Критическая оценка стратегий десульфурации тяжелой нефти

Физические свойства и загрязнение тяжелой нефти подрывают эффективность любой стратегии десульфуризации, которая зависит от твердого абсорбента или катализатора для первичной десульфирования сырья. Это не означает, что такие технологии не могут быть использованы. В промышленности гидропереработка является одной из ключевых технологий обессеривания тяжелой нефти; Однако в применении он сильно отличается от гидрообработки легких масел. Срок службы и конверсия десульфирования за один проход ниже для тяжелых масел, а применение гидрообработки с неподвижным слоем ограничено характером загрязнения сырья.Такая же участь постигает адсорбционную десульфуризацию. Доступность и десорбция тяжелых молекул с твердых поверхностей по своей сути являются проблематичными. Прогноз для достижения прорывного повышения эффективности десульфурации тяжелой нефти с использованием либо гидродесульфирования, либо адсорбционной десульфуризации сам по себе не является хорошим.

Добыча десульфурации становится все более трудной и неселективной по мере увеличения тяжести нефти. Потеря и износ растворителей являются важными недоброжелателями при обессеривании тяжелой нефти. Соединения серы являются высококипящими, и тяжелое масло является вязким. Маловероятно, что может быть найден растворитель, который будет селективным по отношению к селе, основанным исключительно на физическом извлечении. Предполагается, что любой прорыв в экстракционной десульфурации тяжелой нефти по необходимости будет находиться в реакционноспособной десульфурации в экстракционной форме, то есть в растворителе, который химически реагирует с серой в серосодержащих соединениях с получением отдельной фазы. Тем не менее, это не устраняет проблемы, связанные с восстановлением растворителя, которые все еще должны быть устранены.

Технология окислительной десульфуризации включает две стадии. Эти шаги должны рассматриваться отдельно.

Для окислительной стадии требуется окислитель, который, по меньшей мере, стехиометрически расходуется. Во многих исследованиях используется химическое окисление, обычно с перекисью водорода и часто в сочетании с органической кислотой. Это не жизнеспособная стратегия для десульфурации тяжелой нефти. Масса перекиси водорода, которая требуется для десульфуризации тяжелой нефти, слишком велика. Даже если бы было возможно идеальное стехиометрическое окисление, для превращения всей серы в сульфоны потребовалось бы около 0,1 кг Н2О2 на кг битума (5% S). Любой окислительный путь обессеривания тяжелой нефти будет жизнеспособным только в том случае, если в нем используется дешевый и легкодоступный окислитель, такой как воздух. Автоокисление тяжелой нефти может привести к прорыву в обессеривании, тогда как химическое окисление и каталитическое окисление с меньшей вероятностью приводят к жизнеспособным процессам. Фотохимическая активация и ультразвук являются только альтернативными путями к тепловой энергии, чтобы управлять реакцией окисления. Является ли это промышленно желательным, неясно, учитывая, что окисление требует мягких условий (<200 ° C и около атмосферного давления). В обоих случаях окислитель все еще должен подаваться, и выбор альтернативного источника энергии не приведет к прорыву в обессеривании.

Расход пероксида водорода (H2O2) для обессеривания тяжелой нефти, содержащей 5% серы, в зависимости от селективности H2O2 для окисления серы до сульфонов.

Удаление окисленных соединений серы из тяжелого масла требует стадии экстракции или разложения. Жизнеспособность экстрактивной десульфуризации уже обсуждалась. Разложение имеет явные преимущества перед экстракцией, хотя требует обработки в более суровых условиях. В промышленности термическая обработка тяжелой нефти уже широко применяется, а десульфуризация окисленной тяжелой нефти путем термического разложения удаляет серу в виде SO2. Использование катализаторов (кислотных и щелочных) для обессеривания окисленного продукта привело лишь к незначительному увеличению обессеривания. Независимо от этого важно сохранить углеводородную часть серосодержащих соединений. Даже когда окисленная сера удаляется экстракцией или осаждением, сера по-прежнему связана со значительным количеством углеводородного материала. Поэтому термическая обработка по-прежнему желательна для высвобождения серы в виде SO2. Хотя термическая обработка нефти предшествует другим процессам конверсии, могут быть неисследованные возможности термической обработки тяжелой нефти в сочетании с окислением.

Комбинация автоокисления и термического разложения для ОРВ тяжелой нефти, по-видимому, является жизнеспособным путем для прорыва в обессеривании. Однако для этого потребуется стратегия ограничения образования свободных радикалов и упрочнения битума из-за окисления, что является серьезным препятствием.

В природе существует много примеров микроорганизмов, которые усваивают серу. Задача биодеструкции - найти подходящие микроорганизмы. Желательно, чтобы микроорганизмы обладали высокой метаболической селективностью по отношению к серу в целом. Создание и поддержание жизнеспособной культуры, способной к разумной скорости десульфурации, является сложной задачей. Тяжелое масло является вязким и несмешиваемым с водой, и БДС по своей природе является транспортным ограничением. Тем не менее, существуют возможности для внедрения технологии десульфурации, несмотря на некоторые технические проблемы, связанные с биоконверсией в целом.

Стратегии обессеривания на основе алкилирования и хлоринолиза имеют тот же недостаток, что и ОРВ с перекисью водорода. Масса химикатов, необходимых для обессеривания, значительна, даже если может быть достигнута высокая селективность. В дополнение к этому, алкилирование также имеет другие технические проблемы, которые обсуждались ранее, что исключает возможность применения к тяжелой нефти.

Сверхкритическая вода не приводит к десульфированию. О десульфуризации, сообщаемой в сотрудничестве с СКВ, можно отследить по другим механизмам удаления, главным образом ГДС.