Изменения состава и свойств высокопарафинистых нефтей в процессах нетрадиционного воздействия: на примере нефтей Монголии

Промышленная нефтеносность осадочной толщи на территории Монголии установлена более полувека назад благодаря совместной экспедиции советских и монгольских геологов. Впервые в 1950 г. был простроен нефтепереработающий завод на месторождении Зуунбаян, который закрылся в 1970 г. из-за нехватки сырья и частых авариях. С 1989 г. начался новый этап разведки месторождения нефти по контракту о разделе продукции между правительства Монголии и других стран: компании Великобритании «BP», США «Филипс Петролиум», России «Сибнефтегеофизика». Были определены ресурсы нефти Монголии и дана оценка о перспективах нахождения новых месторождений. С 1994;1995гг. компания Великобритании «Нескор Энержи» на участке «Цагаан-элс» месторождения Зуунбаян, Канадская компания «СОКО» на участке XIX месторождения Тамсагбулаг активно начали бурение и добычу нефти.

Запасы нефти в Монголии по объявленным геологическим данным оцениваются в 4,5 миллиарда баррелей. Эти данные оценивают запасы нефти только работающих месторождениях. На других площадях геологическими исследованиями подтверждается возможность нахождения новых нефтяных залежей. Вследствие этого многие компании из Китая, Индии и Южной Кореи предлагают капиталовложения для поискового бурения.

Однако добываемые нефти Монголии как сырьё для переработки и получения товарных продуктов практически не изучены. Это связано как с неопределенностью запасов нефти, так и с нехваткой материалов исследования и отсутствием в Монголии специалистов и научной базы.

В последние годы увеличивается доля добычи тяжелых, высоковязких, высокопарафинистых нефтей. Такие нефти характеризуются высоким содержанием парафинов и смолисто-асфальтеновых веществ (CAB). Несмотря на внедрение новых технологий и строительство новых установок вторичной переработки нефти (каталитического крекинга, гидрокрекинга, каталитического риформинга, изомеризации, алкилирования, замедленного коксования), перед мировым сообществом встала актуальная проблема энергообеспечения, связанная с созданием новых, более экономичных технологий переработки тяжелого нефтяного сырья.

Создание технологий, позволяющих перерабатывать тяжелые нефти, природные битумы и другие подобные нетрадиционные виды сырья, послужит росту интереса нефтяных компаний, к разработке соответствующих месторождений. Анализ состояния нефтепереработки в мире определяет необходимость комплексного подхода к решению проблемы использования тяжелых нефтей, нефтяных остатков и природных битумов, сочетающих дальнейшее совершенствование известных и создание новых, альтернативных технологических процессов. Перспективы. развития новых эффективных процессов переработки нефти возможны с применением различных, ранее не применявшихся, химических и физических явлений (механохимических, плазмохимических, ультразвукового воздействия и других).

В настоящее время на практике в России и мире для улучшения качества товарных продуктов высокопарафинистых нефтей, т. е. получения высокооктановых бензинов, дизельных топлив используют депрессорные и ингибирующие присадки, компаундирование с высококачественными нефтями, переработку с помощью вторичных процессов — риформинга, платформинга, цеоформинга, изомеризации, висбрекинга, коксования и др: Практически все этиспособы имеют ограничения по применению для переработки тяжелого нефтяного сырья, поэтому актуальным является поиск альтернативных методов на основе нетрадиционных технологических процессов.

Учитывая высокую потребность Монголии в нефтепродуктах и ограниченные запасы нефти на ее территории, а также низкие товарные свойства монгольских нефтей, актуален поиск новых методов, увеличивающих глубину переработкиVили степень использования и основанных на нетрадиционных технологических процессах.

Цель диссертационной работы — установить характер изменений состава и свойств компонентов высокопарафинистых нефтей и их остатков под воздействием механоактивации, сжиженных углеводородных газов и озонирования с последующим термическим крекингом продуктов реакции.

Для выполнения работы необходимо было выполнить следующие задачи:

Изучить товарно-технические характеристики монгольских нефтей и на этой основе дать рекомендации о перспективных направлениях и способах их переработки.

Исследовать влияние механоактивации на состав и свойства сырой нефти и их остатков.

Изучить превращения компонентов при озонировании и изменения* состава и свойств озонированных нефтей и полученных из них нефтепродуктов.

Исследовать изменения состава и свойств прямогонных бензиновых фракций при каталитическом облагораживании на цеолитсодержащем катализаторе.

Установить возможности повышения, качества нефтей и вырабатываемых нефтепродуктов посредством деасфальтизации и депарафинизации сырья сжиженными углеводородными газами.

Основные положения, выносимые на защиту:

— Закономерности и особенности химических превращений компонентов высокопарафинистых нефтей в процессах нетрадиционного воздействия.

— Экспериментальное обоснование новых способов повышения глубины переработки, улучшения качества высокопарафинистых нефтей и товарных свойств получаемых из них нефтепродуктов.

Научная новизна работы заключается в получении новых данных о химических превращениях компонентов высокопарафинистых нефтей при озонировании, механохимической обработке и изменении их состава и свойств при облагораживании сжиженными углеводородными газами.

Впервые установлено, что воздействие механической энергии на нефть и нефтяные остатки в присутствии протонодонорных соединений или твердойфазыкварца приводит к значительным изменениям вещественного составаосновное направление механохимических превращений' компонентов нефтей и остатковдеструкция с образованием более низкомолекулярных веществ.

Показано, что сжиженными углеводородными газами при минус 20 °C из сырых высокопарафинистых нефтей удаляются практически все асфальтены, н-алканы С17+ и более половины смол. Фракции моторных топлив, получаемые из таких очищенных нефтей, имеют улучшенные эксплуатационные характеристики.

Практическая значимость работы. Полученные результаты по облагораживанию сырой высокопарафинистой нефти сжиженными углеводородными газами могут быть использованы для подготовки нефти к трубопроводному транспорту и получению сырья для переработки в товарные моторные топлива. Данные по механообработке остатков высокопарафинистых нефтей в присутствии кварца или доноров водорода (тетралин и другие нафтеноарены) могут быть использованы в технологической схеме малотоннажных нефтеперерабатывающих установок для повышения глубины переработки.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

Выводы.

Впервые по полной программе исследования нефтей изучены физико-химические свойства, вещественный состав и товарно-технические характеристик высокопарафинистых монгольских нефтей местрождений Тамсагбулаг и Зуунбаян, их бензиновых, дизельных фракций и остатков асмосферно-вакуумной перегонки. Установлено, что прямогонные фракции монгольских нефтей не могут использоваться в качестве бензинов, дизтоплив, строительных и дорожных битумов без вторичных процессов переработки ^ облагораживания.

На основании' результатов проведенных исследований влияния нетрадиционных, физических и химических воздействий на высокопарафинистые нефти и их остатки сделаны, следующие выводы.

1. Озонированием высокопарафинистых нефтей и их фракций с последующим термическим разложением продуктов удаетсядостичь увеличения выхода топливных фракций на 5%. Изменения группового состава нефтей при озонировании связаны с образованием кислородсодержащих соединений, т. е. укрупнением молекул CAB, что приводит к изменению их физико-химических свойств.

2. Механоактивация нефти и нефтяных остатков позволяет снизить на 7.5% содержание в них н-алканов, в первую очередь (на 4.2%) высокомолекулярных Сп-Сз8 вследствие их деструкции.

3. Установлено, что при механоактивации отбензиненной высокопарафинистой нефти с природным кварцем происходит снижение доли н-алканов на 15.8', в том числе твёрдых парафинов на 10,5, увеличение топливных фракций на 13.8% мае., образование газообразных продуктов (Q — С3) в количестве 4% мае.

4. Показано, что в присутствие водорододонорного растворителя (тетралин) при механоактивации мазута удается дополнительно повысить выход светлых фракций на 9.1%.

5. Впервые показано, что при механоактивации мазута с ацетиленом образуются до 12,8% мае. легких фракций и газообразных продуктов, в т. ч. водорода и метана.

6. Найдены оптимальные условия (300−320 для тамсагбулагской и 280−300 °С для зуумбаянской нефти) превращения низкооктановых компонентов прямогонных бензиновых фракций на катализаторе ВКЦ-М60, при которых содержание н-алканов снижается на 17.9%, возрастает содержание ароматических углеводородов до 46.0% мае. и октановое число на 40 единиц.

7. Впервые предложен способ депарафинизации сырых высокопарафинистих нефтей сжиженным газом при минус 20 °C, при котором отделяется до 33.5% твердого осадка с содержанием твёрдых парафинов до 46.8, смол и асфальтенов до 25.07% мае., что приводит к улучшению физико-химических характеристик нефти, в частности, к понижению температуры застывания на 33 °C и вязкости на 9 сСт.

8. Установлено, что получаемые нефтепродукты — бензины, дизтоплива и остатки — из нефти, очищенной сжиженными углеводородными газами от твердых парафинов, смол и асфальтенов, имеют товарные свойства, соответствуют требованиям ГОСТ без проведения вторичных процессов их очистки и облагораживания.