Anwendung der Technologie zur Verbesserung der Benzinqualität

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Zusammenfassung: Angesichts der zunehmenden Verdickung und Verschlechterung des Rohöls sowie der immer strengeren Umweltvorschriften bezüglich Energieeinsparung und Emissionssenkung, suchen die verschiedenen Energieerzeugungsunternehmen aktiv nach Wegen, um die Nutzungseffizienz des Rohöls zu steigern, den Anteil an schweren Produkten zu verringern und so den Anteil an leichteren Ölen zu erhöhen. Dadurch kann die Produktion von hochwertigen Produkten gesteigert werden, was wiederum zu besseren wirtschaftlichen Ergebnissen für die Unternehmen führt. Die Lanzhou Petrochemical Company hat auf der Grundlage der tatsächlichen Bedingungen in ihren Anlagen ein optimiertes Verfahren zur Herstellung von Benzin entwickelt – das sogenannte „Drei-Optimierungen-für-eine-Optimierung“-Konzept. Dabei geht es darum, die Produktion der Anlagen für katalytische Kracking-Prozesse, Benzinetherisierung sowie Alkylierung gemeinsam zu optimieren, um so die Effizienz zu maximieren. Dieses Kombinationsverfahren bietet der Lanzhou Petrochemical Company neue Ansätze zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit im Prozess der Aufwertung von Benzin. Es weist eine große Anwendbarkeit auf und hat großes Vorbildpotenzial – seine Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Derzeit ist in unserem Land die Luftverschmutzung in den Großstädten aufgrund von Abgasen von Autos äußerst ernst und stellt ein zentrales Problem dar, das dringend gelöst werden muss, um eine nachhaltige Entwicklung zu gewährleisten. Um die Abgase von Automobilen auf das erforderliche Niveau zu bringen, ist eine der wichtigsten Maßnahmen die Festlegung strenger Standards für Kraftstoffe für Fahrzeuge, um deren Reinheit zu gewährleisten. Tabelle 1: Qualitätsstandards für Benzin – Standards Nation II bis Nation V
Kohlenstoffgehalt, in ug/g: ≤500, 150, 50, 10
Ethengehalt, in Vol-%: ≤35, 30, 25, 25
Aromatengehalt, in Vol-%: ≤40, 40, 35, 35
Benzingehalt, in Vol-%: ≤2,5, 11, 1
Sauerstoffgehalt, in Gew.-%,: ≤2,7, 2,7, 2,7, 2,7
Dampfdruck, in kPa: ≤74/88, 72/88, 65/88, 60/88
Aus der obigen Tabelle geht hervor, dass die Qualitätsanforderungen an Benzin von Standard Nation II bis Standard Nation V immer strenger werden. Mit den immer strengeren Standards für Benzin und Diesel sowie dem stetig wachsenden Bedarf an sauberen Brennstoffen in den Ländern der Welt ist die Reinigung von Brennstoffen zu einer unaufhaltsamen weltweiten Tendenz geworden. Die Herstellung von sauberen Brennstoffen mit niedrigem Schwefel-, Olefin- und Aromatgehalt, um die Emissionen schädlicher Stoffe aus Automobilen zu verringern, ist heute ein zentrales Thema in der Raffinerieindustrie. I. Technologische Ansätze zur Reinigung von Benzin im Inland: Der Schlüssel zur Herstellung von Kraftstoffen im Inland, die den Emissionsstandards der Klasse IV und höher entsprechen, besteht darin, das Problem des hohen Schwefel- und Olefingehalts im durch Katalytische Kracking hergestellten Benzin zu lösen. Die Hydrogenergie-Technologie ist derzeit ein wirksames Mittel zur Entschwefelung und Entolefinisierung. Doch während die Hydrogenergie-Anlagen Benzin mit zulässigem Schwefel- und Olefingehalt herstellen, führt die Sättigung der Olefine dazu, dass der Oktanzahl des so erzeugten Benzins abnimmt. RON von Kraftstoff IV in den Herkunftsländern um 0,5–2 Einheiten gesenkt ； Der RON-Wert des V-Benzins im Herkunftsland muss noch um etwa 1 Einheit gesenkt werden. Angesichts der unzureichenden Produktionsmöglichkeiten für hoch-oktanreiche Bestandteile von Benzin in unserem Land ist die Entwicklung und Anwendung von Technologien, die es ermöglichen, den Schwefel- und Olefingehalt im katalytisch geronnenen Benzin erheblich zu senken und gleichzeitig einen übermäßigen Verlust des Oktanzahls zu vermeiden, entscheidend, um das Problem der Herstellung sauberer Kraftstoffe in unserem Land zu lösen. (1) Entwicklung von Technologien zur Etherisierung, Isomerisierung und Alkylierung leichter Olefine – insbesondere Technologien zur Etherisierung von C4- und C5-Olefinen sowie zur Isomerisierung von C5–C7-Olefinen. Dadurch kann der Sauerstoffgehalt des Kraftstoffes erhöht werden, während gleichzeitig der Olefingehalt sowie der Dampfdruck verringert werden. Auf diese Weise wird die Entstehung von photochemischem Smog verhindert und der Oktanzahlwert des Kraftstoffs verbessert ； Forschung zur Technologie der Alkylierung mit festen Säuren durchführen, um die durch Säurelecks verursachte Verschmutzung in den bestehenden Alkylierungsanlagen zu verringern und die Betriebsrate dieser Anlagen zu erhöhen. (II) Verbesserung der Qualität von Katalytisch gekrakeltem Benzin – Entwicklung einer neuen Generation von Katalysatoren für die katalytische Krackung, um mehr leichte Bestandteile sowie Olefine zu erzeugen. Dadurch werden ausreichende Rohstoffe für Prozesse zur Herstellung von Etheren und Alkylverbindungen bereitgestellt, wodurch wiederum Komponenten mit hohem Oktanwert für die Herstellung von Benzin gewonnen werden können ； Den Oktanzahlwert sowie die Oxidationsbeständigkeit des katalytisch zerkleinerten Benzins erhöhen, den Schwefelgehalt des katalytisch zerkleinerten Benzins verringern und den Oleingehalt angemessen halten, um den Oktanzahlwert zu gewährleisten. (III) Erhöhung der Produktionskapazität für Reformierben aus Breitbanddestillaten durch Erweiterung bestehender Anlagen sowie Errichtung neuer Anlagen zur Herstellung von Reformierben aus Breitbanddestillaten. Dabei wird das Verfahren der Trennung des Benzins verwendet, um den Benzingehalt streng zu kontrollieren ； Allmählich sollte der Anteil des katalytisch gerissenen Benzins im Benzinpool verringert werden, um die Produktstruktur zu optimieren und eine angemessene Verteilung des Oktanzahls des Kraftstoffes für Fahrzeuge zu gewährleisten. II. Untersuchung der Möglichkeiten zur Reinigung von Benzin bei der Lanzhou Petrochemical Company (1) Optimierung des Vorverarbeitungsprozesses Um die Herstellung von Benzin nach dem nationalen Standard IV zu gewährleisten, nutzte die Lanzhou Petrochemical Company die Technologie der selektiven Wasserstoffation, um Schwefel sowie Olefine aus dem Benzin zu entfernen und so Benzin nach dem Standard IV herzustellen. Der Prozess der Benzinherstellung ist in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 1: Prozessablauf vor der Optimierung des Verfahrens zur Reinigung von Benzin. Im Betrieb führte die Technik der selektiven Wasserstoffation von Benzin jedoch zu einem Rückgang des Oktanzahls des Benzins sowie zu einer Verringerung der Erträge. Dies beeinträchtigte die Produktion von Hochoktanbenzin bei der Lanzhou Petrochemical Company und hemmte somit die Steigerung der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit des Unternehmens. (II) Optimierte Lösungen für die saubere Herstellung von Benzin – mit dem Ziel, durch Entschwefelung und Entalkylierung die Qualität des Benzins zu verbessern, die Umweltauswirkungen zu verringern und gleichzeitig den Anforderungen von Benzinmotoren gerecht zu werden. Dadurch kann der Oktanzahlwert des Benzins auf hohem Niveau gehalten werden, was wiederum die wirtschaftlichen Vorteile des Unternehmens steigert. Lanzhou Petrochemical basiert auf den bestehenden Prozessen zur Herstellung von Benzin (katalytisches Benzin, Benzin-Hydrierung, Benzin-Etherisierung) ； Katalytische Hydrogenierung von Tetra-Carbon, MTBE sowie selektive Hydrogenierung von Tetra-Carbon – außerdem Alkylierungsverfahren. Der gesamte Prozess wird optimiert, um die Vorteile der Kombination der verschiedenen Verfahren auszunutzen und so mehr schwefelarme, hoch-oktanreiche Bestandteile in die Benzinmischung zu bringen. 1. Optimierung der Verteilung der Produkte aus der Katalyse von Schweröl – Steigerung der Benzinproduktion. Aus den Produktionsprozessen bei der Lanzhou Petrochemical Company geht hervor, dass zur Steigerung der Menge und Qualität des Benzins eine optimale Funktionsweise der Katalysatoren erforderlich ist. Dabei sollen die Katalysatoren in der Lage sein, Schweröl effektiv zu spalten, dabei aber nur wenig Kohlenstoffablagerungen zu erzeugen und gleichzeitig einen hohen Anteil an leichtflüssigen Ölen zu liefern. Zudem soll der Anteil an Verbindungen wie Propen, Isobuten sowie C5-C6-Tertiäralkenen erhöht werden. Dadurch kann die Herstellung von hochwertigem, sauberem Benzin in den Raffinerien verbessert werden. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, setzte die Lanzhou Petrochemical Company neue Katalysatoren für die Kracking von Schweröl ein, die eine hohe Flüssigkeitsausbeute und einen niedrigen Restkohlenstoffgehalt ermöglichen. Dieses Mittel weist hervorragende Eigenschaften gegen Schwermetalle auf, eine hohe Umwandlungsrate von Schweröl sowie eine Verringerung der Koksproduktion. Es werden die Probleme vermieden, die in früheren Anlagen auftraten: Durch Anpassungen wie Erhöhung der Reaktionstemperatur oder Verringerung der Aktivität der Systemausgleichsstoffe nahm die Katalysatorleistung bei der Zerkleinerung von Schweröl ab. Dadurch sank die Gesamtmenge an Flüssigprodukten und stieg die Produktion von Kohlenstoff. Zudem wurden auch die Probleme vermieden, die durch die Erhöhung der Reaktionstemperatur entstehen – nämlich eine Steigerung der Produktion von Trockengas und Kohlenstoff. Tabelle 2: Stoffbilanz des Katalysators – Unterschiede vor und nach der Anwendung
Eingangsstoffe, %:
Wachsöl: 53,51 % → 56,80 %; Differenz: +3,29 %
Teer: 43,72 % → 43,20 %; Differenz: -0,52 %
Schwerstoffe: 1,50 % → 0,00 %; Differenz: -1,50 %
Koksgasöle: 1,27 % → 1,30 %; Differenz: +0,03 %

Produktverteilung, %:
Trockengas: 3,68 % → 3,66 %; Differenz: -0,02 %
Flüssige Kohlenwasserstoffe: 13,47 % → 14,40 %; Differenz: +0,93 %
Benzin: 46,66 % → 46,95 %; Differenz: +0,29 %
Diesel: 21,68 % → 22,22 %; Differenz: +0,54 %
Ölslurry: 4,86 % → 4,15 %; Differenz: -0,71 %
Kokskohle (einschließlich Verluste): 9,65 % → 8,62 %; Differenz: -1,03 %

Gesamter Anteil an Flüssigkeiten, %: 81,80 % → 83,56 %; Differenz: +1,76 %
Anteil von Teer am Gesamtinput, %: 44,96 % → 43,20 %; Differenz: -1,76 %

Tabelle 3: Qualitätsanalyse von stabilisiertem Benzin
Parameter vor und nach der Anwendung:
Destillationsbereich, °C:
Anfangsdestillationstemperatur: 34,53 °C → 22,5 °C
10 %: 48 °C → 46,5 °C
50 %: 95,5 °C → 93 °C
90 %: 169 °C → 171,5 °C
Enddestillationstemperatur: 196 °C → 200 °C
Oktanzahl (RON): 90,89 → 92,3
Ethengehalt: 37,5 % → 45,3 %

Tabelle 4: Qualitätsanalyse von flüssigen Kohlenwasserstoffen
Zusammensetzung, Vol-%:
<C3: 0,22 % → 0,05 %
Propan: 9,94 % → 9,58 %
Propen: 39,71 % → 41,43 %
Isobutan: 17,04 % → 16,96 %
N-Butan: 4,71 % → 4,27 %
Buten-1 + Isobuten: 14,73 % → 15,11 %
Trans-Buten: 7,93 % → 8,09 %
C5 und höher: 0,11 % → 0,07 %

Aus den obigen Tabellen geht hervor, dass nach der Einführung des neuen Katalysators die Erträge an flüssigen Kohlenwasserstoffen sowie Benzin um jeweils 0,93 % bzw. 0,29 % gestiegen sind. Der Ertrag an Ölslurry sank um 0,71 %. Der Gesamtertrag an Flüssigkeiten stieg um 1,76 %. Der Ertrag an Kokskohle sank um 1,03 % – das entspricht einem Rückgang von 10,7 %. Dabei stieg der Gesamtanteil an Benzinolefinen von 37,5 % auf 45,3 %, und der Oktanzahlwert (RON) erhöhte sich von 90,8 auf 92,3, was eine Optimierung der Rohstoffe für die Etherbildung ermöglicht. Der Anteil der Olefine in flüssigen Kohlenwachsen nimmt insgesamt zu. Der Anteil von Buten-1 und Isobuten steigt von 14,73 % auf 15,11 %. Der Anteil an Isobutan bleibt relativ konstant, was eine optimale Verwendung als Rohstoff für die Alkylierung ermöglicht. 2. Erhöhung der Ausbeute an etherifiziertem Benzin – Steigerung der Produktion von Komponenten mit hohem Oktanzahl. Die katalytische Etherifizierung von Leichtbenzin ist ein zusätzliches Verfahren zur Verbesserung der Qualität von Katalysatorenbenzin. Das so hergestellte etherifizierte Leichtbenzin kann als Komponente für Benzin mit hohem Oktanzahl verwendet werden; es ist vollständig mit Benzin mischbar und kann beliebig damit vermischt werden. Die katalytische Etherisierung von Leichtbenzin besteht darin, die tert-Alkene im Leichtbenzin mit CH3OH in eine Etherreaktion zu bringen, um die entsprechenden Ester zu erzeugen. Dadurch wird der Gehalt an Olefinen im Benzin verringert, während gleichzeitig der Oktanzahlwert des Benzins erhöht wird. Zudem wird etwa 8–10 % des Methans (im Verhältnis zum Leichtbenzin) in Bestandteile des Benzins umgewandelt. Es handelt sich dabei um einen Prozess zur Erhöhung der Menge des Benzins – zugleich wird Methan, das von geringem Wert ist, in wertvollere Bestandteile des Benzins umgewandelt. Dadurch kann die Produktivität des Unternehmens gesteigert werden. Die Lanzhou Petrochemical Company hat eine Anlage zur Herstellung von katalytisch hergestelltem Leichtbenzinether mit einer Kapazität von 500.000 Tonnen pro Jahr in Betrieb genommen. Durch Optimierung der Betriebsabläufe konnten die wirtschaftlichen Vorteile dieser Anlage ständig gesteigert werden – mit guten Ergebnissen. Tabelle 5: Eigenschaften der etherifizierten Produkte
Zeitpunkt: Vor der Anwendung / Nach der Anwendung
Umwandlungsrate von Carbon-5-Tertialkenen: %70 → 71,38
Umwandlungsrate von Carbon-6-Tertialkenen: %46 → 46,11
Gesamtanteil an Ethern: %48,40 → 49,40
Oktanzahl: 98 → 100,0
Ertrag der etherifizierten Produkte: %32,29 → 38,22
Aus den Daten in der Tabelle geht hervor, dass die Umwandlungsrate von Carbon-5-Tertialkenen mit 71,38 % am höchsten ist. Die Umwandlungsrate von Carbon-6-Tertialkenen liegt bei 46,11 %. Der Gesamtanteil an Ethern bleibt bei 49,40 % – das ist ein Anstieg um 1 Prozentpunkt. Der Oktanzahlwert der Etherisierungsprodukte bleibt bei 100, wobei der Durchschnitt um 2 Einheiten ansteigt. Der Hauptgrund liegt einerseits im Anstieg des Anteils an 1-Buten und Isobuten in den Rohstoffen sowie im Anstieg des MTBE-Anteils in denEtherisierungsprodukten. Andererseits wurde bei gleichzeitiger Gewährleistung einer qualitativ einwandfreien Gesamtetherkonzentration in den Produkten die Temperatur am Boden der Destillationsanlage schrittweise von 124±0,5 °C auf 120 °C±0,5 °C gesenkt. Dadurch stieg die Ausbeute der Etherisierungsprodukte erheblich – von 32,29 % auf 38,22 %. Der Anstieg betrug somit 5,93 %. Dadurch verbesserte sich die Effizienz der Anlage deutlich. Die Etherisierungsanlage ist für eine maximale Verarbeitungsmenge von 66 t/Stunde ausgelegt. Durch die Optimierung des Betriebs der Anlage kann die Menge an Leichtbenzin, die verarbeitet werden kann, schrittweise auf 70 t/Stunde erhöht werden, sodass eine normale Produktion möglich ist und die Effizienz der Etherisierungsanlage maximiert wird. Die Anlage hat insgesamt 1,0387 Millionen Tonnen Leichtbenzin verarbeitet, dabei wurden 76.300 Tonnen Methanol verbraucht. Die Produktion von Ether-Produkten betrug 405.500 Tonnen. Dadurch stehen hochwertige Zusatzstoffe zur Verfügung, die für die Herstellung von hochwertigem Benzin genutzt werden können. 3. Vollständige Nutzung von Leichtkohlenwasserstoffen der Klasse IV zur Steigerung der Produktion von MTBE und Isooktan. Die MTBE-Anlagen sowie die Alkylierungsanlagen sind Bestandteile des Gleichgewichtssystems für Leichtkohlenwasserstoffe in den Raffinerien. Ihre Produktionskapazitäten betragen jeweils 60.000 Tonnen pro Jahr bzw. 113.000 Tonnen pro Jahr. Die MTBE-Anlage besteht aus drei Teilen: der Etherisierungsstufe, der Trennstufe für das Endprodukt sowie der Stufe zur Rückgewinnung von Methanol. Als Rohstoff dient das leichte Kohlenwasserstoffgemisch aus der Gaskompressionseinheit; dabei wird hauptsächlich MTBE hergestellt ； Die Alkylierungsanlage besteht aus vier Teilen: Reaktion, Kühlen, Reinigung und Destillation. Die Ausgangsstoffe sind MTBE-Abgase, das Hauptprodukt ist Alkylieröl. Nach der industriellen Einführung neuer Katalysatoren in die Katalysatorenanlagen stieg der Gehalt an Olefinen im katalysierten Benzin erheblich an. Gleichzeitig nahmen auch der Anteil an Propylen sowie den Tetraenen in den katalysierten Flüssigkohlenwachsen zu. Optimierung der Betriebsabläufe für MTBE-, Tetrahydrocarb-Selektivhydrogenierung- sowie Alkylierungsprozesse, um ein ausgewogenes Verhältnis der leichten Tetrahydrocarbe zu gewährleisten und die Produktion von MTBE sowie Isooctan zu erhöhen. Tabelle 6: Wichtige Statistiken zur MTBE-Anlage
Parameter | Vor der Optimierung | Nach der Optimierung
--- | --- | ---
Durchfluss in t/h | 22,7 | 22,5
Ertrag in % | 22,5 | 23,38
Inhalt an leichtem C4-Isobuten pro t/h | 21,32 | 23,38
MTBE-Produktionsmenge in t/h | 5,36 | 5,76
Ertrag an MTBE in % | 23,81 | 25,60
Aus der Tabelle geht hervor, dass der Anteil an leichtem C4-Isobuten um 2 Prozentpunkte gestiegen ist. Der Ertrag an MTBE stieg von 23,81 % auf 25,60 % – das sind 1,79 Prozentpunkte mehr ； Die Produktion von MTBE stieg von Jahr zu Jahr an und erreichte im Jahr 2014 eine Menge von 57.200 Tonnen – das sind 13.400 Tonnen mehr als im Jahr 2010. Nach der technischen Modernisierung des Alkylierungsanlagens durch die Long-Period-Operation-Technologie verlängerte sich die Betriebsdauer von 3 Monaten auf mehr als 9 Monate. Durch den Einsatz von zwei Reaktoren stieg die Verarbeitungskapazität der Anlage von 14,5 t/h auf über 17 t/h. Die jährliche Produktion von alkyliertem Öl erreichte dabei bis zu 90.133 Tonnen. Es kam zu einer Steigerung der Produktion von Flugzeugisooctan – der Anteil des Flugzeugisooctans stieg von 6,9 % im Jahr 2010 auf 13,17 % im Jahr 2014. Das entspricht einem Anstieg um 6,27 Prozentpunkte, was gute Ergebnisse brachte. 4. Optimierungsansatz für die Herstellung von Benzin unter dem Prinzip „Drei Prozesse zur Sicherstellung eines Prozesses“ Die Lanzhou Petrochemical Company hat durch kontinuierliche Anpassungen der Verarbeitungsmethoden für Benzin schließlich einen Optimierungsansatz entwickelt, der auf dem Prinzip „Drei Prozesse zur Sicherstellung eines Prozesses“ beruht. Das bedeutet: Es werden die Produktionsschritte der katalytischen Kracking-Verfahren, der Etherisierung sowie der Alkylierung koordiniert und optimiert – damit die Effizienz bei der Benzinherstellung maximiert wird. Der optimierte Prozess zur Herstellung von Benzin bei der Lanzhou Petrochemical Company ist in Abbildung 2 dargestellt. Abbildung 2: Optimierter Prozess zur Herstellung von Reinbenzin nach der Anwendung des Optimierungsansatzes „Drei-Optimierungen-für-eine-Optimierung“. III. Schlussfolgerungen: (1) Durch die Umsetzung des optimierten Herstellungsprozesses für Benzin gemäß dem Konzept „Drei-Optimierungen-für-eine-Optimierung“ hat das Unternehmen Lanzhou Petrochemical die Qualität seines Benzins auf das nationale Standard NIV gebracht. Dadurch konnten die Probleme bei der Herstellung von Benzin gelöst werden. (II) Mit der Umsetzung des optimierten Produktionsprozesses für Benzin im Rahmen des Konzepts „Drei Optimierungen zur Sicherung einer Optimierung“ stieg die Benzinproduktion des Unternehmens kontinuierlich an. Der Anteil des Benzins am Gesamtölanteil erhöhte sich von 19,51 % im Jahr 2010 auf 22,05 % im Jahr 2014 ； Der Anteil an hochoktanigem Benzin ist deutlich gestiegen – der Anteil an 97#-Benzin erhöhte sich von 4,1 % im Jahr 2010 auf 22,3 % im Jahr 2014. Dies brachte gute Ergebnisse mit sich. Insgesamt wurden über vier Jahre hinweg 1,3082 Millionen Tonnen hochwertiger Benzin produziert, was zu einem zusätzlichen Gewinn von 322 Millionen Yuan führte. Ausgewählte Beiträge der Konferenz zur Austausch von fortschrittlichen Technologien in der Raffinerieindustrie im Jahr 2016, Raffinerie der China National Petroleum Corporation in Lanzhou