Оптимизация процесса изомеризации пентан-гексановой фракции

АННОТАЦИЯ

Постоянное ужесточение требований к содержанию бензола и ароматическим углеводородов в автобензинах выводит на первый план применение процессов получения неароматических компонентов, одним из которых является изомеризация. Этот процесс, хотя и является самым распространенным и экономичным способом получения высокооктановых неароматических компонентов, тем не менее, требует постоянного совершенствования – снижения капитальных и эксплуатационных затрат, повышения надежности эксплуатации и улучшения экологических характеристик установок изомеризации легких фракций.

В статье произведен литературный обзор последних тенденций развития изомеризации, а также проведено исследование результатов работы промышленных катализаторов ИПМ-02 и СИ-2.

ABSTRACT

The constant tightening of requirements for the content of benzene and aromatic hydrocarbons in gasoline brings to the fore the application of processes for the production of non-aromatic components, one of which is isomerization. This process, although it is the most common and economical way to produce high-octane non-aromatic components, nevertheless requires continuous improvement - reducing capital and operating costs, increasing operational reliability and improving the environmental characteristics of light fraction isomerization units.

The article provides a literature review of the latest development trends of isomerization, as well as a study of the results of the industrial catalysts IPM-02 and SI-2.

Ключевые слова: изомеризация, катализатор, платина, бензин, цеолит.

Keywords: isomerization, catalyst, platinum, gasoline, zeolite.

В последние годы потребность в высококачественных автомобильных бензинах существенно выросла. Это связано с принятием стандарта Евро-5, ужесточающего требования к бензинам. С одной стороны, вводятся ограничения на содержание ряда вредных веществ. Общее допустимое  количество ароматических соединений ограничено величиной 35% об., а содержание бензола не более 1% об. Одновременно с этим увеличивается требование по октановому числу. Для бензинов, соответствующих стандарту Евро-5, оно составляет не менее 95 пунктов ИОЧ [10].

В связи с новыми экологическими требованиями возникает необходимость расширения производства высокооктановых неароматических компонентов бензина. Одним из них является процесс изомеризации легких бензиновых фракций.

Одним из самых передовых процессов получения высокооктановых компонентов моторных топлив является изомеризация [3].

Доступность на НПЗ сырьевого резерва в виде легких бензиновых фракций является стимулом к расширению объема производства бензина-изомеризата. Процесс изомеризации направлен на получение высокооктановых компонентов товарного бензина из низкооктановых фракций нефти путём структурного изменения углеродного скелета.

Другим важным преимуществом изомеризата является низкая чувствительность. Разница между октановыми числами, определенными по исследовательскому и моторному методам, составляет 2-3 пункта. Помимо этого у алканов, как нормальных, так и разветвленных, близки октановые числа в чистом виде и октановые числа смешения.

Бензины процессов изомеризации имеют низкие температуры кипения и высокую испаряемость. Это обуславливает хорошие пусковые свойства, в том числе возможность легкого запуска двигателя при низкой температуре. В то же время высокое октановое число вкупе с высокой испаряемостью приводит к выравниванию детонационной характеристики по всему фракционному составу.

Таким образом, перечисленные выше преимущества делают изомеризат практически незаменимым при производстве автомобильных бензинов, удовлетворяющих последним экологическим требованиям.

Прежде всего выбор технологии изомеризации определяется эффективностью катализатора. При любом промышленном оформлении процесса желателен катализатор с максимальной активностью, работающий при минимальной температуре. [9].

В работе исследовалось два вида катализатора, применяемых в промышленном масштабе в процессе изомеризации:

– ИПМ-02 является катализатором среднетемпературной изомеризации и представляет собой морденит (алюмоокисный носитель) с нанесенной на него платиной,  активным компонентом катализатора служит синтетический цеолит – морденит в водородной форме;

– СИ-2 является катализатором низкотемпературной изомеризации и представляет сульфатированный оксид циркония, модифицированный добавкой оксида алюминия [1].

Процесс проводился на лабораторной установке каталитических процессов.     В ходе лабораторных исследований был проведен аналитический анализ продуктов изомеризации и степень их конверсии в комбинированной работе катализаторов ИПМ-02+СИ-2 и при работе катализатора СИ-2.

Результаты усредненных анализов приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Углеводородный состав продуктов изомеризации

Степень конверсии показана в таблице 2.      

Таблица 2.

Степень конверсии С₅-С₆

Сравнение работы катализаторов ИПМ-02 и СИ-2 показало что выход изопентана и конверсия пентана выше при работе на катализаторе СИ-2 в результате поиска оптимального катализатора были выявлены следующие тенденции в развитии процесса изомеризации легкой бензиновой фракции:

1) Переход к использованию низкотемпературных катализаторов.

2) Наиболее совершенными из низкотемпературных катализаторов изомеризации являются платиновые, нанесенные на сульфатированный оксид циркония. Они устойчивы к примесям и способны подвергаться регенерации [3].

В связи с тем, что цеолитные катализаторы относятся к предыдущему поколению катализаторов изомеризации и не обеспечивают достаточной глубины изомеризации, в настоящее время внедряется более эффективный процесс изомеризации на оксидном катализаторе СИ-2 [2].

Особенностью отечественного катализатора СИ-2 является высокая изомеризующая активность, не уступающая импортным хлорированным алюмооксидным катализаторам, при значительно более высокой устойчивости к действию каталитических ядов. К преимуществу СИ-2 можно также отнести возможность проведения регенерации [8].

Преимущества катализатора СИ-2 определяются его каталитическими свойствами:

1) Низкая рабочая температура (120-140)⁰С (экономический и экологический эффект по сравнению с среднетемпературной и высокотемпературной изомеризацией);

2) Катализатор не требует специальной, глубокой осушки сырья;

3) Не требуется подача каких-либо хлорсодержащих реагентов и соответственно отсутствует блок защелачивания.

4) Катализатор устойчив к проскокам азота и воды, технологические нарушения не приводят к безвозвратной потере активности.

5) Катализатор СИ-2 отличается уникальной сероустойчивостью. Поэтому процесс, при необходимости, можно проводить без предварительной гидроочистки сырья.

6) Катализатор имеет низкую коксуемость и высокую стабильность. Это обеспечивает межрегенерационный период 2-3 года и общий срок службы 8-10 лет.

Уникальная разработка ООО "НПП Нефтехим" технология изомеризации пентан-гексановых фракций «Изомалк-2» с использованием оксидного нехлорированного катализатора СИ-2 - стала эффективным решением для получения высокооктанового неароматического компонента автобензинов на многих российских НПЗ. В настоящее время в России эксплуатируется 11 установок по этой технологии, а это около 60% от всего количества изомеризата, вырабатываемого ежегодно в России. Причиной такого успеха российской разработки являются значительные технологические преимущества перед другими известными технологиями и катализаторами, разработанными мировыми лидерами — компаниями  UOP   и Axens [7].

Также намечается тенденция по использованию заводами разработками отечественных проектных организаций. Это связано с нынешними экономическими реалиями, введенными против России секторальными экономическими санкциями, а также общего курса страны на импортозамещение. В данном случае речь идет об использовании процесса Изомалк-2 ОАО «НПП Нефтехим». Используемый в данном процессе катализатор СИ-2 зарекомендовал себя как катализатор с хорошими эксплуатационными характеристиками, по которым он не уступает зарубежным аналогам. Также необходимо отметить его относительную дешевизну по сравнению с продуктами зарубежных компаний [8].

Выводы. В настоящее время в процессе изомеризации на НПЗ стараются применяются наиболее эффективные низкотемпературные катализаторы. Они представляют собой нанесенную на хлорированный оксид алюминия или на сульфатированный диоксид циркония платину. Применявшиеся ранее высокотемпературные катализаторы, представляющие собой нанесенную на фторированный оксид алюминия платину, а также среднетемпературные платиновые катализаторы, нанесенные на цеолит, признаны неэффективными по причине высоких температур и выходят из употребления. [1, 10].

Список литературы:
1. Ясакова Е.А. Тенденции развития процесса изомеризации в России и за рубежом / Е.А Ясакова, А.В. Ситдикова, А.Ф. Ахметов // Нефтегазовое дело. - 2010. - №1 - С.153-161.
2. Иванова А.А., Гильмутдинов А.Т. Исследование низко- и среднетемпературной изомеризации пентан-гексановой фракции / Нефтегазовое дело. - 2013. - №1 - С.341-347.
3. Строкин А.В., Черкасова Е.И. Основные тенденции процесса изомеризации // Вестник Казанского технологического университета. – 2014. Т.17 - №8 – С.66-68.
4. Арсланов А.Н., Абдуллин А.И. Перспективы развития процесса изомеризации // Вестник технологического университета. - 2015. Т.18 - №19 -С.39-40.
5. Капустин В.М. Технология производства автомобильных бензинов. М.: Химия, 2015. – С.254.
6. Кузьмина Р. И., Заикин М. А., Манин С. Д., Мендагалиева Д. Р. Повышение активности промышленного катализатора изомеризации парафиновых углеводородов // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2017. Т. 17, вып. 1. С. 24–29. DOI: 10.18500/1816-9775-2017-17-1-24-29.
7. ООО "НПП Нефтехим". Лучшие отечественные решения для повышения эффективности производства высокооктановых бензинов класса К5 // Экспозиция Нефть Газ. - 2017. - №2 (55). - С.122-123.
8. Куприянова А.В. Каталитическая изомеризация пентанов и гексанов // Химические технологии. - 2017. - №11 (35). - С.15-19.
9. Плешакова Н.А., Рохманько Е.Н., Лаптева А.Ю., Иващенко И.С. Эксплуатация установок изомеризации НПЗ ПАО "НК "Роснефть" (ПАО АНК "Башнефть") // Химические технологии. - 2018. - №7. - С.21-22.
10. Казанцев Е.О. Аналитический обзор катализаторов изомеризации легкой бензиновой фракции // Вестник магистратуры. - 2019. - №1-2 (88). -С.17-22.
11. Казанцев Е.О., Анищенко О.В. Модернизация установки изомеризации легкой бензиновой фракции путем замены катализатора // Молодой ученый. - 2019. -№19 (257). - С.28-29.