Способ снижения ароматических углеводородов в составе автобензина

АННОТАЦИЯ

Проблема получения экологически безопасных автомобильных бензинов частично сводится к уменьшению содержания в них бензола до 1% об. Как известно, основным источником бензола в товарных бензинах является риформат, содержание бензола в котором достигает 5-8% масс.

В работе показано получение никельвольфраммедьсодержащих катализаторов и определение их гидроизомеризующих свойств в модельной смеси для производства бензина, соответствующего требованиям Евростандарта-5 по бензолу и ароматическим углеводородам методом гидроизомеризации бензолсодержащих фракций.

ABSTRACT

The problem of obtaining environmentally friendly automobile gasolines is partially reduced to a decrease in their benzene content to 1% vol. As you know, the main source of benzene in commercial gasoline is reformate, the benzene content of which reaches 5-8% of the mass.

The work shows the preparation of nickel-tungsten-copper-containing catalysts and the determination of their hydroisomerizing properties in a model mixture for the production of gasoline that meets the requirements of Eurostandard-5 for benzene and aromatic hydrocarbons by the method of hydroisomerization of benzene-containing fractions

Ключевые слова: бензин, бензол, катализатор, гидроизомеризация.

Keywords: gasoline, benzene, catalyst, hydroisomerization.

Введение. В мире из года в год спрос на автомобильный бензин растет из-за увеличения количества автомобильных транспортных средств. В результате увеличение спроса на моторное топливо приведет к увеличению вредных выбросов в атмосферу. Многие развитые страны Америки, Европы и другие под защитой экологии ужесточают требования к топливам [1, с. 531].

В мире по производству экологически чистых  автомобильных бензинов, которые сохраняют свою химическую и дисперсионную стабильность в различных эксплуатационных условиях, необходимо обосновать ряд решений в этой области, в частности, определение влияния химического состава и коллоидно-химических свойств отечественных автомобильных бензинов на их экологические и эксплуатационные свойства; изучение коллоидно-химических закономерностей, получения диспергириющих модификаторов, улучшающих качество бензина на основе легких бензиновых фракций, а также получение компаундированием их с фракцией тяжелого топлива новых бензиновых композиции; разработка оптимальных условий процесса получения бензина, отвечающих современным экологическим требованиям на основе местного низкооктанового бензина[2, с. 3; 3, с. 24-28; 4, с. 3]. На сегодняшний день в республике по разработке новых видов топлив в нефтегазовой промышленности достигнуты теоретические и практические результаты. В этом направлении на основе проведенных работ по разработке нефтепродуктов и применение нетрадиционных способов для интенсификации процессов переработки достигнуты важные результаты. В третьем направлении Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан намечены важные задачи «дальнейшая модернизация и диверсификация промышленности путем перевода ее на качественно новый уровень, направленные на опережающее развитие высокотехнологичных обрабатывающих отраслей, прежде всего по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов». В этом аспекте, в частности, важную роль играет научное исследование, направленное на производство бензина, отвечающего современным экологическим требованиям, на основе местного низкооктанового бензина.

Одним из наилучших способов для снижения содержания бензола является использование процесса гидроизомеризации бензолсодержащих фракций, в том числе легкой фракции риформинг бензина, в основном состоящих из углеводородов С₅-С₇ и включающих до 30% масс. бензола.

В ходе этого процесса бензол удаляется за счет гидрирования, а компенсация потерь октанового числа жидких продуктов может быть достигнута за счет изомеризации образующегося циклогексана (ЦГ) в метилциклопентан (МЦП). Для эффективного проведения процессов гидроизомеризации бензолсодержащих бензиновых фракций необходим бифункциональный катализатор, одновременно имеющий как развитые гидрирующие свойства для превращения аренов в циклоалканы, так и кислотные свойства для изомеризации циклоалканов и алканов [5, с. 347]. Дефицит и высокая стоимость катализаторов, включающих благородные металлы, их безвозвратные потери в процессе эксплуатации делают актуальной задачу поиска и разработки катализаторов, не содержащих драгоценных металлов, в частности каталитически активных систем на основе оксидов других металлов [6, с 44]. Исходя из этого, с целью изучения гидроизомеризующих свойств катализатора NiWCu/Al₂O₃, процесс гидроизомеризации проводили в модельном бензолсодержащем сырье. В качестве модельного сырья использовалась смесь гептан – бензол.

Объекты и методы исследования: В работе использован комплекс классических и современных методов исследования.

Для приготовления биметаллического никельвольфрамомедь-содержащего катализатора использовали Al₂O₃ фракции 0,5-1 мм. Подложку пропитывали по влагоемкости водным раствором, содержащим одновременно три соли: Cu(NO₃)₂, (NH₄)₅H₅ [H₂(WO₄)₆] и Ni(NO₃)₂ из расчета NiО 5% масс., WО₃ 3% и Cu 1% масс. Образцы оставляли во влажном виде на сутки, затем помещали в сушильный шкаф при 100°С на 3 часа, после чего окисляли в токе воздуха при 400°С 4 часа. Перед каталитическими экспериментами образцы восстанавливали в токе водорода при 300°С в течение 4 часов. Полученные образцы обозначали как NiWCu/Al₂O₃.

Исследование каталитических свойств образца проводили в проточном реакторе с неподвижным слоем катализатора. Перед началом экспериментов образцы активировали в токе водорода при 400°C в течение 4 ч.

Гидроизомеризацию модельной смеси гептан – бензол (43,9% масс. гептана и 56,1% масс. бензола) проводили при давлениях 3-5 МПа, массовой скорости подачи жидкого сырья (МСПС) 8,0 ч^-1, мольном соотношении водород:сырье, равном 8 и температурах 160-260°C.

Анализ сырья и полученных продуктов на содержание индивидуальных углеводородов (бензол, циклогексан, метилциклопентан) проводился на хроматографе «Хром-5». Рабочие условия хроматографического анализа: детектор: ДИП; колонка: материал стекло; диаметр – 3 мм, длина 1200 мм, температура колонок: стартовые 64^оС с последующем подъемом до 180^оС; насадка: носитель – «Хроматон Супер», диаметр – 0,16-0,20 мм, жидкая фаза ОV-225 в количестве 5%; температура испарителя: 200^оС; газ носитель: Гелий, скорость газа 25 мл/мин; объем пробы: 0,4 микролитр; скорость бумаги: 1,5 см/мин; расчеты при помощи встроенного интегратора.

Результаты и их обсуждение. Определялись выходы продуктов гидроизомеризации смеси гептан-бензол, по которым можно судить об эффективности протекания реакций изомеризации. Суммарный выход углеводородов C₁-C₄ и C₅₊ более 100 масс. % связан с поглощением водорода, который происходит в ходе процесса за счет реакций гидрирования, гидрогенолиза и гидрокрекинга.

Результаты гидроизомеризации модельной смеси гептан – бензол на NiWCu/Al₂O₃ катализаторе приведены в табл.1.

Как видно из вышеприведенных результатов, более селективно гидроизомеризация смеси гептан – бензол протекает на катализаторе NiWCu/Al₂O₃ при температуре 220°C и под давлением 5 МПа.

Заключение. Проведенные нами эксперименты показали, что с помощью катализатора NiWCu/Al₂O₃ можно снизить количество ароматических углеводородов и почти полностью удалить бензол из состава автомобильного бензина. Еще эксперименты показали, что в процессе с повышением температуры повышается степень гидроизомеризации углеводородов.

Таблица 1.

Показатели гидроизомеризации модельной смеси гептан-бензол

Исходя из вышеизложенного можно заключить, что получено экологически чистое автомобильное топливо, которое отвечает нормам Евростандарта – 5 и технологически эффективно для местных НПЗ, для чего необходимо проведение процесса гидроизомеризации бензолсодержащей фракции бензина с использованием катализатора NiWCu/Al₂O₃.

Список литературы:
1. Кудакова А.С. Анализ процессов очистки нефтепродуктов // Сб. материалов IV Всероссийской конференции молодых ученных (19-21 октября 2009 г., Томск, Россия). – Томск: Изд-во. Института оптики атмосферы СО РАН, 2009. – С. 531-532.
2. Рассказчикова Т.В., Капустин В.М., Карпов С.А. Этанол как высокооктановая добавка к автомобильным топливам. ХТТМ. – 2004. – №4. С. 3.
3. Онойченко С.Н., Емельянов В.Е., Александрова Е.В. Использование добавок на основе изопропанола при производстве бензинов. ХТТМ. – 2003. -№ 2. – С. 32.
4. Онойченко С.Н., Емельянов В.Е., Крылов И.Ф. Современные и перспективные автомобильные бензины. ХТТМ. – 2003. - №6. – С. 3.
5. Азев В.С., Лебедев С.Р., Митусова Т.Н., Емельянов В.Е. Улучшение качества автомобильных бензинов. Достижения и перспективы. ХТТМ – 1998. - №5. – С. 5.
6. Емельянов В.Е., Симоненко Л.С., Скворцов В.Н. Антидетонационные свойства ферроцена в бензинах различного компонентного состава. ХТТМ. – 2010. - №12. – С. 42-46.