for crude oil – by 22.1-23.9 %; to raise the octane number of straight-run gasoline by 26 points, mainly due to increase of isoparaffins yield; to obtain a high yield of isomers in the case of individual hydrocarbons processing (to 28.9 % from nhexane). It have been proposed to carry out the process in a three-zone autothermal reactor with a circulating melt, consisting of metal chlorides, between zones of hydrocarbons destruction, zone of liquid hydrocarbons stripping and solid byproducts oxidation. That allows to reduce the main energy resources costs for mazut visbreaking process by 39 % compared to the existing productions.