ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗОМЕРИЗАЦИИ И РИФОРМИНГА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА БЕНЗИНА

АННОТАЦИЯ

В данной статье исследована эффективность процессов каталитического риформинга и изомеризации при повышении октанового числа бензина. В результате изомеризации, проведённой с участием катализатора Pt/WO₃/ZrO₂, в фракциях C₄–C₆ увеличилась доля изопарафинов, что привело к повышению октанового числа с 68 до 90. В процессе каталитического риформинга на основе катализатора Pt–Sn/Al₂O₃ за счёт образования ароматических углеводородов октановое число было доведено до 96. Полученные результаты демонстрируют экологическую безопасность изомеризации и преимущество риформинга в получении высокооктановых продуктов, а также подтверждают эффективность комплексного применения данных процессов для производства бензина высокого качества.

ABSTRACT

This article investigates the efficiency of catalytic reforming and isomerization processes in increasing the octane number of gasoline. As a result of isomerization carried out using a Pt/WO₃/ZrO₂ catalyst, the proportion of isoparaffins in the C4–C6 fractions increased, leading to a rise in the octane number from 68 to 90. During the catalytic reforming process based on a Pt–Sn/Al₂O₃ catalyst, the octane number was increased to 96 due to the formation of aromatic hydrocarbons. The obtained results demonstrate the environmental safety of isomerization and the advantage of reforming in producing high-octane products, as well as confirm the effectiveness of the combined application of these processes for the production of high-quality gasoline.

Ключевые слова: бензин, октановое число, изомеризация, Pt/WO₃/ZrO₂, риформинг, Pt–Sn/Al₂O₃, катализатор, пентан, гексан, изопарафин, каталитический процесс, нефть, топливо.

Keywords: gasoline, octane number, isomerization, Pt/WO₃/ZrO₂, reforming, Pt–Sn/Al₂O₃, catalyst, pentane, hexane, isoparaffin, catalytic process, crude oil, fuel.

Введение. В настоящее время в нефтеперерабатывающей промышленности повышение качества моторных топлив является одной из важнейших задач. В частности, актуальными являются вопросы увеличения октанового числа бензина, обеспечения его стабильного сгорания в двигателе, а также производства продукции, соответствующей экологическим требованиям. С этой точки зрения процессы каталитического риформинга и изомеризации занимают важное место в улучшении компонентов бензина. Данные процессы направлены на глубокую переработку нефтяных фракций и позволяют получать моторные топлива высокого качества [1, с. 305-306].

Каталитический риформинг в основном направлен на превращение низкооктановых нафтовых фракций в высокооктановые ароматические углеводороды. В ходе данного процесса нормальные парафины и нафтены при высокой температуре и в присутствии специальных катализаторов подвергаются реакциям дегидрирования, дегидроциклизации и изомеризации. В результате октановое число бензина значительно повышается и получается реформат, богатый ароматическими углеводородами. Кроме того, в процессе каталитического риформинга выделяется значительное количество водорода, который используется как ценное сырьё в других гидропроцессах.

Процесс изомеризации в основном ориентирован на превращение нормальных парафинов диапазона C₄-C₆ в их изомеры. При этом молекулярный состав углеводородов не изменяется, происходит лишь перестройка их структуры.

В результате н-парафины превращаются в изо-парафины с более высоким октановым числом. Основным преимуществом изомеризации является то, что в данном процессе не образуются ароматические углеводороды, и получается экологически чистый компонент бензина [2, с. 270].

Актуальность данных двух процессов тесно связана с современными экологическими и технологическими требованиями. В настоящее время во многих странах усиливаются требования по ограничению содержания ароматических углеводородов. В связи с этим процесс изомеризации приобретает важное значение при производстве экологически чистых топлив. В то же время каталитический риформинг, наряду с получением высокооктанового бензина, способствует повышению общей эффективности нефтеперерабатывающего комплекса.

С точки зрения эффективности каталитический риформинг обеспечивает получение высокооктанового продукта и водорода, тогда как процесс изомеризации отличается низкими энергетическими затратами и экологической безопасностью. Комплексное применение данных процессов позволяет нефтеперерабатывающим предприятиям производить бензин высокого качества, конкурентоспособный и соответствующий экологическим требованиям [6, с. 4].

Материалы и методы исследования. Методика исследования процесса изомеризации.

Процесс каталитической изомеризации предназначен для получения высокооктановых компонентов бензина, а также сырья для нефтехимической промышленности. В качестве сырья для процесса используются н-бутан, лёгкие фракции прямой перегонки с начальной температурой кипения 52 °С, рафинаты каталитического риформинга - н-пентан, н-гексан, а также их смеси, выделяемые в процессе газофракционирования.

Настоящее исследование проводилось с использованием комплекса теоретических и экспериментальных методов. В качестве основного объекта исследования были выбраны лёгкая бензиновая фракция C₅-C₆, полученная в процессе первичной переработки нефти, а также нафтено-парафиновая тяжёлая бензиновая фракция [3, с. 80-92].

Характеристики ряда высокоэффективных катализаторов, применяемых в процессе изомеризации, приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Высокоэффективные катализаторы для процесса изомеризации

Процесс изомеризации изучался в лабораторных условиях с участием катализатора Pt/WO₃/ZrO₂.

Эффективность процесса оценивалась путём определения состава сырья и продукта методом газовой хроматографии. Для образцов, взятых до и после изомеризации, октановое число определялось стандартным моторным методом, после чего проводился анализ изменений [4, с. 390].

Методика исследования процесса каталитического риформинга.

Процесс риформинга проводился с участием катализатора Pt–Sn/Al₂O₃. Условия проведения процесса были заданы следующим образом:

Таблица 2.

Сравнение промышленных катализаторов для каталитического риформинга

Содержание ароматических углеводородов, изопарафинов и газообразных продуктов в полученных образцах определялось методом хроматографии, после чего оценивалась связь с увеличением октанового числа.

Результаты и обсуждения. Полученные экспериментальные данные подвергались сравнительной и статистической обработке, что позволило определить относительную эффективность процессов изомеризации и риформинга в повышении октанового числа. Кроме того, были оценены показатели энергопотребления, экологические характеристики и возможности промышленного применения процессов.

Режим процесса изомеризации может варьироваться в различных диапазонах в зависимости от используемых катализаторов.

В результате изомеризации наблюдалось увеличение доли изопарафинов в фракциях C₅-C₆ и снижение содержания нормальных парафинов, что значительно повысило детонационную стойкость бензина [5, с. 355].

Таблица 3.

Изменение октанового числа в процессе изомеризации

Из таблицы видно, что после процесса изомеризации доля изопарафинов увеличилась почти в 2,7 раза, а октановое число возросло на 22 единицы. Практически неизменное содержание ароматических углеводородов указывает на экологическое преимущество процесса.

В исследовании было установлено, что при изомеризации в диапазоне температур 120-180 °C повышение температуры сопровождается ростом октанового числа. Оптимальная температура наблюдалась в пределах 160-170 °C, при более высоких температурах из-за побочных реакций наблюдается стабилизация октанового числа.

В результате процесса риформинга содержание ароматических углеводородов значительно увеличилось, и октановое число бензина достигло высоких значений.

Таблица 4.

Результаты процесса каталитического риформинга

Процесс риформинга увеличил содержание ароматических углеводородов более чем в 3 раза и довёл октановое число до 96. Однако высокая доля ароматических соединений является важным фактором с точки зрения экологических ограничений.

Процесс риформинга увеличил содержание ароматических углеводородов более чем в 3 раза, доведя октановое число до 96. Однако высокая доля ароматиков является важным фактором с точки зрения экологических ограничений. Показатели процессов изомеризации и риформинга для повышения октанового числа бензина приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Результаты анализа процессов изомеризации и риформинга

Заключение. Сравнительный анализ показал, что процесс изомеризации выделяется низким энергопотреблением, высокой экологической безопасностью и целесообразностью для переработки лёгких бензиновых фракций. Каталитический риформинг, в свою очередь, обладает преимуществом при получении высокооктанового продукта и водорода из тяжёлых бензиновых фракций. Таким образом, комплексное применение этих процессов является наиболее эффективным способом обеспечения производства бензина высокого качества, соответствующего экологическим требованиям и конкурентоспособного на рынке.

Список литературы:

1. Chekantsev N.V., Kravtsov A.V., Ivanchina E.D., Gyngazova M.S. Mathematical modeling of pentane-hexane fraction isomerization process on Si-2 catalys // XVIII International Conference on Chemical Reactors Chemreactor-18 Malta September 29 - October 3, 2008, 305-306 с.
2. Гуреев А. А. Каталитический риформинг бензинов. - М.: Недра, 2016. – 368 с.
3. Маликов И.Д. Каталитическая изомеризация углеводородов в присутствии носителей, модифицированных ионными жидкостями: дис. канд. техн. наук: 05.17.07: защищена 05.07.17 / И.Д. Маликов. - Астрахань, 2011. - 142 с.
4. Gary J. H., Handwerk G. E., Kaiser M. J. Petroleum Refining: Technology and Economics. - New York: CRC Press, 2020. - 480 p.
5. Saidov L.E, Turakulova M.Q, Begutjanova S.Yu. Benzin oktan sonini oshirishning izomerizatsion jarayonini tadqiq qilish // Development of Science, yanvar. – 2026, №1, vol 3, B. 355-360.
6. Patenti: RU 2277526 C1.
7. Patenti: RU 2 748 268 C1.