Экспериментальная часть - Процесс и оценка показателей гидрогенизации тяжелого нефтяного сырья

Объектом исследования является остаток - мазут западно-сибирской нефти.

Опыты проводились на опытно-экспериментальной установке

Таблица 1.1 - Физико-химическая характеристика гудрона западно-сибирской нефти

Показатель

Значение

Плотность при 20 0С, кг/м3

0,930

Условная вязкость при 80 0С, 0У

171,5

Содержание серы, % масс.

2,51

Фракционный состав:

Нк-180 0С

-

180-350 0С

-

350-500 0С

22,1

Остаток, более 500 0С

77,9

Содержание воды, % масс.

Отсутствие

Содержание смолисто-асфальтеновых веществ:

Не растворимых в гептане при 20 0С

0,58

Не растворимых в гептане при 60 0С

0,21

Цвет

Черный

Температура размягчения, 0С

+38

Элементный состав, % масс.

С

85,4

Н

11,28

S

2,51

N

0,5

В первой серии опытов было установлено, что при отсутствии каталитической добавки происходит повышенное коксообразование, реакционная система быстро закоксовывается и установка останавливалась.

Дальнейшие исследования проводились с добавкой прекурсора из расчета 0,05 % масс. на сырье. Условия проведения опытов приведены в таблице 2.

Таблица 1.2 - Условия проведения опытов

Параметр

Единица измерения

Интервал значений параметра

Давление

МПа

0,7

Температура

0С

420 - 445

Расход водорода

Нл/ч

300

Объемная скорость подачи сырья

Ч-1

0,7; 1,0; 1,2

Соотношение водород/сырье

Нл/л

1000/1

Катализатор, в пересчете на Мо

% масс

0,05

Выход продуктов процесса при проведении холостого опыта (без катализатора) представлен в таблице 3.

Таблица 1.3 - Выход продуктов процесса при проведении холостого опыта

Наименование

Выход, % масс.

Газ

14,40

Фр. (НК-180) єС

20,95

Фр. (180-350) єС

26,95

Фр. (350-500) єС

12,08

> 500 єС

26,56

Кокс

7,40

Последующие эксперименты проводились в присутствии катализатора.

Исходное сырье предварительно смешивали с водным раствором прекуросора катализатора, затем диспергировали с получением эмульсии прекурсора в сырье. На рисунке 2 показана гистограмма распределения частиц дисперсной фазы в эмульсии прекурсора в сырье для опыта одного из серии опытов. Как видно из рисунка, в эмульсии содержатся глобулы с размерами от 100 нм до 4 мкм, при этом средний диаметр глобул составляет около 850 нм.

В полученном гидрогенизате, содержащем сформировавщиеся в зоне реакции из прекурсора твердые частицы каталитического компонента и частицы кокса, также определялась дисперсность. Распределение частиц в суспензии гидрогенизата приведено на рисунке 3.

Рисунок 2.- Распределение частиц дисперсной фазы в эмульсии сырья с прекурсором катализатора

Рисунок 3.- Распределение частиц дисперсной фазы в суспензии гидрогенизата

В результате проведенных исследований было установлено, что с повышением температуры в зоне реакции происходит характерное для термодеструктивных процессов увеличение степени конверсии исходного сырья. Характер зависимости представлен на графике 1.

График 1

Представляется интересным рассмотреть зависимость изменения выходов фракций от температуры в продуктах реакции.

Увеличение выхода кокса и одновременное снижение выхода фракции газойля 350-500 0С, является следствием возрастания роли реакций уплотнения, так как эта фракция содержит максимальное количество коксогенных компонентов вторичного происхождения. Затем, так как реакции уплотнения являются высоко эндотермичными, то доля реакций каталитической деструкции сырья до низкомолекулярных компонентов, входящих в состав углеводородного газа и бензиновой фракции НК-180 0С снижается. Данным обстоятельством по-видимому, обусловлено увеличение выхода компонентов дизельной фракции 180 - 350 0С.

Данные зависимости приведены на графике 2.

График 2

Получаемый гидрогенизат анализировался на содержание серы. Установлено, что с увеличением конверсии сырья содержание серы в гидрогенизате снижается. Данная закономерность является следствием увеличения степени гидрирования серосодержащих соединений.

График 3

Немаловажным является рассмотреть зависимость от изменения температуры таких физических показателей свойств гидрогенизата, как плотность и вязкость.

На графике 4 приведены зависимости плотности и вязкости от температуры в зоне реакции.

Из графика видно, что с увеличением температуры происходит равномерное снижение плотности и вязкости полученного гидрогенизата. Данное обстоятельство можно объяснить увеличением степени превращения тяжелой части сырья при повышении температуры и, следовательно, снижением содержания высокомолекулярных компонентов в гидрогенизате.

График 4

В условиях пилотной установки существенное влияние на результаты гидроконверсии оказывает объемная скорость подачи сырья, определяемая как отношение объемного расхода сырья к объему реакционной зоны.

Проведенные исследования показали, что увеличение объемной скорости приводит к снижению конверсии сырья, тем самым увеличивая выход остатка не превращенного сырья.

Данная зависимость представлена на графике 5.

График 5

Зависимость выхода продуктов реакции от объемной скорости подачи сырья приведена на графике 6.

Максимальная производительность сырьевого дозатора была ограничена, поэтому провести исследования в области более высокой объемной скорости в настоящий момент не возможно. Все опыты проведены в области низкой объемной скорости, что приводило к повышенному коксообразованию в реакционной системе.

График 6

В области низкой объемной скорости более глубоко протекают реакции разложения вторичных продуктов и реакции конденсации и уплотнения с образованием кокса.

Похожие статьи




Экспериментальная часть - Процесс и оценка показателей гидрогенизации тяжелого нефтяного сырья

Предыдущая | Следующая