КАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ ГИДРОИЗОМЕРИЗАЦИИ ДИЗЕЛЬНЫХ ДИСТИЛЛЯТОВ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
CATALYST AND METHOD FOR HYDROISOMERISATION OF DIESEL DISTILLATES USING SAID CATALYST

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к разработке катализатора и способа гидроизомеризации дизельных дистиллятов с целью получения низкозастывающих дизельных топлив с улучшенными экологическими свойствами.
Основными требованиями к экологически чистым дизельным топливам является низкое содержание полициклических ароматических углеводородов и серы, при этом дизельное топливо для холодных климатических зон должно иметь низкую предельную температуру фильтруемости. Для удовлетворения этих требований при высоком выходе целевого продукта основное значение имеет композиция и способ получения катализатора для процесса гидроизомеризации средних дистиллятов. Процесс гидроизомеризации средних дистиллятов с получением дизельного топлива зимних и арктических сортов осуществляется на бифункциональных каталитических композициях, содержащих металлы и цеолиты или цеолитоподобные структуры.
Известен способ гидропереработки нефтяных фракций при контактировании углеводородного сырья, прошедшего стадию гидроочистки, с катализатором при повышенных температурах и избыточном давлении водорода, при этом в качестве катализатора используется цеолит или элементоалюмосиликат из следующего ряда структурных типов: ZSM-12, BETA, L, SAPO-11, модифицированный металлами II, VI и VIII групп Периодической системы.
-1
2
В предлагаемом способе гидропереработки контактирование проводят при температуре 250-400°C, давлении водорода 2-7 МПа, массовой скорости подачи сырья 0,5-10 ч и молярном соотношении H/углеводороды 1-20 (RU 2148611, 2000).
Недостатком этого способа является то, что в качестве катализатора используют модифицированный цеолит без связующего, что затрудняет его использование в промышленных установках.
3
Известен способ изомеризации парафиновых углеводородов на катализаторе, имеющем кислотность 1,2-1,7 ммоль NH/г, содержащем 0,2-0,8% масс. платины и/или палладия или смеси платины и/или палладия с промотором из числа рения, марганца, никеля или меди с содержанием их в катализаторе 0,1-0,6% масс., цеолит Бета или смесь цеолита Бета и ZSM-5 или ZSM-12 при их массовом соотношении 3-20:1 с силикатным модулем цеолита Бета 10-100, а цеолита типа ZSM-30-200, 30-80, оксид алюминия до 100. Для формирования необходимой кислотности полученный цеолитсодержащий носитель в течение 1-3 ч обрабатывают 2,5-15%-ным раствором азотнокислого аммония в присутствии азотной кислоты при pH=4-6 и температуре 80-90°C.
Изомеризацию парафиновых углеводородов (н-гексан) проводят при температуре 250-300°C, давлении 1,0-2,5 МПа.
(RU 2158723, 2000).
Недостатком данного способа является то, что он применим к короткоцепочечным углеводородам (н-гексан) и не рассматривает гидропереработку ароматизированного сырья.
Наиболее близким к заявляемому является катализатор гидрообработки и способ получения средних дистиллятов с его использованием.
(RU 2451714, 2012).
2
Катализатор выполняет функции дегидрирования, изомеризации, гидрокрекинга и гидрирования углеводородов и включает активный металлический компонент, содержащий платину или палладий на носителе, содержащем аморфную твердую кислоту и сверхустойчивый цеолит типа Y со средним диаметром частиц от 0,2 до 1,0 мкм, кристалличностью от 1,02 до 1,10 в расчете на стандартный цеолит типа Y и удельной поверхностью от 700 до 790 м/г.
-1
Процесс гидрообработки нефтяного сырья с использованием катализатора проводят при температуре от 200 до 350°C, при объемной скорости жидкости от 0,1 до 5,0 ч и парциальном давлении водорода в диапазоне от 0,5 до 8 МПа с получением среднего дистиллята с цетановым числом 75.
В качестве нефтяного сырья используют твердый парафин, полученный синтезом Фишера-Тропша.
К недостаткам прототипа можно отнести то, что в качестве нефтяного сырья используют твердый парафин, поэтому способ не применим для гидроизомеризации средних нефтяных дистиллятов. Кроме того, получаемый по способу средний дистиллят имеет невысокую температуру застывания минус 27-28°C и относительно невысокий выход целевой фракции - 55% масс.
Задачей настоящего изобретения является разработка композиции катализатора гидроизомеризации и способа с использованием разработанного катализатора для получения дизельных топлив зимних и арктических сортов с высоким выходом целевого продукта, соответствующих по показателям качества дизельному топливу по ГОСТ Р 52368-2005 и Техническому регламенту Таможенного Союза TP ТС 013/2011.
Поставленная задача решается разработкой катализатора процесса гидроизомеризации гидроочищенных прямогонных дизельных дистиллятов и способа гидроизомеризации с использованием разработанного катализатора. Катализатор включает гидрирующий металлический компонент на носителе, содержащем цеолит и оксид алюминия, который отличается тем, что в качестве гидрирующего металлического компонента содержит неблагородные металлы Ni, Mo, W или их смеси и благородные металлы Pd и Ir, в качестве цеолита содержит смесь среднепористого цеолита ЦВН структуры пентасил и широкопористого ультрастабильного цеолита USY с содержанием кислотных центров в катализаторе в диапазоне 400-600 мкмоль/г, и дополнительно содержит промотор оксид бора или оксид фосфора, при следующем соотношении компонентов, % мас.:
Гидрирующие металлы:
Неблагородные металлы
7-12
Благородные металлы
0,1-1,0
Смесь цеолитов
60-70
Промотор
0,5-4,0
Оксид алюминия
До 100
Смесь цеолитов включает ЦВН с силикатным модулем 55-70 и ультрастабильный USY с силикатным модулем 12-55, при массовом соотношении их 5-7:1.
Причем неблагородные металлы Ni, Mo, W или их смесь вводят в состав носителя в виде солей этих металлов при замесе компонентов носителя с последующей формовкой, сушкой и прокалкой, а благородные металлы Pd, Ir вводят в катализатор в виде раствора солей по влагопоглощению полученной композиции.
-1
3
3
2
Процесс гидроизомеризации проводят при температуре 250-400°C, давлении 2-7 МПа, объемной скорости подачи сырья 1-7 час, при соотношении H/сырье, равном 600-1200 нм/м.
3
2
4
6
7
24
2
26
6
40
2
3
3
3
4
Для приготовления катализатора готовят композицию носителя методом влажного смешения (соэкструзии) среднепористого цеолита ЦВН структуры пентасил и широкопористого ультрастабильного цеолита USY, связующего - оксида алюминия в виде бемитного гидроксида алюминия, а также неблагородных металлов Ni, Mo, W в виде солей или их смеси: соль азотнокислого никеля (NiNO×6HO), соль парамолибдата аммония (NH)MoO×6HO или метавольфрамата аммония H·NO×HO или их смеси. Также вводят промотор в виде кислот HBO или HPO.
2
4
2
6
Полученную смесь пептизируют азотной кислотой, экструдируют, сушат при 120°C 4-6 ч и прокаливают в токе воздуха при 500-550°C 6-8 ч. Затем пропиткой по влагопоглощению (~85% масс.) из кислых растворов смеси солей палладия (HPdCl) и иридия (HIrCl) наносят благородные металлы. Синтезированные катализаторы сушат при 120°C 4-6 ч и прокаливают при 500-550°C 6-8 ч.
В таблице 1 представлен состав приготовленных образцов катализатора.
-1
3
3
2
Процесс гидроизомеризации дизельных дистиллятов осуществляют при следующих условиях: при температуре 250-400°C, давлении 2-7 МПа, объемной скорости подачи сырья 1-7 час, при соотношении H/сырье, равном 600-1200 нм/м.
Сырьем процесса служит дизельный дистиллят, предварительно прошедший очистку от сернистых и азотистых соединений. Показатели качества сырья представлены в табл.2.
Ниже приведены примеры конкретной реализации изобретения.
Пример 1.
В процессе гидроизомеризации в качестве катализатора используют образец 1 (табл.1), с содержанием кислотных центров 400 мкмоль/г.
-1
3
3
2
Процесс гидроизомеризации проводят при температуре 250°C, давлении 3 МПа, объемной скорости подачи сырья 1,0 час, при соотношении H/сырье, равном 600 нм/м. Результаты испытания полученной дизельной фракции представлены в табл.2. Полученная дизельная фракция соответствует по показателям качества дизельному топливу зимнему согласно Техническому регламенту Таможенного Союза TP ТС 013/2011 и требованиям ГОСТ Р 52368-2005 к топливу для холодного и арктического климата кл.1.
Пример 2.
В процессе гидроизомеризации в качестве катализатора используют образец 2 (табл.1), с содержанием кислотных центров 595 мкмоль/г.
-1
3
3
2
Процесс гидроизомеризации проводят при температуре 300°C, давлении 3,5 МПа, объемной скорости подачи сырья 4,0 час, при соотношении H/сырье, равном 1000 нм/м. Результаты испытания полученной дизельной фракции представлены в табл.2. Полученная дизельная фракция соответствует по показателям качества дизельному топливу арктическому согласно Техническому регламенту Таможенного Союза TP ТС 013/2011 и требованиям ГОСТ Р 52368-2005 к топливу для холодного и арктического климата кл.3.
Пример 3.
В процессе гидроизомеризации в качестве катализатора используют образец 3 (табл.1), с содержанием кислотных центров 495 мкмоль/г.
-1
3
3
2
Процесс гидроизомеризации проводят при температуре 400°C, давлении 2,0 МПа, объемной скорости подачи сырья 7,0 час, при соотношении H/сырье, равном 1200 нм/м. Результаты испытания полученной дизельной фракции представлены в табл.2. Полученная дизельная фракция соответствует по показателям качества дизельному топливу арктическому согласно Техническому регламенту Таможенного Союза TP ТС 013/2011 и требованиям ГОСТ Р 52368-2005 к топливу для холодного и арктического климата кл.3.
Пример 4.
В процессе гидроизомеризации в качестве катализатора используют образец 4 (табл.1), с содержанием кислотных центров 545 мкмоль/г.
-1
3
3
2
Процесс гидроизомеризации проводят при температуре 330°C, давлении 7,0 МПа, объемной скорости подачи сырья 3,0 час, при соотношении H/сырье, равном 1000 нм/м. Результаты испытания полученной дизельной фракции представлены в табл.2. Полученная дизельная фракция соответствует по показателям качества дизельному топливу арктическому согласно Техническому регламенту Таможенного Союза TP ТС 013/2011 и требованиям ГОСТ Р 52368-2005 к топливу для холодного и арктического климата кл.4.
Из результатов испытания разработанного катализатора гидроизомеризации дизельных дистиллятов (табл.2) следует, что полученные дизельные фракции соответствует по показателям качества дизельному топливу зимнего и арктического сортов согласно Техническому регламенту Таможенного Союза TP ТС 013/2011 и требованиям ГОСТ Р 52368-2005 к топливу для холодного и арктического климата. При этом выход на исходное сырье составляет более 92% масс.
Таблица 1
Состав образцов катализатора
№ п/п
Наименование компонентов
Содержание компонентов в образцах, мас.%
1
2
3
4
1
Неблагородные металлы
Ni+Mo
7
-
-
12
Ni+W
-
10
-
-
Ni+Mo+W
-
-
12
-
2
Благородные металлы: Pd+Ir
1,0
0,1
0,5
1,0
3
Смесь цеолитов:
Среднепористый цеолит ЦВН структуры пентасил (силикатный модуль 60) + широкопористый ультрастабильный цеолит USY (силикатный модуль 12,5) в соотношении: 5:1.
60
-
-
-
Среднепористый цеолит ЦВН структуры пентасил (силикатный модуль 55) + широкопористый ультрастабильный цеолит USY (силикатный модуль 28,5) в соотношении: 7:1.
-
-
70
-
Среднепористый цеолит ЦВН структуры пентасил (силикатный модуль 70) + широкопористый ультрастабильный цеолит USY (силикатный модуль 28,5) в соотношении: 6:1.
-
65
-
-
Среднепористый цеолит ЦВН структуры пентасил (силикатный модуль 60) + широкопористый ультрастабильный цеолит USY (силикатный модуль 54,5) в соотношении: 6:1.
-
-
-
70
4
Промотор
Оксид бора
0,5
2
-
1,0
Оксид фосфора
-
-
4
-
5
Оксид алюминия
До 100
До 100
До 100
До 100
Таблица 2
Результаты процесса гидроизомеризации дизельного дистиллята при использовании разработанных катализаторов
Пример
Дизельная фракция
Плотность при 15°C, кг/м<sup>3</sup>
Содержание полициклических ароматических углеводородов, мас.%
Предельная температура фильтруемости, °C
Температура вспышки в закрытом тигле, °C
Цетановое число
Выход на исходное сырье, мас.%
Исходное сырье
840
9,5
минус 12
72,0
49
-
1
835
4,7
минус 26
68,0
48,8
94,1
2
840
6,7
минус 38
58,0
46,5
92,3
3
839
5,3
минус 41
61,0
47,7
92,6
4
833
0
минус 44
59,0
49,6
92,1