Тройной пробег

Тройной пробег

Новый катализатор процесса олигомеризации успешно проходит промышленные испытания на Московском НПЗ

Текст: Сергей Орлов
Фото: Владимир Антропов
Инфографика: Татьяна Удалова

Основа национального проекта развития катализаторного производства «Газпром нефти» — разработка и выпуск катализаторов каталитического крекинга, гидрокрекинга и гидроочистки. Однако это не означает, что компания ограничивается работой только в этом направлении. Новый катализатор процесса олигомеризации, разработанный совместно специалистами «Газпром нефти» и компании УНИСИТ, успешно проходит испытания на МНПЗ и уже вызвал интерес на рынке

Поиск структуры

Повышение эффективности и глубины переработки нефти — основная задача, которую сегодня решают все нефтяные компании России. На это направлены масштабные программы модернизации, предполагающие кардинальное техническое перевооружение нефтеперерабатывающих заводов, а порой фактически перерастающие в строительство новых производств. Однако производительность даже самых современных установок может не достичь максимально возможных показателей, если в их работе используются катализаторы с неоптимальными характеристиками. Решение именно этой проблемы заставило специалистов «Газпром нефти» заняться разработкой нового катализатора олигомеризации (см. врез) бутан-бутиленовой фракции (ББФ) — продукта каталитического крекинга и ценного сырья для производства высокооктанового компонента бензина и нефтехимии.

Олигомеризация

Процесс получения низкомолекулярных полимеров, то есть молекул в виде цепочки из небольшого числа одинаковых звеньев. При олигомеризации олефиносодержащих газов — пропан-пропиленовой или бутан-бутиленовой фракций, являющихся продуктами вторичных процессов переработки нефти, в частности, каталитического крекинга, — получают высокооктановые компоненты бензина.

Активное использование цеолитов для олигомеризации легких олефинов началось в 1980-х годах, после разработки компанией Mobil процесса MOGD на основе цеолита ZSM-5. В его рамках при относительно низких температурах процесса получается дизельная фракция с высоким цетановым числом, а повышение температуры выводит на получение бензиновой фракции в качестве основного продукта. Другой процесс, основанный на использовании цеолитов, — SPGK-процесс, разработали в Shell в 1989 году. Он также позволяет, изменяя условия олигомеризации, получать в качестве целевого продукта высокооктановую бензиновую фракцию, керосиновую фракцию или дизельную фракцию с высоким цетановым числом.

Катализаторы олигомеризации, представленные сегодня на российском рынке и использующиеся отечественными нефтеперерабатывающими и нефтехимическими предприятиями (в том числе и Московским НПЗ), недостаточно стабильны, а их пробег не превышает 25–30 суток, после чего требуется регенерация для восстановления каталитической активности.

Основные направления, по которым двигались разработчики, — это повышение активности катализаторов в реакциях олигомеризации и, соответственно, большая конверсия начального сырья, а также улучшение их устойчивости к коксообразованию, что способствует увеличению пробега катализатора. Для решения этих задач в первую очередь потребовалось подобрать цеолит* оптимальной структуры и пористости. Дело в том, что в порах большего размера неконтролируемо увеличивается длина олигомерной цепи, и катализатор быстро дезактивируется продуктами процесса. Если же поры цеолита оказываются меньше размера образующихся молекул олигомеров, то олигомеризация в них практически не идет, что сохраняет активность катализатора.

После проведения цикла исследований и подбора цеолита с оптимальной структурой его модифицировали различными методами, направленными на увеличение селективности, стабильности работы и прочности катализатора. Под итоговый образец оптимизировались условия процесса, подбирались технологические режимы (разумеется, в пределах, достижимых на промышленной установке олигомеризации «Газпромнефть — МНПЗ»), при которых достигаются максимальные селективность и время работы катализатора при выработке продукта требуемого качества.

Отдельной задачей стал поиск завода-изготовителя нового катализатора. Ее решением занялся партнер «Газпром нефти» в реализации этого проекта — малое инновационное предприятие УНИСИТ, специалисты которого, проанализировав возможные варианты, сделали выбор в пользу Редкинского катализаторного завода (Тверская область). «Уровень автоматизации на этом предприятии невысок, но при производстве небольших партий катализаторов это даже определенное преимущество — меньше потерь, — рассказала главный специалист управления технической политики и инновационной деятельности дирекции нефтепереработки „Газпром нефти“ Валентина Мирошкина. — На Редкинском заводе нам обещали не превысить 5%-ный уровень потерь по стадиям производства, но по факту получилось 1–2%». После производства первой промышленной партии в 8 тонн новый катализатор олигомеризации отправился на Московский НПЗ для проведения опытного пробега.

Подтвержденный эффект

При проведении лабораторных испытаний новый катализатор, получивший обозначение КОБ-1, демонстрировал более чем двукратное увеличение межрегенерационного пробега и повышение выхода целевого продукта на 8%. Частично подтвердила эти результаты и первая опытная загрузка в промышленную установку. Частично, потому что пробег 2,2 тонны нового катализатора, загруженные в один из трех реакторов блока олигомеризации МНПЗ, продлился лишь 46 суток, после чего установку остановили для проведения планового ремонта. «Спустя 46 дней работы катализатор не потерял активности, так что этот срок для КОБ-1 явно не предел, в то время как пробеги старых катализаторов не превышали 22 дней, — сообщила Валентина Мирошкина. — Установка выйдет из ремонта только в апреле, поэтому мы сразу провели регенерацию, которая также подтвердила наши первоначальные выводы: на регенерацию ушло три дня вместо плановых пяти, и проходил процесс при температуре, не превышающей на пике 600 °C, — это говорит о том, что кокса на катализаторе мало и он мог проработать дольше. Говорить о том, подтвердились ли результаты лабораторных испытаний с точки зрения выхода олигомеризата, пока сложно, так как загружался только один реактор из трех, мы не достигли необходимой чистоты эксперимента».

Каталитические свойства опытно промышленной партии катализатора КОБ-1

В апреле, после окончания ремонта, планируется провести опытный пробег уже на двух реакторах — в один загрузят свежий продукт, в другой регенерированный, и по итогам этих испытаний будет приниматься решение о полном переходе на новый катализатор. Сам олигомеризат, произведенный с использованием новинки, полностью укладывается в требования ГОСТа, более того, октановое число компонента составляет 93-94 вместо оговоренного стандартом 91.

ООО «УНИСИТ»

Создано в 2007 году на базе лаборатории кинетики и катализа химического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова в рамках программы Фонда содействия развития малых форм предприятий в научно-технической сфере. Специализируется на разработке и внедрении процессов и технологий для нефтепереработки, нефтехимической промышленности и органического синтеза.

Впрочем, подводные камни обнаруживаются при реализации любого проекта. И если с технологическими сложностями, возникавшими в процессе подготовки производства и наработки пробной партии, специалисты УНИСИТа и «Газпром нефти» успешно справлялись, то отсутствие в ассортименте отечественных производителей цеолита продукта необходимого качества — проблема более сложная и, что самое неприятное, системная. «Надеемся, что проблема с производством качественного цеолита в России разрешится после запуска нового катализаторного завода в Омске», — уточнила Валентина Мирошкина.

Организация собственного производства цеолита должна заметно снизить себестоимость нового катализатора. Впрочем, и более высокая цена КОБ-1 по сравнению с катализаторами других российских производителей не отпугивает потенциальных потребителей — разница в стоимости перекрывается экономическим эффектом, который дает высокая эффективность продукции «Газпром нефти». Увеличение пробега и выхода целевого продукта, сокращение количества регенераций — по подсчетам специалистов Московского НПЗ годовой эффект от использования нового катализатора олигомеризации превысит 200 млн рублей. Инновационным продуктом уже заинтересовались и другие российские предприятия, в технологическую цепь которых включен процесс олигомеризации. В частности, в дирекцию нефтепереработки «Газпром нефти» пришел запрос о возможности проведений собственных испытаний нового катализатора от «Омского каучука», входящего в группу компаний «Титан».

Для работы на катализаторном рынке уже создано специализированное предприятие «Газпромнефть-Каталитические системы», которое в ближайшее время станет держателем патента на технологию производства КОБ-1. Впрочем, как и всех остальных патентов и лицензий в рамках нового направления бизнеса «Газпром нефти», постепенно набирающего обороты.

* Цеолиты — гидратированные алюмосиликаты щелочных элементов. Известны своей способностью отдавать и вновь поглощать воду в зависимости от температуры и влажности. Другое важное свойство цеолитов — способность к ионному обмену, то есть селективному выделению и впитыванию различных веществ, а также обмену катионами. Искусственно синтезированные цеолиты используются, в том числе, в качестве сырья для производства катализаторов различных химических процессов.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ