В ближайшей и среднесрочной перспективах важнейшей технологической задачей в области улучшения свойств дизельных топлив (ДТ) является кардинальное снижение содержания в них серы и полициклических ароматических углеводородов.

С учетом особых условий использования моторных топлив в северных регионах России задача производства низкозастывающих ДТ, удовлетворяющих современным и перспективным экологическим и эксплуатационным требованиям, особенно актуальна.

Основные направления улучшения характеристик ДТ представлены на рисунке.

В данной статье рассмотрены проблемы производства ДТ для холодного и арктического климата в Российской Федерации и представлены методы их решения. Наиболее эффективным, на наш взгляд, способом улучшения низкотемпературных характеристик дизельных фракций с целью получения на их основе низкозастывающих сортов ДТ является использование деструктивных методов гидрогенизационного облагораживания [1].

Процесс деструктивной гидроочистки позволяет вовлекать в переработку утяжеленные средние дистилляты с температурой конца кипения до 415°С. При этом наряду с реакциями гидроочистки интенсивно протекают реакции деструкции «хвостовых» фракций ДТ, выкипающих при температуре более 350 °С, в результате чего происходит существенное облегчение фракционного состава дистиллята с получением низкозастывающего малосернистого компонента ДТ.

Другим эффективным методом улучшения характеристик ДТ является процесс каталитической гидродепарафинизации, в результате которого низ котемпературные характеристики дизельных фракций улучшаются вследствие селективного превращения нормальных и слаборазветвленных парафиновых углеводородов в присутствии металлцеолитных катализаторов. Этот процесс приобрел в последнее время высокую актуальность в производстве высококачественных ДТ и улучшении экономических показателей переработки нефти В процессе каталитической гидропарафинизации получаются топлива с высоким цетановым числом, что обусловлено образованием парафиновых соединений за счет раскрытия кольца и отделения парафиновых боковых цепей от более крупных ароматических и сернистых компонентов. Эксплуатационные свойства ДТ поддерживаются введением присадок, таких как цетаноповышающие, противоизносные, депрессорно-диспергирующие [2]. 

Борьба за снижение выбросов сернистых газов автотранспортом привела к появлению на рынке глубоко гидроочищенных малосернистых ДТ. Однако на практике оказалось, что их применение быстро выводит из строя топливную аппаратуру автотранспорта, так как в результате гидроочистки с уменьшением массового содержания серы ниже 0,1 % резко ухудшаются смазывающие свойства топлива, обусловленные имеющимися в нем  естественными гетероатомными органическими соединениями. Выходом из сложившейся ситуации является использование смазывающих (противоизносных) присадок, образующих пленку на трущихся поверхностях за счет веществ, содержащих активные полярные группы и достаточно длинный углеводородный радикал или низкомолекулярные полимеры особого строения. Цетаноповышающие присадки необходимы для корректировки цетанового числа до нормируемого значения. 

Еще одним важным, особенно для России, классом присадок являются депрессорноиспергирующие присадки. Депрессорная составляющая присадки предназначена для улучшения низкотемпературных свойств ДТ, а диспергирующая – способствует сохранению его седиментационной устойчивости за счет разрушения пакетов н-парафинов, образующихся при кристаллизации последних из ДТ.

При выборе методов и необходимых мероприятий по улучшению характеристик ДТ следует учитывать, что каждый нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) обладает собственным набором нефтяного сырья, что обусловливает различие применяемых технологий. Любой шаг в этом направлении связан с дополнительными капитальными вложениями и эксплуатационными затратами. Во многих случаях лишь сочетание разных вариантов позволяет эффективно решить поставленную задачу.

Технология производства низкозастывающих дизельных топлив

В настоящее время в ОАО «АНПЗ ВНК» для производства ДТ, отвечающих современным экологическим и эксплуатационным требованиям, в том числе по низкотемпературным свойствам, внедрена одноступенчатая двухстадийная схема гидродепарафинизации и гидроочистки дизельных дистиллятов нефти западносибирских месторождений [3] в рамках программы модернизации производства, направленной на обеспечение выпуска ДТ летних и зимних марок, соответствующих требованиям стандарта «Евро-4».

В качестве каталитической системы на установке гидроочистки ДТ (секция 300/1, входящая в комбинированную установку по переработке нефти ЛК-6Ус) используется пакет катализаторов селективного гидрокрекинга с катализатором гидрообессеривания. Производство ДТ на предприятии осуществляется компаундированием базовых компонентов с пакетом противоизносных и цетаноповышающих присадок.

Наиболее востребованными компонентами для получения товарных ДТ являются гидроочищенные дизельные фракции бокового погона и куба колонны стабилизации, характеризующиеся содержанием серы соответственно 30 и 50 ppm, (см. таблицу).

Вовлечение гидроочищенной дизельной фракции бокового погона в ДТ «Евро» (зимние) с содержанием серы 350 ppm и предельной температурой фильтруемости (ПТФ) -32оС составляет 80 % (массовых). Преобладание данной фракции в структуре ДТ зимних сортов объясняется необходимостью снижения ПТФ, температуры помутнения, уменьшения содержания серы. При производстве ДТ «Евро» (летнего) основным компонентом является гидроочищенная фракция куба колонны стабилизации. Массовое содержание гидроочищенной фракции бокового погона составляет 14 %.

Серийный выпуск ДТ «Евро» классов 2 и 3 в соответствии с ГОСТ Р 52368-2005 [4] осложнен необходимостью совмещения двух параметров: ПТФ (-32 °С для топлива класса 2, -38 °С для топлива класса 3) и температуры вспышки (не менее 55 °С). Для снижения ПТФ можно использовать прямогонную керосиновую фракцию массовым содержанием около 20 %, однако это неизбежно приведет к выходу за нормируемое значение температуры вспышки ДТ.

Тем не менее, для обеспечения полномасштабного выпуска ДТ обязательно вовлечение в производство дизельной и керосиновой прямогонных фракций, содержащих значительное количество серы (см. таблицу). Критическими параметрами при этом также является соблюдение нормируемых ПТФ, температуры вспышки. Указанную проблему можно решить с применением депрессорно-диспергирующих присадок. С использованием методов моделирования и лабораторных исследований в ОАО «АНПЗ ВНК» подобрана оптимальная компонентная база для производства ДТ «Евро» класса 2 по ГОСТ Р 523682005, обеспечивающая серийное производство данного вида топлива с нормируемыми показателями. Гидроочищенная фракция куба колонны стабилизации становится основным компонентом топлив. За счет того, что доля этой фракции куба в общем объеме исходных компонентов составляет 59 %, обеспечивается существенный прирост выпуска товарного ДТ.

Лабораторные испытания показали, что базовое топливо, при производстве которого планируется использование депрессорно-диспергирующих присадок, практически по всем показателем удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 52368-2005. Отклонение по смазывающей способности устраняется добавлением противоизносной присадки.

Таким образом, результаты исследований показали удовлетворительную сочетаемость цетаноповышающих, противоизносных и депрессорно-диспергирующих присадок.

Проведенная технико-экономическая оценка производства экологически чистых низкозастывающих марок ДТ, соответствующих требованиям современных спецификаций ГОСТ Р 52368-2005, на основе разработанного состава компаундирования с использованием наиболее эффективного пакета присадок показала высокую эффективность данного проекта для ОАО «АНПЗ ВНК».

Заключение

В результате проведенных исследований сделан вывод о том, что производство ДТ «Евро» классов 2 и 3 разработанного состава: - позволяет увеличить долю выпуска данного вида топлива от 22 до 48 % в общей структуре выпускаемой дизельной продукции;

- исключает рециркуляцию избыточной гидроочищенной фракции куба колонны стабилизации, что позволяет снизить энергозатраты;

- сокращает в 3-5 раз (или позволяет исключить) количество применяемой в настоящее время цетаноповышающей присадки;

- улучшает смазывающую способность базового топлива и, как следствие, снижает расход противоизносной присадки;

- повышает седиментационную устойчивость топлива при длительном хранении.

Н.О. Писаренко, И.В. Павлов, О.А. Дружинин, к.х.н.,

С.В. Хандархаев, В.П. Твердохлебов, д.х.н., Ф.А. Бурюкин, к.х.н.

(ОАО «АНПЗ ВНК»)

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка дизельных топлив можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок дизельных топлив в России».

Источник: Научно-технический вестник ОАО «НК Роснефть»