Eng Ru
Отправить письмо

Энергоинформ — альтернативная энергетика, энергосбережение, информационно-компьютерные технологии. Бимт технология

$direct1

Новая энерго- и ресурсосберегающая технология получения высококачественных моторных топлив из средних нефтяных дистиллятов и газовых конденсатов бимт г. В. Ечевский*, О. В. Климов*, О. В. Кихтянин*, Д. Г. Аксенов

НОВАЯ ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ ИЗ СРЕДНИХ НЕФТЯНЫХ ДИСТИЛЛЯТОВ И ГАЗОВЫХ КОНДЕНСАТОВ - БИМТ

© Г.В. Ечевский*, О.В. Климов*, О.В. Кихтянин*, Д.Г. Аксенов*,

Е.Г. Коденев*, М.Р. Яруллин**, Г.Г. Гарифзянова**, Г.Г. Гарифзянов**

* Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск ** ООО «Плазмохим», г. Казань

Разработана нетрадиционная технология в двух вариантах - БИМТ и БИМТ-2 - одностадийная каталитическая переработ­ка средних нефтяных дистиллятов или нестабильных газовых конденсатов, в том числе с высоким содержанием высоко­стабильных сернистых соединений тиофенового ряда, выкипающих в диапазоне температур 35-360 °С, в высокооктановые бензины, зимнее дизельное топливо и сжиженный газ С3-С4. Процесс проводится на цеолитных катализаторах ИК-30-БИМТ и ИК-30-БИМТ-2, не содержащих благородные металлы, в реакторах со стационарным слоем катализатора при 7 = 3504450 °С и Р20 атм. Технология позволяет значительно упростить существующую в настоящее время классическую схему нефтепере­работки с одновременным уменьшением в несколько раз стоимости производства той же самой продукции - высококачествен­ных моторных топлив.

A nontraditional process has been developed in two versions: BIMT and BIMT-2 - one-stage catalytic refining of intermediate pe­troleum distillates or unstable gas condensates, including those with high contents of high-stable sulfur compounds of thiophenic series boiling off in the temperature range of 35-360 °C, into high-octane gasoline, winter diesel fuel and condensed gas C3-C4. The process is carried out on zeolite catalysts IK-30-BIMT and IK-30-BIMT-2, which contain no noble metals, in reactors with stationary catalyst layer at 7= 350+450 °C and P

В настоящее время в производстве моторных топлив существуют две основные проблемы. Во-первых, источники дешевого и качественного (с точки зрения переработки) углеводородного сы­рья постепенно иссякают, что ведет к постоян­ному удорожанию добычи нефти и природного газа и, соответственно, росту стоимости произ­водимого из них топлива. Во-вторых, по ряду причин происходит постоянное ужесточение ка­чественных и экологических требований, предъ­являемых к используемым бензинам и дизель­ным топливам. Борьба за снижение себестоимости производимых товарных продуктов приво­дит к необходимости увеличения глубины пере­работки углеводородного сырья с целью повы­шения выхода светлых нефтепродуктов одно­временно с возможным сокращением техноло­гических стадий при их производстве.

С другой стороны, в мире прослеживается определенная тенденция к уменьшению содер­жания ароматических углеводородов как в вы­сокооктановых бензинах, так и в дизельных топ-ливах, при этом наиболее строго контролируется содержание бензола (

В последнее время усилия исследователей все­го мира в области увеличения глубины переработ­ки нефти направлены на улучшение катализаторов для классических технологий, проверенных деся­тилетиями промышленной эксплуатации, а также на модернизацию отдельных узлов классических технологических схем переработки. На Западе это позволило увеличить глубину переработки нефти до 90 %, однако это достигается за счет значи­тельного повышения стоимости процессов и тех­нологий.

В России, по данным 2000 г., глубина перера­ботки нефти составила 71 %, при этом все более остро стоит задача увеличения выхода светлых нефтепродуктов — бензина, керосина, дизельного и реактивного топлив.

Институтом катализа СО РАН им. Г.К. Борес-кова (г. Новосибирск) совместно с ООО «Плазмо-хим» (г. Казань) разработана новая нетрадицион­ная технология БИМТ — процесс одностадийной переработки средних нефтяных дистиллятов или нестабильных газовых конденсатов в высокоокта­новые бензины, зимнее дизельное топливо и сжи­женный газ Сз—С4 [1—3]. Его характеристики сле­дующие:

  • процесс проводится на цеолитном катализа­торе (ИК-30-БИМТ), не содержащем благородные металлы, в реакторах со стационарным слоем ка­тализатора при Г== 350-^450 °С и Р 20 атм;
  • в качестве сырья могут использоваться не­стабильные газовые конденсаты или прямогонные нефтяные фракции НК 35-{350-г360) °С без пред­варительной их разгонки;
  • содержание общей серы в сырье не лимити­руется;
  • длительность межрегенерационного пробега катализатора в режиме с подъемом температуры составляет 150—230 ч в зависимости от условий проведения процесса и состава получаемых про­дуктов;
  • общий срок службы катализатора составляет не менее 40 циклов регенерации.
По стандартной схеме переработки нефть на­правляется в блок первичной перегонки (ЭЛОУ АВТ), где происходит разделение на бензино­вую, керосиновую, дизельную фракции, тяжелый вакуумный газойль и гудрон. Каждая из указан­ных фракций подвергается дальнейшему облаго­раживанию по своей схеме. Так, например, для получения высокооктанового бензина (рис.1) прямогонный бензин направляется на гидроочи­стку, затем часть его поступает на риформинг для получения рафината (концентрата аромати­ческих углеводородов), а часть — на процесс ал-килирования. Далее компаундированием полу­чают высокооктановый бензин. Прямогонная дизельная фракция для получения зимнего сорта дизельного топлива должна пройти стадии гид­роочистки и депарафинизации.

По предлагаемой новой технологии (рис. 2) из нефти необходимо выделить широкую фракцию (НК—КК 360 °С), которая направляется на одно­стадийную каталитическую переработку по техно­логии БИМТ. Далее полученный продукт разгоня­ется стандартной ректификацией на товарные вы­сококачественные моторные топлива, а именно вы­сокооктановый бензин, зимнее дизельное топливо и сжиженный газ Сз—Сд. При этом полученные топлива не требуют какой-либо доработки или введения дополнительных добавок для соответ­ствия существующим ГОСТ.

В случае тяжелых газовых конденсатов на про­цесс БИМТ можно направлять весь газовый кон­денсат без предварительной разгонки на бензино­вую и дизельную фракции. Полученный продукт далее подвергается ректификации с выделением товарного высокооктанового бензина и высокоце-танового дизельного топлива зимнего сорта. Сле­дует учитывать, что газовые конденсаты, имею­щие температуру конца кипения ниже 250 °С, подвергать переработке по технологии БИМТ, скорее всего, нецелесообразно.

Рис. 2. Схема получения моторных топлив по технологии БИМТ

С точки зрения энергозатрат эффективность предлагаемой технологии переработки нефтяных фракций в высокосортные моторные топлива ми­нимум в 4 раза выше таковой для существующих в настоящее время методов получения этих продук­тов даже без учета экономии энергозатрат на про­цессах гидроочистки и ректификации. Сравнение вариантов риформинг + гидроизомеризация дизельного топлива (отдельно) и совместной перера­ботки по технологии БИМТ приведено ниже:

Параметр Традиционный БИМТ

Выход, % (по массе):

Бензиновая фракция 40 60

Дизельное топливо 45 25

£ жидких продуктов 85 85

Водород 1,85 0,3

Расход энергии на 1 т, ГДж:

сырья 0,61 0,15

жидких продуктов 0,71 0,18

При этом не учитываются:

  • энергозатраты на ректификацию и их разли­чие в разных вариантах;
  • потери тепла на аппаратах; предполагается, что все тепло, затраченное на нагрев сырья до температуры реакции, полностью рекуперируется за исключением самого теплового эффекта;
  • потери, связанные с передачей тепла между от­дельными процессами (в традиционном варианте).
Очевидно, что учет этих факторов может по­вышать экономию энергозатрат только в абсолют­ном выражении. В любом случае абсолютное сни­жение энергопотребления на ~ 0,46 ГДж (0,61 -- 0,15) на 1 т сырья может быть принято как ниж­няя граница энергосбережения.

Процесс БИМТ дважды прошел пилотные ис­пытания на различном сырье на установке мощ­ностью по сырью до 100 л/сут, принадлежащей

Катализ в нефтеперерабатывающей промышленности

0,7 0,8 я//Q ООО «Плазмохим» (г. Казань). В августе 2001 г. в качестве сырья использовали два дистиллята (Гкщ, = = 35-г360 °С) с содержанием общей серы 3,75 % (по массе), отогнанных из нефти различных сква­жин Нурлатского месторождения (Республика Та­тарстан). Эти дистилляты отличались соотноше­нием бензиновой и дизельной фракций. В апреле 2002 г. сырьем процесса служил нефтяной дистил­лят (Гкип = 404-350 °С) с содержанием серы 0,51 % (по массе), полученный смешением прямогонных бензиновой и дизельной фракций, взятых на Ниж­некамском нефтехимическом комбинате. В каж­дом случае было проведено по три полных пробе­га катализатора до регенерации с двумя промежу­точными регенерациями, после которых катализа­тор полностью восстанавливал свои свойства.

Из-за отсутствия систем автоматической реги­страции и обработки результатов при проведении пилотных испытаний был разработан специаль­ный метод экспресс-оценки октанового числа по­лучаемого бензина по результатам хроматографи-ческого анализа. Отношение nli С6-углеводоро-дов полученного продукта также оценивалось ме­тодом хроматографии. Октановое число по мотор­ному методу бензиновой фракции определялось с помощью октанометра, разработанного в Инсти­туте химии нефти СО РАН (г. Новосибирск), по методике, утвержденной Комитетом РФ по стан­дартизации, метрологии и сертификации (серти­фикат № 2865 от 10 июля 1997 г.).

Корреляция между отношением п I i Сб-углево-дородов в жидких продуктах реакции и октановым числом по моторному методу бензиновой фракции была определена в Институте катализа СО РАН при проведении лабораторных испытаний процес­са БИМТ на дистиллятах различного состава — тех же самых, что были использованы в качестве сы­рья при пилотных испытаниях (рис. 3).

На рис. 4 приведены результаты пилотных ис­пытаний в режиме с подъемом температуры, про­веденных на пилотной установке ООО «Плазмо­хим» (г. Казань) в апреле 2002 г. с применением катализатора ИК-30-БИМТ. Параметром контроля процесса было описанное выше отношение п I i С6, служившее характеристикой октанового числа по­лучаемого бензина, при повышении которого вы­ше 0,45 температура в реакторе увеличивалась на 5 град. Таким образом, поддерживался примерно постоянный состав продуктов на выходе из реак­тора в течение всего пробега. Первый межрегене-рационный пробег катализатора был остановлен при достижении температуры в реакторе 450 °С. Следует указать, что температурный режим в реакторе (по длине слоя катализатора и диаметру реактора) был далек от оптимального из-за несовершенства регуляторов температуры и по некоторым другим причинам, и поэтому в пилотной установке меж-регенерационный пробег катализатора оказался значительно ниже такового в случае лабораторных испытаний. Однако даже в неоптимальных темпе­ратурных режимах длительность пробега в пилот­ных испытаниях оказалась равной 115ч, что ха­рактеризует процесс как вполне технологичный.

После реакционного цикла была проведена ре­генерация катализатора азотно-воздушной смесью со ступенчатым увеличением температуры регене­рации и концентрации кислорода в смеси. Общее время регенерации составило 40—45 ч. Затем был

Таблица 1

Материальный баланс процесса БИМТ в режимах получения бензинов при использовании сырья различного состава (% по массе)

Сырье н2 h3S

(Бобщ)

Cr-Ca С3—С4 Бензин ОЧ

(MM)

Диз. топливо
Нурлатский дистиллят № 1 (фр.НК—360) (3,75) 0,35 47,8 58 48,1
Продукт 1 1,0 3,7 1,1 11,2 47 78-80 36
Продукт 2 1,7 3,7 0,8 14,8 53 85—88* 26
Нурлатский дистиллят № 2 (фр.НК—360) (3,75) 1,6 40,8 66 57,6
Продукт 3 0,6 3,7 0,4 9,3 46 83-84" 40
Нижнекамский дистиллят (фр.НК—350) (0,51) 1,1 48,2 55 51,8
Продукт 4 1,1 0,5 2,5 15,5 47,3 84" 33,1
Соответствует Аи-95. ** Соответствует Аи-92.
проведен второй цикл «реакция—регенерация», при­чем специально были использованы неоптималь­ные условия проведения процесса. В третьем цик­ле испытаний были сохранены все параметры пер­вого цикла (см. рис. 4). В связи с тем что выход­ные характеристики получаемого продукта реак­ции практически совпадали с таковыми при пер­вом цикле, процесс был остановлен на 87-м часу приГ=430°С.

Пилотные испытания показали, что катализатор ИК-30-БИМТ полностью сохраняет активность, се­лективность и стабильность после нескольких цик­лов «реакция—регенерация». По результатам лабо­раторных исследований прогнозируется срок слу­жбы катализатора не менее 40 таких циклов.

Материальный баланс процесса БИМТ по ито­гам всех пилотных испытаний, проведенных на различном сырье с различным содержанием сер­нистых соединений, приведен в табл. 1.

Соотношение между количеством получае­мых бензина и дизельного топлива зависит от состава исходного сырья (различные дистилляты в табл. 1) и может варьироваться изменением условий проведения процесса (см. продукты 1—4 в табл. 1). Режимы проведения процесса, при которых получаются бензины с различным окта­новым числом, а также достигается различное соотношение образующихся бензина и дизель­ного топлива, различаются в основном скоро­стью подачи исходного сырья и незначительно — температурой или давлением.

При организации рециркуляции образующегося в процессе газа (после его очистки от сероводоро­да или без нее) выходы бензина и дизельного топ­лива могут быть значительно увеличены. Выход жидких фракций достигает 90—93 % (по массе).

ДОСТОИНСТВА ТЕХНОЛОГИИ БИМТ

  • Значительное удешевление и упрощение схе­мы нефтепереработки, так как не требуются про­цессы гидроочистки, риформинга, алкилирования, депарафинизации.
  • Содержание общей серы в сырье не лимити­руется.
  • При переработке газовых конденсатов увели­чивается выход бензина до 20—25 % по сравнению со стандартной схемой переработки.
  • Выход жидких фракций не менее 80—85 % (при рециркуляции образующегося газа — 90-5-93 % по массе). Соотношение между бензиновой и ди­зельной фракциями зависит от состава исходного сырья и режима проведения процесса.
  • Октановое число получаемых бензинов от 80 до 95 по исследовательскому методу.
  • Содержание серы в бензине менее 0,01 % (по массе).
  • Содержание бензола в бензине составляет менее 1 % при общем содержании ароматических углеводородов не выше 30-40 %.
  • Температура замерзания дизельного топлива от -35 до -60 °С.
  • Цетановое число дизельного топлива не ниже 50-55.
  • Содержание серы в дизельном топливе менее 0,05 % (по массе).
БИМТ является технологией «второго поко­ления». Технологией «первого поколения» мож­но считать «Цеоформинг» [4, 5], в котором на цеолитных катализаторах перерабатываются пря-могонные бензиновые фракции с температурой конца кипения до 200 °С в высокооктановые бензины. Основы технологии «Цеоформинг» и катализатор для нее также разрабатывались в Институте катализа СО РАН. За последние 10 лет НИЦ «Цеосит» (г. Новосибирск), входящий в Объединенный институт катализа, внедрил не­сколько промышленных установок по техноло­гии «Цеоформинг» в России, Польше и Грузии мощностью от 5 до 40 тыс. т/год. Технология БИМТ по аппаратурному оформлению реактор­ного блока и технологическим параметрам про­цесса практически не отличается от «Цеофор­минг» (различия только в части разгонки полу­ченных продуктов), поэтому ее можно с уверен­ностью рекомендовать для промышленного ис­пользования.

Технология БИМТ идеально подходит также для малотоннажного производства высокосортных моторных топлив, соответствующих новым миро­вым стандартам, при использовании в качестве сырья высокосернистых нестабилизированных га­зовых конденсатов (таких, как, например, Астра­ханский или Оренбургский) или нефтей мало-дебитных месторождений. Как современная энер-го- и ресурсосберегающая технология, она также может быть применена при строительстве новых нефтеперерабатывающих комплексов.

Технология БИМТ позволяет получать высоко­сортные моторные топлива, соответствующие со­временным мировым стандартам, и при этом не требует разработки нестандартного оборудования, так как может использовать уже имеющееся на нефтеперерабатывающих и газоперерабатываю­щих заводах или нефтехимических комбинатах. При малых мощностях установок могут быть при­менены реакторы трубчатого типа, при больших — адиабатические или полочные реакторы.

Для процесса БИМТ может быть приспособлена установка Л-35-6, первоначально предназначенная для получения индивидуальных ароматических уг­леводородов из прямогонной фракции 62—105 °С методом каталитического риформинга (это отечес­твенные довольно старые установки риформинга, которых в России имеется около 15). На такой ус­тановке присутствует практически все необходи­мое оборудование, и требуется сделать переобвяз­ку и реконструкцию некоторых ректификацион­ных колонн. По нашим оценкам, на это необходи­мо затратить максимум 10—15 % от стоимости но­вой установки.

Реакторный блок представляет собой две «нит­ки», в каждой из которых от 1 до 3 реакторов (в зависимости от производительности установки). Процесс БИМТ эндотермический, и при больших производительностях может потребоваться про­межуточный подогрев реакционной смеси. Для осуществления процесса в непрерывном режиме одна нитка реакторов находится в режиме «реак­ции», а другая — «регенерации».

Предварительные экономические расчеты по оценке эффективности технологии БИМТ прове­дены в двух базовых вариантах для локального внедрения (минимальная и максимальная мощнос­ти) и ориентированы на российский рынок сырья и сбыта продукции. Объем инвестиций в расчетах взят с учетом всех затрат, включая создание необ­ходимой инфраструктуры, т.е. при строительстве на пустом месте.

Мощность по сырью, тыс. т/год 10 300

(Россия) (Европа)

Объем инвестиций, млн долл. США 3,2 30,0

Годовой доход, млн долл. США 2,4 72,0

Годовые тек. затраты, млн долл. США ....1,1 18,0

Срок окупаемости, лет 2,5 1,0

Расчетная эффективность внедрения процесса БИМТ на имеющемся стандартном оборудовании действующих предприятий нефтепереработки еще выше.

Прошла лабораторный уровень разработки тех­нология БИМТ-2 — каталитическая технология одностадийной переработки средних нефтяных дистиллятов с высоким содержанием сернистых соединений тиофенового ряда.

В мире существуют нефти, средние дистилляты которых содержат значительное количество высо­костабильных сернистых соединений тиофенового ряда (табл. 2) [6]. Описанные выше и исследован­ные нами нефтяные дистилляты содержали значи­тельно меньшее количество высокостабильных сер­нистых соединений тиофенового ряда по сравнению с указанными в табл. 2. Такие фракции (см. табл. 2) обычно требуют жестких условий гидро­облагораживания для разложения содержащихся в них полициклических сернистых соединений.

Технология БИМТ-2 позволяет в мягких усло­виях и без использования водорода извне получать из указанных выше дистиллятов высокосортные моторные топлива, соответствующие современ­ным мировым стандартам, и отличается от БИМТ, во-первых, используемым катализатором ИК-ЗО-БИМТ-2, а во-вторых, ее применением только в варианте с рециркуляцией образующегося газа. Катализатор ИК-ЗО-БИМТ-2 также является цео-литным, дополнительно модифицированным не­которыми элементами, придающими ему еще и свойства катализаторов гидроочистки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, разработана новая технология в двух вариантах — БИМТ и БИМТ-2 — одностадий­ная каталитическая переработка с использованием цеолитных катализаторов средних нефтяных дис­тиллятов или нестабильных газовых конденсатов, в том числе и с высоким содержанием высокоста-

бильных сернистых соединений тиофенового ря­да, в высокооктановые бензины, зимнее дизель­ное топливо и сжиженный газ С3—С4. Эта техно­логия позволяет значительно упростить сущест­вующую в настоящее время классическую схему нефтепереработки с одновременным уменьше­нием в несколько раз стоимости производства той же самой продукции — высококачественных моторных топлив.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Пат. 2181750 (РФ). Способ переработки нефтяных дистиллятов (варианты) / Г.В. Ечевский, О.В. Кли­мов, О.В Кихтянин и др. 2002.
  2. Ечевский Г.В. II Наука и технологии в пром-сти. 2002. № 2. С. 62.
  3. Заяв. на пат. 2001120192 (РФ). Способ переработки нефти / Г.Г. Гарифзянова, A.M. Тухватуллин, Г.Г. Га-рифзянов и др. 2002.
  4. Степанов ВТ, Снытникова Г.П., Ионе К.Г. II Неф­техимия. 1992. Т. 32, № 3. С. 243.
  5. Степанов ВТ., Гетингер А.Я., Снытникова Г.П. и др. // Нефтеперераб. и нефтехимия. 1988. № 12. С. 3.
  6. Большаков Г. Ф. Сероорганические соединения неф­ти. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1986.

www.ekollog.ru

Пока нефтяные бароны дремлют - ЭкспертРУ

"Вы сами-то понимаете, что вы сделали?! Теперь - либо вас убить, либо всю нефтепереработку перелопатить..." - так отреагировали крупные игроки нефтеперерабатывающей отрасли, когда узнали о новой технологии, разработанной два года назад учеными из новосибирского Института катализа им. Г. К. Борескова Сибирского отделения РАН. "По-новосибирски" нефть в отличие от традиционного многоступенчатого процесса перерабатывается за одну стадию. На выходе получаются высокооктановый бензин и высококачественное дизельное топливо, которые удовлетворяют даже ужесточенным экологическим стандартам, недавно введенным в Европе. Но главное - производство отменного топлива по новой технологии обходится в разы дешевле, чем по классической.

Скажем прямо, Институт катализа - учреждение для отечественной академический системы нетипичное. За всю историю его существования здесь удовлетворением "чистого любопытства" почти не занимались - ученые в своих исследованиях, как правило, ориентировались на нужды реального сектора, поэтому практически все сделанные в институте разработки находили своих потребителей. Новая, одностадийная технология переработки нефти исключением не стала. На втором Конкурсе русских инноваций, который проводит наш журнал, новосибирское ноу-хау получило премию Британского совета и уже внедряется на предприятиях.

Только светлые фракции

Сразу оговоримся, что речь пойдет только о светлых фракциях нефти (углеводородных соединениях, выкипающих из нефти до 360oС), из которых получают бензин и дизельное топливо - мазута касаться не будем.

По традиционной технологии, после первичной разгонки нефти бензиновая, керосиновая и дизельная фракции дальше перерабатываются каждая по своей схеме. Так, один из вариантов переработки бензиновой фракции в высокооктановый бензин включает гидроочистку (на этой стадии происходит очистка от серы и азота), риформинг и алкилирование. Дизельная фракция прежде чем превратиться в то, что мы называем зимним дизельным топливом, подвергается гидроочистке и депарафинизации.

Такая длинная разветвленная цепочка нефтепереработки сформировалась постепенно, по мере того как совершенствовалась техника, требовавшая все более качественного топлива. Фактически каждое новое поколение технических средств заставляло нефтепереработчиков достраивать новое звено, что удлиняло и усложняло цепочку.

На протяжении более чем ста лет существования классической технологии все фракции нефти преобразовывались отдельно друг от друга, каждая на своем катализаторе: например, для риформинга используются платиновые катализаторы, для гидроочистки - кобальт-молибденовые, для депарафинизации - платиновые и палладиевые. Оптимизировать процесс, укоротив столь длинную цепочку, за это время пытались неоднократно, но всем новаторам мешал один стереотип: считалось, что перерабатывать несколько фракций вместе (то есть в одном реакторе и на одном катализаторе) невозможно сразу по трем причинам. Во-первых, в силу того, что более тяжелые фракции просто не будут преобразовываться

expert.ru

ENERGOINFORM.ORG - Точка зрения - Пока нефтяные бароны дремлют

Энергоинформ / Точка зрения / Пока нефтяные бароны дремлют

Пока нефтяные бароны дремлют

Статья с таким заголовком появилась в журнале «Эксперт» (№ 2, 2004 г.), еще раз подтвердив то, о чем нам рассказывал генерал Шам. Оказывается, и новосибирские ученые придумали, как из любой нефти — даже самой «грязной» — получать супертопливо. И обойдется это во много раз дешевле, чем на обычном нефтеперерабатывающем заводе.

«Вы сами-то понимаете, что вы сделали?! Теперь — либо вас убить, либо всю нефтепереработку перелопатить...» — так отреагировали крупные игроки нефтеперерабатывающей отрасли, когда узнали о новой технологии, разработанной два года назад учеными из новосибирского Института катализа имени Г.К.Борескова Сибирского отделения РАН. «По-новосибирски» нефть, в отличие от традиционного многоступенчатого процесса, перерабатывается за одну стадию. На выходе получаются высокооктановый бензин и высококачественное дизельное топливо, которые удовлетворяют даже ужесточенным экологическим стандартам, недавно введенным в Европе. Но главное — производство отменного топлива по новой технологии обходится в разы дешевле, чем по классической...»

В чем же суть новосибирского прорыва — «Технологии БИМТ»? В том, что боресковцы создали уникальный катализатор, благодаря которому все светлые фракции нефти перерабатываются не по отдельности (с помощью разных и очень дорогих катализаторов), а в одном реакторе. Доктор химический наук Геннадий Ечевский со своей группой смог изменить структуру цеолитового катализатора так, чтобы добиться волшебного эффекта. Первые испытания нового метода прошли в 2001-м, а в 2003-м заработала опытно-промышленная установка, построенная благодаря участию краснодарского акционерного общества «НИПИгазпереработка». Именно краснодарцы стали и участниками проекта, и площадкой для проверки технологии. Испытания показали, что установка позволяет получать и бензин с низким содержанием бензола, и зимнее дизельное топливо (не замерзает и при минус 75 градусах), и пропан-бутановую фракцию, из которой получается сжиженный газ — тоже прекрасное топливо.

Экономический эффект вышел потрясающим. Отпала необходимость в сложных и дорогих процессах — гидроочистке нефти, риформинге, изомеризации, алкилировании, очистке от парафина, ректификации. За счет всего этого завод на БИМТ-технологии получается вшестеро дешевле обычного НПЗ при постройке, а при использовании требует затрат в восемь раз меньше! А возможность перерабатывать даже очень загрязненную серой нефть вообще великолепна. Сегодня НПЗ с неохотой берут такое сырье на переработку, тогда как сернистой нефти в России становится больше год от года. А еще испытатели с радостью убедились в том, что БИМТ может практически без остатка перерабатывать газовый конденсат, превращая его в топливо прекрасного качества.

Патентный поиск показал, что подобной технологии просто нет нигде в мире. Однако попытки разработчиков заинтересовать крупные нефтяные компании в БИМТ-технологии окончились загадочным молчанием последних. Плюнув на гигантов, Ечевский и товарищи обратились к тем, кто хочет ставить перерабатывающие нефть центры «с нуля», и прежде всего — на труднодоступных землях. Ведь куда как выгоднее перерабатывать нефть прямо у скважины, а не гонять ее за сотни верст туда-сюда. Где? В Татарии, где нефть — серниста, в Калмыкии, где она насыщена парафинами, в Оренбуржской, Астраханской областях и Якутии, где много газового конденсата. И действительно, благодаря титаническим усилиям коммерческо-инновационного «гения» Института катализа, Сергея Кильдяшева, революционной технологией заинтересовались в Калмыкии. Выстроилась и производственная цепочка, куда вошли и Вологоградский завод химического машиностроения и немецкая фирма «Люрги».

И это понятно: каждая БИМТ-установка стоит около 6 миллионов долларов. А хороший НПЗ на классической технологии стоит уже сотни миллионов долларов. И если привычные предприятия экономически бессмысленно ставить там, где добывается меньше 300 тысяч тонн нефти в год, то БИМТ рентабелен, даже если стоит у месторождения мощностью в 5 тысяч тонн нефти ежегодно. Привычный НПЗ окупается за семь-пятнадцать лет, а новая чудо-установка — всего за два с лишним года.

Примечание: недавно власти решили строить новый НПЗ. На импортных технологиях. Стоимостью в 8 миллиардов долларов.

Интересно, а если бы эти деньги — да в БИМТ-заводы?

Источник: Максим Калашников

www.energoinform.org

Реферат - Современное состояние нефтехимического синтеза Основные продукты и технологии

Тема: Современное состояние нефтехимического синтеза. Основные продукты и технологии

Введение

1. Альтернативные виды топлива, сырьевые ресурсы

1.1 Диметиловый эфир

1.2 Синтетический бензин

1.3 Спиртовые топлива

1.4 Топливо из биомассы

2. Технологии

2.1 Синтез ДМЭ из природного газа (через метанол)

2.2 Одностадийный синтез ДМЭ из синтез-газа и синтез бензина (через ДМЭ)

2.3 Нетрадиционные процессы и технологии получения моторных топлив

2.3.1 Технология БИМТ

2.3.2 Технология БИМТ-2

2.3.3 Процесс БИЦИКЛАР

Заключение

Литература

Введение

На развитие топливной отрасли определяющим образом влияет ряд факторов. Рост затрат на поиск, добычу и доставку к местам массового потребления нефтяного сырья в конечном итоге привел к удорожанию топлива, получаемого из нефти. Повышение требований экологов к качеству производимого моторного топлива также вызывает удорожание переработки исходных нефтяных фракций.

Еще один важный фактор, определяющий траекторию изменений в топливном секторе энергетики, обусловлен необходимостью сокращения выбросов в атмосферу диоксида углерода, являющегося основным «парниковым» газом. С позиций эколога ни один из существующих сейчас видов топлива нельзя считать приемлемым. Все, что используется на транспорте для производства энергии, — это соединения углерода. При их сгорании в двигателе автомобиля или в топке энергоустановки (завода или электростанции) образуется (в оптимальном варианте) диоксид углерода, поступающий в атмосферу. Будущее автомобильного транспорта и крупных энергоустановок, как правило, связывают с использованием электрической энергии и водорода, производимыми на базе возобновляемых источников энергии методами, которые, как сейчас кажется, не нанесут ущерба природе. Осуществление этих амбициозных проектов связано со множеством технических проблем, на решение которых уйдет довольно много времени даже при условии мобилизации глобального научно-технического потенциала.

В настоящее время на фоне удорожания нефти и методов ее переработки, растущей автомобилизации и возрастающей потребности цивилизации в высококачественном топливе химики обращают свое внимание в сторону не нефтяных источников для производства новых композиций углеводородных топлив, ставших привычными для потребителя-автомобилиста.

В настоящее время единственным экономически приемлемым путем повышения экологичности автотранспорта является перевод его на альтернативные топлива, обеспечивающие сокращение вредных выбросов в окружающую среду двигателями автомобилей до уровня, отвечающего жестким европейским нормам. Европейская комиссия планирует разработку масштабной программы внедрения альтернативных видов моторного топлива. До 2020 года свыше 1/5 объема топлива на базе нефти должно быть заменено на такие альтернативные продукты, как биотопливо, природный газ и водород.

1. Альтернативные виды топлива, сырьевые ресурсы

1.1 Диметиловый эфир

Синтез диметилового эфира (ДМЭ) и бензина через диметиловый эфир – одно из новых направлений в области переработки природного газа и других источников углерода (уголь, древесные остатки и т.п.). Основные пути переработки метана в моторные топлива показаны на схеме 1. Как видно из схемы, синтез ДМЭ вписывается в схему переработки природного газа как путь, альтернативный синтезу метанола.

Моторные топлива
Схема 1 Основные пути переработки природного газа в моторные топлива

1.2 Синтетический бензин

Сырьем для производства синтетического ненефтяного бензина могут быть уголь, природный и попутный нефтяной газы, биомасса, сланцы и т.д. Наиболее перспективным источником для производства альтернативных моторных топлив является природный газ, а также получаемый из него синтез-газ (смесь СО и Н2 в различных соотношениях). Там, где природный газ легко извлекается, можно использовать его в сжатом и сжиженном состояниях в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Сжижение природного газа по сравнению со сжатием имеет то преимущество, что позволяет уменьшить объем системы его хранения почти в три раза.

Использование альтернативных топлив, полученных из природного газа, обеспечивает снижение содержания токсичных компонентов в выхлопных газах автотранспорта.

1.3 Спиртовые топлива

Существенным недостатком этого вида топлива остается его высокая стоимость – в зависимости от технологии получения спиртовые топлива в 1,8-3,7 раза дороже нефтяных. Среди различных спиртов и их смесей наибольшее распространение в качестве моторного топлива получили метанол и этанол. В настоящее время для производства метанола применяют синтез-газ, но для крупномасштабных процессов более предпочтительным сырьем является природный газ. С энергетической точки зрения достоинство спиртов заключается главным образом в их высокой детонационной стойкости, что определяет преимущественное использование спиртов в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Их основными недостатками являются пониженная теплота сгорания, высокая теплота испарения и низкое давление насыщенных паров.

Этанол в целом по эксплуатационным характеристикам лучше метанола. Стоимость этанола в среднем гораздо выше себестоимости бензина. В настоящее время метанол как моторное топливо используется в ограниченных количествах. Его в основном применяют для получения синтетических жидких топлив, в качестве высокооктановой добавки к топливу и как сырье для производства антидетонационной добавки – метил-трет-бутилового эфира.

Одной из наиболее серьезных проблем, затрудняющих применение добавок метанола, является низкая стабильность бензино-метанольных смесей и чувствительность их к присутствию воды. Различие плотностей бензина и метанола и высокая растворимость последнего в воде приводят к тому, что попадание даже небольших количеств воды в смесь вызывает ее немедленное расслоение, причем склонность к расслоению усиливается с понижением температуры, увеличением концентрации воды и уменьшением содержания ароматических соединений в бензине. Для стабилизации бензино-метанольных смесей используют присадки – пропанол, изопропанол, изобутанол и другие спирты.

1.4 Топливо из биомассы

Весьма перспективным возобновляемым сырьем является биомасса. Она может быть использована для получения этанола в качестве альтернативного топлива. Подсчитано, что ежегодно выращивается и вырастает в дикой природе столько биомассы, что из нее можно вырабатывать энергии в восемь раз больше, чем в настоящее время дает все топливо из ископаемого сырья. Исследования, направленные на создание производства жидких топлив из возобновляемого сырья растительного происхождения, в последние годы расширяются.

Биоэтанол и биобутанол получают ферментационным путем. В качестве сырья для ферментации может быть использован широкий набор углеводных материалов: сахара, крахмал, целлюлоза и др. Основу производства биоэтанола из крахмала составляют две стадии: гидролиз крахмала до глюкозы под действием ферментов и ферментация глюкозы до этанола. Существенный недостаток этой технологии связан с тем, что при повышении концентрации этанола в реакционной смеси выше определенного уровня он начинает оказывать ингибирующее действие на процесс ферментации. Кроме того, ферментация обычно приводит к образованию ряда метаболитов, которые при повышенных концентрациях также снижают эффективность процесса.

Современные исследования по совершенствованию существующих процессов получения биоэтанола ведутся в основном по двум направлениям: разработка ферментационных систем, работающих в непрерывном режиме, и повышение производительности методов извлечения и очистки этанола с целью снижения энергозатрат на производство топливного спирта.

2. Технологии

2.1 Синтез диметилового эфира из природного газа (через метанол)

Природный газ является наиболее простым и доступным сырьем для синтеза диметилового эфира и, соответственно, процесс получения ДМЭ на базе природного газа имеет наилучшие экономические показатели. В настоящее время промышленное производство ДМЭ (наполнитель для аэрозолей) составляет ок. 150 тыс. т. в год и базируется на переработке метанола. Упрощенно схему производства ДМЭ на основе природного газа через синтез и последующую дегидратацию метанола можно представить в виде схемы 2.

Схема 2 Схема синтеза ДМЭ из природного газа через стадии синтеза и дегидратации метанола

Рассмотрим отдельные стадии этого синтеза.

Конверсия метана.

Конверсия метана (риформинг) в синтез-газ – это высокотемпературный процесс, который может быть осуществлен по разным реакциям (с участием различных реагентов). Среди них:

· паровая конверсия Ch5+h3O=CO+3h3 (1)

· углекислотная конверсия Ch5+CO2+2CO+2h3 (2)

· неполное окисление Ch5+1/2O2=CO+2h3 (3)

Реакции (1) и (2) сильно эндотермичны, поэтому получил распространение автотермический риформинг – паровой риформинг в присутствии кислорода. К протекающим в условиях автотермического риформинга реакциям (1) и (3) добавляются сильно экзотермические реакции полного окисления:

Ch5+2O2=CO2+2h3O (4)

h3+1/2O2=h3O (5)

CO+1/2O2=CO2 (6)

Эти процессы обеспечивают компенсацию потерь тепла в реакции (1), но приводят к дополнительным затратам сырья.

Синтез-газ представляет собой смесь СО и водорода с небольшим количеством СО2, в котором также может присутствовать азот. Важнейшей характеристикой синтез-газа является соотношение концентраций Н2: СО. Для синтеза метанола это отношение должно быть больше двух, что делает неизбежным использование парового риформинга (реакция 1).

Условия проведения риформинга являются результатом компромисса между требованиями термодинамики (повышение температуры и снижение давления для увеличения равновесной конверсии метана), экономики и материаловедения. При высокой температуре (800-900 ºС) и не слишком высокой давлении (1-3 МПа) термодинамика процесса благоприятна, что позволяет довести реакцию до превращения, близкого к полному. Достигнутый компромисс приводит к тому, что в процессе синтеза метанола стадия риформинга требует примерно 2/3 капитальных вложений и более половины эксплуатационных расходов. Это обстоятельство обусловило поиск новых путей превращения природного газа в синтез-газ.

Прямое газофазное селективное окисление метана в СО и Н2, т.е. в синтез-газ (реакция 3), явилось бы наиболее простым из альтернативных методов, однако селективность этого процесса в удобных для практики условиях низка (на уровне 50%). Высокая селективность может быть достигнута при высоких температурах (ок. 1500 К), когда равновесие благоприятно именно для образования синтез-газа. Однако проведение процесса при таких температурах сопряжено с рядом трудностей, обусловленных очень жесткими требованиями к материалу реактора, контактирующего с коррозийно активной средой при высокой температуре, и сложностью управления процессом, поскольку закономерности горения «богатых» смесей относительно мало изучены.

Возникает также вопрос, что использовать в качестве окислителя. Если окислять метан чистым кислородом, возрастают капиталовложения и стоимость синтез-газа, а если использовать воздух, то получается «бедный» синтез-газ низкого качества с большим содержанием азота (не менее 50-60% об.).

В последние годы появилось несколько отечественных разработок, в которых предлагаются новые решения аппаратурного оформления процесса высокотемпературного селективного окисления природного газа в синтез-газ.

Синтез метанола.

Промышленный синтез метанола из синтез-газа до 60-х гг. прошлого века базировался на цинкхромовых катализаторах, несмотря на относительно низкую селективность и довольно жесткие условия процесса (температура 400 ºС и давление 30 МПа). Промышленное применение высокоселективных медьсодержащих катализаторов задержалось из-за их повышенной чувствительности к отравлению соединениями серы и стало возможным лишь после развития методов сероочистки. Начиная с 1960-х гг., технология высокоселективного синтеза метанола с использованием медьсодержащих катализаторов, в первую очередь Cu-Zn-Al-оксидных, введенных в промышленную практику фирмой ICI и «HaldorTopsoe», в СССР – СНМ.

Современные катализаторы синтеза метанола близки к идеалу, если не считать постепенной из дезактивации в ходе эксплуатации и высокой чувствительности к каталитическим ядам. Они позволяют осуществлять процесс при относительно низкой температуре (220-280 ºС) и умеренном давлении (5-10 МПа) и обеспечивают высокую селективность – содержание суммы примесей в метаноле обычно не превышает 0,1 %.

Новые перспективы совершенствования технологии производства метанола выявились в результате исследований механизма процесса и последующего перехода к теоретическим кинетическим моделям, базирующимся на механизме реакции. Первый принципиальный шаг в этом направлении был сделан более четверти века назад, в 1975 г., когда независимо кинетическим и изотопным методами было доказано, что метанол на медьсодержащих катализаторах образуется путем гидрирования СО2, но не СО. Было установлено, что общепринятая к тому времени реакция:

СО+2Н2=СН3ОН (7)

на этих катализаторах вообще не протекает, а в условиях синтеза метанола основную роль играют две реакции:

собственно синтез метанола

СО2+3Н2=СН3ОН+Н2О (8)

и конверсия СО водой (реакция водяного пара)

СО+Н2О=СО2+Н2 (9)

Аналогичный механизм процесса образования метанола реализуется на цинкхромовых катализаторах.

На железных катализаторах (и, вероятно, на палладиевых) ситуация противоположная: почти весь метанол образуется за счет гидрирования СО и лишь 0,2 % — за счет гидрирования СО2.

Дегидратация метанола в диметиловый эфир.

Кинетика дегидратации метанола в диметиловый эфир:

2СН3ОН=СН3ОСН3+Н2О

изучалась в ряде работ, однако предложенные кинетические уравнения фактически давали лишь эмпирическое описание процесса. Важная информация о механизме реакции дегидратации метанола следует из данных работы В.А. Махлина и С.И. Иванова. Ниже приведены результаты, полученные ими в очень простом эксперименте при подаче в проточный реактор импульсов метанола в потоке гелия на слой катализатора γ-Al2O3, содержащий прочно адсорбированную воду (табл. 1).

Таблица 1 Результаты исследования реакции дегидратации метанола в диметиловый эфир на γ-Al2O3 импульсным методом

Количество метанола в импульсе, ммоль Количество продуктов на выходе из реактора, ммоль ДМЭ метанол вода
0,052 --------- --------- 0,098
0,062 --------- 0,001 0,042
0,050 0,013 0,003 0,026
0,055 0,017 0,003 0013
0,053 0,010 0,004 0,013
0,162 0,179 0,017 0,038

Как видно, первый импульс метанола не приводит к образованию ДМЭ. В газовой фазе появляются лишь две молекулы воды на каждую молекулу поглощенного метанола. Близкая картина наблюдается при пуске второго импульса, хотя количество выделяющейся воды снижается. При подаче последующих трех импульсов образуется небольшое количество ДМЭ и выделяется столь же небольшое количество воды, при этом метанола на выходе из реактора (слой катализатора) не обнаруживается, он постепенно накапливается на поверхности сорбента. Наконец, при шестом импульсе концентрация метанола резко увеличивается в газовой фазе вплоть до выхода его из реактора.

Проведенный опыт привел к принципиально важному результату: количество полученного диметилового эфира намного превышает количество поданного в импульсе метанола. Более того, практически весь метанол, оставшийся на поверхности сорбента в ходе предыдущих импульсов, превращается в ДМЭ. При этом количество выделяющейся воды невелико и намного меньше, чем это следовало бы согласно стехиометрии реакции.

2.2 Одностадийный синтез ДМЭ из синтез-газа и синтез бензина (через ДМЭ)

Рассмотренную выше схему 2 нельзя считать полностью оптимальным решением. Синтез метанола характеризуется неблагоприятной термодинамикой, что резко ухудшает технико-экономические показатели процесса по схеме 2. Напрашивается решение – объединить процессы синтеза метанола и его дегидратации, выводя таким образом метанол из зоны реакции. В этом случае протекают три экзотермические реакции:

синтез метанола

СО2+3Н2=СН3ОН+Н2О (+49,8 кДж/моль) (8)

дегидратация метанола

2СН3ОН=(СН3)2О+Н2О (+23,4 кДж/моль) (9)

конверсия СО водой (реакция водяного пара)

СО+Н2О=СО2+Н2 (+40,9 кДж/моль) (10)

Ключевой реакцией в приведенной совокупности (8) – (10) является синтез метанола. Образующийся в реакции (8) метанол и вода превращаются в двух последующих реакциях. В противоположность синтезу метанола, равновесие двух последних реакций сдвинуто вправо. Именно поэтому сочетание указанных трех реакций в едином реакционном пространстве оказывается исключительно благоприятным, во всяком случае для газофазного процесса, и позволяет на порядок повысить производительность катализатора синтеза метанола. Удаление воды из зоны реакции благоприятно с позиций не только термодинамики, но и кинетики процесса, так как вода тормозит синтез метанола.

Указанный подход позволяет получить оптимизированную схему переработки природного газа в ДМЭ, включающую прямой синтез ДМЭ из синтез-газа (схема 3).

Схема 3 Двухстадийный синтез диметилового эфира из природного газа

2.3 Нетрадиционные процессы и технологии получения моторных топлив

В Институте катализа СО РАН разработан ряд нетрадиционных процессов и технологий получения высококачественных бензинов и дизельных топлив на основе различных углеводородных фракций – средних нефтяных дистиллятов, газовых конденсатов, широкой фракции легких углеводородов и легких углеводородных газов.

2.3.1 Технология БИМТ (Боресков Институт Моторные Топлива) –одностадийная переработка средних нефтяных дистиллятов и газовых конденсатов

Данная технология позволяет получать высокооктановые бензины, зимнее дизельное топливо и сжиженный газ С3-С4. Процесс проводится на цеолитном катализаторе ИК-30-БИМТ, не содержащем благородных металлов, в реакторах со стационарным слоем катализатора при температуре 350-450 ºС и давлении до 20 атм. Сырьем могут быть прямогонные нефтяные фракции (начало кипения 35-350ºС) или нестабильные газовые конденсаты без предварительной их разгонки. Содержание общей серы в сырье не лимитируется. Длительность межрегенерационного пробега катализатора в режиме подъема температуры составляет 150-280 ч в зависимости от рабочих параметров процесса и состава получаемых продуктов.

Данная технология имеет ряд существенных преимуществ перед стандартной технологией переработки нефти. По стандартной схеме нефть поступает в блок первичной перегонки, где она разделяется на бензиновую, керосиновую, дизельную фракции, тяжелый вакуумный газойль и гудрон. Каждая из этих фракций далее подвергается облагораживанию по своей технологической схеме. Так, например, для производства высокооктанового бензина (схема 4) прямогонный бензин подается на гидроочистку и далее одна часть направляется на риформинг для получения рафината (концентрат ароматических углеводородов), а другая часть – на стадию алкилирования. Путем компаундирования получают высокооктановый бензин. В случае получения зимнего дизельного топлива прямогонная дизельная фракция должна пройти стадии гидроочистки и депарафинизации.

Схема 4 Традиционная технологическая схема переработки нефти

По предлагаемой новой технологии (схема 5) из нефти выделяется широкая фракция (начало кипения 35º — конец кипения 360ºС, т.е. весь атмосферный погон), которая направляется на процесс БИМТ – одностадийную каталитическую переработку этой фракции. Далее продукт переработки разделяется методом ректификации на товарные моторные топлива – высокооктановый бензин, зимнее дизельное топливо и сжиженный газ С3 — С4. Полученные топлива не требуют какой-либо доработки или введения каких-либо добавок для достижения соответствия продуктов существующим ГОСТам.

Схема 5 Схема переработки нефти по технологии БИМТ

В случае использования в качестве сырья тяжелых газовых конденсатов на процесс БИМТ можно направлять весь газовый конденсат без его предварительной разгонки на бензиновую и дизельную фракции. Полученный продукт далее подвергается ректификации с выделением товарного высокооктанового бензина и высокоцетанового дизельного топлива зимнего сорта. Согласно расчетам энергозатрат, эффективность предлагаемой технологии переработки нефтяных фракций в высокосортные моторные топлива за счет сокращения значительного количества используемых процессов минимум в четыре раза превышает эффективность существующих технологий получения этих продуктов.

Основные достоинства технологии БИМТ:

· Значительное упрощение и удешевление процессов нефтепереработки – не требуется стадий гидроочистки, риформинга, алкилирования, депарафинизации.

· Содержание общей серы в сырье не лимитируется.

· При переработке газовых конденсатов выход бензина увеличивается до 20-25 % по сравнению со стандартной технологией.

· Выход жидких фракций составляет не менее 80-85 % (90-93 % масс при циркуляции образующегося газа). Соотношение между бензиновой и дизельной фракциями зависит от состава исходного сырья и режима проведения процесса.

· Свойства получаемых бензинов: октановое число от 80 до 95 (по исследовательскому методу), содержание серы менее 0,001% (масс.), содержание бензола менее 1% при общем содержании ароматических углеводородов не выше 30-40 %.

· Свойства получаемого дизельного топлива: температура замерзания

· от -35ºС до -60ºС, цетановое число не ниже 50-55, содержание серы менее 0,05% (масс.).

2.3.2 Технология БИМТ-2 – одностадийная переработка средних нефтяных дистиллятов

Данная технология предназначается для переработки нефтяных фракций с высоким содержанием сернистых соединений тиофенового ряда. Существующие процессы гидрооблагораживания таких нефтяных фракций обычно требуют жестких условий для разложения полициклических сернистых соединений. Технология БИМТ-2 позволяет в мягких условиях и без использования водорода получать из указанных дистиллятов высокосортные моторные топлива, соответствующие современным мировым стандартам. Процесс осуществляется на цеолитном катализаторе ИК-30-БИМТ-2 – катализаторе процесса БИМТ, дополнительно модифицированном некоторыми добавками, придающими ему свойства катализаторов гидроочистки. Данная технология реализуется только в варианте с рециркуляцией образующегося газа.

2.3.3 Процесс БИЦИКЛАР

С использованием нового подхода к дизайну катализаторов процессов ароматизации легких парафинов в лабораторном масштабе разработан процесс БИЦИКЛАР совместной конверсии легких углеводородных газов. Процесс проводится в проточных реакторах на модифицированных цеолитных катализаторах при условиях: температура 450-550 ºС, атмосферное или небольшое избыточное давление, объемные скорости подачи газовой смеси 300-3000 . Сырьем может служить природный газ в смеси с попутным нефтяным газом, пропан-бутановой фракцией, пропаном, бутаном или изобутаном, допускается наличие олефинов.

Продуктом процесса является концентрат ароматических углеводородов. Данный процесс обеспечивает большой выход ароматических соединений и особенно нафталинов, которые, как известно, являются ценным сырьем для процессов органического синтеза. В целом выход ароматических углеводородов в расчете на превращенное сырье (за вычетом метана) увеличивается в 2,5 раза. Существенно, что в процессе БИЦИКЛАР используется стационарный слой катализатора.

Заключение

В последние десятилетия мировая нефтеперерабатывающая промышленность развивается под сильным влиянием требований новых стандартов на моторные топлива, предусматривающих повышение их экологической чистоты. Новые требования к моторным топливам настолько существенны, что вынуждают пересматривать компонентный состав топлив, получаемых в традиционных способах нефтепереработки. Экологические требования предъявляются как к самим топливам, так и к продуктам их сгорания.

Помимо экологической проблемы на пути развития автомобильного транспорта встают экономические трудности, связанные со снижением мировых ресурсов нефти. Начало XXI века многие специалисты характеризуют как окончание эры дешевой нефти. Сокращение запасов нефти пригодной для производства современных моторных топлив вследствие уменьшения в ней содержания водорода, находит отражение в наблюдавшейся тенденции удорожания нефтяных топлив. Поэтому экономические проблемы, связанные с использованием в двигателях транспортных средств традиционных моторных топлив, актуальны для всех промышленно развитых стран.

В настоящее время во многих странах проводятся исследовательские работы по созданию новых видов моторных топлив. В рамках этих работ вырабатываются концепции производства и использования альтернативных моторных топлив и создаются соответствующие двигатели. Использование ненефтяного сырья не только расширяет ресурсы топлив, но часто позволяет улучшить их экологические характеристики.

Литература

1. Волков В.В., А.Г. Фадеев, В.С. Хотимский и др. Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №6.

2. Данилов А.М., Каминский Э.Ф., Хавкин В.А. Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №6.

3. Ечевский Г.В. Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №6.

4. Нефтепереработка и нефтехимия, №8, 2002.

5. Розовский А.Я. Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №6.

6. Собянин В.А. Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №6.

7. Третьяков В.Ф., Бурдейная Т.Н. Рос. хим. ж., 2003, т. XLVII, №6.

www.ronl.ru

Глубокая переработка нефти на Мини НПЗ :: OOO НПП "HOУ Пром"

Переработка нефти делится на первичную переработку и вторичную переработку полученных продуктов.

На рисунке приведена упрощенная блок схема переработки нефти

Углубленная переработка нефти на Мини НПЗ имеет ряд особенностей.

Особенности вторичных процессов на Мини НПЗ
  • Как правило в отличие от крупных НПЗ, Мини НПЗ используют не постоянное по физико-химическим характеристикам сырье. Часто в процессе поиска сырья происходит перенастройка оборудования с внесением изменений в существующую технологию производства.
  • Использование высокотехнологичных процессов каталитического крекинга и высокоэффективных катализаторов требует развитой инфраструктуры и стабильного по физико-химическим характеристикам сырья. Поэтому стоимость введения новой технологии превосходит стоимость существующего завода в разы. В результате этого производственные затраты становятся выше по сравнению с крупными заводами, так как на долю себестоимости существенно сказывается показатель низкой производительности. Данное производство становится не рентабельным.
  • Процессы углубления переработки нефти для Мини НПЗ должны быть дешевыми и простыми. Не должно быть высоких требований к качеству получаемых топлив в результате вторичных процессов. К таким процессам можно отнести — висбрекинг, термокрекинг, Бимт технология, технологии битумного производства, магнитные резонаторы.
  • В зависимости от качества используемого сырья должна выбираться необходимая дальнейшая технология. Вот несколько направлений, повышения глубины переработки нефти на Мини НПЗ.

  • Основные направления переработки в зависимости от показателей качества сырья)

  • Введение процесса вакуумной перегонки мазута в технологическую схему первичной переработки нефти с целью получения вакуумного газойля и гудрона.

Краткое описание каждого процесса

Как видно из схемы сырье условно можно разделить на две группы: высокопарафинистое и высокосмолистое.

Для переработки высокопарафинистого сырья на Мини НПЗ применимы технологии деструктивных процессов, задачей которых является повышение выхода светлых компонентов.

Процесс каталитического крекинга с использованием дешевых катализаторов

Данный процесс может быть использован на Мини НПЗ в разрезе повышения глубины переработкина 15-20%. Основным оборудованием является реактор периодического заполнения. Использование двух и более реакторов позволяет производить регенерацию катализатора без остановки основного процесса. Регенерация катализатора производится за счет подачи в него дозированного количества кислорода. Так называемое выжигание. В качестве катализатора может быть использованы цеолит содержащие катализаторы

Как правило сырьем для такой установки служит не мазут, а вакуумный газойль, который получается при разгонке мазута под вакуумом. К сожалению можно пересчитать по пальцам Мини НПЗ использующие вакуумную колонну.

Минусом данного процесса является повышение селективности в сторону образования бензиновых фракций и газа. Таким образом селективность используемого катализатора существенно влияет на рентабельность производства.

Процесс термокрекинга

Процесс термического крекинга может использоваться на Мини НПЗ при переработке высокопарафинистого низкосернистого сырья. К такому сырью относятся нефти месторождений Республики Калмыкия, Республики Дагестан, Казахстана, ряда месторождений Краснодарского края.

Большое количество парафинов позволяет вести процесс с высокой селективностью в сторону образования керосино-дизельных фракций. Для использования этого процесса нет необходимости в катализаторе, что существенно упрощает технологию. Повышение глубины переработки на 15-20%

Висбрекинг

Данный процесс может быть задействован при переработке высокопарафинистого сырья с целью снижения вязкости получаемого при первичной переработке мазута. Побочным продуктом в результате термодиструкции является бензино-керосиновая фракция. Поскольку получаемый продукт является целевым отличным от первичного состояния, глубина переработки может определятся в пределах 95 %, однако данное определение некорректно, и определяющим является выход светлых компонентов. Таким образом глубина процесса висбрекинга не выше 5-10%.

Рентабельность процесса висбрекинга зависит от соотношения стоимости исходно мазута с высоковязкими характеристиками и продукта полученного в результате обработки.

Процесс коксования

Процесс коксования является одним из перспективных направлений развития отрасли Мини НПЗ, поскольку позволяет обеспечить переработку практически любого сырья вплоть до нефтешламов. Глубина переработки процесса позволяет поднять общую глубину переработки на НПЗ до 85-90%. К сожалению данный процесс наименее развит в промышленности даже крупных НПЗ. Поэтому его применение на Мини НПЗ на сегодняшний день остается только в перспективе. Однако к сведению, в Дагестане используется технология коксования примитивным способом.

Качество продуктов термодеструктивных процессов

Одним из ограничивающих факторов для использования термодеструктивных процессов является качество получаемых продуктов. В результате деструкции длинных цепочек углеводородов получаются непредельные углеводороды, которые в дальнейшем подвергаются осмолению и полимеризации. Также катализатором процесса осмоления является содержание высокого количества серы. В результате качество полученных топлив снижается за несколько дней (происходит осмоление). На крупных НПЗ для остановки процессов ухудшения качества топлив использую вспомогательный процесс гидроочистки, который позволяет насытить непредельные углеводороды атомами водорода. Как правило водород содержащий газ используемый в данном процессе получают либо паровой конверсией метана либо от установки каталитического реформинга.

Таким образом видно, что использование процессов гидроочистки для малых НПЗ сложно доступно.

Поэтому из вышеперечисленных процессов наиболее вероятными процессами которые могут быть задействованы в производстве являются процессы термического крекинга и висбрекинга, с определенными ограничениями.

Описание процесса термокрекинга

Нашим предприятием разработана технология на основе процессов прямой термической деструкции совмещенной с преобразованием получаемых продуктов на катализаторе изомеризации . По сути это совмещение процесса висбрекинга, термокрекинга с процессом каталитической изомеризации с дальнейшей перегонкой продуктов на установке первичной переработки нефти. Качество получаемых продуктов позволяет использовать данную технологию для повышения рентабельности производства.

Описание Битумной технологии

Для переработки сырья с высоким содержанием смол и асфальтенов процессы термической деструкции малоэффективны, поскольку качество получаемых продуктов еще хуже чем при переработке высокопарафинистого сырья. Поэтому одним из перспективных направлений является технология производства битума . Для производства битума наиболее подходят высокосмолистные нефти, а вот содержание парафина существенно снижает качество и уменьшает спектр получаемых продуктов.

Использование технологии производства битума в структуре Мини НПЗ позволяет поднять глубину переработки до 80-85%. НОУпром уже реализовано несколько объектов на базе установок модельного ряда МБУ. В состав данных установок входит модуль вакуумной разгонки мазута, позволяющий использовать в качестве сырья для установки мазут полученный на установке первичной переработки нефти.

ТЕХНОЛОГИИ НОУХАУ

Магнитные резонаторы:

Одним из направлений предлагаемом сегодня на рынке является использование систем позволяющих обрабатывать исходное сырье магнитным полем высокой частоты. Такой процесс нельзя отнести ко вторичным процессам, поскольку обработка происходит до первичной перегонки нефти. Производители оборудования заявляют, что обеспечивают повышение уровня выхода светлых фракций от 5 до 15%. С нашей точки зрение, такое явление возможно за счет улучшения реологических свойств нефти под воздействием магнитного поля. Так называемая «дефрагментация диска» если сравнивать с терминами компьютерного мира. Однако не всегда молекулы в исходном сырье расположены настолько хаотично, чтобы воздействие магнитного поля оказало существенное влияние на реологию . Поэтому и разброс выхода светлых компонентов очень велик.

Кавитаторы:

Данный процесс наименее изучен наукой. На сегодня есть несколько ученых которые занимаются данным процессом. В основу входит та же деструкция углеводородов за счет разрыва длинных цепей. Изобретенный способ основан на эффекте сопла Лавалля либо на использовании центробежной силы и сил поверхностного напряжения, образующихся между ротером и статором. К сожалению такие процессы не решают проблему качества получаемых топлив, а всего лишь находят способ альтернативы термодеструктивным процессам.

Вывод

Таким образом наиболее перспективными направлениями в области углубления переработки Мини НПЗ являются 3 основных:

nouprom-npz.ru

Современное состояние нефтехимического синтеза Основные продукты и технологии

Тема: Современное состояние нефтехимического синтеза. Основные продукты и технологии

Введение

1. Альтернативные виды топлива, сырьевые ресурсы

1.1 Диметиловый эфир

1.2 Синтетический бензин

1.3 Спиртовые топлива

1.4 Топливо из биомассы

2. Технологии

2.1 Синтез ДМЭ из природного газа (через метанол)

2.2 Одностадийный синтез ДМЭ из синтез-газа и синтез бензина (через ДМЭ)

2.3 Нетрадиционные процессы и технологии получения моторных топлив

2.3.1 Технология БИМТ

2.3.2 Технология БИМТ-2

2.3.3 Процесс БИЦИКЛАР

Заключение

Литература

Введение

На развитие топливной отрасли определяющим образом влияет ряд факторов. Рост затрат на поиск, добычу и доставку к местам массового потребления нефтяного сырья в конечном итоге привел к удорожанию топлива, получаемого из нефти. Повышение требований экологов к качеству производимого моторного топлива также вызывает удорожание переработки исходных нефтяных фракций.

Еще один важный фактор, определяющий траекторию изменений в топливном секторе энергетики, обусловлен необходимостью сокращения выбросов в атмосферу диоксида углерода, являющегося основным "парниковым" газом. С позиций эколога ни один из существующих сейчас видов топлива нельзя считать приемлемым. Все, что используется на транспорте для производства энергии, - это соединения углерода. При их сгорании в двигателе автомобиля или в топке энергоустановки (завода или электростанции) образуется (в оптимальном варианте) диоксид углерода, поступающий в атмосферу. Будущее автомобильного транспорта и крупных энергоустановок, как правило, связывают с использованием электрической энергии и водорода, производимыми на базе возобновляемых источников энергии методами, которые, как сейчас кажется, не нанесут ущерба природе. Осуществление этих амбициозных проектов связано со множеством технических проблем, на решение которых уйдет довольно много времени даже при условии мобилизации глобального научно-технического потенциала.

В настоящее время на фоне удорожания нефти и методов ее переработки, растущей автомобилизации и возрастающей потребности цивилизации в высококачественном топливе химики обращают свое внимание в сторону не нефтяных источников для производства новых композиций углеводородных топлив, ставших привычными для потребителя-автомобилиста.

В настоящее время единственным экономически приемлемым путем повышения экологичности автотранспорта является перевод его на альтернативные топлива, обеспечивающие сокращение вредных выбросов в окружающую среду двигателями автомобилей до уровня, отвечающего жестким европейским нормам. Европейская комиссия планирует разработку масштабной программы внедрения альтернативных видов моторного топлива. До 2020 года свыше 1/5 объема топлива на базе нефти должно быть заменено на такие альтернативные продукты, как биотопливо, природный газ и водород.

1. Альтернативные виды топлива, сырьевые ресурсы

1.1 Диметиловый эфир

Синтез диметилового эфира (ДМЭ) и бензина через диметиловый эфир – одно из новых направлений в области переработки природного газа и других источников углерода (уголь, древесные остатки и т.п.). Основные пути переработки метана в моторные топлива показаны на схеме 1. Как видно из схемы, синтез ДМЭ вписывается в схему переработки природного газа как путь, альтернативный синтезу метанола.

Схема 1 Основные пути переработки природного газа в моторные топлива

1.2 Синтетический бензин

Сырьем для производства синтетического ненефтяного бензина могут быть уголь, природный и попутный нефтяной газы, биомасса, сланцы и т.д. Наиболее перспективным источником для производства альтернативных моторных топлив является природный газ, а также получаемый из него синтез-газ (смесь СО и Н2 в различных соотношениях). Там, где природный газ легко извлекается, можно использовать его в сжатом и сжиженном состояниях в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Сжижение природного газа по сравнению со сжатием имеет то преимущество, что позволяет уменьшить объем системы его хранения почти в три раза.

Использование альтернативных топлив, полученных из природного газа, обеспечивает снижение содержания токсичных компонентов в выхлопных газах автотранспорта.

1.3 Спиртовые топлива

Существенным недостатком этого вида топлива остается его высокая стоимость – в зависимости от технологии получения спиртовые топлива в 1,8-3,7 раза дороже нефтяных. Среди различных спиртов и их смесей наибольшее распространение в качестве моторного топлива получили метанол и этанол. В настоящее время для производства метанола применяют синтез-газ, но для крупномасштабных процессов более предпочтительным сырьем является природный газ. С энергетической точки зрения достоинство спиртов заключается главным образом в их высокой детонационной стойкости, что определяет преимущественное использование спиртов в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Их основными недостатками являются пониженная теплота сгорания, высокая теплота испарения и низкое давление насыщенных паров.

Этанол в целом по эксплуатационным характеристикам лучше метанола. Стоимость этанола в среднем гораздо выше себестоимости бензина. В настоящее время метанол как моторное топливо используется в ограниченных количествах. Его в основном применяют для получения синтетических жидких топлив, в качестве высокооктановой добавки к топливу и как сырье для производства антидетонационной добавки – метил-трет-бутилового эфира.

Одной из наиболее серьезных проблем, затрудняющих применение добавок метанола, является низкая стабильность бензино-метанольных смесей и чувствительность их к присутствию воды. Различие плотностей бензина и метанола и высокая растворимость последнего в воде приводят к тому, что попадание даже небольших количеств воды в смесь вызывает ее немедленное расслоение, причем склонность к расслоению усиливается с понижением температуры, увеличением концентрации воды и уменьшением содержания ароматических соединений в бензине. Для стабилизации бензино-метанольных смесей используют присадки – пропанол, изопропанол, изобутанол и другие спирты.

1.4 Топливо из биомассы

Весьма перспективным возобновляемым сырьем является биомасса. Она может быть использована для получения этанола в качестве альтернативного топлива. Подсчитано, что ежегодно выращивается и вырастает в дикой природе столько биомассы, что из нее можно вырабатывать энергии в восемь раз больше, чем в настоящее время дает все топливо из ископаемого сырья. Исследования, направленные на создание производства жидких топлив из возобновляемого сырья растительного происхождения, в последние годы расширяются.

Биоэтанол и биобутанол получают ферментационным путем. В качестве сырья для ферментации может быть использован широкий набор углеводных материалов: сахара, крахмал, целлюлоза и др. Основу производства биоэтанола из крахмала составляют две стадии: гидролиз крахмала до глюкозы под действием ферментов и ферментация глюкозы до этанола. Существенный недостаток этой технологии связан с тем, что при повышении концентрации этанола в реакционной смеси выше определенного уровня он начинает оказывать ингибирующее действие на процесс ферментации. Кроме того, ферментация обычно приводит к образованию ряда метаболитов, которые при повышенных концентрациях также снижают эффективность процесса.

Современные исследования по совершенствованию существующих процессов получения биоэтанола ведутся в основном по двум направлениям: разработка ферментационных систем, работающих в непрерывном режиме, и повышение производительности методов извлечения и очистки этанола с целью снижения энергозатрат на производство топливного спирта.

2. Технологии

2.1 Синтез диметилового эфира из природного газа (через метанол)

Природный газ является наиболее простым и доступным сырьем для синтеза диметилового эфира и, соответственно, процесс получения ДМЭ на базе природного газа имеет наилучшие экономические показатели. В настоящее время промышленное производство ДМЭ (наполнитель для аэрозолей) составляет ок. 150 тыс. т. в год и базируется на переработке метанола. Упрощенно схему производства ДМЭ на основе природного газа через синтез и последующую дегидратацию метанола можно представить в виде схемы 2.

Схема 2 Схема синтеза ДМЭ из природного газа через стадии синтеза и дегидратации метанола

Рассмотрим отдельные стадии этого синтеза.

Конверсия метана.

Конверсия метана (риформинг) в синтез-газ – это высокотемпературный процесс, который может быть осуществлен по разным реакциям (с участием различных реагентов). Среди них:

· паровая конверсия Ch5+h3O=CO+3h3 (1)

· углекислотная конверсия Ch5+CO2+2CO+2h3 (2)

· неполное окисление Ch5+1/2O2=CO+2h3 (3)

Реакции (1) и (2) сильно эндотермичны, поэтому получил распространение автотермический риформинг – паровой риформинг в присутствии кислорода. К протекающим в условиях автотермического риформинга реакциям (1) и (3) добавляются сильно экзотермические реакции полного окисления:

Ch5+2O2=CO2+2h3O (4)

h3+1/2O2=h3O (5)

CO+1/2O2=CO2 (6)

Эти процессы обеспечивают компенсацию потерь тепла в реакции (1), но приводят к дополнительным затратам сырья.

Синтез-газ представляет собой смесь СО и водорода с небольшим количеством СО2, в котором также может присутствовать азот. Важнейшей характеристикой синтез-газа является соотношение концентраций Н2:СО. Для синтеза метанола это отношение должно быть больше двух, что делает неизбежным использование парового риформинга (реакция 1).

похожие статьи

mirznanii.com


© ЗАО Институт «Севзапэнергомонтажпроект»
Разработка сайта