Приложение 2. Схемы переработки тяжелой части природных битумов

Приложение 2

Схемы переработки тяжелой части природных битумов

Технология деасфальтизации с помощью пропана (бутана) (рис.1) основана на эффекте растворимости легких фракций и масляного сырья в жидком пропане. Смолы и асфальтены - наименее растворимые компоненты.

Процесс осуществляется при температуре 50-85° С и давлении 3,7-4,4 МПа. Кратность растворителя к сырью - не менее 3:1 объемных частей. После разделения легких фракций от битума пропан выпаривают и направляют на рециркуляцию.

Выделенные легкие фракции могут быть разделены в колонне атмосферной трубчатки (АТ).

Преимуществом процесса является возможность обеспечения пропаном с Миннибаевского ГПЗ.

В результате переработки возможно получение таких ценных продуктов, как окисленные и неокисленные битумы, битумные мастики, лаки, мягчители, бензин, растворители, минеральные масла, дизельное топливо.

Технология деасфальтизации с помощью полярного растворителя (ацетона) (рис.2) также основана на различной растворимости компонентов ПБ в полярном растворителе. Кратность растворителя к сырью не менее 3:1 объемных частей.

В данном процессе разделение исходного сырья на фракции возможно путем изменения растворяющей способности растворителя снижением температуры или добавлением антирастворителя.

Первый этап, деасфальтизация, осуществляется при максимальной растворяющей способности растворителя (при температуре 55°С). При ее дискретном снижении на каждой последующей стадии происходит осаждение и отделение отдельных компонентов сырья. После выделения фракций ацетон направляется на рециркуляцию.

Легкие фракции направляют для получения товарных продуктов на дополнительную переработку: процессы гидроочистки, каталитического крекинга, выделение сероорганики. Состав конечных продуктов переработки аналогичен полученному в процессе с жидким пропаном: окисленные и неокисленные битумы, базовые масла, сульфоксиды, моторные топлива.

Преимуществом данной технологии является то, что она практически не имеет ограничений по глубине разделения сырья на фракции, недостатком - дефицит ацетона на рынке.

С помощью ацетона также можно проводить предварительное обезвоживание ПБ. При этом возможно использовать установку регенерации ацетона с процесса деасфальтизации.

Недостатки обоих процессов деасфальтизации связаны с использованием большого количества растворителя, что требует высоких материальных затрат на проведение процесса, регенерацию растворителя, а также необходимость применения оборудования больших объемов.

Переработка тяжелых остатков в дорожные, строительные битумы.

Природные битумы содержат значительный объем смолисто-асфальтеновых компонентов, в связи с чем остаток после деасфальтизации можно использовать как дорожный битум без дополнительной переработки, а также после окисления как дорожный, строительный, специальный окисленный битум (рис.3).

Переработка тяжелых остатков в процессе флексикокинга. Данный процесс осуществляется в коксовой печи при температуре 500°С. В результате из тяжелых нефтяных фракций образуются более легкие жидкости и газы.

Ноу-хау и патент на технологию принадлежит компании ExxonMobil.

Переработка тяжелых остатков в процессе газификации.

Процесс газификации - это отработанный процесс химического преобразования широкого спектра углеводородного сырья в чистый синтез-газ (Н2 + СО) с минимальным уровнем неблагоприятного воздействия на окружающую среду.

Некаталитическое неполное окисление углеводородов происходит в реакторе газификатора, оборудованном огнеупорной футеровкой и специально сконструированной кольцевидной горелкой. Конструкцией предусмотрен специально разработанный аппарат для охлаждения синтез-газа, который использует теплоту очень горячего синтез-газа для производства насыщенного пара высокого давления.

Преимуществами процесса являются низкие требования к качеству исходного топлива, возможность получения большого количества пара высокого давления, который может использоваться для закачки в битумный пласт в случае размещения установки газификации вблизи мест добычи.

Радиационно-термический крекинг (рис.4) является инновационной технологией, представляет собой совмещение термических превращений и высокоэнергетического ионизирующего излучения. Для ионизации сырья используется установка электронно-лучевой обработки. Данный процесс обеспечивает разрушение тяжелых и высоковязких молекул с длинным циклическим углеродным рядом до более коротких с одновременным насыщением водородом разорванных молекулярных связей. Продукт переработки ПБ в данной технологии может в дальнейшем эффективно перерабатываться на традиционных НПЗ.

Процесс осуществляется при температуре 375-425°С, доза облучения ускоренными электронами составляет 11 кГр.

Данный процесс обладает рядом преимуществ в сравнении с традиционным гидрокрекингом (по данным лабораторных испытаний):

отсутствует необходимость обеспечения водородом. В результате облучения водород образуется в виде радикалов из водяных паров;

благодаря образованию радикалов в сырье увеличивается степень его конверсии, растет производительность реактора в 1,5-3 раза;

обеспечивается более высокий выход низкокипящих фракций;

возможно использование более мягких режимов по температуре и давлению;

экономия на капитальных и эксплуатационных (прежде всего энергетических) затратах.

Предварительная стоимостная оценка технологии показывает, что проект может быть реализован малыми ННК.

Производство водобитумных эмульсий (рис.5).

Для формирования устойчивых во времени эмульсий могут использоваться роторно-пульсационные аппараты, волновые генераторы (рис.5).

Предполагаемый состав эмульсии: 70% - ПБ, 30% - вода.

Роторно-пульсационный аппарат представляет собой высокоскоростную роторную мешалку особой конструкции с переменной частотой и направлением вращения.

Волновой генератор представляет собой генератор механических колебаний определенной частоты и амплитуды, приближающихся к резонансным значениям компонентов, благодаря чему требуются минимальные энергозатраты, достигается высокая интенсивность диспергирования и массообменных процессов. Волновой генератор может также использоваться для последующего отделения воды из эмульсии.

Для снижения содержания серы в готовом продукте (до показателей мазута Ml00) можно использовать органические соли кальция и магния, в том числе некондиционные продукты производства моющих средств.

Преимуществом применения водобитумных эмульсий в качестве топлива по сравнению с ПБ и мазутами является более высокая калорийность сгорания на единицу битума, отсутствие необходимости отпаривания транспортных цистерн (эмульсия вытекает самостоятельно).

Рис.1. Принципиальная схема переработки ПБ с помощью
сжиженного пропана

          /-------\              /----\

ПБ        |блок   |деасфальтизат | АТ |н.к. - 180°С, 7-10%                      бензин, нефрас

---------|деас-  |-------------|    |--------------------------------------------------------------

100%      |фальти-|30%           |    |

          |зации  |              |    |                         /--------------\сульфоны, сульфоксиды

сжиженный |       |              |    |180-350°С,               |блок окисления|---------------------

---------|       |              |    |------------------------|и экстракции  |дизельное топливо

пропан    |       |              |    |дизельная фракция, 8-10% |              |---------------------

          |       |              |    |                         \--------------/

          |       |              |    |350-420°С,               /--------------\базовые масла

          |       |              |    |------------------------| блок очистки |---------------------

          |       |              |    |масляная фракция, 12-15% \--------------/

          |       |              \----/

          |       |асфальтит

          |       |------------------

          |       |70%

          \-------/

Рис.2. Принципиальная схема переработки ПБ с помощью полярного
растворителя (ацетона)

            /-------\               /---------\выделенные /-------------\бензин, нефрас

эмульсия ПБ |Совме- |раствор        |блок     |фракции    |блок нефтепе-|---------------------

-----------|щенный |--------------|фракцио- |----------|реработки:   |сульфоны, сульфоксиды

120%        |блок   |деасфальтизата |нирования|----------|гидроочистка,|---------------------

            |обезво-|в ацетоне, 30% |и отделе-|----------|кат. крекинг |дизельное топливо

ацетон      |живания|               |ния  аце-|----------|и др.        |---------------------

-----------|и деас-|               |тона     |           |             |базовые масла

            |фальти-|               \---------/           |             |---------------------

            |зации  |                                     \-------------/

            |       |асфальтит

            |       |----------------------

            \-------/70%

             |

             |сточная вода 20%

Рис.3. Принципиальная схема различных вариантов переработки тяжелых
остатков после деасфальтизации ПБ

                                  / - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -\

                                        вариант 1                         неокисленный до-

     /-------\                    |/-------------------------------------------------------+-

ПБ   |блок   |деасфальтизат, 30%   |                                      рожный битум

----|деас-  |------------------ ||                                                       |

100% |фальти-|                     |  /--------------\                    окисленный битум:

     |зации  |асфальтит        /--+--|блок окисления|-------------------------------------+-

     |       |-----------------|      \--------------/|                   дорожный,

     |       |70%              |  |                   |                   строительный,    |

     |       |                 |                      |                   специальный

     |       |                 |  |                   |                                    |

     |       |                 |                      | /----------------\битумный лак,

     |       |                 |  |                   | |блок            |-----------------+-

     |       |                 |                      \|компаундирования|мастика,

     \-------/                 |  |                     \----------------/мягчители РТИ    |

                               |  \ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -/

                               |  / - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -\

                               |    вариант 2

                               |  |                /-------\              топливный газ    |

                               |                   |флекси-|-------------------------------+-

                               |--+---------------|кокинг |              нафта

                               |                   |       |-------------------------------+-

                               |  |                |       |              газойль

                               |                   |       |-------------------------------+-

                               |  |                |       |              кокс

                               |                   |       |-------------------------------+-

                               |  |                \-------/

                               |  \ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -/

                               |  / - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -\

                               |    вариант 3      /-------\              синтез-газ

                               |  |                |газифи-|-------------------------------+-

                               |                   |кация  |              водород

                               \--+---------------|       |-------------------------------+-

                                                   |       |              топливный газ

                                  |                |       |-------------------------------+-

                                                   |       |          пар высокого давления

                                  |                \---------------------------------------+-

                                  \ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -/

Рис.4. Принципиальная схема радиационно-термического крекинга

            /------------\

водяной пар |реактор гид-|смесь углеводородов, 120%           "синтетическая нефть"

-----------|рокрекинга с|---------------------------------------------------------

            |установкой  | |         /----------\

            |электронно- | |         |блок фрак-|       газы 10%:

            |лучевой     | |         |циониро-  |----------------------------------

            |обработки   | |         |вания (АТ,|       пропан, бутан

ПБ          |            | \--------|АВТ)      |       изобутан

-----------|            |           |          |       легкие продукты, 20%

100%        |            |           |          |----------------------------------

            \------------/           |          |       нафта, 75%

                                     |          |----------------------------------

                                     |          |       керосиновые фракции, 15%

                                     |          |----------------------------------

                                     \----------/

Рис.5. Принципиальная схема производства водобитумных эмульсий

      /------------------\

ПБ,   |смешение в ротор- |водобитумная эмульсия

-----|но-пульсационном  |---------------------

70%   |аппарате, волновом|100%

      |генераторе        |

вода  |                  |

-----|                  |

30%   |                  |

      \------------------/