ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕНЗИНА СТАНДАРТОВ ЕВРО

Полезная модель относится к области нефтепереработки, в частности, к установкам для получения высокооктановых экологически чистых бензинов, соответствующих современным экологическим требованиям стандартов ЕВРО, без использования процессов глубокой переработки нефти, но с максимальным использованием ресурсов прямогонных бензиновых фракций нефти для получения бензинов с низким содержанием бензола, и может быть применена на предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
В соответствии с принятыми в Российской Федерации нормами, содержание канцерогенного бензола в автобензинах не должно превышать 1 мас.% (бензины марок ЕВРО). Бензол и ароматические углеводороды являются наиболее токсическими соединениями, которые попадают в атмосферу при испарении бензина, а при работе автомобиля образуют канцерогены в выхлопных газах. В связи с этим для бензинов с улучшенными экологическими свойствами введены дополнительные параметры - содержание бензола не более 1% об. и ароматических углеводородов не более 42% об. для ЕВРО-3. Причем дальнейшее снижение бензола по сравнению с этой нормой всячески приветствуется. Поэтому разработка установок изготовления моторных топлив с низким содержанием бензола и высоким октановым числом является актуальной задачей.
Известна установка для получения высооктанового экологически чистого моторного топлива (Патент РФ №2106389, опубл. 1998 г.), содержащая технологически связанные между собой трубопроводами установку первичной переработки нефти для получением широкой прямогонной бензиновой фракции, блок гидроочистки, блок каталитического риформинга, обеспечивающий получение жидких продуктов риформинга, блок ректификации указанных жидких продуктов риформинга с выделением трех фракций: легкой Н.К. 62-65°С, средней (62-65)-(90-110)°С и тяжелой 110°С - К.К., блок избирательного гидрокрекинга в присутствии катализатора и гидрирования средней фракции и резервуар смешения полученного продукта гидрирования с легкой и тяжелой фракциями при следующем соотношении компонентов, мас.%: продукты гидрирования 20,0-30,0; легкая фракция 20,0-30,0; тяжелая фракция 45-55.
Недостатком указанной известной установки является сложность конструкции, многоступенчатость технологического процесса, которая в ряде случаев не позволяет обеспечить получение качественного бензина, с низким содержанием бензола (содержание бензола составляет 0,7% об. и выше, т.е. его граница приближена к границе предельной концентрации, а значит при небольших отклонениях в рецептуре или в рекомендуемых режимах, что возможно при крупнотоннажном производстве, содержание бензола может выйти за рамки нормы).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по назначению является технологический комплекс для производства бензина стандарта ЕВРО, включающий технологически связанные между собой трубопроводами установку первичной переработки нефти для получения широкой прямогонной бензиновой фракции, стабилизационную колонну указанной бензиновой фракции, блок гидроочистки, колонну ректификации бензиновой фракции с получением легкой фракции НК-85°С и тяжелой фракции 85-180°С, блок каталитического риформинга тяжелой фракции, блок изомеризации легкой фракции, емкость для смешения фракций после риформинга и изомеризации и парк товарной продукции (Патент РФ №2333937, опубл. 2008). Смешение фракций после риформинга и изомеризации производят в следующем соотношении:
Компонент
бензин марки Премиум Евро-95
бензин марки Регуляр Евро-92
% мас.
% мас.
Катализат с блока риформинга (Л-35-21/1000)
72,55-73
64,5-68,4
Изомеризат Пар-Изома (с блока Л-35-5)
27-27,45
31,6-35,5
При работе на указанном известном комплексе предварительно получают прямогонный бензин («фракцию НК-180») и стабилизируют его в колонне стабилизации. Полученный стабильный бензин с температурой 180-195°С с низа колонны стабилизации направляют последовательно на блок гидроочистки и по линии ввода сырья в колонну ректификации. На линии ввода, перед входом в колонну ректификации установлены теплообменники. Стабильный бензин пропускают через теплообменники, вследствие чего его температура снижается до 130-150°С за счет нагрева прямогонного бензина («фр. НК-180»), далее стабильный бензин поступает в колонну ректификации, где происходит фракционирование бензина на легкую «фракцию НК-85» и тяжелую «фракцию 85-180». Легкую фракцию подвергают изомеризации, тяжелую - каталитическому риформингу.
Указанный комплекс действительно обеспечивает получение высокооктанового бензина стандарта ЕВРО, однако, содержание бензола в нем близко к верхней границе (для бензина ЕВРО-4 - 0,85-1,0 %об.; для бензина ЕВРО-3 - 0,7-1% об.).
Кроме того, еще одним недостатком указанного известного комплекса является некоторая сложность процесса, ввиду введения дополнительной операции изомеризации.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым технологическим комплексом, заключается в упрощении процесса получения бензина и в обеспечении получения последнего с концентрацией бензола не превышающей 0,4% об., при обеспечении остальных параметров, соответствующих требованиям стандартов ЕВРО.
Указанный технический результат обеспечивается предлагаемым технологическим комплексом для производства бензина стандартов ЕВРО, включающим технологически связанные между собой трубопроводами установку первичной переработки нефти для получения широкой прямогонной бензиновой фракции, блок предварительной гидроочистки, блок каталитического риформинга, емкость для смешения фракций и парк товарной продукции, при этом, согласно полезной модели, комплекс дополнительно содержит блок вторичной ректификации, установленный между установкой первичной переработки нефти и блоком предварительной гидроочистки, и выполненный с возможностью разделения широкой прямогонной бензиновой фракции на три фракции, выкипающие в интервале температур: легкую Н.К.-65°С, среднюю 65-105°С и тяжелую 105-180°С К.К., и снабженный линиями отвода первых двух в отдельные сборные емкости для фракций и линией отвода тяжелой фракции на блок предварительной гидроочистки и блок каталитического риформинга, состоящих из ряда последовательно соединенных реакторов, первый из которых выполнен с возможностью осуществления гидроочистки тяжелой фракции от серы, а последующие три, заполненные катализатором, - для проведения каталитического риформинга указанной фракции, при этом все реакторы соединены последовательно друг с другом посредством трубопроводов с установленными перед каждым реактором нагревателями, а последний аппарат блока каталитического риформинга, выполняющий функцию стабилизационной колонны, снабжен патрубком вывода с низа колонны дебутанизированного риформинг-бензина в емкость, которая соединена трубопроводом с одним из входов емкости для смешения, а другие входы указанной емкости соединены трубопроводами со сборной емкостью для легкой фракции, со сборной емкостью для средней фракции и с блоком поставки антидетонаторной высокооктановой добавки, причем указанные трубопроводы снабжены узлами регулирования, выполненными с возможностью подачи по указанным трубопроводам указанных фракций в емкость для смешения, в количестве 33-40 мас.ч легкой фракции Н.К.-65°С, 15-25 мас.ч средней фракции 65-105°С и 35-52 мас.ч дебутанизированного риформинг-бензина, полученного при каталитическом риформинге тяжелой фракции 105-180°С К.К, из расчета образования смеси в указанной емкости в количестве 100 мас.ч, а выход указанной емкости для смешения соединен с парком товарной продукции - бензина стандартов ЕВРО.
Блок каталитического риформинга обеспечивает каталитический риформинг тяжелой фракции 105-180°С К.К. в присутствии алюмоплатинового катализатора при температуре 460-480°С и при давлении 4,0-4,5 МПа.
Установка первичной переработки нефти для получения широкой прямогонной бензиновой фракции представляет собой атмосферно-вакуумную трубчатку.
Блок поставки антидетонаторной высокооктановой добавки в качестве последней содержит метилтредбутиловый эфир или монометиланилин.
В качестве нагревателей комплекс содержит трубчатые печи.
Емкость для смешения дополнительно снабжена байпасной насосной линией для перемешивания содержимого указанной емкости методом циркуляции.
В качестве узла регулирования он содержит контрольно-измерительные приборы.
Достижение указанного технического результата обеспечивается за счет следующего:
- благодаря тому, что предлагаемый технологический комплекс дополнительно снабжен блоком вторичной ректификации, обеспечивается разделение широкой прямогонной бензиновой фракции на три фракции, выкипающие в интервале температур: легкую Н.К.-65°С, среднюю 65-105°С и тяжелую 105-180°С К.К. Выделение именно таких фракций блоком вторичной ректификации обусловлено задачей по максимальному снижению количества бензола в конечном продукте и обеспечения соответствия других параметров требованиям стандартов ЕВРО. Легкая фракция Н.К.-65°С не участвует в процессе реакции каталитического риформинга, т.е. не способна образовывать циклические продукты, а средняя фракция 65-105°С как раз способствует получению бензола, что нежелательно, поэтому эти обе фракции после ректификации отправляются по линиям отвода в отдельные сборные емкости для этих фракций непосредственно в парки компаундирования, как компоненты бензина;
- а благодаря тому, что по линии отвода тяжелая фракция направляется на блок каталитического риформинга, обеспечивается получение третьего компонента - дебутанизированного риформинг-бензина (стабильного бензина). Выполнение блока каталитического риформинга из ряда последовательно соединенных реакторов, первый из которых представляет блок предварительно гидроочистки и выполнен с возможностью осуществления гидроочистки (в среде водорода) тяжелой фракции от серы, а последующие три - для проведения каталитического риформинга указанной фракции, обеспечивается предварительная очистка фракции от серы для исключения вывода из строя катализатора.
Проведение каталитического риформинга указанной фракции (преимущественно, в среде водорода при температуре 460-480°С и при давлении 4,0-4,5 МПа) в трех последующих наполненных катализатором (преимущественно, алюмоплатиновым) реакторах, соединенных друг с другом последовательно посредством трубопроводов с установленными перед ними нагревателями, обеспечивает дегидроциклизацию, гидрокрекинг и изомеризацию парафиновых углеводородов тяжелой фракции с получением высокооктанового продукта с минимальным количеством бензола (в большей степени происходит образование гомологов бензола). От указанного продукта в последнем аппарате блока каталитического риформинга, выполняющим функцию стабилизационной колонны, отделяются легкие фракции и по патрубку вывода с низа колонны выходит катализат - дебутанизированный риформинг-бензин (стабильный бензин) в емкость.
Соединение этой емкости трубопроводом с одним из входов емкости для смешения и соединение последней трубопроводами со сборной емкостью для легкой фракции, со сборной емкостью для средней фракции и с блоком поставки антидетонаторной высокооктановой добавки, позволяет установить на них узлы регулирования, которые выполнены (настроены) с возможностью подачи по указанным трубопроводам вышеприведенных фракций в емкость для смешения, в количестве 33-40 мас.ч легкой фракции Н.К.-65°С, 15-25 мас.ч средней фракции 65-105°С и 35-52 мас.ч дебутанизированного риформинг-бензина, полученного при каталитическом риформинге тяжелой фракции 105-180°С К.К, из расчета образования смеси в указанной емкости в количестве 100 мас.ч. В этом случае получается бензин с минимальным количеством бензола и с характеристиками, соответствующими стандартам ЕВРО.
Причем исследования показали, что бензин с содержанием бензола ниже 0,4 об.% получается только при последовательной переработке углеводородного сырья на технологическом комплексе предлагаемого конструктивного выполнения. Используемые конструктивные блоки и узлы позволяют получать компоненты (определенные указанные фракции с различных ступеней комплекса) бензина и подавать их по трубопроводам в емкость для смешения и регулировать и контролировать их подаваемое количество посредством узлов регулирования. Если узлы регулирования настроить на подачу другого количества указанных фракций, то достичь содержание бензола в бензине до 0,4% об. не представляется возможным. Так при снижении количеств легкой и средней фракции возрастает количество катализата тяжелой фракции (дебутанизированного риформинг-бензина). А известно, что при каталитическом риформинге этой фракции 105-180°С К.К. в риформинг-бензине содержится 46,4% парафинов в основном изостроения и из них порядка 52% идет на их превращение в ароматические соединения (бензол и его гомологи, толуол и его гомологи). Т.е. при этом может возрастать количество бензола в моторном топливе. При настройке узлов регулирования на повышенную подачу количества легкой и средней фракции, будет уменьшаться количество катализата тяжелой фракции, что также является нежелательным процессом, т.к. снижается октановое число.
Исследования показали, что предпочтительно каталитический риформинг тяжелой фракции 105-180°С К.К. производить на блоке каталитического риформинга в присутствии алюмоплатинового катализатора при температуре 460-480°С и при давлении 4,0-4,5 МПа. Но могут быть использованы и другие виды катализаторов.
В качестве установки первичной переработки нефти с получением прямогонной широкой бензиновой фракции предпочтительно использовать атмосферно-вакуумную трубчатку (АВТ), как хорошо зарекомендовавшее себя оборудование для этих целей.
Блок поставки антидетонаторной высокооктановой добавки предпочтительно заправлять метилтредбутиловым эфиром или монометиланилином, как наиболее эффективными веществами этого назначения, которые дозируются в резервуар смешения в количестве до 10 мас% от смеси в емкости для смешения. Но могут быть использованы и другие виды указанной добавки.
Использование в предлагаемом комплексе в качестве нагревателей трубчатых печей обусловлено удобством их применения, обеспечением при этом пожаробезопасности и экосовместимости.
Наличие в емкости для смешения байпасной насосной линии для перемешивания содержимого методом циркуляции обеспечивает высокую однородность получаемого бензина, что влияет на его качество.
Вместе с этим, предлагаемый комплекс предусматривает применение упрощенного процесса получения бензина с минимально необходимым оборудованием, т.к. предусматривает максимальное использование ресурсов прямогонных бензиновых фракций нефти.
Предлагаемый технологический комплекс иллюстрируется чертежом, где приведена его принципиальная схема.
Заявляемый технологический комплекс для производства бензина стандартов ЕВРО включает узел 1 подачи сырья (нефти), установку 2 ее первичной переработки с получением широкой прямогонной бензиновой фракции, блок 3 вторичной ректификации, выполненный с возможностью разделения широкой прямогонной бензиновой фракции на три фракции, выкипающие в интервале температур: легкую Н.К.-65 С, среднюю 65-105°С и тяжелую 105-180°С К.К. Указанный блок 3 снабжен линиями 4 и 5 отвода легкой и средней фракции в отдельные сборные емкости 6 и 7 соответственно, и линией 8 отвода тяжелой фракции на блок 9 каталитического риформинга. Блок 9 состоит из ряда последовательно соединенных реакторов 10-13, первый из которых представляет собой блок 10 гидроочистки и выполнен с возможностью осуществления гидроочистки тяжелой фракции от серы, а последующие 11-13 - для проведения каталитического риформинга указанной фракции (заполнены катализатором, например, алюмоплатиновым). Все реакторы соединены последовательно друг с другом посредством трубопроводов с установленными на них нагревателями 14-16 например, трубчатыми печами. Последний аппарат 17 блока каталитического риформинга, выполняющий функцию стабилизационной колонны, снабжен патрубком 18 вывода легких фракций с верха колонны, а с низа колонны - патрубком 19 вывода дебутанизированного риформинг-бензина. Патрубок 19 соединен трубопроводом 20 через емкость 21 с одним из входов емкости 22 для смешения. Другие входы указанной емкости 22 соединены трубопроводами 23, 24 и 25 соответственно со сборной емкостью 6 для легкой фракции, со сборной емкостью 7 средней фракции и с блоком 26 поставки антидетонаторной высокооктановой добавки. Указанные трубопроводы 20, 23-25 снабжены узлами 27 регулирования, выполненными с возможностью подачи по указанным трубопроводам 20, 23, 24 указанных фракций в емкость для смешения в количестве 33 - 40 мас.ч легкой фракции Н.К.-65°С, 15-25 масс.ч средней фракции 65-105°С и 35-52 мас.ч дебутанизированного риформинг-бензина, полученного при каталитическом риформинге тяжелой фракции 105-180°С К.К. При этом массовое количество смеси из этих компонентов в емкости для смешения должна быть равна 100 мас.ч. Выход указанной емкости 22 смешения соединен с парком 28 товарной продукции - бензина стандарта ЕВРО.
Работает предлагаемый технологический комплекс следующим образом.
Нефть с установки подготовки нефти (на чертеже не показана) подается на узел 1 подачи сырья. Далее эта нефть поступает на установку 2 первичной переработки, например, атмосферно-вакуумную трубчатку, с отбором с нее широкой прямогонной бензиновой фракции. Последнюю направляют на блок 3 вторичной ректификации, где производят разделение широкой прямогонной бензиновой фракции на три фракции, выкипающие в интервале температур: легкую Н.К.-65°С, среднюю 65-105°С и тяжелую 105-180°С К.К. Легкие и средние фракции по линиям 4 и 5 отводят в отдельные сборные емкости 6 и 7 соответственно. А по линии 8 производят отвод тяжелой фракции на блок 9 каталитического риформинга (например, Л-35-11/300). Вначале тяжелая фракция поступает в первый реактор 10, где подвергается предварительной гидроочистке от серы. Затем поступает в последующие реакторы 11-13 (они заполнены катализатором, например, алюмоплатиновым) для проведения каталитического риформинга указанной фракции в среде водорода при соблюдении следующих технологических режимов: при температуре 460-480°С и давлении 4,0-4,5 МПа. Все реакторы снабжены нагревателями 14-16, например, трубчатыми печами, для подогрева поступающей в них фракции. Далее подвергнутая каталитическому риформингу тяжелая фракция поступает в аппарат 17 - стабилизационную колонну, где разделяется на легкие фракции, отводимые по патрубку 18, и на дебутанизированный риформинг-бензин, отводимый с низу колонны по патрубку 19 в трубопровод 20 через емкость 21 в емкость 22 для смешения. В эту же емкость 22 направляются по трубопроводам 23 и 24 через узлы регулирования из сборных емкостей 6 и 7 соответственно легкая и средняя фракции, а также по трубопроводу 25 из блока 26 антидетонаторная высокооктановая добавка. Причем благодаря настройке узлов регулирования, указанные фракции поступают в емкость 22 в количестве 33-40 мас.ч легкой фракции Н.К.-65°С, 15-25 мас.ч средней фракции 65-105 С и 35-52 мас.ч дебутанизированного риформинг-бензина, полученного при каталитическом риформинге тяжелой фракции 105-180°С К.К, из расчета образования смеси из этих фракций в указанной емкости 22 в количестве 100 мас.ч. Узлы регулирования могут быть использованы как массовые, так и объемные. В последнем случае, используя показатели плотности фракций и смеси, можно пересчитать массовые части на объемные части и произвести настройку узлов, исходя из этого перерасчета.
Антидетонаторная высокооктановая добавка вводится узлом регулирования в количестве около 10 мас.% от веса смеси фракций. Емкость 22 для смешения дополнительно снабжена насосной (байпасной) линией 29 для лучшего перемешивания содержимого указанной емкости методом циркуляции. После перемешивания в течение 30 минут смесь по трубопроводу направляется в парк 28 готового продукта - бензина. Полученный с помощью предлагаемого технологического комплекса бензин отвечает всем нормативным требованиям, в частности, требованиям к бензину марки ЕВРО-3. Данные о составе бензина, полученного с использованием предлагаемого технологического комплекса, и его свойствах приведены в таблице.
Данные, приведенные в таблице, показывают, что при реализации процесса получения бензина с помощью предлагаемого технологического комплекса с использованием различных нефтей, получаемые моторные топлива - бензины, соответствуют всем показателям нормативных требований (в частности, содержание бензола не выше 1% об.). А, кроме того, по сравнению с известными установками, обеспечивается гарантированно низкий показатель содержания бензола, не превышающий 0,4% об.
Вместе с этим, предлагаемый комплекс предусматривает применение упрощенного процесса получения бензина с минимально необходимым оборудованием, что делает его экономически привлекательным.
19 февраля 2010 г.
ТаблицаДанные о составе бензина, полученного с использованием предлагаемого технологического комплекса, и его свойствах
№№
Нефть
Состав бензина, масс.%
Свойства бензина
Легкая фр. Н.К.-65°С
Средняя фр. 65-105°С
Дебутанизированный риформинг-бензин
Октановое число, И.М. пункты
Содержание ароматических продуктов, % об.
Содержание бензола, % об.
Концентрация свинца, мг/дм
Плотность при 15°С, кг/м<sup>3</sup>
Коррозия медной пластины (3 ч при 50°С)
Норма ЕВРО-3
-
-
-
95
42
1
отсутствие
720-775
Класс 1
Норма ЕВРО-4
-
-
-
95
35
1
отсутствие
720-775
Класс 1
1
Образец 1
35
17
48
95
30
0,3
отсутствие
751,9
Класс 1
2
Образец2
33
25
42
94
32
0,37
отсутствие
753,0
Класс 1
3
Образец3
40
15
45
96
25
0,21
отсутствие
750,1
Класс 1
4
Образец4
33
18
49
95
35
0,35
отсутствие
753,6
Класс 1
Примечание: 1. Показатели нефти образца 1: содержание воды - 0,1% мас.; плотность при +20°С - 830 кг/м<sup>3</sup>; вязкость кинематическая при +20°С - 5,8 мм<sup>2</sup>/с; содержание парафина - 4,3% масс; содержание серы до 1 мас.%.
2. Показатели нефти образца 2: содержание воды - 0,2% мас.; плотность при +20°С - 832 кг/м<sup>3</sup>; вязкость кинематическая при +20°С - 5,6 мм<sup>2</sup>/с; содержание парафина - 5,6% масс; содержание серы до 1 мас.%.
3. Показатели нефти образца 3: содержание воды - 0,1% мас.; плотность при +20°С - 828 кг/м<sup>3</sup>; вязкость кинематическая при +20°С - 5,2 мм<sup>2</sup>/с; содержание парафина - 4,6% масс; содержание серы до 1,1 мас.%.
4. Показатели нефти образца 4: содержание воды - 0,1% мас.; плотность при +20°С - 836 кг/м<sup>3</sup>; вязкость кинематическая при +20°С - 5,9 мм<sup>2</sup>/с; содержание парафина - 6% масс; содержание серы до 0,9 мас.%.
5. Во всех образцах 1-4 отсутствует железо и марганец; массовая доля кислорода - в норме.