Прямое превращение сырой нефти в пропилен и этилен: патент Saudi Aramco революционизирует ЖКК

Традиционная цепь преобразования сырой нефти требует многоэтапного процесса: дистилляция, гидротреатинг, крекинг и фракционирование. Saudi Aramco в июне 2024 года запатентовала (US12012554B2) способ прямого превращения сырой нефти в легкие олефины (пропилен, этилен) в единой установке жидкостного каталитического крекинга (ЖКК).

Технологическая проблема

Сырая нефть содержит асфальтены (крупные полициклические молекулы), сераорганические соединения и металлы (Ni, V, Fe), которые блокируют доступ к активным центрам цеолита. Это обычно требует предварительной подготовки сырья. Патент Saudi Aramco обходит эту проблему через использование гибридной композиции катализатора ZSM-5 + Ultra-Stable Y (USY) цеолит.

Изобретение: Гибридная композиция ZSM-5 + USY

Параметры процесса:

• Температура: 580-650°C (оптимум 600-650°C).

• Соотношение катализатор/сырье: от 2:1 до 10:1 по массе.

• Время контакта: 0.1-60 сек (типично 0.5-2 сек).

• Давление: атмосферное (стандарт FCC).

Механизм работы

• USY цеолит (large pore, ~7 Å): расщепляет тяжёлые полициклические углеводороды (асфальтены). Эффективен при 580-600°C и производит первичные крекинг-продукты (С6-С12).

• ZSM-5 цеолит (medium pore, ~5.5 Å): действует как вторичный реактор в едином каталитическом слое. Селективно превращает первичные продукты в пропилен, этилен и бутилены, уменьшая содержание водорода через ароматизацию.

Результаты на пилоте

Испытания Saudi Aramco показали следующие результаты:

• Выход пропилена: 18-22 мас% от сырой нефти (против 8-12% в стандартном ЖКК из вакуумного газойля).

• Выход этилена: 6-9 мас% (против 3-4% в стандартном процессе).

• Селективность по С2-С4: 65-72%.

• Снижение образования кокса: -15% за счёт оптимизации матрицы катализатора.

Экономическое обоснование

Для типичного нефтеперерабатывающего завода мощностью 100 тыс. барр./день (на нефти Arab Light):

• Дополнительный выход пропилена: около 18 млн фунтов в год.

• Дополнительная выручка: $63-81 млн в год (при ценах 2024 года).

• Капитальные затраты: минимальны, так как требуется только переоснащение катализатора без физической переделки установки.

• Срок окупаемости (ROI): менее 18 месяцев.

Значение для индустрии и ограничения

Технология решает проблему дефицита пропилена, мировое потребление которого растет на 2.5% в год. Однако существуют и ограничения:

• Требуется более частая регенерация при высоком содержании металлов.

• Несовместимость с очень тяжёлым остатком (содержание коксового остатка по Конрадсону > 25 wt%).

• Необходимость индивидуальной оптимизации под каждую конкретную установку.

Справочная информация

• Источник: US Patent Database (US12012554B2)
• Дата события: 2024-06-18
• Авторы: Al-Herz Mansour Ali, Al-Ghrami Musaed Salem (Saudi Aramco R&D)
• Теги: Saudi Aramco, crude-to-olefins, FCC, ZSM-5, USY zeolite, propylene, ethylene, patent, catalyst innovation