Евро-6 без оксигенатов - Переработка - Статьи журнала
11 мин
862
0

Евро-6 без оксигенатов

В настоящей работе рассматривается возможность получения бензина класса «Евро-6» на российском нефтеперерабатывающем заводе, который включает установки: ЭЛОУ АВТ-6, установки изомеризации и каталитического риформинга, а также установки вакуумной перегонки, гидроочистки и каталитического крекинга.

Евро-6 без оксигенатов

На сегодняшний день все более жесткие требования предъявляются к качеству товарных бензинов. В частности, это касается ограничений, накладываемых на содержание в них олефинов, бензола, ароматических углеводородов и сернистых соединений. При их сгорании в выхлопы моторных двигателей в больших количествах попадают такие соединения, как монооксид углерода, диоксид серы, сажа и другие вредные для здоровья вещества. Кроме того, многие ароматические углеводороды (в частности, бензол) и сами являются высокотоксичными веществами. Современный класс бензинов «Евро-5» стал эталонным топливом в плане экологии. Ограничения в содержании серы не более 10 ppm серьезно повлияли на уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу. Однако рынок диктует условия к переходу на все более экологически чистое топливо. Так производители сформировали требования к качеству бензинов класса «Евро-6», которые представлены в таблице 1 [1].

Таблица 1 – Требования к товарным бензинам различных экологических стандартов

Показатели

Евро-3

Евро-4

Евро-5

Евро-6

Содержание бензола, %масс. не более

1,0

1,0

1,0

0,8

Содержание серы, ppm, не более

150

30

10

10

Содержание ароматических углеводородов, %об. не более

42

35

35

24

Содержание олефиновых углеводородов, %об. не более

18

14

14

11

Содержание кислорода, %масс. не более

2,7

2,7

2,7

2,7

Наличие моющих присадок

Обязательное

Обязательное

Обязательное

Обязательное

Выбросы NOx, г/кВт٠ч

5,0

3,5

2,0

0,46


Отличие бензинов экологического стандарта Евро-6 по сравнению с Евро-5 заключается в меньшем содержании бензола, ароматических углеводородов и олефинов. Всё это приводит к тому, что использование риформата и бензина каталитического крекинга в качестве компонентов товарного бензина должно быть ограничено. В связи с чем, представляет интерес разработка вариантов схем и концепций производства топлив экологического стандарта ЕВРО-6 и оценка возможности и перспектив их реализации.

Производство бензинов Евро-5 на сегодняшний день осуществляется на нефтеперерабатывающих предприятиях различного уровня сложности и технологичности. В качестве усредненной типичной схемы, используемой для производства высокооктановых бензинов, рассматривался НПЗ, в состав которого входят следующие установки: ЭЛОУ АВТ-6, гидроочистки, изомеризации, каталитического риформинга CCR и каталитического крекинга FCC (рисунок 1).

В качестве исходных данных были выбраны:

  • установка АВТ мощностью 1000 т/час, продуктами которой являются такие фракции, как: фракция н.к. - 85°С (4% мас. на нефть); фракция 85°С - 105°С (2,5% мас. на нефть); фракция 105°С - 180°С (5,5% мас. на нефть); прямогонный вакуумный газойль (25,0% мас. на нефть);

  • установка изомеризации мощностью 40 т/час: углеводородный газ (0,2% мас. на нефть), изомеризат (3,8% мас. на нефть), потери (0,01% мас. на нефть);

  • установка каталитического риформинга CCR мощностью 80 т/час: углеводородный газ (0,2% мас. на нефть), ВСГ (0,2% мас. на нефть), сжиженный газ (0,1% мас. на нефть), риформат (7,6% мас. на нефть), потери (0,1% мас. на нефть);

  • установка каталитического крекинга FCC 225 т/час: углеводородный газ (0,8% мас. на нефть), сжиженный газ (2,9% мас. на нефть), бензин каталитическиго крекинга (11,25% мас. на нефть), легкий вакуумный газойль (3,0% мас. на нефть), тяжелый вакуумный газойль (3,95% мас. на нефть), кокс (0,7% мас. на нефть).


Рисунок 1 – Базовый вариант поточной схемы по получению товарного бензина ЕВРО-5

Для определения параметров получаемого товарного бензина была составлена карта смешения бензинов, которая представлена в таблице 2 [2].

Таблица 2 – Рецептура смешения и характеристика смесевых компонентов базового бензина

 

m, т/ч

% об.

% масс.

ОЧИ

ОЧМ

ДНП, кПа

Плотность при 15⁰С, кг/м3

Содержание веществ, % об.

Олефины

АУВ

Бензол

Бензин кат. крекинга FCC

112,5

50,4

49,7

92,1

86,2

45,2

739,4

30,62

18,76

0,48

Риформат CCR

76,0

30,5

33,6

104,2

95,6

27,2

826,5

0,44

72,21

2,36

Изомеризат

38,0

19,1

16,8

89,9

88,2

62,2

660,5

0,00

0,00

0,00

226,5

100,0

100,0

  

 

На основании изложенных данных был сделан вывод, что базовый вариант поточной схемы позволяет получить бензин, соответствующий в основном современным техническим требованиям (ОЧИ, ОЧМ, ДНП, плотность и др.) [3], но не позволяет изготовить топливо экологического класса Евро-6 (таблица 3).

Таблица 3 – Характеристика бензина, полученного по базовому варианту

 

Значения показателей бензина, полученного по базовому варианту

Нормы значений показателей бензина ЕВРО-6

ОЧИ

95,79

не менее 92/95/98

ОЧМ

89,69

не менее 83/85/88

ДНП, кПа

42,01

35 - 100

Плотность, кг/м3

755,39

725 - 780

Олефины, % об.

15,58

не более 11,00

АУВ, % об.

31,48

не более 24,00

Бензол, % масс.

1,12

не более 0,80


В связи с этим авторами был предложен вариант модернизации базовой поточной схемы НПЗ (рисунок 2).


Рисунок 2 – Модернизация поточной схемы

Для получения бензина с высоким октановым числом без вовлечения октаноповышающих добавок (оксигенатов) было решено внедрить установку риформинга фракции 85ºС-105ºС с последующей экстракцией толуола. Толуол обладает высоким октановым числом (ОЧИ=121), меньшим классом опасности по сравнению с бензолом, а его содержание в бензине ограничивается только общим содержанием ароматических углеводородов (АУВ).

Для увеличения содержания изомеризата и уменьшения количества бензола и АУВ в товарном бензине процесс каталитического риформинга совмещают с установкой гидрокрекинга (блок изориформинга). Суть данного процесса заключается в том, что исходное сырье (фракция 105ºС-180ºС) сначала поступает в реактор гидрокрекинга, где превращению подвергаются в основном, высококипящие парафины (в том числе, бензол с ароматическими углеводородами). В результате образуются низкомолекулярные изопарафины, преимущественно изобутан. Далее происходит фракционирование продуктов гидрокрекинга на газы С14, изокомпонент (изомеризат состава С56) и фракцию 85ºС-180ºС, которая направляется на риформинг (рисунок 3) [4].


Рисунок 3 – Поточная схема переработки компонентов АТ

Т.к. алкилат обладает сравнительно высоким октановым числом и не содержит компонентов, регламентированных стандартом Евро-6, увеличение его содержания обуславливает необходимость внедрения установки коксования «Flexicoking» компании ExxonMobil, которая позволяет получить большее количество непредельных газов по сравнению с установкой замедленного коксования (УЗК) [5]. При этом планируется создание отдельной линии для отвода олефинов с данной установки на газофракционирующую установку (ГФУ) непредельных углеводородов, откуда далее бутан-бутиленовая фракция (ББФ) направляется на процесс алкилирования «Alkylene» компании UOP (рисунок 4).  Особенностью технологии «Alkylene» является использование твердокислотного цеолитсодержащего катализатора HAL-100 вместо обычных минеральных кислот (H2SO4, HF). Данный катализатор представляет собой систему AlCl3/Al2O3, модифицированную катионами калия и нанесенным металлом ⅥⅡ группы (Pt, Pd или Ni). HAL-100 обладает высокой активностью, селективностью, стабильностью, а его регенерация не требует дожига [6].

Отсутствие кислот в данном процессе позволяет избежать образования кислого гудрона, что делает технологию «Alkylene» экологически безопасной. Также данный процесс подразумевает возможность интеграции с изомеризующей установкой «Butamer», благодаря которой удается изомеризовать бутан и бутен-1 в изобутан и бутен-2 соответственно. За счет этого полученный алкилат обладает более высоким качеством (ОЧ выше на 2-3 пункта по сравнению с вариантом, в котором установка Butamer отсутствует) [7].


Рисунок 4 – Поточная схема переработки компонентов ВТ и ГФУ

На основании предложенной схемы был рассчитан материальный баланс установок, в результате чего была составлена карта смешения бензинов, которая представлена в таблице 4, и определено содержание каждого компонента.

 Таблица 4 – Рецептура смешения и характеристика смесевых компонентов

m, т/ч

% об.

% масс.

ОЧИ

ОЧМ

ДНП, кПа

Плотность при 15⁰С, кг/м3

Содержание веществ, % об.

Олефины

АУВ

Бензол

Бензин кат. крекинга

95,0

34,6

35,2

92,1

86,2

45,2

739,4

30,62

18,76

0,48

Изориформат

64,7

22,1

24,0

102,2

94,4

27,2

790,0

1,50

67,00

0,50

Изокомпонент

11,1

4,6

4,1

86,0

84,0

63,3

650,0

0,00

1,00

0,01

Изомеризат

59,8

24,4

22,2

89,9

88,2

62,2

660,5

0,00

0,00

0,00

Алкилат

30,7

11,8

11,4

97,5

94,6

35,0

700,3

0,00

0,00

0,00

Толуол

8,2

2,5

3,1

121,0

111,0

7,2

870,4

0,00

100,00

0,00

269,5

100,0

100,0

 





























На основании карты смешения компонентов бензина были определены его параметры. Как видно из таблицы 5, бензин, полученный по модернизированной поточной схеме, удовлетворяет как техническим требованиям Аи-95, так и экологическому стандарту Евро-6.

Таблица 5 – Характеристика бензина, полученного по модернизированному варианту


 

Полученное значение

Нормы значений показателей бензина ЕВРО-6

ОЧИ

95,28

не менее 92/95/98

ОЧМ

90,23

не менее 83/85/88

ДНП, кПа

43,08

35 - 100

Плотность, кг/м3

729,88

725 - 780

Олефины, % об.

10,93

не более 11,00

АУВ, % об.

23,85

не более 24,00

Бензол, % масс.

0,34

не более 0,80

Авторы статьи разработали  схему получения высокооктанового бензина класса Евро-6 без вовлечения октанповышающих добавок, а также предложили внедрить установки: коксования Flexicoking, алкилирования Alkylene, гидрокрекинга и риформинга с экстракцией в текущую поточную схему завода.  Исходя из рассчитанных материальных балансов была получена карта смешения бензинов на основании которой был сделан вывод, что полученный бензин удовлетворяет требованиям экологического стандарта «Евро-6». Настоящая схема носит теоретический характер, и целесообразность ее промышленного применения требует подтверждения в программах по моделированию технологических схем установок переработки нефти.


Литература:

1. Жуков К.Г., Акбарова Э.И., Иванова К.В. Экологические аспекты применения бензина каталитического крекинга и методы улучшения его качества // Сетевое издание «Нефтегазовое дело». 2019. № 1. С. 220. URL: http://ogbus.ru/files/ogbus/issues/1_2019/ogbus_1_2019_p218-233.pdf (дата обращения: 24.06.2020). DOI: 10.17122/ogbus-2019-1-218-233.

2. Киргина М. В. Оптимизация рецептур смешения бензинов с использованием компьютерной моделирующей системы. // Neftegaz.RU. 2019. №9 (93). С. 70-74.

3. ГОСТ 32513-2013. Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия. – Москва: Стандартинформ, 2014. – 15 с.

4. Буй Чонг Хан. Получение высокооктановых автомобильных бензинов с пониженным содержанием ароматических углеводородов: дис…. канд. техн. наук. Уфа: УГНТУ, 2008. 125 с.

5. Капустин В. М., Гуреев А. А. Технология переработки нефти в 4-х частях. Часть вторая. Физико-химические процессы. – М.: Химия, 2015. – С. 124.

6. Р. А. Мейерс (ред.). Основные процессы нефтепереработки. Справочник: пер. с англ. 3-го изд. / [Р. А. Мейерс и др.]; под ред. О. Ф. Глаголевой, О. П. Лыкова. – СПб.: ЦОП «Профессия», 2011. – С. 53-59.

7. Шириязданов Р. Р. Научно-прикладные основы процесса алкилирования изобутана олефинами на цеолитсодержащих катализаторах: дис. ... д-р. техн. наук: 05.17.07. – Уфа: УГНТУ, 2017. – С. 57-58.


Keywords: oil refining, high-octane gasoline, Euro-6, flow diagram, Flexicoking, Alkylene



 



Статья «Евро-6 без оксигенатов» опубликована в журнале «Neftegaz.RU» (№9, Сентябрь 2020)

Авторы:
Комментарии

Читайте также