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*
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 С3-С4. 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
Пат. 2181750 (РФ). Способ переработки нефтяных дистиллятов (варианты) / Г.В. Ечевский, О.В. Климов, О.В Кихтянин и др. 2002.
Ечевский Г.В. II Наука и технологии в пром-сти. 2002. № 2. С. 62.
Заяв. на пат. 2001120192 (РФ). Способ переработки нефти / Г.Г. Гарифзянова, A.M. Тухватуллин, Г.Г. Га-рифзянов и др. 2002.
Степанов ВТ, Снытникова Г.П., Ионе К.Г. II Нефтехимия. 1992. Т. 32, № 3. С. 243.
Степанов ВТ., Гетингер А.Я., Снытникова Г.П. и др. // Нефтеперераб. и нефтехимия. 1988. № 12. С. 3.
Большаков Г. Ф. Сероорганические соединения нефти. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1986.
страница 1
скачать
Другие похожие работы: