CC BY
15
Хомяков И.С. ©
Кандидат химических наук, Институт природных ресурсов, Национальный исследовательский Томский политехнический университет
ВЛИЯНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ПРЯМОГОННЫХ БЕНЗИНОВЫХ ФРАКЦИЙ НА ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООКТАНОВЫХ КОМПОНЕНТОВ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ НА ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩЕМ КАТАЛИЗАТОРЕ
Аннотация
Исследовано влияние фракционного состава прямогонных бензиновых фракций на выход высокооктановых компонентов моторных топлив при переработке прямогонных бензинов на цеолитсодержащем катализаторе.
Ключевые слова: цеолит, высокооктановый бензин, гетерогенный катализ. Keywords: zeolite, high-octane gasoline, heterogeneous catalysis.
В настоящее время проблема переработки природного углеводородного сырья имеет особую актуальность, и с технико-экономической, и с экологической точек зрения. В последние годы в нефтехимическую и нефтеперерабатывающую промышленность вовлекаются различные альтернативные источники углеводородного сырья: газоконденсаты, конденсаты, природные и попутные нефтяные газы. В разработке экологически чистых и безотходных каталитических процессов переработки альтернативных источников углеводородного сырья важное место занимает создание катализаторов и процессов на их основе [1, 979; 2, 72; 3, 90]. Увеличение спроса на моторные топлива, ужесточение предъявляемых к ним требований и вовлечение в процесс переработки углеводородного сырья различного состава предопределили направление исследований в области производства высокооктановых бензинов. Наиболее перспективными для переработки легкого углеводородного сырья в высокооктановые компоненты моторных топлив являются цеолитсодержащие катализаторы на основе высококремнеземных цеолитов типа MFI. Цеолиты данного типа обладают высокой активностью и селективностью, которые связаны с уникальными особенностями их строения, молекулярно-ситовыми и кислотными свойствами. Так же при получении высокооктановых компонентов важную роль играет фракционный и компонентный состав исходного сырья.
В данной работе приведены результаты каталитических исследований превращения прямогонных бензиновых фракций на промышленном цеолитсодержащем катализаторе SudChemie. В качестве исходного сырья использовались фракции прямогонных бензинов НК 35
- КК 170, НК 50 - КК 170, НК 60 - КК 170 и НК 70 - КК 170, где НК - начало кипения, а КН
- конец кипения фракции в градусах цельсия.
Превращения прямогонных бензиновой фракций газового конденсата на цеолитсодержащем катализаторе Sud-Chemie проводились на проточной каталитической установке со стационарным слоем катализатора (объем реактора 10 см ) в интервале температур 350-425°С при объемной скорости подачи сырья 2 ч-1, атмосферном давлении и длительности эксперимента при каждой фиксированной температуре процесса 1 ч.
Анализ газообразных углеводородов проводили на набивной колонке из нержавеющей стали (длина 3 м, внутренний диаметр 3 мм), наполненной 5 %-ым NaOH на А12О3 (фракция 0,25-0,50 мм), жидких углеводородов - на капиллярной колонке из кварцевого стекла (100 м х 0.25 мм х 0.25 мкм) с нанесенной неподвижной фазой ZB-1. Количественный анализ газообразных, жидких продуктов процесса превращения прямогонных бензиновых фракций газового конденсата проводили газохроматографическим методом на аппаратно-программном комплексе на базе газового хроматографа «Хроматэк-
© Хомяков И.С., 2016 г.
Кристалл 5000» исп.1 с помощью программы обработки «Хроматэк-Аналитик». Октановые числа (по исследовательскому методу) определяли расчетным методом на основании результатов газохроматографического анализа углеводородного состава исходного сырья и жидких продуктов превращения прямогонных бензинов на исследуемом цеолитсодержащем катализаторе с помощью программы обработки «Хроматэк-Аналитик». Погрешность определения газообразных и жидких углеводородов газохроматографическим методом составляет ±2.5%.
Состав исходных прямогонных бензиновых фракций представлен в таблице 1.
Таблица 1
Хроматографический анализ прямогонных бензиновых фракций
Состав бензиновой фракции, % НК 35-КК 170 НК 50-КК 170 НК 60-КК 170 НК 70 -КК 170
Арены 2,5 2,7 3,0 3,8
Изопарафины 40,0 39,7 35,8 33,2
Нафтены 28,7 30,4 36,0 40,8
Парафины 28,8 27,8 25,2 22,2
Октановое число (ИМ), пункты 65,9 65,7 65,0 65,0
Из таблицы видно, что все исходные прямогонные бензиновые фракции газового конденсата состоят в основном из изопарафинов, нафтенов и парафинов, а также содержат небольшое количество аренов. В целом при увеличении НК фракции наблюдается снижение содержания в сырье изопарафинов и парафинов, а содержание нафтенов увеличивается. При переходе от самой легкой к самой тяжелой фракции ее октановое число уменьшается на 1 пункт по исследовательском методу (ИМ). Вероятнее всего снижение октанового числа происходит из-за уменьшения доли изопарафинов в исходном сырье.
Проведенные исследования по превращению прямогонных бензиновых фракций газового конденсата на промышленном цеолитсодержащем катализаторе Sud-Chemie показали, что для всех используемых фракций с увеличением температуры процесса характерно снижение выхода жидкой фазы за счет увеличения глубины превращения исходного сырья. Также в целом для всех фракций с увеличением температуры характерно повышение содержания аренов и олефинов в жидкой фазе, а содержание изопарафинов, нафтенов и парафинов - уменьшается (таблица 2).
Таблица 2
Превращение прямогонных бензиновых фракций газового конденсата на промышленном катализаторе Sud-Chemie
Фракция Тр, Выход продуктов, мас. % ОЧ
оС г.ф. ж.ф. Состав жидкой фазы (ж.ф.) (ИМ)
Ар Б И-п Н П О
НК 35 - КК 170 350 9,2 90,8 9,8 0,4 44,0 25,1 19,4 1,7 80,6
375 15,4 86,4 12,8 0,6 43,3 24,0 17,8 2,1 82,8
400 23,7 76,3 17,1 1,1 42,3 22,2 15,9 2,5 84,8
425 31,0 69,0 20,7 1,6 40,6 21,0 14,7 3,0 87,0
НК 50 - КК 170 350 8,3 91,7 9,2 0,4 41,7 24,1 23,2 1,8 79,8
375 18,5 81,1 13,0 0,7 41,2 24,4 21,4 2,0 82,4
400 27,2 71,8 17,2 1,2 40,4 22,0 17,2 3,2 84,7
425 34,2 65,8 21,6 1,9 37,3 21,5 16,2 3,4 86,3
НК 60 - КК 170 350 9,5 90,5 11,1 0,4 38,5 27,9 20,3 2,2 79,5
375 20,0 80,0 17,0 0,8 37,9 24,3 18,6 2,2 83,1
400 29,6 70,4 24,2 1,4 36,7 22,8 14,1 2,2 86,6
425 39,4 60,6 31,5 2,3 34,1 19,5 12,3 2,6 88,7
НК 70 - КК 170 350 8,7 91,3 12,5 0,4 35,7 31,3 18,0 2,5 80,3
375 19,0 81,1 19,9 0,8 35,7 27,6 14,1 2,7 84,4
400 29,4 70,6 25,2 1,4 34,8 24,6 12,6 2,8 88,0
425 36,9 63,1 32,0 2,3 31,9 22,4 11,0 2,7 91,4
Примечание: г.ф. - газовая фаза, Ар - арены, Б - бензол (входит в состав аренов), И-п - изо-парафины, Н - нафтены, П - парафины, О - олефины.
Основными углеводородами среди газообразных продуктов превращения прямогонных бензиновых фракций газового конденсата являются пропан и бутаны, суммарный выход которых достигает 85-95 %. Полученные газообразные продукты могут быть использованы для получения товарных сжиженных пропан-бутановых газов для топливных целей или в качестве исходного углеводородного сырья для процессов нефте- и газохимии.
В продуктах жидкой фазы превращения фракций НК 35 - КК 170 и НК 50 - КК 170 выход аренов меньше по сравнению с другими фракциями, а выход олефинов наоборот выше. Это связано с содержанием в данных фракциях большего количества легких углеводородов, которые сложнее подвергаются реакциям крекинга, и дальнейшей перестройки промежуточных карбений-ионов в ароматические углеводороды. Октановые числа жидких продуктов на этих фракциях меньше на 1-4 пункта вследствие более низкого содержания аренов. Однако, выход жидкой фазы больше на 5-6 %, что также свидетельствует о меньшей степени превращения данных фракций на цеолитсодержащем катализаторе.
Максимальное содержание аренов наблюдается в продуктах жидкой фазы переработки фракции НК 70 - КК 170 и составляет от 12,5 % до 32 % масс. при температурах 350 оС и 425 оС, соответственно. Октановое число жидкой фазы изменяется от 80,3 до 91,4 пункта по ИМ в томже интервале температур.
Важно отметить, что даже при максимальной температуре процесса 425 0С на всех прямогонных бензиновых фракциях выход бензола составляет не более 2,3 % масс., а суммарное содержание ароматических углеводородов не превышает 32 % масс., что позволяет использовать получаемую жидкую фазу в качестве основы для производства высокооктановых бензинов марок «Евро-4 и 5».
Литература
1. В.И Ерофеев, А.С. Медведев, И.С. Хомяков, Е.В. Ерофеева - Превращения прямогонных бензинов газового конденсата в высокооктановые бензины на цеолитсодержащих катализаторах, модифицированных нанопорошками // Журнал прикладной химии. - 2013. - Т. 86. - № 7. - С. 979-985.
2. В.И. Ерофеев, И.С. Хомяков, Л.А. Егорова - Получение высокооктановых бензинов из прямогонных бензинов на модифицированных цеолитах ZSM-5 / // Теоретические основы химической технологии. - 2014. - Т. 48. - № 1. - C. 71-76
3. В.И. Ерофеев, В.И. Снегирев, И.С. Хомяков и др. - Комплексная переработка легкого углеводородного сырья в арены и высокооктановые бензины на цеолитсодержащих катализаторах // Газовая промышленность. - 2013. - № 699. - C. 90-94.
