Каталитический риформинг с блоком межступенчатого разделения риформата

На правах рукописи

 

 

 

 

КОНДРАШЕВ ДМИТРИЙ ОЛЕГОВИЧ

 

 

 

 

 

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РИФОРМИНГ С БЛОКОМ МЕЖСТУПЕНЧАТОГО РАЗДЕЛЕНИЯ РИФОРМАТА

 

 

 

 

Специальность 05.17.07 –  «Химия и технология топлив и специальных  продуктов»

 

 

 

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание  ученой степени

кандидата технических  наук

 

 

 

 

Уфа - 2007

Работа выполнена на кафедре «Технология нефти и  газа» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

 

Научный руководитель     доктор технических наук,  профессор

 Ахметов Арслан Фаритович.

 

Официальные оппоненты:              доктор технических наук, профессор

                  Умергалин Талгат Галеевич;

 

  кандидат технических  наук

  Георгиевский Владимир  Юрьевич.

 

Ведущая организация     ГУП «Институт нефтехимпереработки» РБ.

 

 

Защита состоится 21 февраля  2007 года в 11-30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов,1.

 

 

С диссертацией можно  ознакомиться в библиотеке Уфимского  государственного нефтяного технического университета.

 

 

Автореферат разослан «17 »       января                 2007 года.

 

 

Ученый секретарь       

совета                                                           Абдульминев К.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В  связи с ростом потребления высокооктановых  автобензинов, вызванным значительным увеличением автомобильного парка  населения, проблема  оптимизации  процесса каталитического риформинга бензина с целью повышения качества и  выхода целевого продукта более чем актуальна в России, где доля риформатов в общем объеме бензинового фонда превышает 50 % об.

Кроме того, постоянное ужесточение  экологических требований по содержанию ароматических углеводородов в неэтилированных бензинах стран Западной Европы (стандарты Евро-3, Евро-4) и наметившиеся похожие тенденции на отечественном бензиновом рынке заставляют российских производителей бензинов осуществлять постепенный переход к технологиям получения высокооктановых компонентов неароматического типа или с пониженным содержанием аренов.

Следовательно, разработка технологии, позволяющей повысить выход  и качество риформатов, а также  имеющей возможность при комбинировании с процессом гидрирования добиться снижения концентрации аренов (до норм евростандартов) в отечественных автомобильных бензинах, является актуальной и представляет интерес с практической точки зрения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: разработка технологии каталитического риформинга бензина с блоком промежуточного разделения риформата и комбинированного процесса переработки бензиновых фракций, позволяющего получать современные высокооктановые автобензины с пониженным содержанием аренов.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1 Исследование влияния основных технологических параметров последней стадии процесса каталитического риформинга с межступенчатым разделением катализата на выход и качество риформата.

2 Изучение влияния качества сырья последней стадии на показатели процесса.

3 Разработка принципиальной технологической схемы усовершенствованного процесса каталитического риформинга с блоком межступенчатого разделения риформата.

4 Исследование влияния основных технологических параметров на процесс гидрирования отдельных фракций полученных риформатов.

5 Исследование влияния качества сырья на показатели указанного процесса гидрирования.

6 Разработка принципиальной схемы осуществления комбинированного процесса переработки бензиновых фракций.  

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

1 Предложен способ каталитического риформинга бензина с блоком межступенчатого разделения катализата, позволяющий повысить выход риформата (на 6,8-9,1% масс.) за счет заметного усиления реакций дегидроциклизации алканов сырья последнего реактора по сравнению с реакциями гидрокрекинга. Указанное увеличение доли реакций дегидроциклизации (в 3-15 раз) вызвано снижением закоксовывания активных центров катализатора в последнем реакторе ввиду извлечения из его сырья  хвостовой фракции, содержащей значительное количество наиболее высокомолекулярных аренов (до 98,5 % масс.), которые являются активными коксогенами.

2 Предлагаемая технология риформинга  дает возможность производить  более высокооктановые риформаты  (на 1-4 пункта) благодаря усилению  ароматизации сырья  после  извлечения из его состава  наиболее тяжелой части ароматических углеводородов перед последним реактором.

3 Установлено, что при осуществлении  разработанного варианта ступенчатого  риформинга рост содержания ароматических  углеводородов в катализате последнего  реактора риформинга (на 13-25 % масс.) в значительной мере вызван протеканием наиболее желательных реакций дегидроциклизации алкановых углеводородов в отличие от традиционного процесса риформинга, в котором повышение концентрации аренов в катализате последнего реактора происходит в основном за счет реакций гидрокрекинга алканов, снижающих выход жидкого продукта.

4 Показано, что предложенное комбинирование  процесса каталитического риформинга  с межступенчатым разделением  риформата с процессом гидрирования  головных фракций позволяет производить высокооктановые компоненты (ОЧИМ 92, ОЧММ 82) с пониженным содержанием ароматических углеводородов (42 % об.) для получения высококачественных автомобильных бензинов, удовлетворяющих экологическим требованиям стандарта Евро-3.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

Технология каталитического риформинга бензина с межступенчатым разделением  риформата и технология комбинированного процесса риформинга и гидрирования головных фракций, разработанные при  участии Кондрашева Д.О., будут использованы ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» при модернизации установок каталитического риформинга с целью  увеличения выпуска и улучшения качества высокооктановых бензинов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались и  обсуждались на 54-й и 55-й научно-технических  конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (Уфа, 2003; 2004),  научной конференции аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников вузов и научных организаций «Молодежная наука – нефтегазовому комплексу» (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 2004), научной конференции «Перспективы развития химической переработки горючих ископаемых» (Санкт-Петербург, 2006).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации  опубликовано 16 работ, в том числе 5 статей, 2 патента РФ на изобретение  и 9 тезисов докладов.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 140 страницах, содержит 22 рисунка, 36 таблиц и список литературы из 137 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены роль и значение процесса каталитического риформинга в нефтеперерабатывающей промышленности мира и России, влияние основных факторов процесса на качество и выход целевой продукции риформинга, а также наиболее распространенные и эффективные модификации данного процесса, применяемые в России и за рубежом.

Анализ зарубежной и  отечественной литературы показал, что совершенствование каталитического  риформинга включает ряд основных направлений: разработку более активных и селективных катализаторов, модернизацию промышленного оборудования, оптимизацию технологического режима процесса.

Тем не менее, согласно данным литературных источников, даже осуществление данных мероприятий по модернизации каталитического риформинга бензинов является недостаточным, так как, несмотря на использование высокоактивных и селективных катализаторов, эффективного реакторно-регенераторного оборудования и заметное снижение давления водорода в современном риформинге, в последнем реакторе риформинга все еще происходит значительный гидрокрекинг сравнительно высокооктановых пентановых и гексановых углеводородов, что влечет за собой нежелательные потери катализата по выходу (до 8-9 % масс. на сырье).

Кроме того, понижение  давления водорода, с одной стороны, снижающее долю реакций гидрокрекинга углеводородов бензиновой фракции и, следовательно, увеличивающее выход жидкого продукта, с другой стороны, препятствует гидрокрекингу низкооктановых алканов нормального и слаборазветвленного строения с числом атомов углерода 7 и более, тем самым ухудшая антидетонационные свойства риформата как компонента товарного автобензина.

Следовательно, необходимо использование такой технологии риформинга бензина, которая позволила  бы повысить селективность его реакций  в плане уменьшения гидрокрекинга  ценных пентановых и гексановых углеводородов в последнем реакторе и одновременно увеличить конверсию (в том числе ароматизацию) низкооктановых алканов С₇-С₁₀ нормального и слаборазветвленного строения для повышения выхода и октанового числа риформата.

Одним из методов решения  данной задачи является предлагаемый процесс каталитического риформинга с блоком промежуточного разделения риформата.

Помимо проблемы совершенствования  процесса риформинга, в литературном обзоре диссертации был исследован вопрос получения автомобильных  бензинов с пониженным содержанием ароматических углеводородов, отвечающих требованиям современных  экологических норм России и Западной Европы (Евро-3). Были рассмотрены основные процессы производства высокооктановых низкоароматичных компонентов автобензинов: каталитическое алкилирование изобутана олефинами, получение оксигенатов, изомеризация легких бензиновых фракций,  каталитический крекинг и гидроизомеризация бензолсодержащих фракций риформатов.

Анализ современного состояния производства автомобильных  бензинов с улучшенными экологическими свойствами в России, выполненный на основе имеющихся литературных данных, показал, что для перехода российского бензинового рынка на стандарты Евро-3 и Евро-4 как для улучшения экологической ситуации в стране, так и для повышения на мировых рынках конкурентоспособности получаемых товарных бензинов необходима реструктуризация отечественного нефтеперерабатывающего комплекса в плане увеличения мощности вышеупомянутых процессов производства низкоароматизованных высокооктановых компонентов.

Однако резкое наращивание  мощностей процессов производства кислородсодержащих добавок к автомобильным  бензинам, каталитического крекинга и изомеризации легких бензиновых фракций  представляется крайне дорогостоящим  мероприятием даже в условиях высоких мировых цен на нефть и нефтепродукты.

Таким образом, с учетом значительных объемов производства риформатов, одним из реально осуществимых способов повышения экологичности российских автомобильных бензинов по содержанию ароматических соединений является переработка части данных отечественных риформатов в высокооктановые компоненты с пониженной концентрацией ароматических углеводородов путем комбинирования процессов ступенчатого каталитического риформинга и гидрирования отдельных фракций риформатов.

Во второй главе приведено обоснование объектов и методов исследований.

Каталитический риформинг (с межступенчатым разделением риформата  и традиционный) и гидрирование проводились  на лабораторной установке проточного типа, эксплуатируемой  под повышенными  давлениями водорода.

В качестве сырья последней  стадии риформинга и процесса гидрирования использовался риформат (а также фракции, полученные на его основе)  промышленной установки риформинга Л-35-5 Уфимского НПЗ (таблица 1), по содержанию аренов (около 60 % масс.) приблизительно соответствующий сырью последнего реактора установки Л-35-11/1000 (Ново-Уфимского НПЗ), представляющей собой  наиболее распространенную разновидность современного отечественного риформинга.

Эксперименты по риформингу и гидрированию проводились на промышленном полиметаллическом платиносодержащем катализаторе риформинга RG-482. Опыты по изомеризации шестичленных нафтенов в пятичленные осуществлялись на катализаторе изомеризации легких бензиновых фракций СИ-2, а также цеолитсодержащем катализаторе гидродепарафинизации дизельного топлива HYDEX.

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Характеристика сырья исследуемого ступенчатого риформинга и фракций, полученных на его основе

Показатель	Сырье (риформат I ступени)	Фракция НК-85ºС	Фракция 85-150ºС	Фракция 150ºC-КК
1 Групповой углеводородный состав, % масс.: Сумма н-алканов Сумма изоалканов	10,9 25,0	28,6 54,3	7,7 24,8	0,5 0,7
Общая сумма алканов	35,9	82,9	32,5	1,2
Сумма циклоалканов	3,6	4,8	5,2	0,3
Общая сумма алканов и циклоалканов	39,5	87,7	37,7	1,5
Сумма аренов	60,5	12,3	62,3	98,5
2 Октановое число по  исследовательскому методу (ОЧИМ)	91,4*	77,6	86,9	125,7