CC BY
419ИННОВАЦИИ
Рентабельное производство высокосортных высокооктановых бензинов из низкосортного углеводородного сырья и метанола
С.Э. Долинский, ЗАО «Метапроцесс»
Современное промышленное производство моторных топлив — это сложная цепочка превращений, включающая первичную и вторичную переработку нефти и нефтепродуктов. В результате переработки получаются компоненты с различными свойствами и октановыми числами, поэтому для получения из них товарного бензина требуется их смешение (компаундирование), а также введение необходимых присадок, например, для коррекции октанового числа — метилтретбутилового эфира (МТБЭ).
Типовая схема получения высокооктанового бензина1 выглядит следующим образом (рис.1).
Усредненный компонентный состав бензинов разных марок приведен в табл. 1. Как видно из представленных данных, базовым компонентом для выработки автомобильных бензинов чаще всего
являются бензины каталитического риформинга. Их доля в составе бензинов, продаваемых в России, превышает 50%.
Сырьем каталитического риформинга служат бензиновые фракции, выкипающие в пределах 65-180°С, присутствие более легких фракций в сырье вызывает повышенное га-
зообразование. В процессе используют три последовательных реактора. Давление в реакторах составляет 1,4-3,5 МПа, а температура — 480-520 °С, для снижения скорости дезактивации катализатора процесс проводится в среде водорода.
Риформинг является в настоящее время наиболее распространенным методом каталитического облагораживания прямогонных бензинов. Установки каталитического риформинга имеются практически на всех отечественных и зарубежных нефтеперерабатывающих за-
1 Гуреев А.А., Азев В.С. Автомобильные бензины. Свойства и применение. М.: Нефть и газ, 1996. 444 с.
42 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009
■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GA7OHIMIYA.RU
ИННОВАЦИИ Ж
водах. Бензины каталитического риформинга характеризуются низким содержанием серы, в их составе практически отсутствуют олефины, поэтому они высокостабильны при хранении.
При этом риформингу и получаемым по этой технологии продуктам также свойственны недостатки. Например, необходимость увеличения октанового числа риформата ведет к снижению выхода жидкого продукта при росте доли нежелательных газообразных продуктов. Лимитирующим фактором с экологической точки зрения является повышенное содержание ароматических углеводородов в бензинах каталитического риформинга. Еще один недостаток — неравномерность распределения детонационной стойкости по фракциям. Таким образом, для того чтобы выпускать товарный продукт (компаундированный бензин) нужного качества процесс каталитического риформинга всегда требует идеального согласования с работой установок, на которых производятся другие компоненты бензина.
Для устранения указанных недостатков разрабатывались технологии одностадийного облагораживания низкосортных (прямогонных) бензинов без использования водорода и дорогостоящих платиновых катализаторов. Наиболее известны на сегодняшний день технологии БИМТ и «Цеоформинг» (НИЦ «Цеосит» СО РАН, Новосибирск). Основа этих технологий — каталитическая конверсия низкооктановых жидких углеводородов фракции 80-160 (180)°С в высокооктановые компоненты бензинов на цеолитсодержащих катализаторах типа ИК-30-1 при температуре 380-450°С. Октановое число производимого моторного топлива определяется условиями процесса с возможностью регулирования давления насыщенных паров бензина (получение бензинов летних и зимних видов или различных классов).
Указанные процессы позволяют производить бензины номенклатуры от АИ-80 до АИ-95, а также типа Евросупер-95 без введения добавок и компаундирования. Основные преимущества такого решения — простота технологии и регулирования технологического режима, перевода установки на производство бензина другой марки, вида, класса, относительно низкие капитальные и эксплуатационные затраты.
РИС. 1. ТИПОВАЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООКТАНОВОГО БЕНЗИНА
0АБЛВ1 УСРЕДНЕННЫЙ КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ БЕНЗИНОВ РАЗНЫХ МАРОК
Компонент ОЧИ % содержания в товарном бензине
АИ-80 АИ-92 АИ-95 АИ-98
Бензин каталитического риформинга:
— мягкого режима 91-99 40-80 60-88 — —
— жесткого режима 91-99 — 40-100 45-90 25-88
Ксилольная фракция 100-108 — 10-30 20-40 20-40
Бензин каталитического крекинга 91-93 20-80 10-85 10-50 10-20
Бензин прямой перегонки 40-76 20-60 10-20 — —
Алкилбензин 91-94 — 5-20 10-35 15-50
Бутаны+изопентан 88-91 1-7 1-10 1-10 1-10
Газовый бензин 65-75 5-10 5-10 — —
Толуол 115 — 0-10 8-15 10-15
Бензин коксования 62-68 1-15 — — —
Гидростабилизированный бензин пиролиза 74-95 10-35 10-30 10-20 10-20
МТБЭ 115-135 0-8 5-12 10-15 10-15
Основные недостатки технологий БИМТ и «Цеоформинг» — низкий выход бензинов по сравнению с процессом риформинга (80-85% для АИ-80, 65-75% для АИ-92 и всего лишь 55-60% для АИ-95), зависимость выхода бензина с фиксированным октановым числом от состава сырья и высокое содержание в конечном продукте бензола (от 4 до 10%). При этом с увеличением глубины превращения сырья первоначальное содержание в бензинах изопарафинов не изменяется или возрастает на 10-20%, но затем постепенно снижается за счет увеличения доли ароматических углеводородов.
РИС. 2. СХЕМА ПРОЦЕССА МЕТАФОРМИНГ™
У/в фракция
н.к.-140/160вС
Установка МЕТАФОРМИНГ™ (получение высокооктанового бензина)
Метанол-
сырец
Бензин
АИ-80/92/95
РИФОРМИНГ ЯВЛЯЕТСЯ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫМ МЕТОДОМ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБЛАГОРАЖИВАНИЯ ПРЯМОГОННЫХ БЕНЗИНОВ
Технология МЕТАФОРМИНГ™2 — суть и преимущества
Указанные проблемы призвана решить технология МЕТАФОРМИНГ™, которая, в отличие от риформинга и «Цеоформинга»/БИМТ, позволяет довести выход товарного высокооктанового бензина до 98-100% в расчете на взятую исходную углеводородную фракцию с н.к — 140/160 °С. В технологии МЕТАФОРМИНГ™, как и в Цео-форминг/БИМТ, не используются водород и дорогостоящие катализаторы с содержанием благородных металлов, товарный бензин производится, минуя стадию компаундирова-
2 Патент РФ 2284343 «Способ получения высокооктановых бензинов»
НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 43
ИННОВАЦИИ
Возвратный конденсат в Е-4
ния, а газообразование сведено к минимуму. Принципиальное отличие МЕТАФОРМИНГа™ — использование двух видов сырья. Переработке подвергаются углеводородные фракции с н.к — 140/180°С (прямогонный бензин, стабильный газовый бензин и пр.) совместно с кислородсодержащими соединениями: спиртами С1-С4 (метанол, метанол-сырец, этанол, этанол-сырец, пропанол, бутанол, отходы спиртового производства и др.), простыми эфирами и другими оксигенатами (рис. 2).
Достигаемый технологией МЕТА-ФОРМИНГ™ эффект, в частности, заключается в том, что октановое число конечного продукта зависит не столько от режима работы установки (температуры и давления), сколько от состава исходного сырья (соотношения углеводородной фракции с н.к. — 140(180)°С и метанола (кислородсодержащих соединений).
При этом, как уже отмечалось, выход товарного высокооктанового бензина доходит до 98-100% в расчете на исходную углеводородную фракцию н.к. — 140/160°С. Номенклатура получаемых бензинов включает АИ-80, -92 и -95, которые по
своим показателям соответствуют Евро-4, а содержание бензола в конечном продукте не превышает 1,5%.
Описание установки и техпроцесса МЕТАФОРМИНГ™
Условия проведения процесса МЕТАФОРМИНГ™ — 350-450°С, 0,51,0 МПа, 1-5ч-1. Межрегенерационный пробег катализатора — до 500 часов, регенерация — окислительная (120 часов), воздухом до 520°С, срок эксплуатации — два года.
РИС. 4. ЗАВИСИМОСТЬ СРОКА ОКУПАЕМОСТИ УСТАНОВКИ ОТ МАСШТАБА ПРОИЗВОДСТВА ПРИ РАЗНОЙ СТОИМОСТИ МЕТАНОЛА
Н---------1----------1----------1---------1—
0 5 10 15 20
Срок окупаемости, лет
Технологическая схема установки, реализующей процесс МЕТА-ФОРМИНГ™, приведена на рис. 3.
Схема переработки предусматривает совместную подачу сырья с давлением до 1,5 МПа на вход смесителя установки: из емкости Е-1/1 насосом Н-1/1 сырьевого метанола и из емкости Е-1/2 насосом Н-1/2 углеводородной фракции н.к. — 140(180)°С. Реактор Р-1 представляет собой два однотипных реактора (Р-1/1,2), попеременно работающих в режиме «реакция-регенерация».
Для углубления переработки сырья и регулирования качества продукта в схеме используется рецикл, поэтому нагретое и испаренное сырье перед печью П-1 смешивается с циркулирующим газом сепарации катализата, подаваемым с помощью циркуляционного компрессора ПК-1. Нагрев и испарение метанола и газов рециркуляции осуществляется в рекуперативном теплообменнике Т-1а,б,в, и общий газосырьевой поток с температурой 100-150°С поступает в печь реакторного блока П-1.
После нагрева в печи П-1 до 360-430°С пары газосырьевой смеси подаются в реактор Р-1/1 или Р-1/2,
44 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009
ИННОВАЦИИ Ж
которые работают попеременно ТАБЛ. 2. I МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ТЕХНОЛОГИИ
(400 часов — реакция и 120 часов — МЕТАФОРМИНГ™ (ПРИМЕР)
регенерация), обеспечивая непрерывность процесса. В реакторе осу-
Наименование т/год мас. % на сырье
ществляется каталитическое пре- Взято:
вращение метилового спирта (ок- Дебутанизированный газоконденсат 29200,0 70,0
сигентов) и низкосортного бензи- Метанол-сырец 12500,0 30,0
на в компоненты моторного топли- Итого: 41700,0 100,0
ва. Тепловой режим регулируется подачей воды (конденсата) из ем- Получено: Газообразные углеводороды 5840,0 14,00
кости Е-4 насосом Н-4. Высокооктановый бензин типа АИ-92 28890,7 69,29
Продукты реакции (катализат) с Вода 6961,0 16,69
температурой 360-430°С из Р-1/1,2 Кокс + потери 8,3 0,02
после охлаждения в воздушном хо- Итого: 41700,0 100,0
лодильнике ХВ-1, разделяются в
трехфазном сепараторе С-1. Газ из ТАБЛ. 3. I ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ БЕНЗИНА АИ-92,
С-1, после отбора балансового ко- ПОЛУЧЕННОГО ПО ТЕХНОЛОГИИ МЕТАФОРМИНГ™
личества в топливную сеть, поступает через буферную емкость С-2
Наименование показателя По ГОСТ Бензин МЕТАФОРМИНГ
на всасывающую линию циркуля- Температура начала перегонки Не ниже 35 35
ционного компрессора ПК-1. Пределы перегонки, не выше:
Жидкий конденсат расслаивается 10% 75 54
и отстаивается в С-1, водный слой 50% 120 100
направляется на утилизацию, а 90% 190 172
жидкие органические продукты на- Конец кипения, не выше 215 190
сосом Н-2 направляются на предва- Доля остатка в колбе по объему, % 2 1,2
рительный подогрев в теплообмен- Остаток и потери по объему, % 4 0,6
нике Т-3 и ректификацию в колон- Испарившийся объем, % при температуре
не-стабилизаторе К-1, работающей 70 10-45 26
при давлении 1,2 МПа. 100 35-65 50
С низа колонны К-1 отбирается ста- 180 не менее 85 92
бильный высокооктановый компо-
нент бензина, и после охлаждения в ТАБЛ. 4. | ИЗМЕНЕНИЕ ГРУППОВОГО СОСТАВА УГЛЕВОДОРОДНОЙ
Т-3 и холодильнике Х-2, собирается в ФРАКЦИИ ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА МЕТАФОРМИНГ™
продуктовой емкости Е-2 и выводится с установки в качестве товарного.
Углеводороды Исходная у/в фракция Высокооктановый бензин
н-Алканы 30,5 13,7
МЕТАФОРМИНГ™ — i-Алканы 37,0 30,3
больше бензина и дизтоплива Нафтены 29,8 17,8
В качестве примера в табл. 2, 3, 4 Ароматические углеводороды, 2,7 36,8
приведены результаты переработки в т.ч. бензол 0,8 1,3
легкой дебутанизированной фрак- Олефины - 1,4
ции конденсата (н.к. — 140 °С) про- Октановое число 70,8 93,7
изводства Новоуренгойского ГПЗ
по процессу МеТаФОРМИНГ™ сов- ТАБЛ. 5. I ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
местно с метанолом-сырцом (со- ПРОЦЕССА МЕТАФОРМИНГ™
держание метанола — 96% масс.) с получением бензина типа АИ-92.
Масштаб Себестоимость IRR, % Окупаемость*,
Отметим, что в данном случае от- производства, т/г бензина, тыс. руб. лет
бор более низкокипящей фракции 22000 18,88 15,5 5
(н.к. — 140 °С вместо н.к. — 180 °С) 29305 16,99 59 3
повышает выход зимнего дизельно- 35500 16,85 62 3
го топлива у заказчика на 7-9%. 58000 11,99 131 2
Экономическая эффективность * — в срок окупаемости включен 1 год строительства установки
установок МЕТАФОРМИНГ™ Установки МЕТАФОРМИНГ™ от- Оценка срока окупаемости установки МЕТАФОРМИНГ™ от масшта- Для определения влияния масштаба производства на срок окупаемости
личаются высокой рентабельностью, обеспечивая в зависимости от ба производства при стоимости прямогонного бензина 10 тыс. стоимость установок разной производительности принята: 22000 т/год —
масштабов производства и стоимо- руб./т и сырьевого метанола 8, 10,6 $13 млн, 29305 т/год — $15 млн, 35500
сти сырья внутреннюю норму доходности (IRR) 24-46%. Капиталоемкость установки оценивается в $380-600 за тонну годовой произ- и 13 тыс. руб./т приведена на рис. 4. Принятые в расчетах цены, тыс. руб./тонна (с НДС): метанол 8,85 т/год — $16,8 млн, 58000 т/год— $21,8 млн. Начиная с 22 тысяч тонн в год, установки МЕТАФОРМИНГ обеспечивают безубыточность производства и
водительности по товарному высокооктановому бензину. фракция газоконденсата н.к.-140 9,0 внутреннюю норму доходности (IRR) выше 15% (табл. 5). ИЗ
НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 45
