Применение технологии улучшения качества бензина

Thread Content

Аннотация: По мере увеличения тяжести и качества сырой нефти, а также ужесточения экологических норм, связанных с сокращением выбросов и энергопотребления, производители энергоносителей начинают активно искать способы повышения эффективности использования сырой нефти, снижения доли тяжелых нефтепродуктов, увеличения доли легких нефтепродуктов и производства более качественной продукции для повышения экономической эффективности предприятий. Компания Ланьчжоу Шихуа, исходя из реальных условий своих производственных мощностей, предложила оптимизированный подход к производству бензина, основанный на принципе «трех процессов для обеспечения одного процесса» — а именно: комплексная оптимизация производства в установках для каталитического крахления, этерификации бензина и алкилирования с целью максимизации эффективности. Эта комбинированная технология предоставила компании Ланьчжоу Сихуа новые способы повышения экономической эффективности в процессе улучшения качества бензина. Она обладает высокой применимостью и служит хорошим примером для подражания; её перспективы использования весьма обширны. В нашей стране загрязнение воздуха в крупных городах из-за выхлопных газов автомобилей стало крайне серьезной проблемой, которая требует срочного решения в рамках устойчивого развития. Для обеспечения соответствия уровня выбросов от автомобилей нормам одной из основных мер является установление строгих стандартов для топлива, используемого в автомобилях, с целью его очистки. Таблица 1. Стандарты качества бензина. Показатели: страна II, страна III, страна IV, страна V. Содержание серы, мкг/г: ≤500, 150, 50, 10. Содержание алкинов, % по объему: ≤35, 30, 25, 25. Содержание ароматических углеводородов, % по объему: ≤40, 40, 35, 35. Содержание бензола, % по объему: ≤2,5, 11, 1. Содержание кислорода, % по весу: ≤2,7, 2,7, 2,7, 2,7. Давление пара, кПа: ≤74/88, 72/88, 65/88, 60/88. Из приведенной таблицы видно, что по мере перехода от стандарта страны II к стандарту страны V требования к качеству бензина становятся все более строгими. По мере ужесточения стандартов для бензина и дизельного топлива, а также роста спроса на чистое топливо в странах всего мира, очищение топлива стало необратимой глобальной тенденцией. Производство чистого топлива с низким содержанием серы, олефинов и ароматических веществ для снижения выбросов вредных веществ от автомобилей стало ключевой темой развития нефтеперерабатывающей промышленности в наши дни. I. Пути совершенствования качества бензина в стране. Ключом к производству внутри страны бензина, соответствующего стандартам выбросов уровня IV и выше, является решение проблемы высокого содержания серы и алкенов в бензине, получаемом путем каталитического крекинга. Технология гидрирования в настоящее время является эффективным средством для десульфуризации и удаления алкенов. Однако при использовании установок для гидрирования для производства бензина с соответствующим содержанием серы и алкенов, из-за насыщения алкенами его октановое число снижается. Уровень октанового числа бензина IV в странах-производителях снижается на 0,5–2 единицы ； У бензина V производящихся стран показатель RON также должен снизиться примерно на 1 единицу. Учитывая недостаточность средств для производства компонентов бензина с высоким октановым числом в нашей стране, ключом к решению проблемы производства чистого топлива является разработка и применение технологий, которые позволяют значительно снизить содержание серы и алкенов в бензине, полученном путем каталитического кракинга, при этом избегая чрезмерной потери октанового числа. 1) Развитие технологий эфирирования, изомеризации и алкилирования легких олефинов: разработка технологий эфирирования C4- и C5-олефинов, а также технологий изомеризации олефинов класса C5–C7. Это позволяет увеличить содержание кислорода в бензине для автомобилей, одновременно снижая содержание олефинов и их паросодержимость. Такой подход способствует снижению образования фотохимического дыма и повышению октанового числа бензина ； Проводить исследования в области технологии алкилирования с использованием твердых кислот с целью снижения уровня загрязнения, вызванного утечкой кислоты в существующих установках для алкилирования, и повышения коэффициента эксплуатации этих установок. 2) Повышение качества бензина, получаемого путем каталитического кракинга: разработка нового поколения катализаторов для каталитического кракинга с целью увеличения объема производства легких компонентов и алкенов. Это позволяет обеспечить достаточным количеством сырья установки, используемые для процессов эфирификации и алкилирования, с целью производства компонентов с высоким октановым числом для составления бензина ； Повышение октанового числа и окислительной стабильности бензина, полученного путем каталитического кракинга, снижение содержания серы в этом бензине, а также поддержание оптимального уровня содержания алкенов для обеспечения высокого октанового числа. (III) Повышение производственных мощностей по переработке бензина из нефти с широким спектром фракций путем расширения существующих установок и строительства новых; применение технологии разделения бензола для строгого контроля его содержания ； Постепенно сокращать долю бензина, полученного в результате каталитического кракинга, в запасах бензина, оптимизировать структуру продукции и способствовать разумному распределению октанового числа автомобильного бензина. II. Исследование путей очистки бензина в компании Ланьчжоу Сихуа (I) Оптимизация процесса переработки Для обеспечения производства бензина, соответствующего стандарту Го-IV, компания Ланьчжоу Сихуа использует технологию селективного гидрирования бензина для десульфуризации и деалкилирования, что позволяет производить бензин, соответствующий стандарту Го-IV. Процесс производства бензина показан на рисунке 1. Рисунок 1. Процесс обработки бензина до оптимизации схемы его очистки. Однако в процессе эксплуатации технология селективного гидрирования бензина приводит к снижению его октанового числа и уменьшению выхода продукта. Это влияет на производство бензина высокого октанового числа на заводе Ланьчжоу по переработке нефти и мешает повышению экономической эффективности компании. 2. Оптимизированный план производства бензина с повышенным уровнем чистоты направлен на десульфуризацию и деалкилизацию бензина, повышение его качества и снижение уровня выбросов в окружающую среду. Это позволяет удовлетворять потребности двигателей, работающих на бензине, сохранять высокий октановый чисел бензина и тем самым повысить экономическую эффективность компании. Ланьчжоуский нефтехимический завод использует существующие процессы производства бензина (каталитическое производство бензина, гидрирование бензина, этерификация бензина) ； Каталитическое водородирование углеводородов четвертой группы, MTBE, селективное водородирование углеводородов четвертой группы, процессы алкилирования) — всё это подвергается оптимизации с целью использования синергетического эффекта от комбинации различных технологий, что позволяет увеличить долю компонентов с низким содержанием серы и высоким октановым числом в смеси бензина. 1. Оптимизация распределения продуктов каталитической переработки тяжелого нефтяного сырья с целью повышения объема производства бензина. Исходя из процесса производства бензина на заводе Ланьчжоу, можно сделать вывод, что для повышения количества и качества бензина необходимо, чтобы каталитические установки обеспечивали высокую способность к разложению тяжелого нефтяного сырья, низкий уровень образования кокса и высокий уровень получения легких нефтепродуктов. Кроме того, необходимо оптимизировать состав каталитического бензина и жидких углеводородов, увеличивая содержание таких веществ, как пропилен, изобутилен и терциарные алкины C5–C6. Это позволит заводам оптимизировать процессы производства высококачественного чистого бензина. Для достижения этого требования компания Ланьчжоу Шихуа использовала новый катализатор для кракинга тяжелой нефти с высоким содержанием жидкости и низким содержанием углерода. Это вещество обладает выдающимися свойствами по защите от тяжелых металлов, высоким коэффициентом преобразования тяжелой нефти, а также способностью снижать объем образующегося кокса. Это позволяет избежать проблем, связанных с снижением эффективности катализатора в процессе кракинга тяжелого нефтяного сырья, что происходило ранее при использовании таких методов корректировки, как повышение температуры реакции или снижение активности средств, обеспечивающих равновесие в системе. В результате этого снижался общий выход жидкости и увеличивался объем производимого кокса. Также удается избежать проблем, связанных с повышением температуры реакции, которое приводит к увеличению объема производимого сухого газа и кокса. Таблица 2. Материальный баланс на каталитической установке
Показатель | До применения | После применения | Разница
---|---|---|---
Подача сырья, % | Восковое масло: 53,51% | Восковое масло: 56,80% | +3,29%
| Остаточное масло: 43,72% | Остаточное масло: 43,20% | -0,52%
| Тяжелые фракции: 1,50% | Тяжелые фракции: 0,00% | -1,50%
| Жидкие углеводороды после крекинга: 1,27% | Жидкие углеводороды после крекинга: 1,30% | +0,03%
Распределение продуктов, % | Сухой газ: 3,68% | Сухой газ: 3,66% | -0,02%
| Жидкие углеводороды: 13,47% | Жидкие углеводороды: 14,40% | +0,93%
| Бензин: 46,66% | Бензин: 46,95% | +0,29%
| Дизельное топливо: 21,68% | Дизельное топливо: 22,22% | +0,54%
| Масляная фракция: 4,86% | Масляная фракция: 4,15% | -0,71%
| Кокс (включая потери): 9,65% | Кокс (включая потери): 8,62% | -1,03%
Общий выход жидких продуктов, % | 81,80% | 83,56% | +1,76%
Доля остаточного масла в сырье, % | 44,96% | 43,20% | -1,76%

Таблица 3. Анализ качества стабилизированного бензина
Показатель | До применения | После применения
---|---|---
Диапазон кипения, °C | Точка начала кипения: 34,5 | Точка начала кипения: 32,5
| 10% фракции: 48 | 10% фракции: 46,5
| 50% фракции: 95,5 | 50% фракции: 93
| 90% фракции: 169 | 90% фракции: 171,5
| Точка окончания кипения: 196 | Точка окончания кипения: 200
Октановое число (RON) | 90,8 | 92,3
Содержание олефинов, % | 37,5 | 45,3

Таблица 4. Анализ качества жидких углеводородов
Состав, % по объему | До применения | После применения
---|---|---
<C3: 0,22 | <C3: 0,05
Пропан: 9,94 | Пропан: 9,58
Пропилен: 39,71 | Пропилен: 41,43
Изобутан: 17,04 | Изобутан: 16,96
н-Бутан: 4,71 | н-Бутан: 4,27
Бутены-1 + изобутилен: 14,73 | Бутены-1 + изобутилен: 15,11
транс-Бутен: 7,93 | транс-Бутен: 8,09
цис-Бутен: 5,61 | цис-Бутен: 5,77
Содержание компонентов C5 и выше: 0,11 | Содержание компонентов C5 и выше: 0,07

Как видно из приведенных таблиц, после внедрения нового катализатора выход жидких углеводородов и бензина на каталитической установке увеличился соответственно на 0,93% и 0,29%. Выход масляной фракции снизился на 0,71%, а общий выход жидких продуктов возрос на 1,76%. Производство кокса уменьшилось на 1,03% (что составляет 10,7% от исходного уровня). При этом общее содержание олефинов в бензине увеличилось с 37,5% до 45,3%, а октановое число (RON) — с 90,8 до 92,3, что обеспечивает возможность оптимизации сырья для этерификации. Общий уровень содержания алкенов в жидких углеводородах увеличивается; содержание бутена-1 и изобутена выросло с 14,73% до 15,11%. Содержание изобутана остается относительно стабильным, что обеспечивает условия для оптимизации сырья, используемого в процессе алкилизации. 2. Повышение выхода эфиризованного бензина и увеличение производства компонентов с высоким октановым числом. Технология каталитической эфиризации легкого бензина является дополнительным средством для улучшения качества каталитического бензина. Эфиризованный легкий бензин может использоваться в качестве компонента с высоким октановым числом; он полностью растворим в бензине и может смешиваться с ним в любых пропорциях. Технология эфирификации легкого бензина с использованием катализатора предусматривает проведение реакции эфирификации терциарных алкиенов, содержащихся в легком бензине, с CH3OH с целью получения соответствующих эфиров. Эта процедура позволяет снизить содержание алкиенов в бензине, повысить его октановое число, а также преобразовать примерно 8–10% метанола (относительно объема легкого бензина) в компоненты бензина. Это способ увеличения объема бензина, а также процесс преобразования менее ценного метанола в более ценные компоненты бензина, что способствует повышению эффективности производства на предприятии. Компания Ланьчжоу Шихуа построила установку для эфирификации каталитического легкого бензина мощностью 500 тысяч тонн в год. Благодаря оптимизации процессов эксплуатации удалось повысить экономическую эффективность установки, что принесло хорошие результаты. Таблица 5. Характеристики эфирифицированных продуктов. Время: до применения и после применения. Коэффициент превращения тертиарных алкенов с углеродом номер 5: %70 → 71,38. Коэффициент превращения тертиарных алкенов с углеродом номер 6: %46 → 46,11. Общее содержание эфиров: %48,40 → 49,40. Октановое число: 98 → 100,0. Выход эфирифицированных продуктов: %32,29 → 38,22. Из данных таблицы видно, что наивысший коэффициент превращения тертиарных алкенов с углеродом номер 5 составил 71,38%, а для тертиарных алкенов с углеродом номер 6 — 46,11%. Общее содержание эфиров оставалось стабильным на уровне 49,40%, что соответствует увеличению на 1 процентный пункт. Октановое число эфиризованных продуктов остается на уровне 100, при этом среднее значение увеличивается на 2 единицы. Основными причинами являются, с одной стороны, увеличение содержания 1-бутена и изобутена в сырье, а также повышение содержания MTBE в продуктах эфирификации. С другой стороны, при сохранении качества общего содержания эфиров в продуктах эфирификации, температура на дне колонны для фракционирования была постепенно снижена с 124±0,5°C до 120°C±0,5°C. В результате этого выход продуктов эфирификации значительно возрос – с 32,29% до 38,22%, что соответствует увеличению на 5,93%. Это привело к значительному улучшению эффективности производства. При проектировании установки для эфирификации максимальная производительность составляла 66 т/ч. Благодаря оптимизации процесса её работы производительность установки по переработке легкого бензина постепенно была повышена до 70 т/ч, что позволило обеспечить нормальную работу установки и максимизировать её эффективность. Установка обработала в общей сложности 1,0387 млн тонн бензина низкого октанового числа; было потреблено 7,63 тыс. тонн метанола. Объем производства эфирных продуктов составил 40,55 тыс. тонн. Это позволяет компании получать качественные компоненты для производства бензина высокого октанового числа. 3. Полное использование легких углеводородов четвертого сегмента для повышения производства MTBE и изооктана. Установки для производства MTBE и установки для алкилирования являются элементами системы обработки легких углеводородов четвертого сегмента в нефтеперерабатывающих заводах; их производственная мощность составляет соответственно 60 тыс. тонн в год и 113 тыс. тонн в год. Установка для производства MTBE состоит из трех частей: устройства для эфирификации, устройства для разделения продуктов и устройства для восстановления метанола. Сырьем служат легкие углеводороды, получаемые на установке для переработки газов; основным продуктом является MTBE ； Установка для алкилирования состоит из четырех частей: реактора, устройства для охлаждения, устройства для очистки и фракционирования. Исходным материалом являются газы, образующиеся при производстве MTBE; основным продуктом является алкилированное масло. После внедрения в промышленное производство новых катализаторов содержание олефинов в каталитически обработанном бензине значительно возросло; одновременно с этим увеличилось и содержание пропилена, а также тетраалкенилов в каталитически обработанных жидких углеводородах. Оптимизация процессов производства MTBE, селективного водородирования углеводородов четвертой группы и алкилирования с целью максимального балансирования легких углеводородов четвертой группы и повышения выхода MTBE и изооктана. Таблица 6. Статистика ключевых показателей установки по производству MTBE

Показатель | До оптимизации | После оптимизации
---|---|---
Пропускная способность, т/ч | 22,7 | 22,5
Коэффициент выхода | 22,5% | 23,38%
Содержание изобутилена в легком C4 | 21,32% | 23,38%
Количество продукта MTBE | 5,36 т/ч | 15,76 т/ч
Коэффициент выхода MTBE | 23,81% | 25,60%
Увеличение коэффициента выхода MTBE составило 1,79 процентных пункта. Кроме того, содержание изобутилена в легком C4 увеличилось на 2 процентных пункта ； Производство МТБЭ росло с каждым годом; в 2014 году оно достигло 57,2 тысяч тонн, что на 13,4 тысячи тонн больше, чем в 2010 году. После технической модернизации установки для алкилирования с применением технологии длительной эксплуатации срок её работы увеличился с 3 месяцев до более чем 9 месяцев. Было введено использование двух реакторов, в результате чего производственная мощность установки выросла с 14,5 т/ч до более чем 17 т/ч. Годовой объем производства алкилированного масла достигал 90 133 тонн. Было увеличено производство авиационного изооктана; доля авиационного изооктана выросла с 6,9% в 2010 году до 13,17% в 2014 году, что на 6,27 процентных пункта – результат, который можно считать успешным. 4. План оптимизации производства бензина по принципу «три процесса для обеспечения одного результата». Компания Lanzhou Petrochemical, постоянно корректируя схемы переработки бензина, в итоге разработала план оптимизации производства бензина по принципу «три процесса для обеспечения одного результата». Этот принцип заключается в следующем: необходимо комплексно оптимизировать работу установок для каталитического крахления, этерификации бензина и алкилирования (три процесса), чтобы обеспечить максимальную эффективность производства бензина (один результат). Оптимизированный процесс переработки бензина на компании Ланьчжоу Шихуа показан на рисунке 2. Рисунок 2. Процесс переработки бензина после оптимизации схемы его очистки. III. Заключение (1) Благодаря внедрению оптимизированной технологии производства бензина в рамках стратегии «три оптимизации для обеспечения одного стандарта», качество бензина, производимого компанией Lanzhou Petrochemical, достигло уровня, соответствующего национальному стандарту IV. Таким образом, были решены проблемы, связанные с производством бензина. (II) Благодаря внедрению оптимизированной технологии производства бензина в рамках стратегии «три вида переработки для обеспечения одного вида продукции», объем производства бензина в компании постоянно рос. Доля бензина в общем объеме сырой нефти увеличилась с 19,51% в 2010 году до 22,05% в 2014 году ； Доля бензина высокого октанового числа значительно возросла: доля бензина 97# увеличилась с 4,1% в 2010 году до 22,3% в 2014 году, что принесло хорошие результаты. За четыре года было произведено на 1,3082 млн тонн больше бензина высокого октанового числа, что принесло дополнительную прибыль в размере 322 миллионов юаней. Избранные статьи с Всекитайской конференции по передовым технологиям в нефтеперерабатывающей промышленности 2016 года, представленные Нефтеперерабатывающим заводом компании China Petroleum Lanzhou Petrochemical Company