Способ фракционирования природных битумов и высоковязких нефтей

 

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для глубокого разделения тяжелого углеводородного сырья типа природных битумов и высоковязких нефтей на фракции топлив, масел и различных нефтехимических продуктов. Задачей изобретения является разработка способа глубокого фракционирования высоковязких нефтей и природных битумов, не требующего высоких температур и давлений, с получением узких фракций, включающих фракции наиболее тяжелых, высоковязких масляных компонентов и концентрат низкомолекулярных гетероатомных соединений. Поставленная задача решается способом фракционирования высоковязкого сырья, включающим деасфальтизацию путем смешения обезвоженного сырья с полярным водорастворимым растворителем, отделение раствора деасфальтизата от раствора асфальта, фракционированием деасфальтизата ступенчатым добавлением к последнему воды с отделением образующейся на каждой ступени фракции, причем смешение сырья с растворителем проводят при повышенной температуре, но не выше температуры кипения используемого растворителя. Перед добавлением к раствору деасфальтизата воды проводят предварительное фракционирование деасфальтизата путем ступенчатого снижения температуры раствора до 20-25^oС с шагом 15-35°С и отбором образовавшихся на каждой ступени фракций. Технический результат - упрощение процесса и снижение электрозатрат. 7 табл., 4 ил.

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для глубокого разделения тяжелого углеводородного сырья типа природных битумов (ПБ) и высоковязких нефтей (ВВН) на фракции топлив, масел и различных нефтехимических продуктов.

Переработка тяжелого сырья по традиционной технологии приводит к ряду затруднений, связанных с особенностями фракционного и химического состава ПБ и ВВН. Низкая термическая стабильность компонентов сырья приводит к интенсивному разложению в процессе перегонки, что в сочетании с пониженным содержанием светлых фракций резко снижает эффективность и технико-экономические показатели ректификационных установок. Если из легких нефтей можно отогнать фракции, выкипающие до 500-550^oC, то при перегонке ПБ и ВВН интенсивное термическое разложение наступает при отборе фракций, выкипающих в пределах 350-380^oC, что приводит к разрушению ценных компонентов сырья и снижению технико-экономических показателей ректификационных установок (см. 1. Сюняев З. И. и др. О переработке высоковязких нефтей из битуминозных пород. //Нефтебитуминозные породы: перспективы использования: (Материалы Всесоюзного совещания по комплексной переработке и использованию нефтебитуминозных пород). - Алма-Ата.: Наука, 1982.- 300 с. 2. 3енинский А.М., Обыденков С. И. Технико-экономическая оценка использования природных битумов с учетом новых цен и требований по экологии. //Всесоюзная конференция по проблемам комплексного освоения природных битумов и высоковязких нефтей. - Казань. 1991.-183 с.).

Известны способы разделения природных битумов и высоковязких нефтей деасфальтизацией обезвоженного сырья углеводородами, спиртами, кетонами, эфирами, газами с олучением деасфальтизата и асфальта (см. 3. Казакова Л. П., Крейн С.Э. Физико-химические основы производства нефтяных масел. М.: Химия, 1978.- 320 с.) Но эти способы не позволяют разделять природные битумы на несколько фракций, в том числе не позволяет концентрировать в одной фракции низкомолекулярные гетероатомные соединения, ценное сырье для нефтехимии.

Высокое содержание в ПБ масляных фракций, их уникальные свойства (высокий индекс вязкости, низкая температура застывания) и невозможность или нецелесообразность их выделения традиционными методами требуют разработки методов, учитывающих особенности перерабатываемого сырья.

Известен способ фракционирования природных битумов и высоковязких нефтей с помощью полярных водорастворимых растворителей, включающий деасфальтизацию путем смешения обезвоженного сырья с полярным водорастворимым растворителем, отделение раствора деасфальтизата от раствора асфальта, отличающийся тем, что раствор деасфальтизата подвергают фракционированию путем ступенчатого добавления к последнему воды в количестве 1-27 мас.% от первоначального количества раствора деасфальтизата на каждой ступени с отделением образующейся на каждой ступени фракции (см. 4. RU, патент, 2055858, C 10 C 3/08, 10.03.96).

Этот способ позволяет избежать термического воздействия на разделяемое сырье, но ограничения по глубине фракционирования не позволяют выделить наиболее тяжелые, высоковязкие масляные компоненты природных битумов и высоковязких нефтей.

Задачей изобретения является повышение глубины разделения ПБ и ВВН, в результате чего достигается возможность получения наиболее тяжелых, высоковязких масляных компонентов.

Поставленная задача решается способом фракционирования высоковязкого сырья, включающим деасфальтизацию путем смешения обезвоженного сырья с полярным водорастворимым растворителем, отделение раствора деасфальтизата от раствора асфальта, фракционированием деасфальтизата ступенчатым добавлением к последнему воды с отделением образующейся на каждой ступени фракции. Причем смешение сырья с растворителем проводят при повышенной температуре, но не выше температуры кипения используемого растворителя, перед добавлением к раствору деасфальтизата воды, проводят предварительное фракционирование деасфальтизата путем ступенчатого снижения температуры раствора до 20-25^oC с шагом 15-35^oC и отбором образовавшихся на каждой ступени фракций.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 300 г сырья - (предварительно обезвоженную Ашальчинскую нефть) и проводят деасфальтизацию с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 5), температура равна 55^oC. Перемешивание нефти с растворителем осуществляют электромешалкой до наступления равновесия. После отстаивания раствор деасфальтизата, состоящий из растворителя и растворенных в нем углеводородов и смол, отделяют от раствора асфальта. Температуру раствора деасфальтизата снижают на 15^oC (до 40^oC), при этом из раствора выделяется масляная фракция N1. После отстаивания выделившуюся фракцию отделяют от раствора деасфальтизата. Температуру оставшегося раствора деасфальтизата снижают на 20^oC (до 20^oC), при этом из раствора выделяется масляная фракция N2. После отделения фракции N2 оставшийся раствор деасфальтизата сливают в делительную воронку. К раствору деасфальтизата в делительную воронку добавляют воду из расчета 10 мас.% от количества раствора деасфальтизата. При этом из раствора выделяется в виде отдельной жидкой фазы углеводородная фракция. К оставшемуся раствору деасфальтизата добавляют аналогичную порцию воды и снова отделяют выделившуюся фракцию. В каждом случае от выделившейся фракции отгоняют растворитель. Последнюю фракцию получают после отгона растворителя из раствора деасфальтизата. Схема проведения процесса приведена на фиг. 1. Выход фракций, их состав и свойства приведены в табл. 1.

Пример 2. Фракционирование в примере 2 осуществляется так же, как в примере 1, за исключением массовой кратности растворителя к сырью, равной 3. Схема проведения процесса приведена на фиг. 1. Выход фракций, их состав и свойства приведены в табл. 2.

Пример 3. Берут 300 г сырья - (предварительно обезвоженную Ашальчинскую нефть) и проводят деасфальтизацию с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 5), температура равна 55^oC. Перемешивание нефти с растворителем осуществляют электромешалкой до наступления равновесия. После отстаивания раствор деасфальтизата. Состоящий из растворителя и растворенных в нем углеводородов и смол, отделяют от раствора асфальта. Температуру раствора деасфальтизата снижают на 35^oC (до 20^oC), при этом из раствора выделяется масляная фракция N1. После отстаивания выделившуюся фракцию отделяют от раствора деасфальтизата. После отделения фракции N1 оставшийся раствор деасфальтизата сливают в делительную воронку. К раствору деасфальтизата в делительную воронку добавляют воду из расчета 10 мас.% от количества раствора деасфальтизата. При этом из раствора выделяется в виде отдельной жидкой фазы углеводородная фракция. К оставшемуся раствору деасфальтизата добавляют аналогичную порцию воды и снова отделяют выделившуюся фракцию. В каждом случае от выделившейся фракции отгоняют растворитель. Последнюю фракцию получают после отгона растворителя из раствора деасфальтизата. Схема проведения процесса приведена на фиг. 2. Выход фракций, их состав и свойства приведены в табл. 3.

Пример 4. Берут 300 г сырья - (предварительно обезвоженную Ашальчинскую нефть) и проводят деасфальтизацию с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 5), температура равна 55^oC. Перемешивание нефти с растворителем осуществляют электромешалкой до наступления равновесия. После отстаивания раствор деасфальтизата. Состоящий из растворителя и растворенных в нем углеводородов и смол, отделяют от раствора асфальта. Температуру раствора деасфальтизата снижают на 15^oC(до 40^oC), при этом из раствора выделяется масляная фракция N1. После отстаивания выделившуюся фракцию отделяют от раствора деасфальтизата. Температуру оставшегося раствора деасфальтизата снижают на 20^oC (до 20^oC), при этом из раствора выделяется масляная фракция N2. После отделения фракции N2 оставшийся раствор деасфальтизата сливают в делительную воронку. К раствору деасфальтизата добавляют воду из расчета 1 мас. % от количества раствора деасфальтизата. После отстаивания выделившуюся фракцию отделяют от раствора деасфальтизата. К оставшемуся раствору деасфальтизата добавляют аналогичную порцию воды и отделяют выделившуюся фракцию. Таким образом получают пять фракций. Восьмую и последующие фракции получают при добавлении 10 мас.% воды. Последнюю фракцию получают после отгона растворителя из раствора деасфальтизата. Схема процесса приведена на рис.3 Выход фракций, их состав и свойства приведены в табл. 4.

Пример 5. Берут 300 г сырья - (предварительно обезвоженный Сугушлинский природный битум) и проводят деасфальтизацию с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 5), температура равна 55^oC. Перемешивание нефти с растворителем осуществляют электромешалкой до наступления равновесия. После отстаивания раствор деасфальтизата, состоящий из растворителя и растворенных в нем углеводородов и смол, отделяют от раствора асфальта. Температуру раствора деасфальтизата снижают на 15^oC (до 40^oC), при этом из раствора выделяется масляная фракция N1. После отстаивания выделившуюся фракцию отделяют от раствора деасфальтизата. Температуру оставшегося раствора деасфальтизата снижают на 20^oC (до 20^oC), при этом из раствора выделяется масляная фракция N2. После отделения фракции N2 оставшийся раствор деасфальтизата сливают в делительную воронку. К раствору деасфальтизата в делительную воронку добавляют воду из расчета 10 мас.% от количества раствора деасфальтизата. При этом из раствора выделяется в виде отдельной жидкой фазы углеводородная фракция. К оставшемуся раствору деасфальтизата добавляют аналогичную порцию воды и снова отделяют выделившуюся фракцию. В каждом случае от выделившейся фракции отгоняют растворитель. Последнюю фракцию получают после отгона растворителя из раствора деасфальтизата. Схема проведения процесса приведена на фиг. 1. Выход фракций, их состав и свойства приведены в табл. 5.

Пример 6. (по прототипу) Берут 100 г сырья - (предварительно обезвоженную Ашальчинскую нефть) и проводят деасфальтизацию с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 5) температура равна 20^oC. Перемешивание нефти с растворителем осуществляют электромешалкой до наступления равновесия. После отстаивания раствор деасфальтизата сливают в делительную воронку. К раствору деасфальтизата добавляют воду из расчета 10 мас.% на первоначальное количество раствора деасфальтизата. После отстаивания выделившуюся фракцию отделяют от раствора деасфальтизата. К оставшемуся раствору деасфальтизата добавляют аналогичную порцию воды и отделяют выделившуюся фракцию. Последнюю фракцию получают после отгона растворителя из раствора деасфальтизата. Схема процесса приведена на фиг. 4. Выход фракций, их состав и свойства приведены в табл. 6.

Пример 7. (по прототипу) Берут 1000 г сырья- (предварительно обезвоженную Ашальчинскую нефть) и направляют на ректификацию. Ректификацию проводят на установке АРН-2, имеющей насадочную колонку с разделяющей способностью 25 тарелок. Температура в кубе не превышала 360^oC, остаточное давление до 3 мм рт. ст. Фракции отбирались с интервалом 25^oC. Выход фракций, их состав и свойства приведены в табл. 7.

Предложенный способ фракционирования позволяет получить любое количество фракций, изменяя количество ступеней снижения температуры и количество воды, добавляемой к раствору деасфальтизата на каждой ступени.

Но при добавлении менее 1% воды снижается выход выделившейся фракции и увеличивается их количество. Подобное дробление бывает необходимым только для исследовательских целей и нецелесообразно в промышленной практике. Добавление воды в количестве более 25 - 27% приводит к образованию трудноразделяемых эмульсий и выделению на первой ступени из раствора деасфальтизата большинства растворенных углеводородов, что снижает четкость разделения. Аналогично был выбран шаг снижения температуры от 15 до 35^oC.

Предложенный способ позволяет осуществить процесс фракционирования на любую заданную глубину при атмосферном давлении и температурах, не превышающих 100^oC, что упрощает требования к аппаратурному оформлению процесса, снижает энергетические затраты на нагрев сырья. Низкая температура фракционирования предотвращает реакции разложения и уплотнения термически нестойких компонентов, что особенно важно для сырья типа природных битумов и высоковязких нефтей.

Предложенный способ позволяет выделять высоковязкие, тяжелые масляные фракции и концентрировать в последней фракции низкомолекулярные гетероатомные соединения, ценное сырье для нефтехимии.

Для осуществления процесса выбраны недефицитные и достаточно дешевые реагенты.

Формула изобретения

Способ фракционирования высоковязкого сырья, включающий деасфальтизацию путем смешения обезвоженного сырья с полярным водорастворимым растворителем, отделение раствора деасфальтизата от раствора асфальта, фракционированием деасфальтизата ступенчатым добавлением последнему воды с отделением образующейся на каждой ступени фракции, отличающийся тем, что смешение сырья с растворителем проводят при повышенной температуре, но не выше температуры кипения используемого растворителя, перед добавлением к раствору деасфальтизата воды проводят предварительное фракционирование деасфальтизата путем ступенчатого снижения температуры раствора до 20 - 25^oC с шагом 15 - 35^oC и отбором образовавшихся на каждой ступени фракций.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10