« Химико-технологические основы переработки углеводородного сырья Якутии» Науч.руководитель - С.С.Захарова, к.г-м.н, доцент, зав. лаб. химии и технологии углеводородного сырья КОАиФХ ИЕН

Нефтепереработка является важной частью топливно- энергетического комплекса. Основной задачей нефте- перерабатывающей промышленности является обеспе- чение потребности страны в качественных моторных топливах, смазочных маслах, сырье для нефтехимии. Как развивается нефтепереработка в разных странах? Российскую нефтепереработку характеризует низкий уровень глубины переработки нефти, в то время, как в Европе он составляет на большинстве НПЗ 85%, в США- 95%(табл.1, рис.1, рис.2).

Страна, регион Количество действующих заводов Общая мощность по переработке нефти, млн. т / год Средняя мощность завода, млн. т / год Россия ,3 Прочие страны СНГ ,3 Канада 22934,2 8 ведущих стран Западной Европы ,6 США ,8 Япония ,3 Таблица 1. Размещение НПЗ в различных странах

Рис.1.Карта расположения нефтеперерабатывающих заводов России

Рис.2.Нефтяные компании по мощности переработки нефти и их процентное соотношение по России

Республика Саха (Якутия) чрезвычайно богата углево- дородными ресурсами. Происходит непрерывное осво- ение Талаканского, Иреляхского, Чаяндинского и других месторождений, растет добыча нефти. Запущена в строй первая очередь нефтепровода Восточная Сибирь – Тихий океан (ВСТО)(рис.3). Однако на территории Якутии перерабатывается лишь небольшая часть нефти и газа, что не удовлетворяет потребностей Республики в жидких топливах, маслах и других нефтепродуктах. Ежегодно производится порядка 20 тыс.тонн автомобильного бензина, что составляет не более 2% от завозимого количества.

На сегодня работают по нефтепереработке следующие предприятия: 1.Якутский газоперерабатывающий завод(1993г.) (ОАО «Сахатранснефтегаз»); 2.Установки по переработке газового конденсата 1 и 2 на Средне-Вилюйском и Мастахском газоконденса- тных месторождениях. 3. Якутская топливно-энергетическая компания (ЯТЭК). На кафедре ОАиФХ была создана учебно-научная лабо- ратория химии и технологии углеводородного сырья для постановки и развития научно-исследовательских работ в области нефтепереработки, проведения учеб- ного процесса по направлению «Химическая техноло- гия» и выпуска квалифицированных бакалавров в об- ласти переработки нефти и газа.

Основными направлениями деятельности лаборатории являются выполнение научно-исследовательских работ силами ППС в области: Оценки качества природных энергоносителей, как ис- ходного УВ сырья(нефти, газоконденсаты); исследования товарных свойств нефтепродуктов глу- бокой переработки нефти (бензины различных марок, дизельные топлива, базовые масла) и контроль их каче- ства; разработки технологии получения низкотемпературных смазочных масел на основе базовых масел якутских нефтей. Основной разрабатываемой научно-исследовательской темой является последнее направление.

К настоящему времени в Якутии не существует собственных технологий переработки углеводородного сырья, приспособ - ленных к особенностям состава якутских нефтей, поэтому весьма актуальна постановка НИР по созданию низкотемпе - ратурных смазочных масел, способных обеспечить надежную работоспособность техники, эксплуатируемой в экстремаль - ных низкотемпературных условиях Крайнего Севера. Необ - ходима технология, адаптированная к химическому составу якутских нефтей, которая бы обеспечивала получение товар - ных продуктов, работоспособных до – 60 0 С, т. е. нужны сма - зочные масла, качество которых будет соответствовать суро - вым климатическим и сложным эксплуатационным условиям работы техники в нашей республике.

Цель: Разработка технологии получения низкотемпера- турных смазочных масел на основе базовых масел из якутских нефтей. Использование местного сырья - якутских нефтей – яв- ляется новым этапом в расширении нефтеперерабаты- вающей отрасли Республики, перехода от продажи сы- рой нефти к развитию сферы, связанной с глубокой пе- реработкой нефти, ведущей к диверсификации экономи- ки РС(Я).НИР входит в качестве мероприятия 2.34 «Хи- мическая технология наноматериалов и углеводоро- дного сырья» проекта 2.4 Программы развития СВФУ. Руководители мероприятия профессор Джин Хо Чо из Университета Мионджи(Республика Корея) и зав.каф. высокомолекулярных соединений и органической химии ИЕН руководитель НОЦ «Нанотехнологии», профессор, д.т.н. Охлопкова А. А. Экспериментальная база – лаб. химии и технологии углеводородного сырья каф.ОАиФХ ИЕН и лаборатория смазочных масел Технологического института Buhmwoo(Республика Корея). Для выполнения мероприятия привлекаются студенты групп ХО и ХТ.

В результате проведенных исследований получены следующие основные результаты: На основании анализа физико-химических, товарных свойств и углеводородного состава нефтей Непско-Бо- туобинской НГО создан банк данных по нефтям данно- го региона; Изучение особенностей товарных свойств нефтей позволило произвести выбор нефти для выделения из него базового масла–нефть Талаканского месторождения; Значения показателей нефти приведены в табл.2, рис.4; На основании анализа литературных источников про- изведен выбор технологической схемы получения базо- вого масла из нефти; Проведена адаптация технологической схемы к выб- ранному сырью (рис.5);

п/п ПоказателиГОСТРезультаты определения 1 Плотность при 20°С, кг/м ,1 2 Кинематическая вязкость, при 20°С, мм 2 / c ек ,68 3 Фракционный состав, % об.: T н.к. = 60°С выход бензиновых фракций (н.к °С) выход фракций ( °С) выход фракций ( °С) остаток > 500°С ,0 25,0 29,0 26,04 4 Компонентный состав, % вес: масла бензольные смолы спиртобензольные смолы асфальтены ,6 8,8 4,8 1,8 5 Углеводородный состав, % вес: метаново-нафтеновые нафтеново-ароматические ,2 26,8 6 Содержание парафина, % вес ,66 7 Содержание серы, % вес ,53 Таблица 2. Физико-химические параметры и углеводородный состав нефти Талаканского месторождения.

Рис 4. Кривая фракционной разгонки Талаканской нефти на АРН-2 по ГОСТ

Получено базовое масло из нефти Талаканского мес- торождения; Проведено улучшение качества базового масла (де- парафинизация, удаление асфальтово-смолистых ком- понентов, удаление серы); Определены основные эксплуатационные характерис- тики базового масла (углеводородный состав, плотно- сть,температура вспышки, температура застывания, кинематическая вязкость,индекс вязкости,кислотное и щелочное число, коррозия медной пластины в масле, анилиновая точка, коэффициент преломления и др.) (рис.6); Проведен статистический анализ по определению пот ребностей Республики Саха в низкотемпературных смазочных маслах, определению количества транспо- ртных средств и промышленного оборудования, рабо- татающих с применением этих масел;

Рис 6. Установка АРНС-1Э для определения фракционного состава нефтепродуктов по ГОСТ (ИСО ) Рис 6а. Взятие пробы нефти на анализ

Произведена оценка эффективности депрессор- ных присадок с выбором лучшего депрессанта- полиметакрилатов состава CH 3 ( С СН 2 ) n С RO O Проведено исследование влияния химического состава депрессорных присадок, их концентрации на вязкость, индекс температурной вязкости (ИТВ), температуру застывания композиций;

Экспериментально изучены низкотемпературные свой- ства композиций смазочных масел с депрессорными присадками с целью установления оптимальной конце- нтрации присадок и установления окончательного ком- понентного состава товарной смеси смазочного масла, при которой достигается максимальное снижение его температуры застывания(рис.7), установлено оптималь- ное содержание присадок, которое соответствует 1% масс(табл.3); Произведено сопоставление полученных масел со стандартным маслом Yubase 4 (корейского производства и минеральным маслом Ravenol SSL 0W-40(рис.8); Показана возможность создания низкотемпературных смазочных масел с температурой застывания – 50 0 С на основе масляных фракций Талаканской нефти с приме- нением депрессорных присадок-метакрилатов.

Рис 7. Влияние депрессорной присадки на Тзастывания базовых масел.

Рис 8. Исследование физико-химических свойств масляных фракций нефти Талаканского месторождения по американскому стандарту АSTM в лаборатории смазочных масел Технологического института Buhmwoo. (Сеул) ст. преподавателем кафедры ОАиФХ ИЕН СВФУ Н.П. Жирковым

Показатели Фракция % lowPPD +1% MPPD Фракция % lowPPD +1% MPPD Ravenol SSL 0W- 40 Кинематическая вязкость, 40°C, сСт 14,5129,0484,97 Кинематическая вязкость, 100°C, сСт 3,4175,1614,48 Индекс вязкости Т застывания, °C-50-42,5-52,5 Табл 3. Влияние присадок на свойства масляных фракций Талаканской нефти и их сравнение с товарным моторным маслом Ravenol SSL 0W-40

В дальнейшем, требуется проведение исследований по улучшению качества дистиллятных фракций (удаление из них ароматических углеводородов плохо влияющих на вяз- костные свойства масел и др.), а также понижения темпера- туры застывания создаваемого смазочного масла до С. Ожидаемые научные результаты проекта: предполагается коммерциализация научных результатов при участии Российских и Корейских промышленных компаний; Реализация проекта с участием профессора Джин Хо Чо позволит разработать не только уникальные материалы, но и организовать их производство, и прод- винуть научную продукцию не только на Российский рынок, но и в страны Азиатско-Тихоокеанского региона;

наиболее вероятными областями применения разра- ботанных масел будет тяжелая карьерная техника, работающая круглогодично на территории РС(Я), при техническом обслуживании которой (смена масел, замена вышедших из строя деталей) требуются большие затраты, из-за невозможности доставки этой техники в специализированные мастерские (тяжелые экскаваторы и др). Повышение ресурса работы техники Севера вследст- вие улучшения эксплуатационных показателей масел приведет к увеличению эффективности горных разра- боток.

По данному мероприятию прошел стажировку асс. Н.П. Жирков Н.П. в лаборатории смазочных масел Института технологии Buhmwoo (Республика Корея) в течение меся- ца(2012г). Им освоены методы и проведены исследования физико-химических свойств масляных фракций нефти Талаканского месторождения по американскому стандарту ASTM. Доцент С.С.Захарова во время пребывания в Республике Корея (2013г) прошла стажировку в университетах ИНХА (Inha), Мионджи (Myongji) и в НИИ KAIST, KRIST, Кolon. Получены сертификаты.

Сотрудники лаборатории химии и технологии углеводо- родного сырья приняли участие в работе VI Евразийского симпозиума Eurastrencold-2013, где была опубликована совместная статья с корейскими учеными; Участвовали в работе 4 республиканской научно-практ. конференции «Региональная система экологического образования и просвещения в интересах устойчивого развития(2013г); Приняли участие в работе Всероссийской научно-практ. конференции «Химия: образование, наука и технология», посвященной 75-летию естественнонаучного образования и 20-летию химического образования в РС(Я), где на секции «Актуальные проблемы переработки углеводород- ного сырья» были заслушаны 8 докладов сотрудников лаборатории по данной разработке;

Оформляется заявка на ноу-хау «Разработка техноло- гической схемы выделения базового масла из нефти»; Опубликованы статьи: 1.Захарова С.С(СВФУ им.М.К.Аммосова, г.Якутск)., Jin-Ho-Cho(Myodgji Univercity, Seoul), Н.П.Жирков(СВФУ им.М.К.Аммосова, г.Якутск)., Zoo-One Sung (Buhmwoo Institute of Technology, Seoul). «Разработка рецептуры получения низкотемпературных смазочных масел на ос- нове нефти Талаканского месторождения» 2013г, Труды...т.1. с Иовлева Е.Л., Захарова С.С., Лебедев М.П. Попова Л.И. «Исследование эксплуатационных характеристик фракции дизельного топлива, выделенной из якутской нефти». Вестник Саратов.Гос.технич.Унив-та, 2(71), вып.2, с

В целом опубликовано 7 научных статей по данному проекту. Материалы Всероссийской н-п конференции «Химия: образование, наука и технология» (в печати): 1.Захарова С.С. «Перспективы развития нефтеперера- батывающей промышленности РС(Я)» 2. Михайлов В.В., Захарова С.С. «Разработка технологии получения низкотемпературных смазочных масел из якутских нефтей» 3. Жирков Н.П., Захарова С.С. «Применение депрессор- ных присадок для создания низкотемпературных смазо- чных масел из нефти Талаканского месторождения» Баму(Республика Корея)» 4. Жирков Н.П. «Определение товарных свойств базово- го масла с использованием приборного парка Институ- та технологических исследований Баму(Республика Корея)»

5. Заровняева Н.Н., Захарова С.С. «Контроль качества бензина производства ОАО «ЯТЭК» 6. Заровняева Н.Н. «Влияние серосодержащих соединений на качество бензинов» 7. Васильева Е.Д. «Установление технологической ин- дексации нефти Талаканского месторождения» Результаты НИР внедрены в образовательный процесс. Впервые прочитаны спецкурсы «Особенности химического состава и переработки нефтей Якутии», «Физико-химичес- кий анализ нефтей и газа», «Нефтегазовое дело», «Газо- химия», в которых используются разработки по меропри- ятию. Работает студенческий научный кружок, посвященный нефтехимической тематике.

Лаборатория химии и технологии углеводородного сырья сотрудничает: с лабораторией смазочных масел Технологического института Баму(Республика Корея), о чем в настоя- щее время заключается соглашение; с Институтами – ИПНиГ СОРАН, ИПЭС СВФУ; с лаб.ВМС ИЕН СВФУ; с предприятиями – ОАО «Сахатранснефтегаз», ОАО «ЯТЭК». В 2013 году были выполнены работы по заказу для: ОАО ЯТЭК- «Контроль качества бензина производс- тва ОАО ЯТЭК», в результате чего было установле- но соответствие его качества бензину марки «Евро- 92»; ОАО «Сахатранснефтегаз» - «Исследование физи- ко-химических свойств и углеводородного состава синтетической нефти GL», что позволило раскрыть отличие ее химического состава от классической нефти.

Что необходимо для эффективного проведения дальнейших исследований по нефтепереработке? 1.Расширение помещения лаборатории. Сейчас мы занимаем аудиторию 639 в 34.0 кв.м, где проводят- ся как экспериментальные исследования, так и лабо- раторные занятия по спец.курсам для студентов ХТ. 2. Обеспечение необходимыми реактивами-органиче- скими растворителями(бензол, хлороформ, петролей- ный эфир и др.), стандартными эталонами (индивиду- альные углеводороды), силикагелем (АСК с различ- ными диаметрами зерен) и многое другое.

3. Расширение приборного парка лаборатории. К примеру, необходимы хроматографы с различными колонками для проведения исследований по индивидуальному составу легких углеводородов, серосодержащих соединений и др. Основное оборудование лаборатории Химиии технологии углеводородного сырья Наименование прибораСтоимость прибора (руб) 1 Аппарат для перегонки нефти АРНС ,00 2 Шкаф сушильный вакуумный SPT ,00 3 Прибор для определения температуры вспышки нефтепродуктов2 600,00 4 Прибор для определения температуры застывания нефтепродуктов 3 100,00 5 Прибор для определения серы в нефти ламповым методом27 000,00 6 Термостат EL 20 R34 500,00 7 Установка по дистилляции (IC18DV/92 Multipurpose Distillation Plant) ,00 Заказанное оборудование 8 Вискозиметрическая система Lauda для определения кинематической вязкости в диапазоне температур -60 … 100°С согласно ГОСТ 33, ASTM D 445, IP 71, ISO ,18 9 Аппарат ректификации нефти АРН ,00