Эффектный процесс
Мировой тренд на повышение эффективности в условиях жесткой конкуренции и сложной макроэкономики затронул и такую консервативную промышленную сферу как нефтепереработка. Сегодня компании уже не ограничиваются созданием новых катализаторов, обеспечивающих лучшие производственные показатели. В целом ряде стран ведутся разработки новых технологических процессов. Одним из процессов, обеспечивающих производство высокооктанового бензина, может стать ароформинг. «Газпром нефть» приняла непосредственное участие в его создании
Существует стереотип, что все лучшие технологии в нефтепереработке уже изобретены. И НПЗ при достаточном оснащении легко может выпускать востребованный рынком набор продуктов в оптимальных пропорциях, получая при этом максимальную прибыль. Тем не менее и в применяемых сегодня технологических процессах есть узкие места. А именно — получение маловостребованных углеводородных фракций, чьи химические свойства предполагают крайне небольшой перечень сфер полезного использования. Повышение экономической привлекательности таких фракций — одно из направлений развития современной нефтепереработки. Для получения высокооктановых компонентов бензина из низкомаржинальных фракций «Газпром нефть» в партнерстве с резидентом «Сколково» компанией «НГТ-cинтез» разрабатывает уникальную отечественную технологию — ароформинг. В 2018 году пилотный проект перейдет в фазу опытно-промышленных испытаний. В случае успеха новая установка появится на Омском НПЗ.
Из грязи в князи
Ароформинг представляет собой одностадийный каталитический процесс, который позволяет из побочных продуктов нефтепереработки — низкооктанового бензина газового стабильного (БГС) и олефинсодержащего газа (см. глоссарий) — получить основу для производства бензина АИ-92 с октановым числом в диапазоне В качестве третьего сырьевого компонента в технологическом процессе используется доступный и недорогой метиловый спирт.
Традиционно БГС с октановым числом порядка 60 единиц, которого только на Омском НПЗ в результате процессов переработки ежегодно получают более 300 тыс. тонн, считается головной болью нефтепереработчиков. С облагораживанием этого продукта не справляется ни одна из существующих технологий получения товарных бензинов. В составе БГС преобладают высокомолекулярные парафиновые углеводороды С7. Их можно перерабатывать с помощью процессов изомеризации или риформинга. Но в ходе изомеризации не удается повысить октановое число конечного продукта до 90 единиц и больше, а риформинг не обеспечивает снижение содержания бензола до соответствия требованиям стандарта «Евро-5».
Чаще всего БГС направляют на пиролиз, на выходе получая сырье для нефтехимических процессов. Некоторые производители фасуют БГС в качестве растворителя для лакокрасочных изделий. Что касается олефинсодержащего газа, который также называют сухим газом каткрекинга, то его обычно сжигают в заводских печах в качестве топлива. «В составе сырьевой смеси для ароформинга 20% — это олефинсодержащий газ. Таким образом, значительная часть этого газа с Омского НПЗ может быть преобразована в бензиновую фракцию, — отмечает главный специалист управления научно-технического развития департамента развития нефтепереработки и нефтехимии „Газпром нефти“ Валерий Головачев. — У технологии есть еще одно преимущество: она нетребовательна к октановому числу исходного сырья и допускает его широкие колебания, позволяя в любом случае вытянуть в конечном продукте нужный нам октан 90 и выше».
Технологическая эволюция
С точки зрения химии новая технология объединила в себе процессы изомеризации и риформинга, но проходит при более мягких условиях — меньшей температуре и давлении. Весь процесс идет в присутствии катализаторов на основе цеолита. При этом, в отличие от той же изомеризации, катализаторы ароформинга не содержат драгоценных металлов.
Технология, родственная ароформингу, была разработана в нашей стране еще в годах прошлого века. Первый процесс получил название цеоформинг, обозначив таким образом использование цеолитных катализаторов. Цеоформинг был опробован в промышленных условиях и даже внедрен в производство на ряде миниНПЗ, однако широкого применения так и не получил. К вопросу вернулись уже в двухтысячных. Компания «НГТ-синтез» вовлекла в процесс метанол, дав новой технологии название метаформинг. Именно он и стал прообразом ароформинга.
«Специалисты „Газпром нефти“, Омского НПЗ и „НГТ-синтеза“ доработали первоначальную идею, экспериментируя с различными видами низкомаржинального сырья. В результате мы получили собственную разработку, не имеющую аналогов в мире ни по набору технологических решений, ни по эффективности переработки БГС», — говорит Валерий Головачев.
Химики и технологи смоделировали технологию в лабораторных условиях. Следующий шаг — полномасштабные испытания на специально строящейся в Подмосковье опытно-промышленной установке. На ней будут подобраны оптимальные режимы для первого в мире комплекса ароформинга, который по плану может появиться в Омске в 2022 году.
Перспективная экономика
Использование ароформинга в промышленных масштабах предполагает, что от 80 до 90% от объема БГС, направленного на переработку, превратится в высокооктановый бензин, соответствующий стандарту «Евро-5».
Предварительные расчеты, которые будут уточнены по итогам пилотного проекта, оценивают мощность будущей установки ароформинга в 450 тыс. тонн по сырью, а объем инвестиций — в 3,7 млрд рублей. Это сравнительно небольшие капитальные затраты при сроке окупаемости проекта всего в 6 лет. По выполненным расчетам, ни один из рассмотренных альтернативных путей использования БГС не показал подобного результата.
«За счет того, что реакции проходят при сравнительно невысоких температуре и давлении, мы можем спрогнозировать достаточно простую и легкую конструкцию будущей установки. Использование доступного в необходимых количествах сырья и катализатора без содержания драгоценных металлов делает саму технологию экономически крайне привлекательной. Об этом говорят расчеты специалистов „Газпром нефти“ и сторонних экспертов», — объясняет Валерий Головачев.
В 2020 году уточненный инвестпроект должен выйти на стадию реализации. И специалисты уже предрекают технологии успех на рынке.
«Ежегодный рост мирового спроса на бензин превышает 5,5 млн тонн в год, — говорит генеральный директор компании „НГТ-синтез“ Денис Пчелинцев, — при этом производство именно легкой, в том числе сланцевой нафты, малопригодной для традиционных установок риформинга, растет темпами свыше 12 млн тонн в год. Такая ситуация делает легкую нафту очень недорогим исходным сырьем, которое благодаря ароформингу может эффективно использоваться для производства основы высокооктанового бензина». Денис Пчелинцев отметил также, что ароформинг становится все более актуален в странах, где растет добыча легкой сланцевой нефти, в связи с высоким содержанием в ней углеводородов С7. А также в странах, где ужесточаются требования по снижению выбросов парниковых газов и есть экономические преференции в случае вовлечения спиртов, например биоэтанола, в производство автомобильных бензинов. «Новая технология отвечает всем этим требованиям», — подчеркнул директор компании «НГТ-синтез».
Безусловно, у арофоминга существуют перспективы для дальнейшей коммерциализации, и мы планируем детально их изучить после строительства и запуска промышленной установки на Омском НПЗ. Участие в создании этой технологии еще раз свидетельствует о том, что на текущий момент «Газпром нефть» существенно продвинулась в разработке новых процессов в сфере нефтепереработки. Что немаловажно, все внедренные нами к настоящему времени технологии доказали свою окупаемость. Это означает, что научно-техническое развитие может приносить прибыль и компания идет по правильному пути, уделяя НИОКР особое внимание.
В свою очередь, специалисты «Газпром нефти» рассчитывают на интерес к технологии и в России. В этом случае компания имеет все шансы стать первым среди ВИНК лицензиаром технологического процесса.
Глоссарий
• Название олефинсодержащий газ происходит от английского названия этилена — gas olefiant, «маслородный газ». В данном случае имеется в виду газ, образующийся в результате реакций каталитического крекинга.
• Бензол традиционно считается одним из наиболее токсичных углеводородов, входящих в состав автомобильных бензинов. В связи с этим количество бензола в топливе ограничено современными стандартами до минимума.
• Пиролиз — процесс высокотемпературного превращения углеводородов — основной способ получения этилена и пропилена. В промышленных условиях пиролиз углеводородов осуществляют при температурах 800—900°C и при давлениях, близких к атмосферному.
• Ароформинг — одностадийный каталитический процесс, который позволяет из побочных продуктов нефтепереработки — низкооктанового бензина газового стабильного (БГС) и олефинсодержащего газа — получить высокооктановые компоненты для производства бензина АИ-92 с октановым числом в диапазоне В качестве третьего сырьевого компонента в технологическом процессе используется метиловый спирт.
Источник
Способ получения высокооктанового топлива
Номер журнала:
Рубрика:
Главное достоинство этанолсодержащего топлива – уменьшение количества монооксида углерода, оксидов азота и сажи в отработавших газах двигателей и, конечно же, производство из биологически возобновляемого сырья. Производство и использование этанола в качестве добавки в бензин динамично увеличивается.
| ГОУ ВПО «Ижевский государственный университет» |
| Шуклин Сергей Григорьевич, профессор, д.х.н. |
| Михайлов Юрий Олегович, профессор, д.т.н. |
| Абрамов Иван Васильевич, профессор, д.т.н. |
| Шуклин Дмитрий Сергеевич, магистрант |
В качестве добавки в бензин (упрощенная формула — С7Н14) широкое применение получил этанол (этиловый спирт С2Н5ОН), или иначе называемый «биоэтанол». Биоэтанол – этанол (этиловый спирт, этанол, винный спирт, C2H5OH), производимый из биомассы и/или биологически разлагаемых компонентов отходов и используемый в качестве биотоплива [Распоряжение Европейского парламента и Совета Европейского союза от 8 мая 2003 года №30 «О мерах по стимулированию использования биологического топлива и других видов возобновляемого топлива в транспортном секторе»].
Главное достоинство этанолсодержащего топлива – уменьшение количества монооксида углерода, оксидов азота и сажи в отработавших газах двигателей и, конечно же, производство из биологически возобновляемого сырья. Производство и использование этанола в качестве добавки в бензин динамично увеличивается.
Необходимое сокращение вредных выбросов в атмосферу с отработанными газами автомобильного транспорта ведет к ужесточению экологических требований к моторному топливу. В первую очередь это касается ограничения использования свинецсодержащих присадок. Возможные пути ограничения – замена их менее токсичными октаноповышающими, например кислородсодержащими добавками, разработка октаноповышающих технологий модификации топлива.
Для получения высокооктанового топлива используются различные технологии обработки бензина и добавки к бензинам. В частности, для получения высокооктанового топлива в его состав вводят многокомпонентные добавки, содержащие спирт.
Одним из существенных недостатков октаноповышающих технологий получения топлива с использованием этилового спирта является его малая фазовая стабильность в присутствии воды, что приводит к нарушению гомогенности фаз при понижении температуры.
Разделение композиции на бензиновый и водноспиртовой слои затрудняет работу двигателя внутреннего сгорания вследствие частичного замерзания топлива в баках.
Для устранения указанного недостатка из спиртово-бензиновой смеси удаляют воду, используют различные сорастворители и стабилизаторы.
Имеются технологии получения высокооктанового топлива без использования этилового спирта и свинцовосодержащих добавок.
Например, известен способ получения высооктанового бензина путем каталитического риформинга прямогонной бензиновой фракции, фракционирование 30-90 масс. % бензина каталитического риформинга с выделением фракции, выкипающей в интервале 35-1500С, и последующего смешения выделенной фракции с бензином каталитического риформинга и алкилатом 40-70, 10-30, до 100% от массы смеси соответственно (патент СССР №2009167, МКИ С G 59/0, 1992).
Однако этот способ не позволяет получить бензин с октановым числом 95 и выше без добавления этиловой жидкости. Кроме того, новыми ГОСТами на топливо количество ароматических углеводородов, особенно бензола, образующихся в процессе каталитического риформинга, ограничено.
Известен способ получения высокооктанового бензина, включающий каталитический риформинг бензиновой фракции, фракционирование части бензина каталитического риформинга с последующим получением целевого продукта смешением выделенных фракций с алкилатом. Перед осуществлением каталитического риформинга прямогонную бензиновую фракцию НК-1600С предварительно подвергают гидроочистке и фракционированию с получением фракций НК-850С и НК-850–КК, затем фракцию НК-850С подвергают изомеризации с образованием изомеризата, 10-40 мас.% бензина каталитического риформинга подвергают фракционированию с получением фракции, выкипающей в интервале НК-1100–КК, и целевой продукт получают смешением фракции бензина каталитического риформинга НК-1100–КК, бензина каталитического риформинга, алкилата и изомеризата, взятых в определенных соотношениях (патент РФ №2078792, МКИ C 10 G 63/00, 1997).
Недостатком этого способа так же, как и в предыдущего, является повышенное содержание ароматических углеводородов в целевом продукте, в частности, бензола, что ухудшает его экологические характеристики.
Известен способ получения высокооктанового бензина, заключающийся в том, что прямогонную бензиновую фракцию НК-1600 подвергают гидроочистке и затем фракционированию с получением фракций НК-850 и -850–КК, фракцию НК-850 подвергают изомеризации с образованием изомеризата, а фракцию 850–КК подвергают каталитическому риформингу, затем 10-60 мас.% бензина каталитического риформинга фракционируют с получением фракций НК-850С, 85-1400С, 140-2000С, 2000С–КК и для получения целевого продукта выделенные фракции смешивают с изомеризатом в определенных соотношениях. Для снижения доли высокоароматизированных компонентов в этом способе предлагается дополнительно вводить определенное количество алкилбензина и/или прямогонной фракции НК-850С, и/или бензина каталитического крекинга, и/или до 15% простых эфиров спиртов С1-С5 или их смесей с низшими спиртами С1-С4 . Без добавления этиловой жидкости может быть получен только бензин А-76 и АИ-80 (патент РФ№ 2153523, от 27.07.2000 МКИ С 10 L 1/04, С 10 G 69/08).
Недостатком этого способа является многостадийность, относительно небольшое повышение октанового числа и относительно невысокое снижение доли ароматических углеводородов, в том числе бензола.
Известен способ получения высокооктанового автомобильного топлива, включающий смешение исходного прямогонного бензина или бензина А-76 с этиловой жидкостью. Причем в качестве этиловой жидкости берут этиловый спирт концентрацией 92-96%, смешение бензина и этилового спирта проводят в соотношении 75-85 об.% и 15-25 об.% или 15-25 об.% и 75-85 об.% соответственно, полученную смесь нагревают до 40-900С и выдерживают при этой температуре 20-30 минут, затем охлаждают и выдерживают в течение 10-15 минут (патент РФ №2246526 МКИ C 10 L1/18, от 05.11.2003).
Недостатком известного изобретения является недостаточно высокая устойчивость спиртово-бензиновой смеси.
Перед учеными ИжГТУ была поставлена задача не только получить высокооктановое топливо, но и улучшить фазовую стабильность спиртово-бензиновой смеси. По результатам работы был получен патент (от 07.06. 2006, заявка № 120048).
Изобретение относится к производству моторных топлив (а именно — к технологии получения высокооктановых автомобильных топлив) и может быть использовано как на технологических линиях по получению автомобильных топлив, так и на отдельных стандартных установках, обеспечивающих простое перемешивание компонентов.
Предлагаемый способ получения высоко-октанового топлива характеризуется параметрами бензино-спиртовых смесей, приведенными в таблице.
Получение высокооктанового топлива осуществлялось следующим образом.
Этиловый спирт концентраци ей 92-96 % смешивался с поверхностно-активным веществом. Смешение композиции бензина с алифатическими спиртами С3-С12 и этилового спирта с поверхностно-активным веществом проводят в соотношении 70-80 об.% и 20-30 об.% соответственно. Полученную смесь диспергируют с помощью ультразвукового генератора в течение 5-20 минут для повышения устойчивости ее фазового расслоения. Время фазовой стабильности смеси составляет более 6 месяцев.
В результате был разработан способ получения топлива с более высокими октановыми числами и низким содержанием ароматических углеводородов, в котором содержится меньшее количество СО2 и окислов азота в отработанных газах. При этом значительно увеличилось время фазовой стабильности и гомогенности спиртово-бензиновой смеси. К несомненным преимуществам спиртосодержащего бензина относится и возможность увеличения степени сжатия (до ? = 12-14), а, следовательно, и КПД двигателя.
Полученные смеси исследовались общеизвестными способами в соответствии с ГОСТ 8226-82, ГОСТ 2177-99, ГОСТ 511-82, ГОСТ 2084-77.
Представленные результаты показывают, что для получения топлива с высокими октановыми числами разработан способ, который может быть использован в условиях больших производств, а также на автозаправочных станциях, производящих спиртзаводах и т.д. Кроме получения бензина с высокими октановыми числами, при этом возрастает время фазовой стабильности расслоения смеси, что в свою очередь позволяет увеличить время хранения и сохранения гомогенности фаз.
Источник
