XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Рост потребностей в продуктах отрасли химического комплекса страны обуславливается необходимостью эффективного и усиленного развития сырьевой базы, расширением ассортимента и повышением необходимого качества сырья. Рациональное использование природных сырьевых ресурсов является чрезвычайно важной задачей мирового масштаба.

В связи с увеличением объемов переработки тяжелых нефтей, все большую актуальность приобретает проблема квалифицированного использования наиболее тяжелых продуктов (гудрона, тяжелых каталитических газойлей, мазута), остающихся после первичных и вторичных процессов. Вариант их переработки в котельное топливо теряет свою актуальность из-за повсеместной газификации энергетических установок. Другой относительно крупный потребитель тяжелых нефтяных остатков – битумное производство – характеризуется сезонным режимом работы, что также не позволяет в достаточной мере решить обозначенную проблему.

Также в последние годы наблюдается тенденция к усовершенствованию методов использования биомассы (возобновляемого сырья растительного происхождения) не только в качестве источника энергии, но и в качестве сырья для получения ценных химических продуктов.

Традиционным сырьем для нефтехимической промышленности служат продукты переработки нефти и газа. В связи с ограниченностью запасов углеводородного сырья все большую актуальность приобретает расширение сырьевой базы нефтепереработки и нефтехимии за счет вовлечения биомассы, в том числе за счет рационального использования растительных сельскохозяйственных отходов.

В последние десятилетия мировой тенденцией является создание технологий переработки растительных отходов с получением из них различных видов биотоплив, которые завоевывают все большее энергетическое пространство. Биотопливные источники энергии становятся не менее эффективными по основным показателям, чем нефть или газ. В настоящее степень время более 20 стран производят жидкое биотопливо из различного сырья растительного происхождения [2].

Другим существенным преимуществом является экологичность продуктов сжигания биотоплива в сравнении с канцерогенными выхлопами бензиновых и дизельных двигателей. К существенным недостаткам биотоплива можно отнести следующие: низкая теплотворная способность в сравнении с бензином; более высокая себестоимость производства биотоплива; коррозионность состава масел биотоплива для тех материалов, которые используются в частях машин и механизмов.

Для того, чтобы рассматривать углеродсодержащую растительную массу в качестве сырья для получения продукции нефтехимии, к ней необходимо добавлять углеводородсодержащее сырье с целью улучшения химического состава и соответственно качества композитного сырья.

Таким образом, разработка технологических решений, позволяющих вовлечь в совместную переработку тяжелые нефтяные остатки, нефтесодержащие отходы и растительное сырье, прежде всего некондиционное, для получения такой востребованной продукции, как нефтехимическая, представляет научный и практический интерес.

Основные стадии разрабатываемой технологии совместной переработки углеродсодержащего сырья растительного происхождения (УССРП) и углеводородсодержащего нефтяного сырья (УВСНС) представлены на рисунке 1.

Первая стадия состоит в подготовке сырья с использованием методов волнового воздействия и механоактивации [5].

Для активации композитного сырья предложено объединить следующие процессы:

- механоактивация твердого углеродсодержащего сырья, заключающаяся в его дроблении и измельчении с последующим диспергированием и эмульгированием в среде углеводородсодержащего сырья с целью гомогенизации полученной смеси с содержанием твердых частиц размером 1- 100 мкм;

- волновая обработка полученной смеси с использованием уникальной конструкции проточного активатора, представляющего собой центробежный насос с встроенными гидродинамической камерой и камерой высокочастотного электромагнитного излучения и позволяющего создавать акустическое и электромагнитное излучение различного набора частот и мощности.

Вторая и третья стадии разрабатываемой технологии – это газификация и пиролиз - термодеструктивные процессы переработки подготовленного сырья.

Использование композитного активированного сырья позволит получить синтез-газ с высоким значением соотношения Н2/СО, что необходимо для дальнейшего синтеза из него химических продуктов.

Рисунок 1 - Стадии разрабатываемой технологии совместной переработки углеродсодержащего сырья растительного происхождения (УССРП) и углеводородсодержащего нефтяного сырья (УВСНС)

Четвертая и пятая стадии представляют собой каталитические процессы получения ряда нефтехимической продукции конверсией синтез-газа и метанола [1].

Проведенные аналитический обзор литературы и патентные исследования показали [2-3], что имеется большой опыт крупномасштабного промышленного использования таких технологий деструктивной переработки углеродного сырья, как газификация и пиролиз. Сравнительная оценка эффективности различных вариантов указанных технологий позволила сделать вывод, что известные технологические решения и методы разработаны только для переработки отдельно или нефтяных остатков, или растительного сырья. Отсутствие данных о технологиях, позволяющих совместить переработку нефтяных остатков и растительного сырья в едином технологическом цикле, обусловливает целесообразность самостоятельного проведения теоретических и экспериментальных исследований.

Рассмотрение возможных вариантов реализации процессов газификации показывает, что все применяемые технологии имеют те или иные недостатки. Наиболее надежным, как с точки зрения реализации, так и с точки зрения технологичности, является процесс слоевой газификации (газификация в стационарном слое). Он наиболее прост в аппаратурном оформлении и хорошо изучен для различных видов сырья, как растительного, так и минерального. Поэтому он выбран в качестве прототипа для разработки процесса газификации смесей растительного сырья и нефтяных остатков.

Результаты, полученные на первом этапе прикладных научных исследований, позволили разработать предварительные технологические схемы отдельных стадий разрабатываемой технологии совместной переработки УССРП и УВСНС и служат основой для проведения дальнейших экспериментальных исследований, направленных на подбор оптимальных условий и режимов процессов подготовки и переработки композитного сырья в синтез-газ[3].

Предварительная технологическая схема процесса газификации сырья с получением синтез-газа представлена на рисунке 2.

Рисунок – 2 Предварительная технологическая схема процесса газификации сырья с получением синтез-газа

1 – подача сырья, 2 – газификация сырья, 3 – подвод тепла (нагрев до 800-1200°С), 4 – подвод воздуха, 5 – сбор золы, 6 - охлаждение газов окисления, 7 – отвод тепла (охлаждение до 350°С), 8 – очистка синтез-газа фильтрованием, 9 – отвод тепла (охлаждение до 60°С), 10 – вывод синтез-газа

Сырье (поз. 1), представляющее собой подготовленную активированную смесь растительного сырья и нефтяных остатков, подается на газификацию (поз. 2), где за счет подачи воздуха (поз. 4) происходит окислительная конверсия органической массы. Аппаратурное оформление процесса должно обеспечить оптимальную температуру (800-1200°С) за счет организации подвода тепла (поз. 3), а также сбор побочного продукта – золы (поз. 5). Процесс газификации проводится при атмосферном давлении. Образующиеся газы окисления подвергаются охлаждению (поз. 6 и 7) до температуры 350°С и после этого поступают на очистку фильтрованием (поз. 8) с целью отделения от них твердых частиц. При этом также осуществляется доохлаждение (поз. 9) газов до температуры 60°С. Полученный газообразный продукт представляет собой очищенный синтез-газ (поз. 10), который может служить сырьем для получения разнообразной нефтехимической продукции [4].

Очевидно, что разрабатываемая технология будет наиболее востребована в регионах, где имеется соответствующая ресурсная база. Таким регионом является Краснодарский край. Здесь расположено около 150 крупных, средних и мелких нефтяных месторождений. В то же время проблема использования нефтяных остатков весьма актуальна для края с позиций снижения экологической нагрузки региона.

С другой стороны, Краснодарский край имеет накопленные и ежегодно увеличивающиеся запасы растительного сырья. В первую очередь – это отходы агропромышленного комплекса.

Весьма важным требованием к новым технологиям также является возможность встраивания их в схемы действующих нефтехимических и нефтеперерабатывающих заводов. Это позволит увеличить долю вторичных процессов в структурах производств НПЗ, а получение ценных продуктов нефтехимии обеспечит улучшение экономических показателей работы заводов. Разрабатываемая технология предусматривает последовательность и взаимосвязь процессов, которые позволят встроить ее в виде единого цикла в существующие схемы заводов без их реконструкции.

Литература:

Ясьян Ю.П., Косулина Т.П., Нисковская М.Ю. Совместная переработка отходов агропромышленного комплекса и нефтяных остатков в химическую продукцию/ В сборнике: Инновационные пути решения актуальных проблем природопользования и защиты окружающей среды: материалы докладов Международной научно-технической конференции, Алушта, 04-08 июня 2018, С. 212-217.

Передерий С. – ЛесПромИнформ. – 2013. – № 6. – С. 152–156.

Золотухин В. А. – Сфера Нефтегаз. – 2012. – № 4. – С. 70–75.

Н.А. Кириченко. - Производство водорода, синтез-газа, энергетического газа – М., 1981. – 195с.

Кардашев Г.А. Физические методы интенсификации процессов химической технологии / Г.А. Кардашев. – М.: Химия, 1990. – 208 с.

Код для цитирования: Скопировать