Способ получения экологически чистого судового маловязкого топлива

 

Изобретение относится к способам получения топлива для судовых двигателей и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. Способ получения экологически чистого судового маловязкого топлива включает атмосферно-вакуумную перегонку нефти с выделением фракции 240-500^oС. Эту фракцию подвергают каталитическому крекингу в псевдоожиженном слое микросферического цеолитсодержащего катализатора с последующим гидрированием полученной фракции 180-350^oС легкого каталитического газойля на никель-вольфрамовом сульфидном с добавкой окиси алюминия катализаторе, отдувкой, защелачиванием, водной промывкой последнего и выделением из него путем атмосферно-вакуумной перегонки фракции 195-315^oС. Затем ее смешивают с фракцией вакуумного газойля или термогазойля в соотношении 99:1-75:25 мас.% соответственно или фракцию 195-315^oС смешивают с фракцией 180-350^oС легкого каталитического газойля или фракцией 180-350^oС легкого коксового газойля в соотношении 99:1-60:40 мас.% соответственно или с печным бытовым топливом в соотношении 99:1-50:50 мас.% соответственно. В смесь дополнительно вводят композицию антиокислительной и противоизносной присадок в количестве 0,002-0,004 мас.% каждой, в качестве которых используют ионол и дистиллированные нефтяные кислоты. Изобретение позволяет снизить содержание серы и практически полностью удалить меркаптановую серу в полученном судовом маловязком топливе, улучшить его экологичность за счет уменьшения выбросов в атмосферу сернистых, азотистых соединений и легких углеводородов путем снижения испаряемости топлива, повысить его химическую стабильность, снизить лако- и нагарообразования, улучшить низкотемпературные свойства, повысить цетановые числа. 1 з.п.ф-лы, 5 табл.

Изобретение относится к способам получения топлива для судовых двигателей и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.

Топливо судовое маловязкое предназначено для использования в среднеоборотных и высокооборотных дизельных двигателях взамен дефицитного дизельного топлива по ГОСТ 305-82, потребляемого на водном транспорте.

Потребителем предъявляются жесткие требования к эксплуатационным характеристикам судового маловязкого топлива (СМТ): повышению химической стабильности, смазывающей и теплотворной способности, снижению коррозионной активности и нагарообразования, улучшению низкотемпературных свойств, наряду с которыми, актуальной задачей остается создание экологически чистого СМТ с низким содержанием серы, использование которого в дизельных двигателях позволило бы уменьшить выбросы в атмосферу сернистых, азотистых соединений и легких углеводородов, а также вредных канцерогенных веществ, образующихся при сгорании топлив в двигателе.

Известен способ получения маловязкого судового топлива (патент РФ 2074232, С 10 С 57/00, БИ 6, 1997 г.) путем перегонки нефти на установке АВТ с выделением фракций: 160-360^oС, 160-420^oС и 300-480^oС с последующим их смешиванием в массовом соотношении 40:40:20-60:30:10 с получением дистиллята прямой перегонки; фракцию 250-550^oС, получаемую на установке АВТ, подвергают каталитическому крекингу на специальном цеолитсодержащем катализаторе типа "ЕМКАТ" на установке Г-43/102. Из катализата выделяют фракцию 160-400^oС и компаундируют ее с дистиллятом прямой перегонки в соотношении 20:80-60:40.

В известном способе производства СМТ используются легкие фракции прямой перегонки нефти и каталитического крекинга, что приводит к снижению температуры вспышки, цетанового числа, теплоты сгорания и смазочной способности топлива. Кроме того, в данном способе производства СМТ применяется очень трудоемкий и морально устаревший процесс каталитического крекинга в движущемся слое крупногранулированного шарикового катализатора, приводящий к ухудшению качества топлива.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ получения маловязкого судового топлива (патент РФ 2149888, С 10 G 1/04, С 10 G 55/06, БИ 15, 27.05.2000 г.) путем атмосферно-вакуумной перегонки нефти с выделением фракций, каталитического крекинга вакуумного газойля, компаундирования этих фракций, причем при атмосферно-вакуумной перегонке выделяют фракции 155-360^oС, 155-435^oС, 220-500^oС и 240-560^oС, первые три фракции смешивают в массовом соотношении 40:55:5-55:35:10 с получением дистиллята прямой перегонки нефти, а фракцию 240-560^oС подвергают гидроочистке на алюмокобальтмолибденовом катализаторе, затем каталитическому крекингу в псевдоожиженном слое микросферического катализатора с отделением от полученного продукта фракции 155-420^oС при массовом соотношении в дистилляте каталитического крекинга фракции 155-325^oС и фракции 325-420^oС 90:10-99:1 с последующим компаундированием ее с дистиллятом прямой перегонки в массовом соотношении 15:85-65:35.

Недостатками известного способа (прототипа) являются: наличие легких фракций прямой перегонки нефти и каталитического крекинга в производстве СМТ, что повышает испаряемость топлива и приводит к выбросу легких углеводородов в атмосферу, ухудшая экологию; а наличие довольно высокого содержания высококипящих фракций приводит к нагарообразованию в дизельном двигателе; недостатком известного способа получения СМТ является также высокое содержание серы в топливе, в том числе меркаптановой серы и ароматических углеводородов в дистилляте каталитического крекинга, выкипающего в интервале 155-420^oС, что приводит к высокому лако- и нагарообразованию в двигателе, повышенному износу деталей цилиндропоршневой группы, неполноте сгорания топлива и повышению дымности выхлопа и выбросу канцерогенных веществ в окружающую среду. В свою очередь меркаптановая сера вызывает коррозию топливной аппаратуры и деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) самого двигателя. Кроме того при сжигании топлива в двигателе образуются сернистые и серные ангидриды, вызывающие коррозию выпускных клапанов и повышенный износ колец ДВС, что также приводит к загрязнению атмосферы бассейнов рек, морей, океанов и нарушению экологического равновесия.

Изобретение решает техническую задачу снижения содержания серы и практически полное удаление меркаптановой серы в получаемом по предлагаемому способу СМТ, улучшения его экологичности за счет уменьшения выбросов в атмосферу сернистых, азотистых соединений и легких углеводородов, путем снижения испаряемости топлива, повышение его химической стабильности, снижение склонности к лако- и нагарообразованию, улучшение низкотемпературных свойств и повышение цетанового числа.

Указанная задача решается тем, что в известном способе получения СМТ, включающем выделение фракций путем атмосферно-вакуумной перегонки, каталитический крекинг вакуумного газойля, компаундирование фракций, согласно изобретению путем атмосферно-вакуумной перегонки выделяют фракцию 240-500^oС, которую подвергают каталитическому крекингу в псевдоожиженном слое микросферического катализатора с получением фракции 180-350^oС легкого каталитического газойля и последующим гидрированием его на никель-вольфрамовом сульфидном с добавкой окиси алюминия катализаторе с выделением из полученного гидрогенизата путем атмосферно-вакуумной перегонки фракции 195-315^oС, которую смешивают с фракцией вакуумного газойля или термогазойля в соотношении 99:1-75:25 (мас.%) соответственно или фракцию 195-315^oС смешивают с фракцией 180-350^oС легкого каталитического газойля или фракцией 180-350^oС легкого коксового газойля в соотношении 99:1-60:40 (мас.%) соответственно или с печным бытовым топливом в соотношении 99:1-50:50 (мас.%) соответственно, затем в смесь дополнительно вводят композицию антиокислительной (ионол) и противоизносной (дистиллированные нефтяные кислоты по ГОСТ 13302-77) присадок в количестве по 0,002-0,004 мас.% каждой.

В таблицах 1 и 2 приведены показатели качества компонентов СМТ. Характеристика вакуумного газойля и термогазойля в соответствии с требованиями ТУ 38.10113-04-90 и ТУ 38.1011254-89 соответственно дана в таблице 1. Вакуумный газойль (ТУ 38.1011304-90) является прямогонным продуктом, который получают при вакуумной перегонке мазутов. Термогазойль (ТУ 38.1011254-89) получается путем термического крекинга каталитических газойлей, экстрактов масляного производства, газойлей термокрекинга и замедленного коксования, а также путем коксования этих продуктов, крекинг-остатков.

Печное бытовое топливо (ТУ 38.101656-87) вырабатывается из дизельных фракций прямой перегонки и вторичного происхождения - дистиллятов термического крекинга и коксования. Основные физико-химические показатели качества промышленных образцов печного топлива, легкого каталитического и легкого коксового газойлей, а также фракции 195-315^oС гидрогенизата процесса глубокого гидрирования (топлива Т-6), представлены в таблице 2.

Выделение в предлагаемом способе путем прямой перегонки нефти фракций с более высокой температурой начала кипения и более низкой температурой конца кипения по сравнению с прототипом обеспечивает низкую испаряемость топлива и меньший выброс легких углеводородов в атмосферу, в результате чего улучшается экология. Снижение температуры конца кипения позволяет снизить одержание высококипящих фракций и, следовательно, значительно уменьшить лако- и нагарообразование в дизельном двигателе.

Каталитическому крекингу в предлагаемом способе подвергают фракцию вакуумного газойля 240-500^oС облегченного фракционного состава с температурой конца кипения, не превышающей 500^oС, что обусловлено неблагоприятным воздействием высококипящих фракций на качество получаемых продуктов, вызывая закоксовывание катализатора.

Предлагаемое гидрирование легкого каталитического газойля 180-350^oС на блоке глубокого гидрирования высокого давления в системе в присутствии катализатора никель-вольфрамового сульфидного с добавкой окиси алюминия приводит к повышению химической стабильности топлива и уменьшению отложений в топливной системе за счет удаления из топлива гетероорганических (серу-, азот-, кислородсодержащих) и ненасыщенных (в том числе ароматических) соединений. При этом общее содержание серы достигает 0,03-0,05%, а меркаптановая сера полностью отсутствует.

Способ осуществляют следующим образом.

1. Выделенную путем прямой перегонки нефти фракцию вакуумного газойля 240-500^oС подвергают каталитическому крекингу в псевдоожиженном слое микросферического цеолитсодержащего катализатора на установке типа 1А-1М или ГК-3, дающему возможность получить легкий каталитический газойль (ЛКГ), фракцию 180-350^oС, которую в качестве исходного сырья направляют на блок глубокого гидрирования высокого давления: Давление в системе, ата, не менее - 260 Температура, ^oС - 300 - 420 Объемная скорость подачи сырья, час^-1, не выше - 1,0 Соотношение водородсодержащий газ:сырье, нм³/м³, не менее - 2000:1 Содержание водорода в циркуляционном газе, об.%, не менее - 75 В таблице 3 приведены требования к качеству исходного сырья блоков глубокого гидрирования.

Процесс гидрирования осуществляют на никель-вольфрамовом сульфидном с добавкой окиси алюминия катализаторе. Полученный нестабильный гидрогенизат подвергают отдувке от сероводорода и защелачиванию раствором щелочи и водной промывке. Отдувка гидрогенизата от сероводорода производится в отдувочной колонне в соответствии с требованиями технологического регламента.

Защелачивание гидрогенизата раствором щелочи и водную промывку производят в соответствии с регламентом. После защелачивания и водной промывки из нестабильного гидрогенизата путем атмосферно-вакуумной ректификации выделяют фракцию 195-315^oС.

Выделенная из нестабильного гидрогенизата фракция должна отвечать требованиям, которые соответствуют топливу для реактивных двигателей марки Т-6 по ГОСТ 12308-89: Плотность при 20^oС, кг/м³, не менее - 840 Кинематическая вязкость при 20^oС, мм²/с, не более - 4,5 Фракционный состав, ^oС:
а) температура начала перегонки, не ниже - 195
б) 10% отгоняется при температуре, не выше - 220
в) 50% отгоняется при температуре, не выше - 255
г) 90% отгоняется при температуре, не выше - 290
д) 98% отгоняется при температуре, не выше - 315
Температура вспышки в закрытом тигле, не ниже - 62
Кислотность, мг КОН на 100 см³ топлива, в пределах - 0,4 - 0,7
Испытание на медной пластинке при 100^oС в течение 4-х часов - Выдерж.

Температура начала кристаллизации, ^oС, не выше - Минус 60
Содержание водорастворимых кислот и щелочей - Отс.

Содержание воды и механических примесей - Отс.

Йодное число, г йода на 100 г топлива, не более - 0,8
Массовая доля, %, не более:
Ароматических углеводородов - 10
Общей серы - 0,05
Меркаптановой серы - Отс.

Зольность, %, не более - 0,003
Затем выделенную из нестабильного гидрогенизата фракцию 195-315^oС смешивают с фракцией вакуумного газойля или термогазойля в соотношении 99:1-75:25 (мас. %) соответственно или с фракцией 180-350^oС легкого каталитического газойля или фракцией 180-350^oС легкого коксового газойля в соотношении 99: 1-60: 40 (мас.%) соответственно или с печным бытовым топливом в соотношении 99:1-50:50 (мас.%) соответственно.

Для улучшения антиокислительных и противоизносных свойств в полученную смесь дистиллятов вводят композицию присадок ионола и дистиллированных нефтяных кислот в количестве, мас.%:
Йонол - 0,002 - 0,004
Нефтяные кислоты - 0,002 - 0,004
Полученное судовое маловязкое топливо после введения присадок должно удовлетворять следующим требованиям ТУ 38.101567-00:
Вязкость:
условная при 20^oС, ^oВУ, не более - 2,0
Соответствующая ей кинематическая, мм²/с, не более - 11,4
Цетановое число, не менее - 40
Температура, ^oС: вспышки в закрытом тигле, ^oС, не ниже - 62
Застывания, не выше - Минус 10
Массовая доля, %, не более:
Серы
I вид - 0,5
II вид - 1,0
III вид - 1,5
Меркаптановой серы - 0,025
Воды - Следы
Механических примесей - 0,02
Коксуемость, %, не более - 0,2
Зольность, %, не более - 0,01
Содержание водорастворимх кислот и щелочей - Отс.

Плотность при 20^oС, кг/м³, не более - 890
Йодное число, г йода на 100 г топлива, не более - 20
В таблице 4 представлен компонентный состав, в таблице 5 - показатели качества полученного по предлагаемому способу экологически чистого СМТ.

Пример получения СМТ.

Пример 1. Нефть на установке АВТ подвергают перегонке с выделением фракции вакуумного газойля 240-500^oС.

Фракцию 240-500^oС вакуумного газойля подвергают каталитическому крекингу в псевдоожиженном слое микросферического цеолитсодержащего катализатора при температуре 490^oС. Из катализата выделяют фракцию 180-350^oС и подвергают ее глубокому гидрированию на никель-вольфрамовом сульфидном с добавкой окиси алюминия катализаторе при давлении 260 ата и температуре 350^oС. Затем нестабильный гидрогенизат подвергают отдувке, защелачиванию и водной промывке. После чего путем атмосферно-вакуумной ректификации из гидрогенизата выделяют фракцию 195-315^oС, которую смешивают с фракцией вакуумного газойля в соотношении 99:1 (мас.%). В полученную смесь вводят композицию присадок: ионол и дистиллятные нефтяные кислоты в количестве по 0,003 мас.% соответственно.

Пример 2. Параметры процессов и последовательность их проведения аналогичны примеру 1. Выделенную из гидрогенизата фракцию 195-315^oС смешивают с фракцией термогазойля в соотношении 99:1 (мас.%). В полученную смесь вводят композицию присадок: ионол и дистиллятные нефтяные кислоты в количестве по 0,003 мас.% соответственно. Результаты приведены в таблице 5.

Пример 3. Параметры процессов и последовательность их проведения аналогичны примеру 1. Выделенную из гидрогенизата фракцию 195-315^oС смешивают с фракцией вакуумного газойля в соотношении 75:25 (мас.%). В полученную смесь вводят композицию присадок: ионол и дистиллятные нефтяные кислоты в количестве по 0,003 мас.% соответственно. Результаты приведены в таблице 5.

Пример 4. Параметры процессов и последовательность их проведения аналогичны примеру 1. Выделенную из гидрогенизата фракцию 195-315^oС смешивают с фракцией термогазойля в соотношении 75:25 (мас.%) соответственно. Затем вводят композицию присадок в количестве 0,003 мас.% каждой (йонол и дистиллированные нефтяные кислоты).

Пример 5. Аналогичен примеру 1, только выделенную из гидрогенизата фракцию 195-315^oС смешивают с фракцией 180-350^oС легкого каталитического газойля в соотношении мас. % 99: 1 соответственно. Затем вводят композицию присадок в количестве 0,003 мас.% каждой (ионол и дистиллированные нефтяные кислоты). Результаты приведены в таблице 5.

Пример 6. Аналогичен примеру 1, только выделенную из гидрогенизата фракцию 195-315^oС смешивают с фракцией 180-350^oС легкого каталитического газойля в соотношении мас. % 60:40 соответственно. Затем вводят композицию присадок в количестве 0,003 мас.% каждой (ионол и дистиллированные нефтяные кислоты). Результаты приведены в таблице 5.

Пример 7. Параметры процессов и последовательность их проведения аналогичны примеру 1. Выделенную из гидрогенизата фракцию 195-315^o смешивают с фракцией 180-350^oС легкого газойля коксования в соотношении 99:1 (мас.%) соответственно. Затем вводят композицию присадок в количестве 0,003 мас.% каждой (ионол и дистиллированные нефтяные кислоты). Результаты приведены в таблице 5.

Пример 8. Параметры процессов и последовательность их проведения аналогичны примеру 1. Выделенную из гидрогенизата фракцию 195-315^oС смешивают с фракцией 180-350^oС легкого газойля коксования в соотношении 60:40 (мас.%) соответственно. Затем вводят композицию присадок в количестве 0,003 мас.% каждой (йонол и дистиллированные нефтяные кислоты). Результаты приведены в таблице 5.

Пример 9. Параметры процессов и последовательность их проведения аналогичны примеру 1. Выделенную из гидрогенизата фракцию 195-315^oС смешивают с печным бытовым топливом в соотношении 99:1 (мас.%) соответственно. Затем вводят композицию присадок в количестве 0,003 мас.% каждой (ионол и дистиллированные нефтяные кислоты). Результаты приведены в таблице 5.

Пример 10. Параметры процессов и последовательность их проведения аналогичны примеру 1. Выделенную из гидрогенизата фракцию 195-315^oС смешивают с печным бытовым топливом в соотношении 50:50 (мас.%) соответственно. Затем вводят композицию присадок в количестве 0,003 мас.% каждой (ионол и дистиллированные нефтяные кислоты). Результаты приведены в таблице 5.

Анализ образцов по примерам 1-10 показал, что по сравнению с прототипом существенно снизилось содержание общей и меркаптановой серы, уменьшилась испаряемость, повысилась химическая стабильность и чистота топлива, снизилась склонность к лако- и нагарообразованию, значительно улучшились низкотемпературные свойства, повысилось цетановое число, что позволило уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу и улучшить состояние окружающей среды.

Предлагаемая технология получения СМТ найдет широкое применение на НПЗ для получения экологически чистых топлив для судовых дизельных двигателей.

Формула изобретения

1. Способ получения экологически чистого судового маловязкого топлива, включающий атмосферно-вакуумную перегонку нефти с выделением фракций, каталитический крекинг вакуумного газойля, компаундирование фракций, отличающийся тем, что при атмосферно-вакуумной перегонке выделяют фракцию 240-500^oС, которую подвергают каталитическому крекингу с получением фракции 180-350^oС легкого каталитического газойля и последующим гидрированием полученной фракции на никель-вольфрамовом сульфидном с добавкой окиси алюминия катализаторе с выделением из полученного гидрогенизата путем атмосферно-вакуумной перегонки фракции 195-315^oС, которую смешивают с фракцией вакуумного газойля или термогазойля в соотношении 99: 1-75: 25 мас. % соответственно или фракцию 195-315^oС смешивают с фракцией 180-350^oС легкого каталитического газойля или с фракцией 180-350^oС легкого коксового газойля в соотношении 99: 1-60: 40 мас. % соответственно или с печным бытовым топливом в соотношении 99: 1-50: 50 мас. % соответственно, затем в смесь дополнительно вводят композицию антиокислительной и противоизносной присадок в количестве 0,002-0,004 мас. % каждой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве антиокислительной присадки используют ионол, а в качестве противоизносной - дистиллированные нефтяные кислоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6