A technology for multifunctional hydroprocessing of oil residues (vacuum residue and atmospheric residue) on the catalysts with hierarchical porosity

A technology for catalytic hydroprocessing of oil residues – atmospheric residue and vacuum residue – aimed to obtain high value added petrochemicals, particularly marine fuel complying with modern technical and environmental requirements, is reported. The technologyis based on the use of catalysts supported on alumina with a hierarchical structure of meso- and macropores, which are highly active and stable under severe conditions of the process. Data obtained by physicochemical analysis of the chemical composition, textural and phase properties of fresh and spent catalysts for the three-step hydroprocessing of atmospheric residue and vacuum residue are presented. A material balance for each step of the processes and a comprehensive analysis of the properties of produced petrochemicals were used to propose variants of implementing and integrating the technology at Russian oil refineries in order to increase the profit from oil refining. The introduction of the hydroprocessing of atmospheric residue at oil refineries without secondary processes will improve the economic efficiency due to selling the atmospheric residue by 84–170 % depending on a chosen scheme of the process and a required set of products. It is reasonable to integrate the catalytic hydroprocessing of vacuum residue with the delayed coking, catalytic cracking and hydrocracking processes in order to increase the depth of refining to 95 % and extend the production of marketable oil refining products: gasoline, diesel fuel, marine fuel with the sulfur content below 0.5 %, and low-sulfur refinery coke for the electrode industry. The integration of the hydroprocessing of vacuum residue with the secondary processes will increase the economic efficiency from selling the vacuum residue by a factor of 2–2.5 in comparison with its production in delayed coking units.

1. Enerdata: [сайт]. − https://yearbook.enerdata.ru/oil-products/world-refined-production-statistics.html (дата обращения 03.06.2021)

2. Канделаки Т.Л. Нефтепереработка, газопереработка и нефтехимия в РФ / Т.Л. Канделаки. М.: ИД ИнфоТЭК, 2020. 528 с. // ИнфоТЭК-КОНСАЛТ: [сайт]. – URL: http://www.citek.ru/uslugi-i-produkty/spravochniki/85-neftepererabotka-gazopererabotka-i-neftekhimiya-v-rf-2 (дата обращения 02.06.2021)

3. Castañeda, L.C. // Catalysis Today. 2014. Vol. 220–222. P. 248–273.

4. Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов 1973 г., измененная протоколом 1978 г. к ней: МАРПОЛ 73/78 : в 3 кн. Кн. III // АО «Центр. науч.-исслед. и проект.-конструкт. ин-т мор. Флота» (АО «ЦНИИМФ»). Санкт-Петербург: ЦНИИМФ, 2017. 412 с.

5. О присоединении Российской Федерации к Протоколу 1997 года об изменении Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов 1973 года, измененной Протоколом 1978 года к ней: постановление Правительства Российской Федерации от 24 марта 2011 г. № 203 // Собр. Законодательства Российской Федерации. 2011. № 14. Ст. 1928.

6. Окунев А.Г., Окунев А.Г., Пархомчук Е.В., Лысиков А.И., Парунин П.Д., Се-мейкина В.С., Пармон В.Н. // Успехи химии. 2015. 84 (9). C. 981–999.

7. Gillis D. Upgrading Residues to Maximize Distillate Yields with UOP Uniflex Process / D. Gillis, M.K. VanWees, P. Zimmerman, Ed. Houde // Journal of the Japan Petroleum Institute. – 2010. – Vol. 53. – Is. 1. – P. 33-41.

8. Прогноз развития энергетики мира и России 2019 / под ред. А.А. Макарова, Т.А. Митровой, В.А. Кулагина // ИНЭИ РАН–Московская школа управления СКОЛКОВО Москва, 2019. 210 с. ISBN 978-5-91438-028-8.

9. Furimsky E. Selection of catalysts and reactors for hydroprocessing / E. Furimsky // Applied Catalysis. – 1998. – Vol. 206. − P. 171-177.

10. Rana M.S. et al.// International Journal of Oil Gas and Coal Technology. 2008. Vol. 1. № 3. P. 250–282.

11. Пархомчук Е.В., Сашкина К.А., Рудина Н.А., Куликовская Н.А., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2012. № 4. С. 23–32.

12. Parkhomchuk E.V., Fedotov K.V., Semeykina V.S., Lysikov A.I. // Catalysis Today. 2020. V. 353. P. 180–186.

13. Parkhomchuk E.V., Lysikov A.I., Okunev A.G., Parunin P.D., Semeikina V.S., Ayupov A.B., Trunova V.A., Parmon V.N. // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2013. V. 52. № 48. P. 17117–17125.

14. Semeykina V.S., Parkhomchuk E.V., Polukhin A.V., Parunin P.D., Lysikov A.I., Ayupov A.B., Cherepanova S.V., Kanazhevskiy V.V., Kaichev V.V., Glazneva T.S., Zvereva V.V. // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2016. V. 55. № 312. P. 3535–3545.

15. Parkhomchuk E.V., Lysikov A.I., Okunev A.G., Parunin P.D., Semeikina V.S., Ayupov A.B., Trunova V.A., Parmon V.N. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2013. V. 52. № 48. P. 17117–17125.

16. Parkhomchuk, E.V., Semeykina V.S., Sashkina K.A., Okunev A.G., Lysikov A.I., Parmon V.N. // Topics in Catalysis. 2017. V. 60. № 1-2. P. 178–189.

17. Патент РФ № 2506997. Катализатор гидропереработки тяжелых нефтяных фракций: №2012136374/04: заявл. 27.08.2012: опубл. 20.02.2014. / Е.В. Пархомчук, А.Г. Окунев, К.А. Сашкина, В.С. Семейкина, А.Г. Окунев, А.В. Лавренов, В.А. Лихолобов; заявитель, патентообладатель Институт проблем переработки углеводородов СО РАН, Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. 6 с.

18. Патент РФ № 2527573. Катализатор для гидропереработки тяжелого нефтяного сырья и способ его приготовления: № 2013125736/04: заявл. 05.06.2013: опубл. 10.09.2014. / Е.В. Пархомчук, А.Г. Окунев, К.А. Сашкина, В.С. Семейкина, А.И. Лысиков, В.С. Деревщиков; заявитель, патентообладатель Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. 3 с.

19. A. Chen, S.-L. Chen, D. Hua, Z. Zhou, Z. Wang, J. Wu et al. // Chemical Engineering Journal. 2013. 231. С. 420–426.

20. Sanjeev M Rao and Marc-olivier Coppens, “Increasing Robustness against Deactivation of Nanoporous Catalysts by Introducing an Optimized Hierarchical Pore Network – Application to Hydrodemetalation // Chemical Engineering Science. 2012. V. 83. P. 66–76.

21. Galiasso R., Blanco R., Gonzales C., Quinteros N. // Fuel. 1983. V. 62. P. 817–823.

22. Hood, R.L., Luzarraga, M.G., Riley, K.L., Ellis, E.S., Sosnowski, J. // Proceedings – American Petroleum Institute. Refining Department. 1981. № 60. P. 340–346.

23. E.V. Parkhomchuk, Y.V. Bazaikin, E.G. Malkovich, A.I. Lysikov, E.E. Vorobieva, K.V. Fedotov, A.V. Kleymenov // Chemical Engineering Journal. 2020.

24. Semeykina V.S., Malkovich E.G., Bazaikin Y.V., Lysikov A.I., Parkhomchuk E.V. // Chemical Engineering Science. 2018. V.188. P. 1–10.

25. Malkovich E.G., Parkhomchuk E.V., Bazaikin Y.V., Lysikov A.I. // Chemical Engineering Journal. 2019. V. 378. 122176:1-4.

26. Semeykina V.S., Polukhin A.V., Lysikov A.I., Kleymenov A.V., Fedotov K.V., Parkhomchuk E.V. // Catalysis Letters. 2019. V. 149. № 2. P. 513–521.

27. I.A. Shamanaeva (Tiuliukova), E.V. Parkhomchuk // Petroleum Chemistry. 2019. V. 59. № 8. P. 854–859.

28. Krukovsky I.M., Sheloumov A. M., Golubev O.V., Loginova A.N., Fadeev V.V. // Journal of Applied Spectroscopy. 2020. V. 87. № 2. P. 267–274.

29. Tsigdinos G.A. // Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development. – 1974. V. 13. № 4. Р. 267–274.

30. Пархомчук Е.В., Лысиков А.И., Полухин А.В., Федотов К.В., Клейменов А.В. // Нефть. Газ. Новации. 2020. № 4 (233). С. 72–74.

31. Патент РФ № 2699354C1. Катализатор защитного слоя для переработки тяжелого нефтяного сырья и способ его приготовления: № 2018141581, заявл. 27.11.2018: опубл. 05.09.2019, бюл. № 5 // Пархомчук Е.В., Лысиков А.И., Семейкина В.С., Полухин А.В., Сашкина К.А., Федотов К.В., Клейменов А.В. заявитель «Федеральный исследовательский центр «Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук», патентообладатель АО «Газпромнефть-МНПЗ». 8 с.

32. Патент РФ № 2717095. Способ переработки тяжелого нефтяного сырья на защитном слое бифункционального катализатора: № 2019128433, заявл. 11.09.2019: опубл. 18.03.2020, бюл. № 8 // Пархомчук Е.В., Лысиков А.И., Полухин А.В., Шаманаева И.А., Санькова Н.Н., Воробьева Е.Е., Федотов К.В., Клейменов А.В. заявитель «Федеральный исследовательский центр «Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук», патентообладатель АО «Газпромнефть-МНПЗ» 10 с.

33. Патент РФ № 2733973. Несульфидированный катализатор, способ его приготовления и способ переработки тяжелого углеводородного сырья: № 2020109701, заявл. 05.03.2020: опубл. 08.10.2020, бюл. № 28 // Пархомчук Е.В., Лысиков А.И., Полухин А.В., Шаманаева И.А., Санькова Н.Н., Воробьева Е.Е., Федотов К.В., Клейменов А.В. заявитель, патентообладатель АО «Газпромнефть-МНПЗ» 10 с.

34. Патент РФ № 2734235. Катализатор, способ его приготовления и способ переработки тяжелого углеводородного сырья: № 2020109728, заявл. 05.03.2020: опубл. 13.10.2020, бюл. №29 // Пархомчук Е.В., Лысиков А.И., Полухин А.В., Шаманаева И.А., Санькова Н.Н., Воробьева Е.Е., Федотов К.В., Клейменов А.В. заявитель, патентообладатель АО «Газпромнефть-МНПЗ» 10 с.