До 10% очищенного гудрона добавили в сырьё для бензина: почему катализаторы не пострадали, рассказываю

Гудрон обычно воспринимают как один из самых тяжёлых и неудобных остатков нефтепереработки. В нём много металлов, смол и высокомолекулярных компонентов, которые способны мешать работе катализаторов. Но учёные Пермского Политеха показали, что после предварительной обработки часть этого сырья можно добавить к газойлю и направить в сторону бензина и ценных продуктов. Разбираюсь, как именно очищали гудрон и почему предел в 10% оказался главным результатом работы.

Лёгкая нефть постепенно становится менее доступной, а спрос на энергию, топливо и сырьё для нефтехимии продолжает расти. Поэтому нефтепереработчикам приходится искать способы эффективнее использовать тяжёлые нефтяные фракции. Гудрон относится именно к такому сырью: это не готовое топливо, а сложная смесь компонентов, которую сначала нужно подготовить.

Проблема в составе. В тяжёлых фракциях много металлов, смол и высокомолекулярных соединений. Если направить их на каталитический крекинг без обработки, они могут негативно повлиять на применяемые катализаторы. Сам процесс каталитического крекинга нужен для того, чтобы тяжёлые молекулы при нагреве распадались на более лёгкие. Из таких продуктов затем можно получать компоненты бензина и другие востребованные вещества.

Обычно в каталитическом крекинге с кипящим слоем используют вакуумный газойль. Это продукт перегонки нефти и её тяжёлых производных под вакуумом. Исследователи Пермского Политеха предложили проверить, можно ли дополнить такое сырьё предварительно подготовленными более тяжёлыми фракциями. На мой взгляд, смысл здесь именно в расширении выбора для нефтепереработки: тяжёлый остаток не отправляют в процесс напрямую, а сначала убирают из него наиболее проблемные компоненты.

Для подготовки гудрона используют лёгкие растворители — пропан, бутан или пентан. При такой обработке нежелательные компоненты отделяются: тяжёлая смолисто-асфальтеновая часть выпадает в осадок, а очищенный продукт можно отделить и направить на дальнейшее исследование. На промышленном уровне обработка гудрона пропаном уже применяется для получения компонентов базовых масел. Более тяжёлые растворители, включая пентан или бензин, позволяют рассматривать полученный продукт в направлении бензина и других ценных веществ.

В своей работе учёные использовали гудрон с установок ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез». Он состоял из смеси 80% западносибирской и 20% каменномложской нефти. В качестве растворителя выбрали н-пентан со средней растворимостью. Сначала гудрон и растворитель загрузили в реактор специальной установки в соотношении 6:25.

Смесь нагревали до 50 °С в течение часа и постоянно перемешивали. Давление составляло 1,3 атм. Затем реактор ещё час выдерживали при той же температуре, но уже без перемешивания. После этого смесь оставляли на 12–20 часов. За это время смолисто-асфальтеновая часть остывала до комнатной температуры, отстаивалась и выпадала в осадок.

Осадок отфильтровали, а из оставшегося продукта удалили растворитель. Затем исследователи определили плотность, вязкость, коксуемость, зольность и содержание азота. Это нужно было, чтобы оценить не только сам факт отделения тяжёлой части, но и свойства подготовленного сырья перед следующим этапом.

После подготовки очищенный продукт смешали с вакуумным газойлем. Затем исследователи провели каталитический крекинг на специальной лабораторной установке при температуре 527 °С. Свойства продуктов реакции определяли с помощью газовой хроматографии — метода, который позволяет разделять и анализировать компоненты сложной смеси.

Эксперимент был нужен для ответа на практический вопрос: не ухудшится ли процесс, если к привычному вакуумному газойлю добавить продукт, полученный из гудрона? Ведь сама идея расширить сырьевую базу теряет смысл, если добавка снижает эффективность переработки или слишком сильно меняет характеристики конечных продуктов.

Результаты показали, что наиболее качественными оказались составы, полученные при соотношении гудрона и н-пентана 14:1 и 16:1. Речь идёт о вариантах, подготовленных при 50 °С и давлении 1,3 атм. При этом добавление продуктов очистки гудрона к вакуумному газойлю до 10% не снижало эффективность процесса и получения продуктов.

Эта цифра не означает, что из гудрона сразу получили готовый бензин. Сначала из тяжёлого сырья удалили часть компонентов, способных мешать работе катализаторов, затем подготовленный продукт смешали с газойлем и подвергли крекингу. Поэтому корректнее говорить о новом варианте сырья для производства топлива, а не о прямом превращении гудрона в бензин.

Главный результат работы — возможность использовать более тяжёлые продукты переработки там, где традиционно применяется вакуумный газойль. Для отечественной нефтеперерабатывающей промышленности это означает потенциальное расширение сырьевой базы. Чем больше подходящих компонентов можно вовлечь в переработку, тем меньше зависимость от ограниченного набора исходных фракций.

Пока речь идёт о лабораторных исследованиях, проведённых на базе Научно-образовательного центра FCC и Центра коллективного пользования «Центр наукоёмких химических технологий и физико-химических исследований» Пермского Политеха. Учёные изучали характеристики смесей и продуктов реакции, а не объявляли о запуске промышленной установки. Поэтому перенос результатов в реальное производство потребует отдельной проверки.

Перспективным направлением исследователи называют получение высокооктановых сортов бензина и непредельных газов. Эти продукты могут быть востребованы как топливные компоненты и сырьё для дальнейшей нефтехимической переработки. Конкретный результат зависит от состава исходного сырья, параметров обработки и типа растворителя.

Отдельно в источнике подчёркивается, что на качество и количество продуктов влияют не только состав гудрона и режимы подготовки, но также тип и структура растворителя. В этой работе использовали н-пентан, однако сам подход допускает изучение других вариантов. Похоже, именно подбор растворителя будет одним из ключевых вопросов, если технологию начнут проверять в более крупном масштабе.

История с гудроном показывает, что ценность сырья определяется не только его исходным видом. Материал, который напрямую мешает каталитическому крекингу из-за металлов, смол и тяжёлых компонентов, после обработки может стать частью смеси для дальнейшего получения топлива. Но между гудроном и бензином остаются несколько технологических этапов: растворение, отстаивание, фильтрация, удаление растворителя и затем крекинг.

Самая заметная цифра эксперимента — до 10% очищенного продукта в смеси с вакуумным газойлем без снижения эффективности процесса. Лучшие составы получили при соотношении гудрона и н-пентана 14:1 и 16:1, а обработку проводили при 50 °С и 1,3 атм. Эти параметры описывают конкретные лабораторные условия, а не готовую инструкцию для любой установки.

На мой взгляд, практический интерес технологии в том, что она предлагает использовать более тяжёлую часть нефтяного сырья с предварительным удалением того, что мешает катализаторам. Для отрасли, где одновременно растёт потребление топлива и сырья для нефтехимии, такой подход может оказаться полезным. Но дальнейшие выводы будут зависеть от масштабирования и проверки стабильности процесса.

Вопрос к читателям: стоит ли активнее перерабатывать тяжёлые нефтяные остатки, если перед этим их приходится очищать растворителями? А катализаторы здесь остаются ключевым звеном, потому что именно от их работы зависит превращение тяжёлых молекул в более лёгкие продукты.