«Химико-технологические основы переработки углеводородного сырья Якутии» Науч. руководитель - С. С. Захарова, к. г-м. н, доцент, зав. лаб. химии и технологии углеводородного сырья КОАи. ФХ ИЕН
Нефтепереработка является важной частью топливноэнергетического комплекса. Основной задачей нефтеперерабатывающей промышленности является обеспечение потребности страны в качественных моторных топливах, смазочных маслах, сырье для нефтехимии. Как развивается нефтепереработка в разных странах? Российскую нефтепереработку характеризует низкий уровень глубины переработки нефти, в то время, как в Европе он составляет на большинстве НПЗ 85%, в США- 95%(табл. 1, рис. 2).
Таблица 1. Размещение НПЗ в различных странах Количество действующих заводов Общая мощность по переработке нефти, млн. т/год Средняя мощность завода, млн. т/год Россия 27 295 11, 3 Прочие страны СНГ 18 150 8, 3 Канада 22 93 4, 2 8 ведущих стран Западной Европы 85 558 6, 6 США 163 775 4, 8 Япония 40 251 6, 3 Страна, регион
Рис. 1. Карта расположения нефтеперерабатывающих заводов России
Рис. 2. Нефтяные компании по мощности переработки нефти и их процентное соотношение по России
Республика Саха (Якутия) чрезвычайно богата углеводородными ресурсами. Происходит непрерывное освоение Талаканского, Иреляхского, Чаяндинского и других месторождений, растет добыча нефти. Запущена в строй первая очередь нефтепровода Восточная Сибирь – Тихий океан (ВСТО)(рис. 3). Однако на территории Якутии перерабатывается лишь небольшая часть нефти и газа, что не удовлетворяет потребностей Республики в жидких топливах, маслах и других нефтепродуктах. Ежегодно производится порядка 20 тыс. тонн автомобильного бензина, что составляет не более 2% от завозимого количества.
На сегодня работают по нефтепереработке следующие предприятия: 1. Якутский газоперерабатывающий завод(1993 г. ) (ОАО «Сахатранснефтегаз» ); 2. Установки по переработке газового конденсата № 1 и № 2 на Средне-Вилюйском и Мастахском газоконденсатных месторождениях. 3. Якутская топливно-энергетическая компания (ЯТЭК). На кафедре ОАи. ФХ была создана учебно-научная лаборатория химии и технологии углеводородного сырья для постановки и развития научно-исследовательских работ в области нефтепереработки, проведения учебного процесса по направлению «Химическая технология» и выпуска квалифицированных бакалавров в области переработки нефти и газа.
Основными направлениями деятельности лаборатории являются выполнение научно-исследовательских работ силами ППС в области: • Оценки качества природных энергоносителей, как исходного УВ сырья(нефти, газоконденсаты); • исследования товарных свойств нефтепродуктов глубокой переработки нефти (бензины различных марок, дизельные топлива, базовые масла) и контроль их качества; • разработки технологии получения низкотемпературных смазочных масел на основе базовых масел якутских нефтей. Основной разрабатываемой научно-исследовательской темой является последнее направление.
К настоящему времени в Якутии не существует собственных технологий переработки углеводородного сырья, приспособленных к особенностям состава якутских нефтей, поэтому весьма актуальна постановка НИР по созданию низкотемпературных смазочных масел, способных обеспечить надежную работоспособность техники, эксплуатируемой в экстремальных низкотемпературных условиях Крайнего Севера. Необходима технология, адаптированная к химическому составу якутских нефтей, которая бы обеспечивала получение товарных продуктов, работоспособных до – 600 С, т. е. нужны смазочные масла, качество которых будет соответствовать суровым климатическим и сложным эксплуатационным условиям работы техники в нашей республике.
Цель: Разработка технологии получения низкотемпературных смазочных масел на основе базовых масел из якутских нефтей. Использование местного сырья - якутских нефтей – является новым этапом в расширении нефтеперерабатывающей отрасли Республики, перехода от продажи сырой нефти к развитию сферы, связанной с глубокой переработкой нефти, ведущей к диверсификации экономики РС(Я). НИР входит в качестве мероприятия 2. 34 «Химическая технология наноматериалов и углеводородного сырья» проекта 2. 4 Программы развития СВФУ. Руководители мероприятия 2. 34 - профессор Джин Хо Чо из Университета Мионджи(Республика Корея) и зав. каф. высокомолекулярных соединений и органической химии ИЕН руководитель НОЦ «Нанотехнологии» , профессор, д. т. н. Охлопкова А. А. Экспериментальная база – лаб. химии и технологии углеводородного сырья каф. ОАи. ФХ
В результате проведенных исследований получены следующие основные результаты: • На основании анализа физико-химических, товарных свойств и углеводородного состава нефтей Непско-Ботуобинской НГО создан банк данных по нефтям данного региона; • Изучение особенностей товарных свойств нефтей позволило произвести выбор нефти для выделения из него базового масла–нефть Талаканского месторождения; Значения показателей нефти приведены в табл. 2, рис. 4; • На основании анализа литературных источников произведен выбор технологической схемы получения базового масла из нефти; • Проведена адаптация технологической схемы к выбранному сырью (рис. 5);
Таблица 2. Физико-химические параметры и углеводородный состав нефти Талаканского месторождения. № Показатели п/п 1 Плотность при 20°С, кг/м 3 2 Кинематическая вязкость, при 20°С, мм 2/cек Фракционный состав, % об. : Tн. к. = 60°С 3 выход бензиновых фракций (н. к. - 200°С) выход фракций (200 - 350°С) ГОСТ Результаты определения 3900 -85 844, 1 33 -2000 17, 68 11011 -85 выход фракций (350 - 500°С) остаток > 500°С Компонентный состав, % вес: масла 4 бензольные смолы 11244 -76 спиртобензольные смолы асфальтены Углеводородный состав, % вес: 5 метаново-нафтеновые 11244 -76 нафтеново-ароматические 6 7 Содержание парафина, % вес. Содержание серы, % вес. 11851 -85 19121 -73 20, 0 25, 0 29, 0 26, 04 84, 6 8, 8 4, 8 1, 8 73, 2 26, 8 0, 66 0, 53
Рис 4. Кривая фракционной разгонки Талаканской нефти на АРН-2 по ГОСТ 11011 -85.
• Получено базовое масло из нефти Талаканского месторождения; • Проведено улучшение качества базового масла (депарафинизация, удаление асфальтово-смолистых компонентов, удаление серы); • Определены основные эксплуатационные характеристики базового масла (углеводородный состав, плотность, температура вспышки, температура застывания, кинематическая вязкость, индекс вязкости, кислотное и щелочное число, коррозия медной пластины в масле, анилиновая точка, коэффициент преломления и др. ) (рис. 6); • Проведен статистический анализ по определению пот ребностей Республики Саха в низкотемпературных смазочных маслах, определению количества транспортных средств и промышленного оборудования, работатающих с применением этих масел;
Рис 6. Установка АРНС-1 Э для определения фракционного состава нефтепродуктов по ГОСТ 2177 -99 (ИСО 3405 -88) Рис 6 а. Взятие пробы нефти на анализ
• Произведена оценка эффективности депрессорных присадок с выбором лучшего депрессантаполиметакрилатов состава CH 3 ( С СН 2 )n С RO O • Проведено исследование влияния химического состава депрессорных присадок, их концентрации на вязкость, индекс температурной вязкости (ИТВ), температуру застывания композиций;
• Экспериментально изучены низкотемпературные свойства композиций смазочных масел с депрессорными присадками с целью установления оптимальной концентрации присадок и установления окончательного компонентного состава товарной смеси смазочного масла, при которой достигается максимальное снижение его температуры застывания(рис. 7), установлено оптимальное содержание присадок, которое соответствует 1% масс(табл. 3); • Произведено сопоставление полученных масел со стандартным маслом Yubase 4 (корейского производства и минеральным маслом Ravenol SSL 0 W-40(рис. 8); • Показана возможность создания низкотемпературных смазочных масел с температурой застывания – 500 С на основе масляных фракций Талаканской нефти с применением депрессорных присадок-метакрилатов.
Рис 7. Влияние депрессорной присадки на Тзастывания базовых масел.
Рис 8. Исследование физико-химических свойств масляных фракций нефти Талаканского месторождения по американскому стандарту АSTM в лаборатории смазочных масел Технологического института Buhmwoo. (Сеул) ст. преподавателем кафедры ОАи. ФХ ИЕН СВФУ Н. П. Жирковым
Табл 3. Влияние присадок на свойства масляных фракций Талаканской нефти и их сравнение с товарным моторным маслом Ravenol SSL 0 W-40 Фракция 350 -377 +1% low. PPD +1% MPPD Фракция 378 -400 +1% low. PPD +1% MPPD Ravenol SSL 0 W 40 Кинематическая вязкость, 40°C, с. Ст 14, 51 29, 04 84, 97 Кинематическая вязкость, 100°C, с. Ст 3, 417 5, 16 14, 48 110 107 178 -50 -42, 5 -52, 5 Показатели Индекс вязкости Тзастывания, °C
В дальнейшем, требуется проведение исследований по улучшению качества дистиллятных фракций (удаление из них ароматических углеводородов плохо влияющих на вязкостные свойства масел и др. ), а также понижения температуры застывания создаваемого смазочного масла до -600 С. Ожидаемые научные результаты проекта: • предполагается коммерциализация научных результатов при участии Российских и Корейских промышленных компаний; Реализация проекта с участием профессора Джин Хо Чо позволит разработать не только уникальные материалы, но и организовать их производство, и продвинуть научную продукцию не только на Российский рынок, но и в страны Азиатско-Тихоокеанского региона;
• наиболее вероятными областями применения разработанных масел будет тяжелая карьерная техника, работающая круглогодично на территории РС(Я), при техническом обслуживании которой (смена масел, замена вышедших из строя деталей) требуются большие затраты, из-за невозможности доставки этой техники в специализированные мастерские (тяжелые экскаваторы и др). • Повышение ресурса работы техники Севера вследствие улучшения эксплуатационных показателей масел приведет к увеличению эффективности горных разработок.
По данному мероприятию прошел стажировку асс. Н. П. Жирков Н. П. в лаборатории смазочных масел Института технологии Buhmwoo (Республика Корея) в течение месяца(2012 г). Им освоены методы и проведены исследования физико-химических свойств масляных фракций нефти Талаканского месторождения по американскому стандарту ASTM. Доцент С. С. Захарова во время пребывания в Республике Корея (2013 г) прошла стажировку в университетах ИНХА (Inha), Мионджи (Myongji) и в НИИ KAIST, KRIST, Кolon. Получены сертификаты.
Сотрудники лаборатории химии и технологии углеводородного сырья приняли участие в работе VI Евразийского симпозиума Eurastrencold-2013, где была опубликована совместная статья с корейскими учеными; Участвовали в работе 4 республиканской научно-практ. конференции «Региональная система экологического образования и просвещения в интересах устойчивого развития(2013 г); Приняли участие в работе Всероссийской научно-практ. конференции «Химия: образование, наука и технология» , посвященной 75 -летию естественнонаучного образования и 20 -летию химического образования в РС(Я), где на секции «Актуальные проблемы переработки углеводородного сырья» были заслушаны 8 докладов сотрудников лаборатории по данной разработке;
Оформляется заявка на ноу-хау «Разработка технологической схемы выделения базового масла из нефти» ; Опубликованы статьи: 1. Захарова С. С(СВФУ им. М. К. Аммосова, г. Якутск). , Jin-Ho-Cho(Myodgji Univercity, Seoul), Н. П. Жирков(СВФУ им. М. К. Аммосова, г. Якутск). , Zoo-One Sung (Buhmwoo Institute of Technology, Seoul). «Разработка рецептуры получения низкотемпературных смазочных масел на основе нефти Талаканского месторождения» 2013 г, Труды. . . т. 1. с. 126 -130. 2. Иовлева Е. Л. , Захарова С. С. , Лебедев М. П. Попова Л. И. «Исследование эксплуатационных характеристик фракции дизельного топлива, выделенной из якутской нефти» . Вестник Саратов. Гос. технич. Унив-та, № 2(71), вып. 2, 2013. с. 125 -128.
В целом опубликовано 7 научных статей по данному проекту. Материалы Всероссийской н-п конференции «Химия: образование, наука и технология» (в печати): 1. Захарова С. С. «Перспективы развития нефтеперерабатывающей промышленности РС(Я)» 2. Михайлов В. В. , Захарова С. С. «Разработка технологии получения низкотемпературных смазочных масел из якутских нефтей» 3. Жирков Н. П. , Захарова С. С. «Применение депрессорных присадок для создания низкотемпературных смазочных масел из нефти Талаканского месторождения» Баму(Республика Корея)» 4. Жирков Н. П. «Определение товарных свойств базового масла с использованием приборного парка Института технологических исследований Баму(Республика Корея)»
5. Заровняева Н. Н. , Захарова С. С. «Контроль качества бензина производства ОАО «ЯТЭК» 6. Заровняева Н. Н. «Влияние серосодержащих соединений на качество бензинов» 7. Васильева Е. Д. «Установление технологической индексации нефти Талаканского месторождения» Результаты НИР внедрены в образовательный процесс. Впервые прочитаны спецкурсы «Особенности химического состава и переработки нефтей Якутии» , «Физико-химический анализ нефтей и газа» , «Нефтегазовое дело» , «Газохимия» , в которых используются разработки по мероприятию. Работает студенческий научный кружок, посвященный нефтехимической тематике.
Лаборатория химии и технологии углеводородного сырья сотрудничает: с лабораторией смазочных масел Технологического института Баму(Республика Корея), о чем в настоящее время заключается соглашение; с Институтами – ИПНи. Г СОРАН, ИПЭС СВФУ; с лаб. ВМС ИЕН СВФУ; с предприятиями – ОАО «Сахатранснефтегаз» , ОАО «ЯТЭК» . В 2013 году были выполнены работы по заказу для: ОАО ЯТЭК- «Контроль качества бензина производства ОАО ЯТЭК» , в результате чего было установлено соответствие его качества бензину марки «Евро 92» ; ОАО «Сахатранснефтегаз» - «Исследование физико-химических свойств и углеводородного состава синтетической нефти GL» , что позволило раскрыть отличие ее химического состава от классической нефти.
Что необходимо для эффективного проведения дальнейших исследований по нефтепереработке? 1. Расширение помещения лаборатории. Сейчас мы занимаем аудиторию № 639 в 34. 0 кв. м, где проводятся как экспериментальные исследования, так и лабораторные занятия по спец. курсам для студентов ХТ. 2. Обеспечение необходимыми реактивами-органическими растворителями(бензол, хлороформ, петролейный эфир и др. ), стандартными эталонами (индивидуальные углеводороды), силикагелем (АСК с различными диаметрами зерен) и многое другое.
3. Расширение приборного парка лаборатории. К примеру, необходимы хроматографы с различными колонками для проведения исследований по индивидуальному составу легких углеводородов, серосодержащих соединений и др. Основное оборудование лаборатории Химиии технологии углеводородного сырья № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Наименование прибора Стоимость прибора (руб) Аппарат для перегонки нефти АРНС-1 31 500, 00 Шкаф сушильный вакуумный SPT-200 № 897 30 300, 00 Прибор для определения температуры вспышки нефтепродуктов 2 600, 00 Прибор для определения температуры застывания нефтепродуктов Прибор для определения серы в нефти ламповым методом Термостат EL 20 R Установка по дистилляции (IC 18 DV/92 Multipurpose Distillation Plant) Заказанное оборудование Вискозиметрическая система Lauda для определения кинематической вязкости в диапазоне температур -60 … 100°С согласно ГОСТ 33, ASTM D 445, IP 71, ISO 3104 Аппарат ректификации нефти АРН-2 3 100, 00 27 000, 00 34 500, 00 9 800 000, 00 3 298 317, 18 1 999 990, 00
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!
Скачать презентацию Химико-технологические основы переработки углеводородного сырья Якутии Науч
a3fc771ae19c54df7ec84c5ef6e67146.ppt