Формирование научных основ утилизации кубовых остатков переработки нефти методом каталитического пиролиза

В ходе реализации проекта было выполнено: – проведен анализ научно-технической литературы и патентной документации по направлению вариантов организации процесса пиролиза; – определены физико-химические характеристики исходного сырья: кинематическая вязкость, зольность, массовая доля механических примесей, воды и серы, теплота сгорания (низшая), плотность; – методом термогравиметрии был исследован процесс деструкции исходного сырья, определено количество летучих продуктов, температурные области максимальной потери массы образцом; – разработана методика проведения экспериментов на лабораторной установке пиролиза; – разработаны методики анализа физико-химических характеристик исходного сырья; – проведены эксперименты на лабораторной установке по пиролизу остатков первичной переработки нефти. Варьировались технологические параметры: температура процесса и время нахождения сырья в зоне реакции. При этом определялись выходы продуктов, их состав и теплота сгорания; – определена оптимальная температура процесса (600°С) пиролиза с учетом выхода легких и тяжелых нефтяных фракций, а также объема и теплоты сгорания пиролизных газов; – исследовано влияния времени нахождения сырья в зоне пиролиза на выход и свойства жидких и газообразных продуктов; – определено оптимальное время нагрева сырья в процессе пиролиза – 17 секунд; – определен количественный и качественный состав газообразных и жидких продуктов некаталитического пиролиза; – разработана методика синтеза каталитических систем на основе алюмосиликатов (цеолитов) модифицированных металлами подгруппы железа (Co, Ni, Fe). – синтезированы каталитические системы, представляющие собой подложку из синтетических и природных алюмосиликатов, модифицированных металлами подгруппы железа (Ме-ZSM-5/бентонитовая глина). Бентонитовая глина использовалась при синтезе катализатора с целью его удешевления, несмотря на ее относительно невысокую активность в процессе деструкции. – активность синтезированных катализаторов исследовалась в процессе пиролиза кубовых остатков переработки нефти. Проведено сравнение разработанных катализаторов с природными и синтетическими алюмосиликатами. Синтезированный катализатор H-ZSM-5/бентонитовая глина проявил относитьно высокую активность в процессе пиролиза. В его присутствии увеличился выход легкой нефтяной фракции на 8% по сравнению с некаталитическим процессом. - модификация каталитической системы железом, кобальтом и никелем значительно влияет на активность катализаторов в процессе пиролиза кубовых остатков нефти. Определена наиболее активная каталитическая система, представляющая собой 2% Co-ZSM-5/бентонитовая глина. Увеличение выхода легкой нефтяной фракции составило 14,5% по сравнению с носителем (H-ZSM-5/бентонитовая глина). Также увеличивался выход газообразных продуктов на 30 %. – проведено исследование физико-химических параметров газообразных и жидких продуктов каталитического пиролиза, определен состав и теплота сгорания. Основными компонентами пиролизного газа являлись углеводороды С1-С4 и водород. Применение каталитической системы Со-ZSM-5/бентонитовая глина в процессе пиролиза кубовых остатков нефти приводит к увеличению удельной теплоты сгорания легкой нефтяной фракции на 3,7% по сравнению с носителем (H-ZSM-5/бентонитовая глина). - проведено исследование каталитической системы 2% Co-ZSM-5/бентонитовая глина: определена удельная площадь поверхности и распределение пор по размерам. Синтезированный катализатор имеет высокую площадь поверхности более 150 м2/г. Каталитическая система 2% Co-ZSM-5/бентонитовая глина содержит 54 % микро- и мезопор с диаметром менее 8 нм. – проведено исследование поверхности каталитической системы методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Содержание на поверхности кремния и алюминия в связи с кислородом составляет 81% (ат.). Содержание Со на поверхности каталитической системы составлялот 0.9% (ат). Таким образом основная часть молекул кобальт сорбировалась на внутренней поверхности алюмосиликата; – проведено исследование процесса каталитического пиролиза методом термогравиметрии. При сравнении с некаталитическим процессом, применение каталитической системы (ZSM-5/бентонитовая глина с импрегнированным металлом (Со – 2 % масс.)) приводит к снижению температуры термодеструкции кубовых нефтяных остатков на 20 °С. – проведено исследование кинетики процесса каталитического пиролиза термогравиметрическим методом с различной скоростью нагрева сырья (2,5; 5 и 10 °С/мин). Модель-независимыми методами Озавы-Флинна-Уолла и Фридмана определены кинетические параметры Аррениуса в зависимости от степени потери массы. – при помощи математического моделирования составлена модель процесса каталитического пиролиза, которая включает две параллельные стадии со значениями энергий активации 58 и 188 кДж/моль; – была исследована продолжительность работы синтезированной каталитической системы в процессе пиролиза кубовых остатков переработки нефти. Катализатор сохраняет свою активность на протяжении 6 опытов, а далее активность в процессе пиролиза начинает резко падать и становится сравнима с некаталитическим процессом; – была разработана методика утилизации кубовых остатков переработки нефти методом каталитического пиролиза. В ходе разработки методики учитывались оптимальные технологические параметры определенные при выполнении НИР, принципиальная схема была составлена на основе технологических приемов использованных в лабораторной установке, также учитывалась возможность варьирования параметров.