Новая энерго- и ресурсосберегающая технология получения высококачественных моторных топлив из средних нефтяных дистиллятов и газовых конденсатов бимт г. В. Ечевский*, О. В. Климов*, О. В. Кихтянин*, Д. Г. Аксенов



Скачать 250.25 Kb.
Дата02.05.2016
Размер250.25 Kb.

НОВАЯ ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ ИЗ СРЕДНИХ НЕФТЯНЫХ ДИСТИЛЛЯТОВ И ГАЗОВЫХ КОНДЕНСАТОВ - БИМТ

© Г.В. Ечевский*, О.В. Климов*, О.В. Кихтянин*, Д.Г. Аксенов*,

Е.Г. Коденев*, М.Р. Яруллин**, Г.Г. Гарифзянова**, Г.Г. Гарифзянов**

* Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск ** ООО «Плазмохим», г. Казань

Разработана нетрадиционная технология в двух вариантах - БИМТ и БИМТ-2 - одностадийная каталитическая переработ­ка средних нефтяных дистиллятов или нестабильных газовых конденсатов, в том числе с высоким содержанием высоко­стабильных сернистых соединений тиофенового ряда, выкипающих в диапазоне температур 35-360 °С, в высокооктановые бензины, зимнее дизельное топливо и сжиженный газ С34. Процесс проводится на цеолитных катализаторах ИК-30-БИМТ и ИК-30-БИМТ-2, не содержащих благородные металлы, в реакторах со стационарным слоем катализатора при 7 = 3504450 °С и Р< 20 атм. Технология позволяет значительно упростить существующую в настоящее время классическую схему нефтепере­работки с одновременным уменьшением в несколько раз стоимости производства той же самой продукции - высококачествен­ных моторных топлив.

A nontraditional process has been developed in two versions: BIMT and BIMT-2 - one-stage catalytic refining of intermediate pe­troleum distillates or unstable gas condensates, including those with high contents of high-stable sulfur compounds of thiophenic series boiling off in the temperature range of 35-360 °C, into high-octane gasoline, winter diesel fuel and condensed gas C3-C4. The process is carried out on zeolite catalysts IK-30-BIMT and IK-30-BIMT-2, which contain no noble metals, in reactors with stationary catalyst layer at 7= 350+450 °C and P< 20 atm. The process permits simplifying significantly the now existing classic scheme of oil refining with simultaneous reducing some times the cost of production of the same products, i.e. high-quality motor fuels.


В настоящее время в производстве моторных топлив существуют две основные проблемы. Во-первых, источники дешевого и качественного (с точки зрения переработки) углеводородного сы­рья постепенно иссякают, что ведет к постоян­ному удорожанию добычи нефти и природного газа и, соответственно, росту стоимости произ­водимого из них топлива. Во-вторых, по ряду причин происходит постоянное ужесточение ка­чественных и экологических требований, предъ­являемых к используемым бензинам и дизель­ным топливам. Борьба за снижение себестоимости производимых товарных продуктов приво­дит к необходимости увеличения глубины пере­работки углеводородного сырья с целью повы­шения выхода светлых нефтепродуктов одно­временно с возможным сокращением техноло­гических стадий при их производстве.

С другой стороны, в мире прослеживается определенная тенденция к уменьшению содер­жания ароматических углеводородов как в вы­сокооктановых бензинах, так и в дизельных топ-ливах, при этом наиболее строго контролируется содержание бензола (< 1 %). Все это требует ус­ложненных технологических схем производств и разработки специальных, порой достаточно до­рогих катализаторов. Другим важным показате­лем качества производимых топлив является со­держание серы в конечных товарных продуктах. В настоящее время в России ограничение на со­держание серы составляет 0,05 % (по массе) в бензине и 0,1 % (по массе) в дизельном топливе. Однако в США и Европе эти требования значи­тельно жестче. Так, в Европе допустимое содер­жание серы составляет 0,005 % (по массе) в бен­зине и 0,035 % (по массе) в дизельном топливе, а к 2005 г. содержание серы в моторных топливах должно уменьшиться на порядок. Для удовле­творения этих требований технология получения моторных топлив предусматривает необходи­мую стадию глубокого гидрообессеривания ис­ходного сырья или полученного продукта, что также вносит свой вклад в конечную стоимость товарных продуктов.

В последнее время усилия исследователей все­го мира в области увеличения глубины переработ­ки нефти направлены на улучшение катализаторов для классических технологий, проверенных деся­тилетиями промышленной эксплуатации, а также на модернизацию отдельных узлов классических технологических схем переработки. На Западе это позволило увеличить глубину переработки нефти до 90 %, однако это достигается за счет значи­тельного повышения стоимости процессов и тех­нологий.

В России, по данным 2000 г., глубина перера­ботки нефти составила 71 %, при этом все более остро стоит задача увеличения выхода светлых нефтепродуктов — бензина, керосина, дизельного и реактивного топлив.

Институтом катализа СО РАН им. Г.К. Борес-кова (г. Новосибирск) совместно с ООО «Плазмо-хим» (г. Казань) разработана новая нетрадицион­ная технология БИМТ — процесс одностадийной переработки средних нефтяных дистиллятов или нестабильных газовых конденсатов в высокоокта­новые бензины, зимнее дизельное топливо и сжи­женный газ Сз—С4 [1—3]. Его характеристики сле­дующие:


  • процесс проводится на цеолитном катализа­торе (ИК-30-БИМТ), не содержащем благородные металлы, в реакторах со стационарным слоем ка­тализатора при Г== 350-^450 °С и Р < 20 атм;

  • в качестве сырья могут использоваться не­стабильные газовые конденсаты или прямогонные нефтяные фракции НК 35-{350-г360) °С без пред­варительной их разгонки;

  • содержание общей серы в сырье не лимити­руется;

  • длительность межрегенерационного пробега катализатора в режиме с подъемом температуры составляет 150—230 ч в зависимости от условий проведения процесса и состава получаемых про­дуктов;

  • общий срок службы катализатора составляет не менее 40 циклов регенерации.

По стандартной схеме переработки нефть на­правляется в блок первичной перегонки (ЭЛОУ АВТ), где происходит разделение на бензино­вую, керосиновую, дизельную фракции, тяжелый вакуумный газойль и гудрон. Каждая из указан­ных фракций подвергается дальнейшему облаго­раживанию по своей схеме. Так, например, для получения высокооктанового бензина (рис.1) прямогонный бензин направляется на гидроочи­стку, затем часть его поступает на риформинг для получения рафината (концентрата аромати­ческих углеводородов), а часть — на процесс ал-килирования. Далее компаундированием полу­чают высокооктановый бензин. Прямогонная дизельная фракция для получения зимнего сорта дизельного топлива должна пройти стадии гид­роочистки и депарафинизации.

По предлагаемой новой технологии (рис. 2) из нефти необходимо выделить широкую фракцию (НК—КК 360 °С), которая направляется на одно­стадийную каталитическую переработку по техно­логии БИМТ. Далее полученный продукт разгоня­ется стандартной ректификацией на товарные вы­сококачественные моторные топлива, а именно вы­сокооктановый бензин, зимнее дизельное топливо и сжиженный газ Сз—Сд. При этом полученные топлива не требуют какой-либо доработки или введения дополнительных добавок для соответ­ствия существующим ГОСТ.




В случае тяжелых газовых конденсатов на про­цесс БИМТ можно направлять весь газовый кон­денсат без предварительной разгонки на бензино­вую и дизельную фракции. Полученный продукт далее подвергается ректификации с выделением товарного высокооктанового бензина и высокоце-танового дизельного топлива зимнего сорта. Сле­дует учитывать, что газовые конденсаты, имею­щие температуру конца кипения ниже 250 °С, подвергать переработке по технологии БИМТ, скорее всего, нецелесообразно.





Рис. 2. Схема получения моторных топлив по технологии БИМТ

С точки зрения энергозатрат эффективность предлагаемой технологии переработки нефтяных фракций в высокосортные моторные топлива ми­нимум в 4 раза выше таковой для существующих в настоящее время методов получения этих продук­тов даже без учета экономии энергозатрат на про­цессах гидроочистки и ректификации. Сравнение вариантов риформинг + гидроизомеризация дизельного топлива (отдельно) и совместной перера­ботки по технологии БИМТ приведено ниже:

Параметр Традиционный БИМТ

Выход, % (по массе):

Бензиновая фракция 40 60

Дизельное топливо 45 25

£ жидких продуктов 85 85

Водород 1,85 0,3

Расход энергии на 1 т, ГДж:

сырья 0,61 0,15

жидких продуктов 0,71 0,18

При этом не учитываются:



  • энергозатраты на ректификацию и их разли­чие в разных вариантах;

  • потери тепла на аппаратах; предполагается, что все тепло, затраченное на нагрев сырья до температуры реакции, полностью рекуперируется за исключением самого теплового эффекта;

  • потери, связанные с передачей тепла между от­дельными процессами (в традиционном варианте).

Очевидно, что учет этих факторов может по­вышать экономию энергозатрат только в абсолют­ном выражении. В любом случае абсолютное сни­жение энергопотребления на ~ 0,46 ГДж (0,61 -- 0,15) на 1 т сырья может быть принято как ниж­няя граница энергосбережения.

Процесс БИМТ дважды прошел пилотные ис­пытания на различном сырье на установке мощ­ностью по сырью до 100 л/сут, принадлежащей



Катализ в нефтеперерабатывающей промышленности




0,7 0,8 я//Q
ООО «Плазмохим» (г. Казань). В августе 2001 г. в качестве сырья использовали два дистиллята (Гкщ, = = 35-г360 °С) с содержанием общей серы 3,75 % (по массе), отогнанных из нефти различных сква­жин Нурлатского месторождения (Республика Та­тарстан). Эти дистилляты отличались соотноше­нием бензиновой и дизельной фракций. В апреле 2002 г. сырьем процесса служил нефтяной дистил­лят (Гкип = 404-350 °С) с содержанием серы 0,51 % (по массе), полученный смешением прямогонных бензиновой и дизельной фракций, взятых на Ниж­некамском нефтехимическом комбинате. В каж­дом случае было проведено по три полных пробе­га катализатора до регенерации с двумя промежу­точными регенерациями, после которых катализа­тор полностью восстанавливал свои свойства.

Из-за отсутствия систем автоматической реги­страции и обработки результатов при проведении пилотных испытаний был разработан специаль­ный метод экспресс-оценки октанового числа по­лучаемого бензина по результатам хроматографи-ческого анализа. Отношение nli С6-углеводоро-дов полученного продукта также оценивалось ме­тодом хроматографии. Октановое число по мотор­ному методу бензиновой фракции определялось с помощью октанометра, разработанного в Инсти­туте химии нефти СО РАН (г. Новосибирск), по методике, утвержденной Комитетом РФ по стан­дартизации, метрологии и сертификации (серти­фикат № 2865 от 10 июля 1997 г.).

Корреляция между отношением п I i Сб-углево-дородов в жидких продуктах реакции и октановым числом по моторному методу бензиновой фракции была определена в Институте катализа СО РАН при проведении лабораторных испытаний процес­са БИМТ на дистиллятах различного состава — тех же самых, что были использованы в качестве сы­рья при пилотных испытаниях (рис. 3).

На рис. 4 приведены результаты пилотных ис­пытаний в режиме с подъемом температуры, про­веденных на пилотной установке ООО «Плазмо­хим» (г. Казань) в апреле 2002 г. с применением катализатора ИК-30-БИМТ. Параметром контроля процесса было описанное выше отношение п I i С6, служившее характеристикой октанового числа по­лучаемого бензина, при повышении которого вы­ше 0,45 температура в реакторе увеличивалась на 5 град. Таким образом, поддерживался примерно постоянный состав продуктов на выходе из реак­тора в течение всего пробега. Первый межрегене-рационный пробег катализатора был остановлен при достижении температуры в реакторе 450 °С. Следует указать, что температурный режим в реакторе (по длине слоя катализатора и диаметру реактора) был далек от оптимального из-за несовершенства регуляторов температуры и по некоторым другим причинам, и поэтому в пилотной установке меж-регенерационный пробег катализатора оказался значительно ниже такового в случае лабораторных испытаний. Однако даже в неоптимальных темпе­ратурных режимах длительность пробега в пилот­ных испытаниях оказалась равной 115ч, что ха­рактеризует процесс как вполне технологичный.

После реакционного цикла была проведена ре­генерация катализатора азотно-воздушной смесью со ступенчатым увеличением температуры регене­рации и концентрации кислорода в смеси. Общее время регенерации составило 40—45 ч. Затем был

Таблица 1

Материальный баланс процесса БИМТ в режимах получения бензинов при использовании сырья различного состава (% по массе)

Сырье

н2

H2S

(Бобщ)


Cr-Ca

С3—С4

Бензин

ОЧ

(MM)


Диз. топливо

Нурлатский дистиллят № 1 (фр.НК—360)



(3,75)



0,35

47,8

58

48,1

Продукт 1

1,0

3,7

1,1

11,2

47

78-80

36

Продукт 2

1,7

3,7

0,8

14,8

53

85—88*

26

Нурлатский дистиллят № 2 (фр.НК—360)



(3,75)



1,6

40,8

66

57,6

Продукт 3

0,6

3,7

0,4

9,3

46

83-84"

40

Нижнекамский дистиллят (фр.НК—350)



(0,51)



1,1

48,2

55

51,8

Продукт 4

1,1

0,5

2,5

15,5

47,3

84"

33,1

Соответствует Аи-95. ** Соответствует Аи-92.




проведен второй цикл «реакция—регенерация», при­чем специально были использованы неоптималь­ные условия проведения процесса. В третьем цик­ле испытаний были сохранены все параметры пер­вого цикла (см. рис. 4). В связи с тем что выход­ные характеристики получаемого продукта реак­ции практически совпадали с таковыми при пер­вом цикле, процесс был остановлен на 87-м часу приГ=430°С.

Пилотные испытания показали, что катализатор ИК-30-БИМТ полностью сохраняет активность, се­лективность и стабильность после нескольких цик­лов «реакция—регенерация». По результатам лабо­раторных исследований прогнозируется срок слу­жбы катализатора не менее 40 таких циклов.

Материальный баланс процесса БИМТ по ито­гам всех пилотных испытаний, проведенных на различном сырье с различным содержанием сер­нистых соединений, приведен в табл. 1.

Соотношение между количеством получае­мых бензина и дизельного топлива зависит от состава исходного сырья (различные дистилляты в табл. 1) и может варьироваться изменением условий проведения процесса (см. продукты 1—4 в табл. 1). Режимы проведения процесса, при которых получаются бензины с различным окта­новым числом, а также достигается различное соотношение образующихся бензина и дизель­ного топлива, различаются в основном скоро­стью подачи исходного сырья и незначительно — температурой или давлением.

При организации рециркуляции образующегося в процессе газа (после его очистки от сероводоро­да или без нее) выходы бензина и дизельного топ­лива могут быть значительно увеличены. Выход жидких фракций достигает 90—93 % (по массе).

ДОСТОИНСТВА ТЕХНОЛОГИИ БИМТ


  • Значительное удешевление и упрощение схе­мы нефтепереработки, так как не требуются про­цессы гидроочистки, риформинга, алкилирования, депарафинизации.

  • Содержание общей серы в сырье не лимити­руется.

  • При переработке газовых конденсатов увели­чивается выход бензина до 20—25 % по сравнению со стандартной схемой переработки.

  • Выход жидких фракций не менее 80—85 % (при рециркуляции образующегося газа — 90-5-93 % по массе). Соотношение между бензиновой и ди­зельной фракциями зависит от состава исходного сырья и режима проведения процесса.

  • Октановое число получаемых бензинов от 80 до 95 по исследовательскому методу.

  • Содержание серы в бензине менее 0,01 % (по массе).

  • Содержание бензола в бензине составляет менее 1 % при общем содержании ароматических углеводородов не выше 30-40 %.

  • Температура замерзания дизельного топлива от -35 до -60 °С.

  • Цетановое число дизельного топлива не ниже 50-55.

  • Содержание серы в дизельном топливе менее 0,05 % (по массе).

БИМТ является технологией «второго поко­ления». Технологией «первого поколения» мож­но считать «Цеоформинг» [4, 5], в котором на цеолитных катализаторах перерабатываются пря-могонные бензиновые фракции с температурой конца кипения до 200 °С в высокооктановые бензины. Основы технологии «Цеоформинг» и катализатор для нее также разрабатывались в Институте катализа СО РАН. За последние 10 лет НИЦ «Цеосит» (г. Новосибирск), входящий в Объединенный институт катализа, внедрил не­сколько промышленных установок по техноло­гии «Цеоформинг» в России, Польше и Грузии мощностью от 5 до 40 тыс. т/год. Технология БИМТ по аппаратурному оформлению реактор­ного блока и технологическим параметрам про­цесса практически не отличается от «Цеофор­минг» (различия только в части разгонки полу­ченных продуктов), поэтому ее можно с уверен­ностью рекомендовать для промышленного ис­пользования.

Технология БИМТ идеально подходит также для малотоннажного производства высокосортных моторных топлив, соответствующих новым миро­вым стандартам, при использовании в качестве сырья высокосернистых нестабилизированных га­зовых конденсатов (таких, как, например, Астра­ханский или Оренбургский) или нефтей мало-дебитных месторождений. Как современная энер-го- и ресурсосберегающая технология, она также может быть применена при строительстве новых нефтеперерабатывающих комплексов.

Технология БИМТ позволяет получать высоко­сортные моторные топлива, соответствующие со­временным мировым стандартам, и при этом не требует разработки нестандартного оборудования, так как может использовать уже имеющееся на нефтеперерабатывающих и газоперерабатываю­щих заводах или нефтехимических комбинатах. При малых мощностях установок могут быть при­менены реакторы трубчатого типа, при больших — адиабатические или полочные реакторы.

Для процесса БИМТ может быть приспособлена установка Л-35-6, первоначально предназначенная для получения индивидуальных ароматических уг­леводородов из прямогонной фракции 62—105 °С методом каталитического риформинга (это отечес­твенные довольно старые установки риформинга, которых в России имеется около 15). На такой ус­тановке присутствует практически все необходи­мое оборудование, и требуется сделать переобвяз­ку и реконструкцию некоторых ректификацион­ных колонн. По нашим оценкам, на это необходи­мо затратить максимум 10—15 % от стоимости но­вой установки.

Реакторный блок представляет собой две «нит­ки», в каждой из которых от 1 до 3 реакторов (в зависимости от производительности установки). Процесс БИМТ эндотермический, и при больших производительностях может потребоваться про­межуточный подогрев реакционной смеси. Для осуществления процесса в непрерывном режиме одна нитка реакторов находится в режиме «реак­ции», а другая — «регенерации».

Предварительные экономические расчеты по оценке эффективности технологии БИМТ прове­дены в двух базовых вариантах для локального внедрения (минимальная и максимальная мощнос­ти) и ориентированы на российский рынок сырья и сбыта продукции. Объем инвестиций в расчетах взят с учетом всех затрат, включая создание необ­ходимой инфраструктуры, т.е. при строительстве на пустом месте.

Мощность по сырью, тыс. т/год 10 300

(Россия) (Европа)

Объем инвестиций, млн долл. США 3,2 30,0

Годовой доход, млн долл. США 2,4 72,0

Годовые тек. затраты, млн долл. США ....1,1 18,0

Срок окупаемости, лет 2,5 1,0

Расчетная эффективность внедрения процесса БИМТ на имеющемся стандартном оборудовании действующих предприятий нефтепереработки еще выше.

Прошла лабораторный уровень разработки тех­нология БИМТ-2 — каталитическая технология одностадийной переработки средних нефтяных дистиллятов с высоким содержанием сернистых соединений тиофенового ряда.

В мире существуют нефти, средние дистилляты которых содержат значительное количество высо­костабильных сернистых соединений тиофенового ряда (табл. 2) [6]. Описанные выше и исследован­ные нами нефтяные дистилляты содержали значи­тельно меньшее количество высокостабильных сер­нистых соединений тиофенового ряда по сравнению с указанными в табл. 2. Такие фракции (см. табл. 2) обычно требуют жестких условий гидро­облагораживания для разложения содержащихся в них полициклических сернистых соединений.

Технология БИМТ-2 позволяет в мягких усло­виях и без использования водорода извне получать из указанных выше дистиллятов высокосортные моторные топлива, соответствующие современ­ным мировым стандартам, и отличается от БИМТ, во-первых, используемым катализатором ИК-ЗО-БИМТ-2, а во-вторых, ее применением только в варианте с рециркуляцией образующегося газа. Катализатор ИК-ЗО-БИМТ-2 также является цео-литным, дополнительно модифицированным не­которыми элементами, придающими ему еще и свойства катализаторов гидроочистки.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, разработана новая технология в двух вариантах — БИМТ и БИМТ-2 — одностадий­ная каталитическая переработка с использованием цеолитных катализаторов средних нефтяных дис­тиллятов или нестабильных газовых конденсатов, в том числе и с высоким содержанием высокоста-

бильных сернистых соединений тиофенового ря­да, в высокооктановые бензины, зимнее дизель­ное топливо и сжиженный газ С3—С4. Эта техно­логия позволяет значительно упростить сущест­вующую в настоящее время классическую схему нефтепереработки с одновременным уменьше­нием в несколько раз стоимости производства той же самой продукции — высококачественных моторных топлив.

ЛИТЕРАТУРА



  1. Пат. 2181750 (РФ). Способ переработки нефтяных дистиллятов (варианты) / Г.В. Ечевский, О.В. Кли­мов, О.В Кихтянин и др. 2002.

  2. Ечевский Г.В. II Наука и технологии в пром-сти. 2002. № 2. С. 62.

  3. Заяв. на пат. 2001120192 (РФ). Способ переработки нефти / Г.Г. Гарифзянова, A.M. Тухватуллин, Г.Г. Га-рифзянов и др. 2002.

  4. Степанов ВТ, Снытникова Г.П., Ионе К.Г. II Неф­техимия. 1992. Т. 32, № 3. С. 243.

  5. Степанов ВТ., Гетингер А.Я., Снытникова Г.П. и др. // Нефтеперераб. и нефтехимия. 1988. № 12. С. 3.

  6. Большаков Г. Ф. Сероорганические соединения неф­ти. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1986.


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал