способ фракционирования природных битумов и высоковязких нефтей

Формула изобретения

Способ фракционирования высоковязкого сырья, включающий деасфальтизацию путем смешения обезвоженного сырья с полярным водорастворимым растворителем при повышенной температуре, но не выше температуры кипения используемого растворителя, отделение раствора деасфальтизата от раствора асфальта, фракционирование деасфальтизата ступенчатым добавлением к последнему воды с отделением образующейся на каждой ступени фракции, отличающийся тем, что ступенчатое добавление к деасфальтизату воды проводят при постоянной повышенной температуре, но не выше температуры кипения используемого растворителя.

Описание изобретения к патенту

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.

Особенности фракционного и химического состава природного битума (ПБ) позволяют рассматривать его как сырье комплексного назначения для получения ряда специфических продуктов, которые невозможно или экономически не выгодно получать из других видов сырья.

Современные технологии переработки нефти не приспособлены для такого вида сырья, как природные битумы. Низкая термическая стабильность ПБ приводит к интенсивному разложению ценных компонентов сырья в процессе ректификации, что в сочетании с пониженным содержанием светлых фракций ухудшает условия работы и резко снижает технико-экономические показатели ректификационных установок. Если из легких нефтей можно отогнать фракции, выкипающие до 500-550^oC, то при перегонке ПБ интенсивное термическое разложение наступает при температурах порядка 300^oC, и в системе не удается создать достаточный вакуум с целью глубокого извлечения масляных фракций (см. 1. Сюняев 3. 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. Зенинский А.М., Обыденков С.И., Садыков А. Н. Технико- экономическая оценка использования природных битумов с учетом новых цен и требований по экологии //тр. Всесоюзн. Конф. по проблемам комплексного освоения природных битумов и высоковязких нефтей. - Казань, 1992, с. 81-87).

Для увеличения глубины разделения ПБ необходимо использовать методы, позволяющие либо удалять перед ректификацией термически нестойкие компоненты сырья, либо использовать методы, не требующие термического воздействия на сырье.

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 (см. 3, Курбский Г. П., Романов Г.Р., Галимов Р.А. и др. Направления рационального использования природных битумов Татарии // Теплоэнергетика и энерготехнология в проблемах добычи нефти и битумов - сб. тр. КНЦ АН СССР. Казань. - 1991).

Известны способы разделения природных битумов и высоковязких нефтей деасфальтизацией обезвоженного сырья углеводородами, спиртами, кетонами, эфирами, газами с получением деасфальтизата и асфальта (см. 4, 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 и концентрировать в одной фракции низкомолекулярные гетероатомные соединения, которые являются ценным сырьем для нефтехимии.

Известен способ фракционирования высоковязкого сырья, включающий деасфальтизацию путем смешения обезвоженного сырья с полярным водорастворимым растворителем, отделение раствора деасфальтизата от раствора асфальта. Раствор деасфальтизата подвергают фракционированию путем ступенчатого добавления к последнему воды в количестве 1,0-27,0 мас.% от первоначального количества раствора деасфальтизата на каждой ступени с отделением образующейся на каждой ступени фракции. (см. 5, патент РФ N 2055858, C 10 C 3/08, БИ N 7, 1996).

Этот способ имеет ограничения по глубине фракционирования и не позволяет выделить наиболее тяжелые, высоковязкие масляные компоненты ПБ. Кроме того, этот процесс проводится при температуре 20^oC, что требует применения дорогостоящих низкотемпературных хладагентов с температурой около 10^oC и использования соответствующего дополнительного оборудования.

Недостаток по ограничению глубины фракционирования исключается в способе 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, фракционированием деасфальтизата ступенчатым добавлением к последнему воды с отделением образующейся на каждой ступени фракции. Смешение сырья с растворителем по этому способу 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 (см. 6, заявка на патент N 97104387, C 10 G 21/02 опубл. 1.10.97).

Выбранный в этом способе температурный режим фракционирования должен включать в себя дорогостоящий предварительный этап ступенчатого охлаждения раствора деасфальтизата, что требует использования хладагентов. Использование таких хладагентов, как оборотная вода или воздух, ведет к усложнению регулирования и поддержания температурного режима процесса. Эти хладагенты используются в процессах, проводимых при температуре не ниже 50^oC, а фракционирование по этому способу требует температуры 20^oC. По этой причине для осуществления процесса необходимы дорогостоящие хладагенты с температурой около 10^oC. (см. 7, Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. / М.: Химия, 1982. - 584 с.).

Задачей изобретения является разработка способа фракционирования природных битумов и высоковязких нефтей, не требующего применения хладагентов, при сохранении глубины разделения сырья и возможности получения наиболее тяжелых высоковязких масляных компонентов, а также снижение энергетических затрат за счет исключения этапа охлаждения раствора деасфальтизата и более высокой температуры поступающего на регенерацию растворителя.

Поставленная задача решается способом фракционирования высоковязкого сырья, включающим деасфальтизацию путем смешения обезвоженного сырья с полярным водорастворимым растворителем при повышенной температуре, но не выше температуры кипения используемого растворителя, отделение раствора деасфальтизата от раствора асфальта, фракционирование деасфальтизата ступенчатым добавлением к последнему воды с отделением образующейся на каждой ступени фракции. Причем ступенчатое добавление к деасфальтизату воды проводят при постоянной повышенной температуре, но не выше температуры кипения используемого растворителя.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 100 г сырья (предварительно обезвоженный Ашальчинский ПБ) и проводят деасфальтизацию с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 5), температура равна 55^oC. Перемешивание битума 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 и проводят фракционирование деасфальтизата при той же температуре 55^oC. К раствору деасфальтизата в делительную воронку добавляют воду из расчета 4 мас.% от количества раствора деасфальтизата. При этом из раствора выделяется в виде отдельной жидкой фазы углеводородная фракция. К оставшемуся раствору деасфальтизата добавляют порцию воды из расчета 8 мас.% от исходного количества раствора деасфальтизата. При этом из раствора выделяется фракция N 2. К оставшемуся раствору деасфальтизата добавляют новую порцию воды в количестве 12 мас.% от исходного количества раствора деасфальтизата и снова отделяют выделившуюся фракцию N 3. К оставшемуся после отделения предыдущих фракций раствору деасфальтизата добавляют воду из расчета 16 мас.% от исходного количества раствора деасфальтизата. При этом из раствора выделяется фракция N 4. В каждом случае от выделившейся фракции отгоняют растворитель. Последнюю фракцию N 5 получают после отгона растворителя из раствора деасфальтизата. Схема проведения процесса приведена на фиг. 1. Выход фракций, их свойства приведены в табл. 1.

Пример 2 аналогичен примеру 1, массовая кратность растворителя к сырью - 3. Схема проведения процесса приведена на фиг.1. Выход фракций, их свойства приведены в табл. 2.

Пример 3 (по прототипу). Берут 300 г сырья (предварительно обезвоженный Ашальчинский ПБ) и проводят деасфальтизацию с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 5), температура равна 55^oC. Перемешивание битума 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 N 1. 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 N 2. После отделения фракции N 2 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. Выход фракций, их состав и свойства приведены в табл. 3 (фиг. 2).

Пример 4 (аналог). Берут 100 г сырья (предварительно обезвоженный Ашальчинский ПБ) и проводят деасфальтизацию с помощью ацетона (массовая кратность растворителя к сырью - 5), температура равна 20^oC. Перемешивание битума 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. Выход фракций, их свойства приведены в табл. 4 (фиг. 3).

Предложенный температурный режим позволяет упростить технологию разделения сырья при сохранении глубины фракционирования. Кроме того, упрощается аппаратурное оформление процесса, улучшаются его экономические показатели за счет исключения дорогостоящего этапа охлаждения при фракционировании, возможности использования дешевых теплоносителей, а также за счет снижения энергозатрат на регенерацию растворителя.

Для осуществления процесса используются недефицитные и достаточно дешевые реагенты.