Каталитический паровой крекинг тяжелого нефтяного сырья: обзор

В связи с ухудшением качества нефтяного сырья все более актуальным становится вовлечение в переработку нетрадиционного углеводородного сырья (тяжелые нефти, битумы, остатки и др.). Переработка тяжелого нефтяного сырья (ТНС) требует разработки новых методик, которые должны быть эффективными в отношении выхода светлых фракций, подавления коксообразования и насыщения водородом жидких продуктов. В то же время капитальные и эксплуатационные затраты на процесс должны быть минимизированы, поскольку затраты на добычу и транспортировку ТНС в несколько раз выше, чем в случае легких и средних нефтей. В данном обзоре впервые систематизированы результаты исследований процесса каталитического парового крекинга ТНС – потенциальной альтернативы более традиционным процессам облагораживания ТНС, основанным на снижении содержания углерода (термический крекинг, висбрекинг, каталитический крекинг), либо насыщения водородом жидких продуктов (гидрокрекинг). Обсуждаются основные отличия данного процесса от процессов облагораживания ТНС с участием воды (водный пиролиз в суб- или сверхкритической воде), а также особенности проведения процесса каталитического парового крекинга в зависимости от режима процесса и типа катализатора и возможные механизмы участия воды в процессе.

1. BP energy outlook 2016 (summary tables) http://www.bp.com/content/dam/bp/excel/energy-economics/energyoutlook-2016/bp-energy-outlook-2016-summary-tables.xlsx (Accessed 26 December 2017).

2. Alboudwarej H., Felix J., Taylor S. et al. // Oilfield Review (Schlumberger). 2006. Summer. P. 34-53.

3. World Energy Council 2013: World energy resources. A summary https://www.worldenergy.org (Accessed 26 December 2017). Used by permission of the World Energy Council.

4. World Oil Outlook 2015: Organization of the Petroleum Exporting Countries OPEC Secretariat, October 2015. http://www.opec.org/opec_web/static_files_project/media/downloads/

5. publications/WOO%202015.pdf (Accessed 26 December 2017).

6. Sahu R., Song B.J., Im J.S., Jeon Y.-P., Lee C.W. // J. Ind. Eng. Chem. 2015. V. 27. P. 12—24.

7. Hart A. // J. Pet. Explor. Prod. Technol. 2014. V. 4. P. 327—336.

8. Shah A., Fishwick R., Wood J., Leeke G., Rigby S., Greaves M. // Energy Environ. Sci. 2010. V. 3. P. 700—714.

9. Speight J.G. // Heavy Extra-Heavy Oil Upgrad. Technol. 2013. Elsevier, P. 1—13.

10. Castañeda L.C., Muñoz J.A.D., Ancheyta J. // Catal. Today. 2014. V. 220—222. P. 248—273.

11. Sawarkar A.N., Pandit A.B., Samant S.D., Joshi J.B. // Can. J. Chem. Eng. 2007. V. 85. P. 1—24.

12. Максимов Н.М., Солманов П.С., Цветков В.С. и др. // Журнал прикладной химии. 2015. Т. 88. № 4. С. 577—584 [Maximov N.M., Solmanov P.S., Tsvetkov V.S. et al. // Russ. J. Appl. Chem. 2015. V. 88. I. 4, pp. 609—616].

13. Furimsky E. // Ind. Eng. Chem. Res. 2013. V. 52. P. 17695—17713.

14. Pat. Appl. US 20130015100. 2013.

15. Kozhevnikov I.V., Nuzhdin A.L., Martyanov O.N. // J. Supercrit. Fluids. 2010. V. 55. P. 217—222.

16. Li N., Yan B., Xiao X.-M. // Energies. 2015. V. 8. P. 8962—8989.

17. Gai X.K., Arano H., Lu P., Mao J.W., Yoneyama Y., Lu C.X., Yang R.Q., Tsubaki N. // Fuel Process. Technol. 2016. V. 142. P. 315—318.

18. Pat. US 7208181. 2007.

19. Kapadia P.R., Kallos M.S., Gates I.D. // Fuel Process. Technol. 2015. V. 131. P. 270—289.

20. Muraza O., Galadima A. // Fuel. 2015. V. 157. P. 219—231.

21. Chen Y., Wang Y., Wu C., Xia F. // Energy & Fuels. 2008. V. 22. P. 1502—1508.

22. Wu C., Lei G.-L., Yao C., Sun K., Gai P., Cao Y. // J. Fuel Chem. Technol. 2010. V. 38. P. 684—690.

23. Zhao F., Liu Y., Wu Y., Zhao X., Tan L. // Chem. Technol. Fuels Oils. 2012. V. 48. P. 273—282.

24. Chao K., Chen Y., Li J., Zhang X., Dong B. // Fuel Process. Technol. 2012. V. 104. P. 174—180.

25. Golmohammadi M., Ahmadi S.J., Towfighi J. // J. Supercrit. Fluids. 2016. V. 113. P. 136—143.

26. Weingärtner H., Franck E.U. // Angew. Chemie Int. Ed. 2005. V. 44. P. 2672—2692.

27. Arcelus-Arrillaga P., Pinilla J.L., Hellgardt K., Millan M. // Energy & Fuels. 2017. V. 31. P. 4571—4587.

28. Arcelus-Arrillaga P., Hellgardt K., Millan M. // Fuel. 2017. V. 209. P. 434—441.

29. Sato T., Adschiri T., Arai K., Rempel G.L., Ng F.T. // Fuel. 2003. V. 82. P. 1231—1239.

30. Tang X., Wang S., Qian L., Li Y., Lin Z., Xu D., Zhang Y. // Chem. Eng. Res. Des. 2015. V. 100. P. 530—541.

31. Savage P.E. // J. Supercrit. Fluids. 2009. V. 47. P. 407—414.

32. Reina T.R., Yeletsky P., Bermúdez J.M., Arcelus-Arrillaga P., Yakovlev V.A., Millan M. // Fuel. 2016. V. 182. P. 740—748.

33. Maity S.K., Ancheyta J., Marroquín G. // Energy & Fuels. 2010. V. 24. P. 2809—2816.

34. Canıaz R.O., Erkey C. // Chem. Eng. Res. Des. 92 (2014) 1845— 1863.

35. Yan T., Xu J., Wang L., Liu Y., Yang C., Fang T. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 75129—75140.

36. Wang F., Xu Y., Ren J., Li Y. // Chem. Eng. Process. Process Intensif. 2010. V. 49. P. 51—58.

37. Sedighi M., Keyvanloo K., Towfighi J. // Fuel. 2013. V. 109. P. 432—438.

38. Sadrameli S.M. // Fuel. 2016. V. 173. P. 285—297.

39. Wagner W., Kretzschmar H.-J. // International Steam Tables. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg. 2008.

40. Pat. US 1599629. 1926.

41. Pat. US 2028795. 1936.

42. Pat. US 2135132. 1938.

43. Pat. US 2436923. 1948.

44. Duprez D. // Appl. Catal. A Gen. 1992. V. 82. P. 111—157.

45. Al-Zuhair S., Hassan M., Djama M., Khaleel A. // Chem. Eng. Commun. 2017. V. 204. P. 141—148.

46. Cimenler U., Joseph B., Kuhn J.N. // AIChE J. 2017. V. 63. P. 200—207.

47. Pérez Zurita M.J., Bartolini M., Righi T., Vitale G., Pereira Almao P. // Fuel. 2015. V. 154. P. 71—79.

48. Маслянский Г.Н., Рабинович Г.Л., Автономова Н.Х., Брискер К.Л. // Нефтехимия. 1966. Т. 5. № 3. С. 328—334 [Maslyanskii G., Rabinovich G., Avtonomova N., Brisker K. // Pet. Chem. U.S.S.R. 1966. V. 5. Р. 112—119].

49. Маслянский Г.Н., Рабинович Г.Л., Брискер К.Л., Автономова Н.Х. // Нефтехимия. 1966. Т. 6. №. 4. С. 553—557 [Maslyanskii G.N., Rabinovich G.L., Brisker K.L., Avtonomova N.Kh. // Pet. Chem. U.S.S.R. 1966. V. 6. Р. 178—183].

50. Kim C. // J. Catal. 1978. V. 52. P. 169—175.

51. Ferella F., Stoehr J., De Michelis I., Hornung A. // Fuel. 2013. V. 105. P. 614—629.

52. Pinilla J.L., Arcelus-Arrillaga P., Puron H., Millan M. // Appl. Catal. A Gen. 2013. V. 459. P. 17—25.

53. Pinilla J.L., Arcelus-Arrillaga P., Puron H., Millan M. // Fuel. 2013. V. 109. P. 303—308.

54. Рабинович Г.Л., Трейгер Л.М., Маслянский Г.Н. // Нефтехимия. 1973. Т. 13. № 5. С. 659—664 [Rabinovich G.L., Treiger L.M., Maslyanskii G.N. // Pet. Chem. U.S.S.R. 1973. V. 13. Р. 199—205].

55. Wang X., Gorte R.J. // Appl. Catal. A Gen. 2002. V. 224. P. 209— 218.

56. Sanhoob M.A., Muraza O., Shafei E.N., Yokoi T., Choi K.-H. // Appl. Catal. B Environ. 2017. V. 210. P. 432—443.

57. Можайко В.Н., Рабинович Г.Л. Маслянский Г.Н. // Нефтехимия. 1976. Т. 16. № 1. С. 45—50 1976 [Mozhaiko V.N., Rabinovich G.L., Maslyanskii G.N. // Pet. Chem. U.S.S.R. 1976. V. 16. Р. 1—7].

58. Dutta R.P., McCaffrey W.C., Gray M.R., Muehlenbachs K. // Energy & Fuels. 2000. V. 14. P. 671—676.

59. Nhieu P., Liu Q., Gray M.R. // Fuel. 2016. V. 166. P. 152— 156.

60. Ahn H.K., Park S.H., Sattar S., Woo S.I. // Catal. Today. 2016. V. 265. P. 118—123.

61. Мироненко О.О., Соснин Г.А., Елецкий П.М., Гуляева Ю.К., Булавченко О.А., Стонкус О.А., Родина В.О., Яковлев В.А. // Наногетерогенный катализ. 2017. Т. 2. № 1. C. 74—87. [Mironenko O.O., Sosnin G.A., Eletskii P.M., Gulyaeva Y.K., Bulavchenko O.A., Stonkus O.A., Rodina V.O., Yakovlev V.A. // Pet. Chem. 2017. V. 57. Р. 618—629].

62. Елецкий П.М., Мироненко О.О., Соснин Г.А., Булавченко О.А., Стонкус О.А., Яковлев В.А. // Катализ в промышленности. 2016. Т. 16. № 4. С. 42—50. [Eletskii P.M., Mironenko O.O., Sosnin G.A., Bulavchenko O.A., Stonkus O.A., V.A. Yakovlev // Catal. Ind. 2016. V. 8, pp. 328—335].

63. Clark P.D., Kirk M.J. // Energy & Fuels. 1994. V. 8. P. 380—387.

64. Lee H.S., Nguyen-Huy C., Pham T.-T., Shin E.W. // Fuel. 2016. V. 165. P. 462—467.

65. Khadzhiev S.N., Kadiev K.M., Yampolskaya G.P., Kadieva M.K. // Adv. Colloid Interface Sci. 2013. V. 197—198. P. 132—145.

66. Angeles M.J., Leyva C., Ancheyta J., Ramírez S. // Catal. Today. 2014. V. 220—222. P. 274—294.

67. Хаджиев С.Н., Кадиев Х.М., Кадиева М.Х. // Нефтехимия. 2014. Т. 54. № 5. С. 327—351. [Khadzhiev S.N., Kadiev K.M., Kadieva M.K. // Pet. Chem. 2014. V. 54. Р. 323—346].

68. Sharypov V.I., Kuznetsov B.N., Beregovtsova N.G., Baryshnikov S.V., Sidel’nikov V.N. // Fuel. 1996. V. 75. P. 791—794.

69. Пат. РФ 2132356. 1999.

70. Marzin R., Pereira P., McGrath M.J., Feintuch H., Thompson G., Houde E. // Oil Gas J. 1998. V. 96. I. 44. P. 79—86.

71. Pereira-Almao P., Flores C., Zbinden H., Guitian J., Solari R.B., Feintuch H., Gillis D. // Oil Gas J. 2001. V. 99. I. 20. P. 79—85.

72. Pat. US 5688395. 1997.

73. Pat. US 5688741. 1997.

74. Pat. US 5885441. 1999.

75. Fathi M.M., Pereira-Almao P. // Energy & Fuels. 2011. V. 25. P. 4867—4877.

76. Cabrales-Navarro F.A., Pereira-Almao P. // Energy & Fuels. 2017. V. 31. P. 3121—3131.

77. Fumoto E., Tago T., Tsuji T., Masuda T. // Energy & Fuels. 2004. V. 18. P. 1770—1774.

78. Hosseinpour M., Ahmadi S.J., Fatemi S. // J. Supercrit. Fluids. 2015. V. 100. P. 70—78.

79. Machín I., de Jesús J.C., Rivas G., Higuerey I., Córdova J., Pereira P., Ruette F., Sierraalta A. // J. Mol. Catal. A Chem. 2005. V. 227. P. 223—229.

80. Masuda T., Kuwahara H., Mukai S.R., Hashimoto K. // Chem. Eng. Sci. 1999. V. 54. P. 2773—2779.

81. Masuda T., Kondo Y., Miwa M., Shimotori T., Mukai S.R., Hashimoto K., Takano M., Kawasaki S., Yoshida S. // Chem. Eng. Sci. 2001. V. 56. P. 897—904. 81. Fumoto E., Tago T., Masuda T. // Energy & Fuels. 2006. V. 20. P. 1—6.

82. Fumoto E., Matsumura A., Sato S., Takanohashi T. // Energy & Fuels. 2009. V. 23. P. 1338—1341.

83. Funai S., Fumoto E., Tago T., Masuda T. // Chem. Eng. Sci. 2010. V. 65. P. 60—65.

84. Fumoto E., Matsumura A., Sato S., Takanohashi T. // Energy & Fuels. 2009. V. 23. P. 5308—5311.

85. Fumoto E., Sato S., Takanohashi T. // Energy & Fuels. 2011. V. 25. P. 524—527.

86. Fumoto E., Sato S., Takanohashi T. // J. Japan Pet. Inst. 2010. V. 53. P. 260—261.

87. Fumoto E., Sato S., Takanohashi T. // ACS Symp. Ser. 2012. P. 75—85.

88. Fumoto E., Sugimoto Y., Sato S., Takanohashi T. // J. Japan Pet. Inst. 2015. V. 58. P. 329—335.

89. Fumoto E., Sato S., Takanohashi T. // J. Japan Pet. Inst. 2015. V. 58. P. 336—340.

90. Sonoyama N., Nobuta K., Kimura T., Hosokai S., Hayashi J., Tago T., Masuda T. // Fuel Process. Technol. 2011. V. 92. P. 771— 775.

91. Kondoh H., Nakasaka Y., Kitaguchi T., Yoshikawa T., Tago T., Masuda T. // Fuel Process. Technol. 2016. V. 145. P. 96—101.

92. Kondoh H., Hasegawa N., Yoshikawa T., Nakasaka Y., Tago T., Masuda T. // Energy & Fuels. 2016. V. 30. P. 10358—10364.

93. Nguyen-Huy C., Shin E.W. // Fuel. 2016. V. 179. P. 17—24.

94. Zachariah A., Wang L., Yang S., Prasad V., De Klerk A. // Energy and Fuels. 2013. V. 27. P. 3061—3070.

95. Barbier J., Duprez D. // Appl. Catal. B Environ. 1994. V. 4. P. 105— 140.

96. Dejhosseini M., Aida T., Watanabe M., Takami S., Hojo D., Aoki N., Arita T., Kishita A., Adschiri T. // Energy & Fuels. 2013. V. 27. P. 4624—4631.

97. Murota T., Hasegawa T., Aozasa S., Matsui H., Motoyama M. // J. Alloys Compd. 1993. V. 193. P. 298—299.

98. Nguyen-Huy C., Shin E.W. // Fuel. 2016. V. 169. P. 1—6.

99. Nguyen-Huy C., Shin E.W. // Fuel. 2017. V. 192. P. 149—157.

100. Do L.T., Nguyen-Huy C., Shin E.W. // Appl. Catal. A Gen. 2016. V. 525. P. 23—30.

101. Kondoh H., Tanaka K., Nakasaka Y., Tago T., Masuda T. // Fuel. 2016. V. 167. P. 288—294.

102. Khalil U., Muraza O., Kondoh H., Watanabe G., Nakasaka Y., Al-Amer A., Masuda T. // Energy & Fuels. 2016. V. 30. P. 1304—1309.

103. Pae Y.I., Lee S.H., Sohn J.R. // Catal Letters. 2005. V. 99. P. 241—248.

104. Cerqueira H.S., Caeiro G., Costa L., Ramôa Ribeiro F. // J. Mol. Catal. A Chem. 2008. V. 292. P. 1—13.

105. Muraza O. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2015. V. 114. P. 1—10.