Ароматизация нафты/конденсата для производства бензина с высоким октановым числом

Описание

Краткое описание: Производство высокооктанового бензина из нафты/конденсата

Цель: Переработка низкооктановой нафты или конденсата в высокооктановые компоненты для смешивания бензина, в основном путем каталитического риформинга.

Основные характеристики сырья:

Нафта: Легкая дистиллятная фракция, полученная из атмосферной перегонки нефти (АДУ) или других установок, обычно с диапазоном кипения ~30°C до 200°C. Низкооктановая (октановое число по исследовательскому методу 40-70).

Конденсат: Очень легкие жидкие углеводороды, отделяемые от добычи природного газа. Имеет схожий диапазон кипения с нафтой, но часто более легкий, менее насыщенный (с меньшим количеством тяжелых компонентов), может содержать больше парафинов/нафтенов. Также низкооктановый.

Основной процесс: Каталитический риформинг

Сердцем производства бензина с высоким октановым числом из этих исходных материалов является установка каталитического риформинга (CRU). Данный процесс химически преобразует углеводороды с низким октановым числом в компоненты с высоким октановым числом.

Типовая технологическая схема

1. Предварительная обработка сырья (обязательная):

Назначение: Удаление загрязняющих веществ (сера, азот, вода, металлы), которые необратимо отравляют дорогостоящий катализатор риформинга на основе платины.

Процесс: Гидроочистка (гидрообессеривание - HDS).

Шаги:

Сырьё смешивается с водородсодержащим газом (циркулирующий газ).

Пропускается через катализатор (например, CoMo/Al₂O₃) при высокой температуре (300-400°C) и давлении (20-50 бар).

Серосодержащие соединения (например, меркаптаны) преобразуются в H₂S.

Азотсодержащие соединения преобразуются в NH₃.

Олефины насыщены.

Металлы улавливаются.

Выход: Очищенный бензин/конденсат с очень низким содержанием серы (<0,5 млн⁻¹, часто <0,1 млн⁻¹) и азота.

2. Каталитический риформинг:

Назначение: Преобразование парафинов и нафтенов с низким октановым числом в ароматические углеводороды и разветвленные парафины (изопарафины) с высоким октановым числом.

Основные реакции:

Дегидрирование: Нафтены -> Ароматические углеводороды + Водород (основной источник высокого октанового числа)

Изомеризация: Прямые парафины (н-парафины) -> Разветвленные парафины (и-парафины)

Дегидроциклизация: Парафины -> Нафтены -> Ароматические углеводороды

Гидрокрекинг: (нежелательная реакция, потребляющая сырье) Крупные молекулы -> Мелкие молекулы + Газ (C1-C4)

Типы процессов:

Полу-регенеративное риформирование (SRR): Фиксированные катализаторные слои. Установка периодически останавливается (каждые 6-24 месяцев) для регенерации катализатора. Работает при более высоком давлении (15-30 бар).

Риформирование с непрерывной регенерацией катализатора (CCR): Катализатор постоянно циркулирует между реакторами и отдельным регенератором. Работает при более низком давлении (3-10 бар), что позволяет применять более высокую степень воздействия (более высокое октановое число, больший выход ароматических углеводородов, больше водорода). Наиболее распространенный современный дизайн.

Условия:

Температура: 480-530°C

Давление: 3-30 бар (в зависимости от типа)

Катализатор: Платина (Pt) на оксиде алюминия (Al₂O₃), часто с добавлением промоторов, таких как Рений (Re), Олово (Sn) или Хлор (Cl) (би- или мультиметаллические).

Выход:

Реформат: Высокооктановый жидкий продукт (RON 95-106). Богат ароматическими углеводородами (Бензол, Толуол, Ксилолы - БТК) и разветвленными парафинами.

Водородсодержащий газ: Ценный побочный продукт (используется в гидроочистителях, гидрокрекинг-установках).

СУГ: Легкие газы (C1-C4) из гидрокрекинга.

3. Сепарация продуктов:

Назначение: отделение продукта реформинга от легких газов и водорода.

Процесс:

Стабилизатор/де-бутанизатор: удаляет легкие фракции (газы С4 и легче - СУГ) из жидкого продукта реформинга.

Установка рекуперации газа: отделяет богатый водородом газ от легких углеводородных газов (С1-С4). Водород очищается и возвращается в реакторы реформера и гидроочистки.

4. Фракционирование (необязательно, но часто применяется):

Назначение: разделение стабилизированного продукта реформинга на фракции с определенным диапазоном кипения.

Процесс:

Фракционирующая колонна разделяет:

Легкий реформат: компоненты с низкой температурой кипения, высоким октановым числом (часто богаты бензолом/толуолом). Может потребовать обработки для снижения содержания бензола перед смешиванием с бензином из-за экологических норм.

Тяжелый реформат: компоненты с более высокой температурой кипения (богатые ксилолами и более тяжелыми ароматическими соединениями).

Ключевой продукт:

Реформат: основной компонент высокого октанового числа для смешивания бензина (ОЧ 95-106). Значительно повышает октановое число конечного бензинового продукта.

Ключевые аспекты:

Качество питания: Предварительная обработка абсолютно необходима для защиты чувствительного катализатора риформинга.

Сложность процесса: Более высокая сложность (температура, более низкое давление) увеличивает выход октанового числа и ароматических углеводородов, но также увеличивает скорость дезактивации катализатора и производство газа (СУГ) (снижает выход жидкости).

Катализатор: Платиновые катализаторы необходимы для сложных реакций; непрерывная регенерация (CCR) обеспечивает оптимальную производительность.

Водород: Крупный ценный побочный продукт, важный для других установок гидроочистки на нефтеперерабатывающем заводе.

Управление бензолом: Реформат содержит бензол. Нормативы часто требуют минимизации его концентрации в готовом бензине, что иногда требует дополнительной обработки после риформинга (например, насыщения бензола, извлечения) или тщательного смешивания.

Вывод: Производство высокооктанового бензина из нафты/конденсата зависит от тщательной предварительной очистки сырья (гидроочистки), после чего следует каталитический риформинг, при котором платиновые катализаторы при высокой температуре и давлении преобразуют молекулы в высокооктановые ароматические углеводороды и разветвлённые парафины. После разделения и фракционирования получают риформат — основной компонент высокооктановой смеси, а также ценный водородный газ.

Распределение продуктов (конкретные параметры необходимо проверять в соответствии с образцом)

Природа продукта

Высокооктановый бензин

Примечание: содержание бензола в бензине с высоким октановым числом & gt;1% (оценка)

Типичные свойства сжиженного газа

Каталитическое свойство

Основные свойства катализатора

Часто задаваемые вопросы

1. В: Что такое нафта и конденсат и почему они используются для производства бензина?

О: Нафта представляет собой легкую дистиллятную фракцию, полученную при переработке сырой нефти (обычно углеводороды C5-C12). Конденсат — это очень легкая смесь жидких углеводородов (C5-C10+), извлекаемая при добыче природного газа. Оба этих вещества являются превосходным сырьем для производства бензина, поскольку содержат углеводороды с подходящей молекулярной массой, которые можно преобразовать в высокоценные компоненты бензина.

2. В: Почему нафта и конденсат особенно подходят для производства бензина с высоким октановым числом?

О: Они содержат значительное количество парафинов (н-парафины и изопарафины), нафтенов и ароматических углеводородов. Посредством каталитических процессов, таких как риформинг, нафтены и парафины можно преобразовать в ароматические углеводороды с высоким октановым числом (такие как бензол, толуол, ксилол – БТК) и разветвленные изопарафины, что значительно повышает октановое число.

3. В: Какой основной процесс используется для преобразования нафты/конденсата в бензин с высоким октановым числом?

О: Ключевым процессом является каталитический риформинг. Он использует катализатор (обычно на основе платины) при высокой температуре и умеренном давлении для перестройки молекул. Основные реакции включают дегидрирование нафтенов в ароматические углеводороды, изомеризацию парафинов в изопарафины и дегидроциклизацию парафинов в ароматические углеводороды – все эти процессы значительно повышают октановое число (RON > 90).

4. В: Вся ли нафта/конденсат поступает напрямую в реактор риформинга?

A: Обычно нет. Сначала сырье гидроочищают для удаления примесей, таких как сера и азот, которые отравляют дорогостоящий катализатор риформинга. Для риформинга часто используют определенные фракции нафты (например, тяжелая нафта, с диапазоном кипения ~90-200°C), так как они содержат больше нафтенов, что позволяет получать больше ароматических соединений. Более легкие фракции конденсата могут направляться вместо этого на изомеризацию.

5. В: Помимо риформинга, какие еще процессы могут быть задействованы?

О: Изомеризация: преобразует низкооктановые прямые парафины (н-пентан, н-гексан) в легких нафтеновых/конденсатных фракциях в более высокооктановые разветвленные изомеры.

Алкилирование: объединяет легкие олефины (из ФКК, коксовых установок) с изобутаном для получения очень высокооктановых разветвленных парафинов (алкилата, октановое число 90-98), которые часто добавляют в бензиновую смесь.

Блендинг: Реформат (высокое октановое число, высокое содержание ароматики) смешивается с изомератом (среднее октановое число, низкое содержание ароматики), алкилатом (очень высокое октановое число), оксигенатами (например, этанолом) и, при необходимости, подвергнутым обработке бензином каталитического крекинга для достижения требуемых октанового числа (RON/MON) и спецификации.

6. В: Как именно процесс реформинга увеличивает октановое число?

О: Реформинг преобразует компоненты с низким октановым числом:

Нафтеновые углеводороды (например, циклогексан): Преобразуются в ароматические углеводороды с высоким октановым числом (бензол — RON ~99).

Парафины: Преобразуются в изопарафины с более высоким октановым числом посредством изомеризации или непосредственно в ароматические углеводороды через дегидроциклизацию (например, н-гептан RON 0 → толуол RON ~120).

Также производится водород, ценный побочный продукт.

7. В: Каковы основные преимущества использования нафты/конденсата для производства бензина с высоким октановым числом?

О: Обильное сырьё: Основной компонент нефти и продукции газовой промышленности.

Высокий выход и качество: Реформинг эффективно производит высококачественный реформат, основной компонент для смешивания с высоким октановым числом.

Гибкость: Различные фракции можно направлять на оптимальные процессы (риформинг, изомеризацию).

Ценный побочный продукт: При риформинге образуется водород, необходимый для установок гидроочистки (гидроочистки, гидрокрекинга).

8. В: Каковы ключевые проблемы при производстве бензина с высоким октановым числом из этих сырьевых материалов?

О: Качество сырья: Изменчивость состава (соотношение нафтенов/парафинов, примеси) требует тщательного выбора и предварительной обработки (гидроочистки).

Чувствительность катализатора: Катализаторы риформинга дороги и очень чувствительны к отравляющим веществам (S, N, металлам, воде).

Ограничения по ароматическим углеводородам/бензолу: Риформат содержит высокое количество ароматических углеводородов и бензола, что подчиняется строгим экологическим нормам (требуется насыщение бензола или его извлечение).

Сложность процесса: Увеличение жесткости риформинга повышает октановое число, но ускоряет дезактивацию катализатора (коксование) и снижает выход жидких продуктов.

Капитальные и эксплуатационные расходы: Риформинг и вспомогательные блоки (гидроочистки) требуют значительных инвестиций и эксплуатационных затрат.