способ получения экологически чистого судового маловязкого топлива

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.

Описание изобретения к патенту

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.