Химия и химические технологии/6.Органическая химия или
8.Кинетика и катализ
Серикова
З.Ф.
Атырауский
институт нефти и газа, Республика Казахстан
Процессы каталитической переработки нефти с целью повышения
выхода светлых продуктов
Увеличение выхода светлых
продуктов на единицу перерабатываемой нефти возможно только лишь при наличии
развития вторичных процессов гидрогенизационной переработки [1]. С углублением
переработки нефти во всех товарных продуктах уменьшается доля прямогонных
компонентов и соответственно увеличивается доля продуктов вторичных
деструктивных процессов.
Каталитический риформинг на
алюмоплатиновых катализаторах является одним из главных технологических достижений
нефтеперерабатывающей промышленности. В настоящее время процесс каталитического
риформинга занимает одно из ведущих мест в схеме нефтеперерабатывающих
заводов [2-3].
Развитие каталитических
процессов идет в направлении использования более эффективных катализаторов и
катализаторов длительного действия, позволяющих получать отборный продукт при менее
жестких условиях процесса. Разработан способ переработки бензиновых фракции [4]
путем каталитического риформинга в адиабатических реакторах. Разработаны
способы получения бензина в процессе крекинга позволяющие повысить выход бензина
до 42.5-54.9 мас. % [5]. В процессе каталитического (0.4% Pt/Al2O3) риформинга достигнут
выход бензина 93% мас. с октановым числом 102, где в качестве исходного сырья
использовали смесь бензиновой фракции прямой перегонки нефти и фракцию с
температурой кипения 55-185°С угольного происхождения [6].
С целью повышения выхода
бензина без изменения октанового числа, процесс каталитического риформинга
проводят с постепенным уменьшением во времени давления при постоянном
соотношении водорода и сырья [7].
В работе [8] изучали
возможность разработки нового процесса ароматизации легких углеводородов на
цеолитном катализаторе 28М-5 («М2-форминг»). Предлагаемый процесс ароматизации,
вероятно, может заменить процесс риформинга в производстве высокооктановых
компонентов бензина из парафинистого сырья. В работе [9] приводятся результаты
исследований, позволяющие прогнозировать изменение выхода бензина и выбирать
оптимальную температуру реакции при переходе к новому типу сырья в условиях
крекинга на катализаторе КМЦР-2.
При рациональном использовании
нефти превращение высококипящих нефтяных фракций в светлые нефтепродукты
считают объективной необходимостью. Главные причины этого следующие:
превращение высококипящих нефтяных фракций в светлые продукты требует меньше
затрат, чем получение последних из угля и природного газа; будущие виды сырья
(тяжелые нефти, сланцевые масла и битумы) сравнимы с нефтяными остатками, и, поэтому
для их превращения в светлые продукты необходимы аналогичные технологии.
Многие исследования,
выполненные в последние годы, показывают, что комбинация двух основных групп
процессов негидрогенизационные (80%) и гидрогенизационные (20%), по видимому,
приведет к созданию оптимальной схемы нефтепереработки [10].
Использование нефтяных
остатков с целью получения светлых нефтепродуктов характерно для
нефтеперерабатывающей промышленности развитых стран. В мировой практике
известно 50 различных технологических процессов переработки остатков из них
40% промышленных [11].
Характерной особенностью разработанного
в настоящее время нового процесса переработки нефтяных остатков (термического
гидрокрекинга) является конверсия тяжелых фракций под давлением водорода без
дорогих гидрирующих катализаторов, базирующихся на старой немецкой технологии
прямого сжижения угля. Процесс осуществляется в трубчатом реакторе с восходящим
потоком сырья при давлении 15-30 МПа и температуре 450оС.
В СНГ и Казахстане работы по
направлению повышения выхода бензинов, в основном, сосредоточены в области усовершенствования
технологии первичной переработки нефти и мало работ, посвященных проблемам
глубокой переработки нефти или нефтяных фракции. Разработан способ получения
бензиновых фракции [12] путем атмосферной перегонки нефти последовательно в
двух атмосферных колоннах с отбором бензиновой фракции с температурой кипения
28-180оС с верха второй колонны и возвратом 3-5 вес,% последней от исходного сырья в концентрационную
секцию первой колонны. С целью повышения выхода и качества бензиновых фракции
усовершенствована технология каталитического крекинга нефтяного сырья [13].
Для повышения выхода
бензиновой фракции из нефти, сепарацию нефти проводят в присутствии 1-2 мас.%
от исходной нефти неконденсировавшейся паровой фазы, которую подают в
сепаратор путем эжектирования ее направляемой в сепаратор нефтью. Путем
последовательной перегонки нефти в атмосферных колоннах в присутствии водяного
пара получают высокий выход бензиновой фракции. В другом техническом решении
получения стабильной нефти и бензиновой фракции [14], с целью повышения выхода
и качества целевого продукта, бензиновую фракцию выводит из колонны высокого
давления боковым погоном, подвергают ее отпарке стриппиг-колонне и паровой
фазой сепарации перед ее конденсацией.
Рассмотрим технологию получения
высокооктановых компонентов и улучшения качества бензинов. Значительная часть товарных автомобильных бензинов, особенно
высокооктановых, получается, посредством компаундирования. Необходимость
компаундирования диктуется как повышением октанового числа, так и
корректировкой фракционного или химического состава бензина.
Разделение компонентов
автомобильных, бензинов на базовые и высокооктановые в какой-то степени
условно, так как в зависимости от набора технологических установок нефтеперерабатывающего,
завода число компонентов для получения товарного бензина, может быть
довольно велико и в соответствии с этим
концентрации двух или даже трех из них будут примерно одинаковыми.
Ряд принятых в последние годы
законодательств резко ограничивает и запрещает применение присадок к моторным топливам,
включающих свинец. В связи с этим разрабатываются ряд технологических решении
процессов нефтепереработки, способных значительно повысить предел октановых
чисел фракций, кипящих в области кипения бензина.
Известен способ получения
высокооктанового компонента бензина [15] путём изомеризации, в присутствии
водородсодержащего газа, низкооктановой бензиновой фракций содержащей
н-парафины. С целью упрощения технологии получения бензола и толуола в процессе
пиролиза и снижения энергозатрат, поглощение примесей целевых продуктов из
пирогаза осуществляют смесью кубового продукта стадии ректификации, и жидких
продуктов пиролизу перед возвратом последней на стадию охлаждения продуктов
пиролиза. Для повышения выхода п и о - ксилолов, бензиновую фракцию перед гидроочисткой добавляют мета-ксилол в
количестве 5-25 мас%, полученный гидрогенизат подвергают изомеризации с
последующей подачей продуктов изомеризации на каталитический риформинг.
Можно предложить способ
получения ароматических углеводородов, гидроочищенную фракцию прямогонного
бензина в смеси с водород-содержащим газом нагревают до температуры 490°С и
пропускают последовательно через три реактора с катализатором АП-64. Далее
риформат отделяют от водородсодержащего газа, очищают от олефинов и подвергают
экстракции селективным растворителем. Выход бензола и толуола на исходное сырье
составляет 9,5 и 16,0 мас. %, соответственно.
Для улучшения характеристик
базовых бензинов предлагается применять высокооктановые компоненты, которые
получают в результате специальных процессов (алкилирования, изомеризация,
полимеризация), поэтому их стоимость, как правило, выше стоимости базовых
бензинов; добавляют такие компоненты обычно в небольших объемах.
Наиболее распространенными
компонентами бензинов является смесь низкокипящих углеводородов с различными пределами
кипения. Оригинальным решением увеличения
ресурсов легких углеводородов С3 - С4 является способ
переработки факельных газов [16], разработанный в Ново-Бакинском нефтеперерабатывающем
заводе. Данное техническое решение позволяет повысить степень утилизации
факельных газов в 2 - 3 раза (с 30-43 до 84-91 мас.%), вовлечь в
квалифицированную переработку утилизированные газы и увеличить ресурсы сырья
для нефтехимии (фракция С3) более чем в 2 раза, а для алкилирования
(фракция С4) - 1.5 раза, сократить количество сжигаемого газа на
факел с 120 - 130 до 18 -30 т/сутки.
Для очистки легких
углеводородных фракций от сернистых соединений процесс ведут путем обработки
исходного сырья раствором переписи водорода
в присутствии молибденовой или вольфрамовой кислоты или пятиокиси ванадия
и меркаптанов. Процесс ведут последующим выделением очищенного продукта.
Степень очистки достигает 95-98%.
Увеличение в общем балансе
нефтей доли сернистых и высокосернистых привело к широкому и быстрому развитию
гидрогенизационных процессов. Гидрогенизационная очистка нефтяных топлив
значительной степени вытеснила химические, процессы очистки. Преимущество
водорода в качестве очистного реагента заключаются в более полном удалении серы
и других нежелательных примесей, уменьшении потерь продукта и устранении
проблем обезвреживания и сброса отработанных очистных растворов, а также в
обеспечении высоких выходов целевого продукта.
Каталитические
гидрооблагораживание под давлением водорода позволяет достаточно полно удалять
нежелательные примеси из светлых топлив, уменьшать их склонность к образованию
отложений и осадков, а также снижать коррозионную агрессивность.
Разработан способ гидроочистки
малосернистых бензиновых фракции [17] с целью увеличения степени
гидрообессеривания и длительности межрегенерационного цикла. Известен способ
переработки бензиновых фракций [18] путем гидроочистки и последующего
каталитического риформинга в присутствии водородсодержащего газа.
С целью повышения
эффективности процесса гидроочистки серосодержащие нефтяные фракций с
содержанием серы 0,35 мас% необходимо нагнетать в закрытый газовый контур до
достижения концентрации сероводорода на входе в реакционную смесь равной 2,6
мол. %.
Выводы: Проанализированы результаты различных исследований по разработке
способов повышения светлых нефтепродуктов, с целью повышения выхода и качества
бензиновых фракции предложены подходы к усовершенствованию технологии
каталитического крекинга нефтяного сырья. В связи с увеличением в общем балансе
нефтей доли сернистых и высокосернистых предложено развивать гидрогенизационных
процессов, преимуществом которых заключается в более полном удалении серы и
других нежелательных примесей, уменьшении потерь продукта и устранении проблем
обезвреживания и сброса отработанных очистных растворов, а также в обеспечении
высоких выходов целевого продукта.
Литература:
1.
Амитко С.Г., Терентьев Т.А. Химия
технология топлив и масел. 1986. №10, -С.21-23.
2.
Нacnsel V. Am. Chem. Joz. Div. Petrob. Chem. Pzeprints,6
N3. A-93, 1961.
3.
Технологический
регламент установки каталитического риформинга ЛГ-35-11/300-95. ОАО «Атырауский
НПЗ». -Атырау: 2002. -130 с.
4.
Рабинович Г.Б., Беркович М.Н., Дейнеко П.С. Способ
переработки
бензиновых фракций. Авторское свидетельство СССР №1077920, С10 G 35/04, 1984. Бюллетень
№9.
5.
Гасанова М.С., Гусейнов А.М., Усеинов А.И. и др. Способ получения бензина. Авт.свидетельство СССР №1659450, C10 G 11/18, 1991,
Бюллетень, №24.
6.
Делер В., Янкович А., Ферер А. Способ
переработки бензиновых фракций. Патент СССР №1433418 АЗ, С10 G 35/04,1988. Бюллетень №39.
7.
Рабинович Г.Б., Дынина Н.Э., Беркович М.Н. Способ
переработки
бензиновых фракции.. Авт.свид-во СССР №1209708, С10 G 69/08, 1986, Бюллетень, №15.
8. Chen N.Y., Van T.Y. M2-forming, Industrial Engineering Chemistry Process Desing and Development, 1986, 25, Nl, .P.151-153.
9.
Пивоваров Н.А., Хаджиев С.Н., Жаров Ю.М. Нефтепереработка и нефтехимия,
№5, 1986, -С.6-9.
10. Juchanbek A.J., More A.S. Oil and Gas
Journal, 1986, N19, - P.64-66.
11. Weiger O., Kulbicka
R., Holada J. Ropa a Uhlic. 1998, N1. - P.l-16.
12. Heavacek, Van Rompay
R. Analysis of global approaches for the simulation of
countercurrent, Sepantorus. Comput. And Сhem Eng. 1994. N5.
13. Романкова
И.К., Хаджиев С.Н., Светозарова Г.И. и др. Способ получения бензиновых фракции. Авт.свид-во
№749879Б С10 G11/14, 1980. Бюлл. №27.
14. Бруснин Ю.А., Козлов М.Е., Немченов В.Н. и др. Способ получения стабильной нефти и бензиновой фракции. Авт.свидетельство №1227648, С10, G7/00, 2001. Бюллетень №16.
15. Фрид М.Н., Хаджиев
С.Н., Борисова Л.В. и др. Способ получения высокооктанового компонента бензина. Авт.свидетельство
№732363, С10, G34/00, 1990. Бюллетень №17.
16. Гусейнов A.M.,
Дамиров М.Р., Мамедов М.А. Способ переработки факельных
газов. Авт.свидетельство СССР №1373715, C10,G5/00. 1988. Бюллетень №6.
17. Пищалов Ю.В.,
Ариткулов Х.Х., Кутлугильдин Н.Э. и др. Способ гидроочистки
малосернистых бензиновых фракций; Авт.свидетельство СССР №1616964, С10, G45/08. 1990. Бюллетень №48.
18. Рабинович Г.Б.
Беркович М.Н., Левинтер М.Е. и др. Способ переработки бензиновых
фракций. Авт.свидетельство СССР №1046276, С10, G69/08. 1983. Бюллетень №37.