Přeměna benzinových frakcí na složky motorových benzinů

Cílem výzkumné, konstrukční a inženýrské práce specialistů společnosti SAPR-NEFTEORGHIM LLC je zavést do výroby průmyslový proces společného zpracování benzinových frakcí ve směsi se sloučeninami obsahujícími kyslík (alkoholy C1–C6 — methanol, ethanol, propanoly, butanoly, amylalkoholy) na katalyzátoru obsahujícím zeolit.
Během výzkumné práce byl získán výsledek, který umožnil vybrat optimální složení katalyzátoru na bázi zeolitu typu ZSM-5.
Zavedení tohoto procesu do vývojového schématu petrochemických a ropných rafinerií umožňuje získávat z benzínových vstupních surovin složky motorových benzinů třídy 5, které ve svém složení obsahují jednotlivé benzeny – ne více než 1,0 % objemových, aromatické uhlovodíky (celkem) – ne více než 35 % objemových, olefiny – ne více než 18 % objemových.
Technologie (procesní jednotka) umožňuje získat koncentrát aromatických uhlovodíků změnou teplotního režimu a poměru surovin.

Navrhovaný článek je věnován získání vysokooktanové složky komerčních automobilových benzinů odpovídajících ukazatelům GOST 32513-2013 s obsahem jednotlivých benzenů v jejím složení – ne více než 1,0 % objemových, aromatických uhlovodíků (celkem) – ne více než 35 % objemových, olefinů – ne více než 18 % objemových.

Přeměna benzinových frakcí na složky motorových benzinů

• regulovat oktanové charakteristiky a složení složek konečného produktu řízením procesu syntézy přímo v reaktorech (teplota, tlak, průtokový poměr) s vhodným rozdělením toků surovin a sloučenin obsahujících kyslík;
• optimalizovat množství suchých plynů (metanu a ethanu) vznikajících během procesu syntézy;
• prodloužit meziregenerační a provozní doby katalyzátoru obsahujícího zeolit;
• nakládat katalyzátory s různými charakteristikami, které však doplňují proces o potřebné katalytické vlastnosti, a to podél výšky reaktoru.

Výsledky přeměny benzinových frakcí (hydroizomerační proces)

• objemová rychlost posuvu – 1,0–2,0 h-1;
• tlak v reaktorech syntézního procesu je 0,8–1,8 MPa;
• udržení stálosti aktivity a selektivity katalyzátoru během syntézního procesu je dosaženo teplotním režimem procesu – 350–420 °C, v aromatizačním režimu až 480 °C;
• poměr (surovinová frakce/oxygenáty): 70–90/10–30+ hmotnostních %;
• Proces se provádí za takových teplotních podmínek a objemové rychlosti dávkování, aby konverze frakce obsahující kyslík nebyla nižší než 99,0 % hmotnostních.

Tabulka 1. Materiálová bilance procesu společného zpracování primární benzínové frakce a methanolu

Kvalita získané benzinové frakce je uvedena v tabulce 2.

Tabulka 2. Kvalita získané benzínové frakce

Složení kapalných produktů se může lišit v závislosti na kvalitě vstupní uhlovodíkové suroviny a poměru (surovinová frakce/oxygenáty), ale bude splňovat požadovaná kritéria zákazníka pro objemový obsah benzenu, aromatických uhlovodíků a olefinů.
Meziregenerační doba katalyzátorového provozu před oxidační regenerací je nejméně 400 hodin.
Oxidační regenerace kompletně obnovuje aktivitu, selektivitu pro kapalné produkty a stabilitu katalyzátoru (množství koksu na katalyzátoru před regenerací je až 6 % hmotnostních).
Zaručená životnost katalyzátoru v průmyslových podmínkách je nejméně 2 roky, pro ekonomické výpočty se bere v úvahu 5 let.
Vodní kondenzát vzniklý během procesu syntézy se od produktového proudu odděluje v separátoru a rektifikační koloně.
Navrhované průmyslové zařízení pro získávání vysokooktanových složek benzinu z benzinových frakcí a oxygenátů [11, 12] využívá průmyslově ověřená technologická řešení a zařízení, včetně procesu zpracování plynů obsahujících olefiny [13]. Proces byl implementován specialisty ze společnosti SAPR-NEFTEORGHIM LLC a funguje již více než 30 let [14].
Výkres (obr. 1) znázorňuje jednu z variant montáže a technologického blokového schématu reaktorového bloku pro syntézu a regeneraci katalyzátoru zařízení na získávání vysokooktanových složek benzinu, včetně reaktorů, ohřevu, výměny tepla, separace a technologicky s nimi propojených kapacitních zařízení, zařízení pro ohřev surovin, chlazení produktů syntézy a regeneračních plynů a separaci produktů syntézy a regenerace.

Obr. 1. Schéma montáže a technologického postupu zařízení pro získávání vysokooktanových benzinových komponent

Kvalita reakčních produktů a teplotní režim během syntézního procesu jsou řízeny pomocí sekčních reaktorů a zařízení, které zajišťuje přívod tepla, distribuci proudění na vstupu do každé sekce katalyzátoru a změnu množství katalyzátoru s doplňkovými katalytickými vlastnostmi.
Oxidační regenerace dusíkem a vzduchem pro obnovení katalytických vlastností katalyzátoru v reaktorech je zajištěna regeneračním okruhem.
Technologické schéma průmyslového procesu hydroizomerizace nízkooktanových benzínových frakcí předpokládá jejich transformaci jak s oxygenáty, tak bez nich.
Důležitým faktorem ovlivňujícím technologický proces a kvalitu vyrobeného syntetického produktu jsou katalyzátory vyvinuté specialisty společnosti SAPR-NEFTEORGHIM LLC.
Katalyzátory jsou založeny na zeolitech pentasilové skupiny (typ ZSM-5).
Bylo vyvinuto několik modifikací katalyzátoru TZP-724SAPR, které umožňují efektivní přeměnu parafínu (včetně benzinové frakce C₆-160 °C) a olefinické uhlovodíky C₂-S₈ na složky komerčních benzinů a motorové nafty a také k získávání aromatických uhlovodíků z uhlovodíkových surovin C₂-S₇, což jsou suroviny pro získávání produktů s vysokou přidanou hodnotou [15, 16].

Je představena technologie připravená k implementaci v průmyslovém měřítku pro získávání složek motorových benzinů z nízkooktanových frakcí benzinu a sloučenin obsahujících kyslík s obsahem benzenu nejvýše 1,0 % objemových, aromatických uhlovodíků (celkem) nejvýše 35,0 % objemových a olefinů nejvýše 18,0 % objemových.

• Pro proces přeměny uhlovodíkových frakcí s bodem varu 85–140(160) °C spolu se sloučeninami obsahujícími kyslík, konkrétně alkoholy CXNUMX, byl vyvinut účinný katalyzátor obsahující zeolity (na bázi zeolitů pentasilové skupiny).₁-S₆ (methanol, ethanol, propanoly, butanoly, amylalkoholy).
• Byl vyvinut průmyslový proces pro získávání složek motorových benzinů AI-92–AI-95 třídy 5 (GOST 32513-2013) z nízkooktanových benzinových frakcí a sloučenin obsahujících kyslík.

1. Chang CD Uhlovodíky z methanolu. Catalysis Reviews, 1983, sv. 25, číslo 1,
R. 1–118. (V angličtině).
2. Minačev H.M., Kondratjev D.A. Vlastnosti a použití při katalýze zeolitů pentasilového typu. Uspekhi Chem. 1983. Sv. LII. Č. 12. S. 1921–1973.
3. Stepanov V.G., Ione K.G. Způsob získávání vysokooktanových benzínových frakcí a aromatických uhlovodíků. Vědecké a technické centrum „Zeosit“ Spojeného ústavu katalýzy SB RAS. Patent EVP č. 003931. 2003. 9 s.
4. Ione K.G., Senič V.N., Stepanov V.G. Zařízení pro katalytickou výrobu vysokooktanových benzínových frakcí a aromatických uhlovodíků. Inženýrsko-technická firma ve formě společnosti s ručením omezeným „Tseoconsult“. Patent Ruské federace č. 2098173. 1996. 10 s.
5. Ečevskij G.V., Stepanov V.G., Ione K.G. Způsob získávání benzínových frakcí a aromatických uhlovodíků. Konstrukční a technologický ústav katalytických a adsorpčních procesů na zeolitech „Zeosit“ SB RAS. Patent RF č. 2103322. 1995. 10 s.
6. Stepanov V.G., Ione K.G. Způsob získávání vysokooktanových benzínových frakcí a aromatických uhlovodíků. Konstrukční a technologický ústav katalytických a adsorpčních procesů na zeolitech „Zeosit“ Sibiřské pobočky Ruské akademie věd, patent Ruské federace č. 2137809. 1998. 8 s.
7. Snytnikova G.P., Stepanov V.G., Ione K.G. Způsob získávání vysokooktanových benzínových frakcí a aromatických uhlovodíků (varianty). Vědecké a technické centrum „Zeosit“ Spojeného ústavu katalýzy SB RAS. Patent Ruské federace č. 2208624. 2001. 17 s.
8. Dolinsky S.E., Lishchiner I.I., Malova O.V. Způsob výroby vysokooktanových benzinů. Patent Ruské federace č. 2284343. 2005. 10 s.
9. Tarasov A.L., Lishchiner I.I., Malova O.V., Belyaev A.Yu., Vilensky L.M. Katalyzátor a metoda pro společné zpracování nízkooktanových uhlovodíkových frakcí a alifatických alkoholů a/nebo dimethyletheru. Patent Ruské federace
č. 2429910. 2010. 10 s.
10. Belyaev A.Yu., Vilensky L.M., Lishchiner I.I., Malova O.V., Tarasov A.L.
Způsob a zařízení pro získávání vysokooktanových benzinů společným zpracováním uhlovodíkových frakcí a kyslíkatých organických surovin. Patent Ruské federace č. 2567534. 2014. 10 s.
11. Barilchuk M., Rostanin N.N., Shleinikova E.L. Metoda oligomerizace olefinů s uhlíkem₂-C₁₀ a komplexní zařízení pro získávání vysokooktanového benzinu, naftových frakcí nebo aromatických uhlovodíků z uhlovodíkových frakcí C₁-C₁₀ různého složení a sloučenin obsahujících kyslík C₁-C₆ s jeho použitím. Patent EPO č. 39642. 2018. 21 s.
12. Barilchuk M., Baikova E.A., Bogdanova A.A., Rostanin N.N., Shleinikova E.L. Komplexní zařízení pro zpracování směsi uhlovodíků C₁-S₁₀ různého složení a sloučenin obsahujících kyslík. Patent Ruské federace č. 2671568. 2016. 21 s.
13. Falkevich G.S., Rostanin N.N., Barilchuk M.V., Rostanina E.D. Metoda oligomerizace nižších olefinů. Patent Ruské federace č. 2135547. 1998. 16 s.
14. Falkevich G.S., Barilchuk M.V., Tarabrina E.I., Klychmuradov A.M., Rostanin N.N., Nefedov B.K. Nová technologie pro zpracování plynů obsahujících olefiny z katalytického krakování // Chemie a technologie paliv a olejů. 1999. č. 2. s. 9–10.
15. Barilchuk M., Rostanin N.N. Katalyzátor a metoda pro přeměnu alifatických uhlovodíků C₂-S₁₂, alkoholy C₁-S₅, jejich esterů nebo jejich směsí na vysokooktanovou složku motorového benzinu nebo na dieselovou frakci. Patent EVP č. 033290. 2016. 14 s.
16. Barilchuk M., Rostanin N.N. Katalyzátor a metoda pro přeměnu alifatických uhlovodíků C₂-S₁₂, alkoholy C₁-S₅, jejich esterů nebo jejich směsí navzájem za vzniku vysokooktanové složky benzinu nebo koncentrátu aromatických uhlovodíků. Patent Ruské federace č. 2658832. 2017. 29 s.

Barilchuk M., Rostanin N.N., Sergeeva K.A.

SAPR-NEFTEORGHIM LLC, Moskva, Rusko

• Materiály a metody
• Klíčová slova
• Pro citaci
• Přijato editorem
• UDC a DOI

Zeolity skupiny pentasil, typ ZSM-5. Modifikace katalyzátoru TZP-724SAPR na bázi zeolitu. Stabilizační hlava složky methanolu, nízkooktanového benzinu, isobutnu, vysokooktanového benzinu. GOST 32513-2013 „Motorová paliva. Bezolovnatý benzin. Specifikace“. Technologické zařízení s reaktorovým blokem, který umožňuje řízení syntézního procesu, plynokapalinový chromatograf „Kristallux-4000M“ (Rusko).

hydroizomerizace, zeolit, katalyzátor, nízkooktanová frakce benzinu, oxygenát, isobutanová frakce, vysokooktanová složka motorového benzinu

Barilchuk M., Rostanin N.N., Sergeeva K.A. Konverze benzinových frakcí na vysokooktanové složky motorových benzinů na katalyzátorech obsahujících zeolity // Expositsiya Neft Gaz. 2024. Č. 2. S. 60–64. DOI: 10.24412/2076-6785-2024-2-60-64