CC BY
180
УДК 665.733.5
Х. Ч. Буй, А. Ф. Ахметов, Т. В. Нгуен, Ф. А. Ахметов
Технология получения автомобильного бензина с улучшенными экологическими свойствами для планируемых НПЗ Вьетнама
Уфимский государственный нефтяной технический университет 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел.: (347) 2431535
Предлагаемая технология комбинирования процессов гидрокрекинга и каталитического рифор-минга при переработке тяжелой бензиновой фракции и использования процесса совместной изомеризации головной фракции риформата и прямогонной фракции н.к. — 85 оС позволяет производить из вьетнамской нефти «Белый Тигр» автомобильные бензины, по экологическим свойствам отвечающие требованиям Евро-4.
Ключевые слова: гидрокрекинг бензиновой фракции, бензол, ароматические углеводороды, каталитический риформинг, совместная изомеризация, бензиновая фракция, высококачественный автобензин.
В настоящее время нефтеперерабатывающая промышленность Вьетнама находится на стадии становления, и разработка перспективных схем нефтеперерабатывающих заводов, позволяющих производить высококачественные топлива с учетом специфики страны, является актуальной задачей. Известно, что вся добываемая во Вьетнаме нефть экспортируется, т. к. в стране пока отсутствуют свои нефтеперерабатывающие заводы. А большинство нефтепродуктов импортируется из Китая, Сингапура, Таиланда и других стран.
Для обеспечения потребностей страны в нефтепродуктах и для улучшения экологических характеристик окружающей среды вьетнамское правительство планирует строительство нефтеперерабатывающих заводов
и производство высококачественных экологически чистых топлив на территории Вьетнама. Один из заводов мощностью 6.5 млн т/год находится на стадии строительства, еще два — на стадии проектирования.
Требования к моторному топливу во Вьетнаме непрерывно ужесточаются. По действующим вьетнамским стандартам TCVN 6776:2005 содержание ароматических углеводородов в автобензинах не должно превышать 40% об., бензола — 2.5% об., серы — 0.05% мас., олефи-нов - 28% об.
Схема переработки бензиновой фракции на строящемся заводе показана на рис. 1. Товарные автобензины получают путем смешения бензина каталитического крекинга, изоме-ризата и риформата. Однако содержание в них ароматических углеводородов, в т. ч. бензола, высоко, не соответствует требованиям к качеству топлив в регионе и в мире в целом. Так, допустимое содержание ароматических углеводородов в автобензинах по стандартам Таиланда и Кореи составляет 35% об., а по требованиям Евро-4, введенным в действие в 2005 г., содержание ароматических углеводородов в автобензинах не должно превышать 35% об., бензола — 1% об., серы — 50 ррт 1.
Для снижения содержания ароматических углеводородов и уменьшения количества бензола в полученном бензине эффективно
Рис. 1. Принципиальная схема переработки бензиновой фракции на строящемся НПЗ во Вьетнаме (базовый вариант)
Дата поступления 09.06.07
Башкирский химический журнал. 2007. Том 14. №4 109
использовать процесс совместной изомеризации головной фракции риформата и прямогон-ной фракции н.к. — 85 оС (рис. 2). Этот процесс заключается в том, что из полученного риформата на установке каталитического ри-форминга отделяют головную бензолсодержа-щую фракцию н.к. — 85 оС и направляют ее на установку изомеризации, на которой весь бензол гидрируется в циклогексан. В результате, полученный риформат (85 оС — к.к.) содержит только 0.5% мас. бензола (табл. 2). Наши исследования показали, что добавление бензол-содержащей фракции риформата к сырью изомеризации не ухудшает качества изомеризата по сравнению с использованием в качестве сырья только прямогонного бензина и одновременно повышает октановое число головной фракции риформата в составе продуктов изомеризации.
Из данных табл. 1 и 2 следует, что использование процесса совместной изомеризации головной фракции риформата и прямогон-ной фракции н.к. — 85 оС позволяет уменьшить содержание бензола в смеси изомеризата, ри-формата и бензина каталитического крекинга от 1.6 до 0.6 % и понизить общее содержание
ароматических углеводородов от 39.3 до 37.0%, что отвечает требованием Евро-3.
Однако для достижения требований Евро-4 необходимо снизить содержание ароматических углеводородов в товарном бензине до 35% об.
В связи с ограничением содержания серы, бензола и ароматических углеводородов в автомобильных бензинах возможным целесообразным вариантом переработки тяжелой части бензиновой фракции является гидрокрекинг. В работе 2 тяжелую фракцию катализата риформинга подвергали гидрокрекингу с получением более легкой бензиновой фракции и бутанов. При этом содержание ароматических углеводородов в полученном бензине значительно уменьшается и, следовательно, его октановое число также падает. Для компенсации потерь октанового числа в товарный бензин добавляют высокооктановые компоненты и оксигенаты, такие как алкилат, МТБЭ.
Однако, на наш взгляд, нецелесообразно сначала получать ароматические углеводороды в процессе каталитического риформинга и затем подвергать их гидрокрекингу. Мы считаем, что более эффективно в начале тяжелую
Рис. 2. Схема процесса совместной изомеризации головной фракции риформата и прямогонной фракции н.к. - 85 оС
Таблица 1
Выход и качество полученного бензина при переработке нефти «Белый Тигр» по базовому варианту
Компонент Выход на нефть, О.Ч.И.М. Арены, Бензол,
% мас. % мас. % мас.
Изомеризат (1) 5.39 86 0 0
Риформат (2) 13.33 95.5 68 3
Бензин К.К. (3) 18.40 94 30 1
Смесь (1 + 2) 18.72 92.8 48.4 2.1
Смесь (1 + 2 + 3) 37.12 93.4 39.3 1.6
Таблица 2
Свойства риформата до и после отделения головной фракции н.к. - 85 оС
Показатель До отделения После отделения
Содержание аренов, % мас. 68 77
Содержание бензола, % мас. 3 0.5
О.Ч.И.М. 95.5 100
часть прямогонного бензина подвергать гидрокрекингу с получением легкой фракции н.к. — 85 оС (изокомпоненты) и жидкого катализата 85 оС — к.к. Затем направлять жидкий катали-зат гидрокрекинга на процесс каталитического риформинга. Во-первых, гидрокрекинг тяжелой бензиновой фракции приводит к снижению нагрузки последующей установки каталитического риформинга. Во-вторых, в процессе гидрокрекинга одновременно происходит облагораживание всего полученного катализата гидрокрекинга — удаляются сернистые и азотистые соединения, а также увеличивается содержание в нем нафтеновых и ароматических углеводородов, т. е. улучшается качество сырья последующего процесса каталитического риформинга.
Легкие продукты гидрокрекинга, выкипающие до 85 оС (изокомпоненты) имеют октановое число 85—86. Высокое октановое число этой фракции объясняется тем, что соотношение изопентан : н-пентан, изогексаны : н-гек-сан превышает равновесные при температурах 300—350 оС , при которых осуществляют процесс гидрокрекинга. Пентановая и гексановая фракции изокомпонентов содержат более 90%
" 3
изосоединений 3.
Были рассчитаны выходы и качество бензинов, полученных при переработке бензиновой фракции н.к. — 180 оС из нефти «Белый Тигр» для трех вариантов комбинирования процессов гидрокрекинга и каталитического риформинга (рис. 3—5). Для первого варианта в качестве сырья процесса гидрокрекинга
Рис. 3. Схема переработки прямогонной бензиновой фракции н.к. — 180 оС (первый вариант)
Рис. 4. Схема переработки прямогонной бензиновой фракции н.к. — 180 оС (второй вариант)
Рис. 5. Схема переработки прямогонной бензиновой фракции н.к. — 180 оС (третий вариант)
была взята фракция 85-180 оС, для второго варианта - 105-180 оС и для третьего -140-180 оС. Результаты расчетов приведены в табл. 4 и 5.
Из табл. 5 следует, что выходы бензинов, полученные при комбинировании процессов гидрокрекинга и каталитического риформинга в трех вариантах, немного уступают базовому варианту. Октановое число бензинов почти не изменилось, но содержание ароматических углеводородов в них значительно уменьшилось (от 48.4% в базовом варианте до 34.8% в третьем, 33.7% во втором и 31.4% в первом вариантах соответственно). Содержание бензола уменьшается от 2.1 до 0.2 %.
Бензины, полученные путем смешения изомеризата, фракции н.к. - 85 оС процесса гидрокрекинга и риформата в трех вариантах комбинирования мало отличаются по детонационной стойкости и содержанию бензола.
В первом варианте полученный бензин содержит меньшее количество ароматических углеводородов, но выход его ниже, чем в других вариантах. Низкий выход полученного бензина в первом варианте объясняется тем, что большое количество углеводородов при гидрокрекинге широкой фракции 85-180 оС превращается в газы: 2.88% мас. на сырьевую нефть, и только 1.79% в третьем варианте (табл. 4).
По сравнению с вариантами 1 и 2, в третьем варианте достигается как самый высокий выход бензина в целом (17.47%), так и относительно высокий выход на сырьевую нефть (2.3%) изокомпонентов - фракции н.к. -85 оС в процессе гидрокрекинга. Это объясняется тем, что при гидрокрекинге узкой тяжелой фракции 140-180 оС меньшее количество углеводородов превращается в газы, и получается высокий выход на сырье изокомпонентов (32.8%) (табл. 4).
Таблица 4
Материальный баланс процесса гидрокрекинга для трех вариантов комбинирования
Сырье Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
Фракционный состав 85-180 оС 105-180 оС 140-180 оС
% мас. на сырую нефть 15.50 12.00 7.00
Продукты
Выход на сырье, % мас. Изокомпоненты (н.к. - 85 оС) 18.30 20.50 32.80
Жидкие продукты (85 оС - к.к.) 63.14 61.40 41.70
Газы 18.56 18.10 25.50
Итого 100.00 100.00 100.00
Выход на нефть % мас. Изокомпоненты (н.к. - 85 оС) 2.84 2.46 2.30
Жидкие продукты (85 оС - к.к.) 9.79 7.37 2.92
Газы 2.88 2.17 1.79
Итого 15.50 12.00 7.00
Таблица 5
Результаты расчетов выхода и качества бензинов, полученных при переработке бензиновой фракции н.к. - 180 оС из нефти «Белый Тигр»
Показатель Компонент Базовой вариант Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
Выход, Изомеризат 5.39 7.04 7.22 7.31
% на сырьевую фр. н.к. - 85 оС Г.К. 0.00 2.84 2.46 2.30
нефть Риформат 13.33 6.73 7.48 7.86
Смесь компонентов 18.72 16.61 17.16 17.47
Содержание Изомеризат 0 0 0 0
аренов, фр. н.к. - 85 оС Г.К. - 1 1 1
% мас. Риформат 68 77 77 77
Смесь компонентов 48.4 31.4 33.7 34.8
Содержание Изомеризат 0 0 0 0
бензола, фр. н.к. - 85 оС Г.К. - 0 0 0
% мас. Риформат 3 0.5 0.5 0.5
Смесь компонентов 2.1 0.2 0.2 0.2
О.Ч.И.М. Изомеризат 86 86 86 86
фр. н.к. - 85 оС Г.К. - 86 86 86
Риформат 95.5 100 100 100
Смесь компонентов 92.76 91.68 92.10 92.30
Из вышеизложенного следует, что для уменьшения содержания ароматических углеводородов, в т. ч. бензола, в полученном бензине при сохранении его октанового числа и во избежание значительного снижения выхода бензина за счет образования газов можно рекомендовать следующую схему переработки прямогонной бензиновой фракции: бензиновую фракцию (н.к. — 180 оС) после гидроочистки разделить на 3 фракции: н.к. — 85 оС, 85-140 оС и 140-180 оС. Фракция н.к. - 85 оС направляется на установку изомеризации для получения высокооктанового изомеризата. Фракция 140-180 оС направляется на установку гидрокрекинга, где она подвергается частичному гидрокрекингу. Катализат после отделения фракции, выкипающей до 85 оС, то есть изокомпонента С5—С6, направляют на каталитический риформинг вместе с фракцией 85-140 оС. Из полученного риформата на установке каталитического риформинга отделяют головную фракцию (н.к. - 85 оС) и направляют ее на установку изомеризации.
Из табл. 1 и 6 видно, что за счет увеличения количества изокомпонентов (изомеризата и фракции н.к. - 85 оС процесса гидрокрекинга) и одновременного уменьшения количества риформата, по сравнению с базовым вариантом, октановое число полученного бензина
почти не изменяется, но содержание ароматических углеводородов значительно снижается (от 39.3 до 32.32 %, в т. ч. бензола от 1.6 до 0.6 %).
В бензине, полученном путем смешения четырех компонентов (изомеризата, фракции н.к. - 85 оС гидрокрекинга, риформата и бензина каталитического крекинга) при переработке бензиновой фракции 85-180 оС по предлагаемой схеме переработки, содержится 32.32% мас. ароматических углеводородов, в т. ч. только 0.6% бензола, что отвечает требованием Евро-4 по качеству автобензина.
Недостатком процесса гидрокрекинга являются повышенный выход газа и уменьшение количества избыточного водородсодержащего газа, получаемого на каталитическом рифор-минге, за счет его использования в блоке гидрокрекинга.
Таким образом, на основе базового варианта переработки бензиновой фракции на строящемся НПЗ Вьетнама добавлением процесса совместной изомеризации головной фракции риформата и прямогонной фракции н.к. - 85 оС можно получить автобензин, качество которого отвечает требованием Евро-3. При переработке вьетнамской нефти «Белый Тигр» для получения автобензина, отвечающего требованием Евро-4, следует использовать
Таблица 6
Выход и качество бензина, полученного при переработке прямогонной бензиновой фракции из нефти «Белый Тигр» по третьему варианту комбинирования (рис. 5)
Компонент Выход на нефть, %, мас. О.Ч.И.М. Арены, Бензол,
% мас. % мас. % мас.
Изомеризат 7.31 20.39 86 0 0
Фр. н.к. — 85 оС Г.К. 2.30 6.40 86 1 0
Риформат 7.86 21.90 100 77 0.5
Бензин К. К. 18.40 51.26 94 30 1
Смесь компонентов 35.87 100.00 93.2 32.32 0.6
комбинирование процессов гидрокрекинга и каталитического риформинга тяжелой бензиновой фракции и процесс совместной изомеризации головной фракции риформата и пря-могонной фракции н.к. — 85 оС.
Литература
1. Мириманян А. А., Вихман А. Г. // Мир нефтепродуктов.— 2006.— № 5.— С. 26.
2. Robert E. C., George W. M., Charles L. M. WSPA study of the cost impacts of potential carb phase 2 gasoline regulations. WSPA contract № DF 201- 06, Phases I, II and III — 1991.— 235 p.
3. Маслянский Г. Н., Шипикин В.В., Панникова Р.Ф. и др. // Химия и технология топлив и масел.- 1970.- № 9.- С. 1.
4. Сулимов А. Д. Каталитический риформинг бензинов.- М.: Химия, 1973.- 152 с.
5. Ле В. Х. Технологическая переработка нефти.-Ханой: Изд-во науки и техники, 2000.- 264 с.
6. Ахметов С. А., Ишмияров М. Х., Веревкин А. П. и др. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа.- М.: Химия, 2005.- 736 с.
7. Танатаров М. А., Ахметов А. Ф. и др. Производство неэтилированных бензинов.- М.: ЦНИИТЭнефтехим,- 1981.- 77 с.
