Прогнозирование показателей процесса каталитического крекинга при совместной переработке вакуумного газойля и низкомаржинальных потоков нефтепереработки

Abstract

Актуальность исследований, связанных с расширением ресурсов сырья каталитического крекинга, обусловлена как потребностью в интенсификации процесса для увеличения выхода целевых продуктов (высокооктановый бензин, легкие олефины), так и в повышении глубины переработки нефти и утилизации низкомаржинальных потоков на нефтеперерабатывающих заводах. Поэтому существует острая необходимость в создании математических инструментов для прогнозирования и оптимизации процессов каталитического крекинга при изменении режимов и качества сырья, а также планировании производства, что требует детального исследования состава вовлекаемых в переработку нефтяных фракций, термодинамических и кинетических закономерностей гетерогенного процесса. Разработка и применение математической модели процесса каталитического крекинга, учитывающей состав и свойства вовлекаемых компонентов в переработку, позволяет количественно оценить выход и качество целевых и побочных продуктов в зависимости от состава и физико-химических свойств смесевого сырья и параметров технологического режима с оценкой возможности их переработки на действующем промышленном объекте. Целью работы является экспериментальное исследование состава и свойств смесевого сырья каталитического крекинга на базе вакуумного газойля, содержащего от 5 до 20 мас. % экстракта селективной очистки масел, деасфальтизата и потоков гачей дистиллятного и остаточного, и прогнозирование показателей процесса каталитического крекинга при их совместной переработке с применением математической модели. Методы: методы жидкостной хроматографии для исследования состава смесевого сырья процесса каталитического крекинга в сочетании с рядом стандартных методов определения физико-химических свойств. Результаты. С применением комплекса экспериментальных исследований установлены закономерности изменения состава и физико-химических свойств компонентов и смесевого сырья каталитического крекинга, содержащего от 5 до 20 мас. % гачей дистиллятного и остаточного, деасфальтизата и экстракта. Полученные результаты использованы при разработке математической модели гетерогенного каталитического процесса крекинга смесевого сырья, учитывающей состав вовлекаемых в переработку нефтяных фракций и закономерности дезактивации катализатора под действием кокса. С применением математической модели установлены закономерности изменения состава и выхода продуктов процесса при вовлечении в переработку 5-20 мас. % гача дистиллятного и экстракта селективной очистки масел в смеси с вакуумным дистиллятом. Разработаны практические рекомендации по возможности расширения ресурсов углеводородного сырья процесса каталитического крекинга с учетом топливного или нефтехимического режима.

Relevance. Expansion of catalytic cracking feedstock resources both due to the need to intensify the process to increase the yield of target products (high-octane gasoline, light olefins) and to deepen oil refining through the utilization of low-margin streams at refineries. Along with this, there is an urgent need to develop domestic mathematical tools for predicting and optimizing the catalytic cracking when the modes and feedstock qualities changes, as well as planning of production. This requires in-depth analysis and detailed study of the composition of oil fractions involved in processing and thermodynamics and kinetics of a heterogeneous process. The development and application of a mathematical model of the catalytic cracking, taking into account the composition and properties of the components involved in processing, makes it possible to quantitatively assess the yield and quality of target and by-products depending on the composition, physicochemical properties of the mixed feedstock, and the parameters of the technological regime, with an assessment of the possibility of their processing at an existing industrial facility. Aim. Experimental study of the composition and properties of mixed feedstock of catalytic cracking based on vacuum gas oil containing 5 to 20 wt % of extract of deasphalted oil, distillate, residual slack wax, and prediction of the catalytic cracking indicators during their co-processing using a mathematical model. Methods. Liquid chromatography method to study the composition of feedstock materials of the catalytic cracking in combination with a number of standard methods for determining physico-chemical properties. Results. Using a set of experimental studies, the authors have established the patterns of changes in the composition and physicochemical properties of the components and mixed feedstock of catalytic cracking containing 5-20 wt % of distillate and residual slack wax, deasphalted oil, and extract. The results obtained were used in development of a mathematical model of the heterogeneous catalytic cracking of feedstock, which takes into account the composition of oil fractions involved in processing and the patterns of catalyst deactivation by coke. Using a mathematical model, the authors established the patterns of changes in the composition and yield of process products when 5-20 wt % were involved in processing distillate slack wax and extracts of selective cleaning of oils mixed with vacuum distillate. Practical recommendations were developed on the possibility of expanding the hydrocarbon feedstock of the catalytic cracking, taking into account the fuel or petrochemical regime.