Перспективные процессы алкилирования с целью получения высокооктановых компонентов бензина | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 29 января, печатный экземпляр отправим 2 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №2 (397) январь 2022 г.

Дата публикации: 13.01.2022

Статья просмотрена: 1 раз

Библиографическое описание:

Калиев, А. Ж. Перспективные процессы алкилирования с целью получения высокооктановых компонентов бензина / А. Ж. Калиев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 2 (397). — С. 47-49. — URL: https://moluch.ru/archive/397/87775/ (дата обращения: 21.01.2022).



Введение. В нынешнее время в связи с ужесточением общемировых требований к качеству топлива увеличилось количество процессов, которые повышают степень переработки нефти, а значит и способствуют увеличению октанового числа бензинов. Это является особенно актуальным потому, что на значительной части нефтеперерабатывающих заводов глубина переработки все же составляет 70–75 % [1]. При увеличении глубины переработки возрастают запасы газов, производимых на заводе. Основными среди них являются олефины, которые как раз задействованы в процессе алкилирования нефтеперерабатывающих газов с целью получения высокооктановых компонентов автобензина.

Алкилирование нефтеперерабатывающих газов с целью получения высокооктановых компонентов автобензина олефинами является одним из важнейших процессов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Продукт данного процесса, алкилат, является одним из основных компонентов товарного бензина. Основные достоинства алкилата это высокое октановое число (до 96 по исследовательскому и до 92 по моторному методу), отсутствие сернистых примесей, бензола, низкое давление насыщенных паров. Благодаря именно этим показателям алкилат имеет преимущество по сравнению с остальными бензинами, однако доля его в товарных бензинах крайне невелика. Например, в России этот показатель составляет меньше одного процента, общемировой — около 8 процентов. Бесспорный лидер по внедрению алкилата — США, где доля эта составляет 13 процентов и продолжает непрерывно расти [2].

Цель статьи — исследовать перспективные процессы алкилирования с целью получения высокооктановых компонентов автобензина.

Основная часть. Реакции алкилирования используют в нефтехимии для получения высокооктановых компонентов автомобильного бензина.

В зависимости от требований к давлению насыщенных паров, предусмотрена установка дебутанизатора, где происходит отделение бутана и изопентана.

Гетерогенное алкилирование изобутана олефинами с использованием твердого катализатора позволяет производить алкилат с наибольшим октановым числом по исследовательскому методу (97 пунктов), при этом следует отметить, 25 что согласно исследованиям [8–10] в данном процессе образуется наибольшая доля линейных и изо-алканов С5-С7.

Наибольшая доля разветвленных парафинов С8 образуется в ходе алкилирования с использованием фторводородной кислоты, при этом октановое число имеет значение 97,6 пунктов. Сернокислотное алкилирование позволяет получить алкилат с исследовательским октановым числом 96,6 пунктов, при этом в процессе образуется наибольшая доля тяжелых и высокомолекулярных компонентов С9+.

Помимо сравнения качества получаемого алкилата, необходимо оценивать капитальные затраты на строительство установки и операционные затраты на ведение процесса, то есть нужно найти оптимальное соотношение между качеством товарного алкилата и стоимостью продукта.

Наибольшими затратами на строительство обладает установка сернокислотного алкилирования, это связанно с высокой коррозионной активность H 2 SO4, что повышает металлоемкость оборудования [11]. Оптимальными капитальными и постоянными затратами характеризуется HF-алкилирование, при этом токсичность кислоты повышает класс опасности производства, что делает данный вид алкилирования непривлекательным для нефтеперерабатывающих заводов [12].

Алкилирование с использованием твердого катализатора имеет низкие затраты на строительство установки и характеризуется высокой экологичностью, при этом затраты на стоимость энергоносителей выше в сотни раз в сравнении с другими технологиями получения алкилата.

Это связанно с высокими операционными затратами на регенерацию твердого катализатора алкилирования. Нельзя однозначно сказать, какая технология наиболее привлекательна. Необходимо проводить полный экономический анализ. Но в последние десятилетия мировые лидеры в нефтехимии задают тенденцию к переходу на алкилирование с использованием твердых катализаторов.

В современной нефтеперерабатывающей практике наиболее распространёнными являются жидкофазные катализаторы алкилирования, такие как серная и фтороводородная кислоты. Лицензиары, занимающиеся разработками в области алкилирования на твёрдых катализаторах:

— Цеолиты (Lurgi (Eurofuel), INEEL, Mobil, Shell, Institute of Chemical Technology, Институт органической химии РАН);

— Сульфатированные оксиды (HaldorTopsoe (FBA), Chemical Research&Licensing Company, Институт проблем переработки углеводородов СО РАН; — Институт катализа СО РАН);

— Другие (UOP, SINOPEC, Texas A&M University).

Твердые кислоты, к данному типу катализаторов алкилирования можно отнести AlCl3. Хлорид алюминия характеризуется высокой активностью, при этом селективность процесса низкая за счет увеличения скорости побочных реакций, таких как диспропорционирование и крекинг [7]. Хлорид алюминия применяют при алкилировании изобутана этиленом. При этом выход парафинов С6 в данном процессе составляет 53–67 % об, а парафинов С8 — до 30 % об., при этом селективность процесса по триметилпентанам достигает 62 %. К кислотам Льюиса, используемым в процессе алкилирования, относят цезиевые, аммонийные и калиевые соли фосфорно-12-вольфрамовой кислоты с различными стехиометрическими соотношениями.

Сульфатированные катализаторы. Сульфатированные гетерогенные катализаторы обладают высокой активностью и высокой стойкостью к образованию высокомолекулярных соединений в результате побочных реакций процесса алкилирования. Наиболее часто при изготовлении используют оксиды циркония, алюминия, кремния и титана [4].

Для повышения кислотных свойств применяют хлорирование и сульфатирование оксидов Al и Zr. Такие катализаторы характеризуются высокой удельной поверхностью и кислотно-основными свойствами, поддерживающими конверсию C4H8 на уровне 90,0 % об.

Ионообменные смолы. В качестве ионообменных смол в процессе алкилирования изобутана низшими олефинами используют катионобменные смолы, в основе которых применяется BF3. По исследованиям [2] ионообменные смолы (-SO3X) позволяют получать алкилат с содержанием разветвленных алканов С8 до 88,0 % масс. Катализатор характеризуется высокой каталитической активностью. При изучении механизма алкилирования с использованием катализатора Amberlyst XN-1010 было сделано предположение о диффузионном торможении при алкилировании изобутана бутан-бутиленовой фракцией.

Цеолитные катализаторы. Цеолиты — широко распространенный материал при производстве катализаторов для нефтеперерабатывающей промышленности. Они обладают низкой коррозионной активностью, при этом экологичны.

При твердофазном алкилировании важно использовать катализатор с высоко развитой пористой структурой, что способствует увеличению селективности образования изооктана.

Выводы. Проведенный анализ свидетельствуют о том, что выход триметилпентанов значительно возрастает с изменением металла в структуре цеолита от натрия-калия к рубидию-цезию и от марганца, кальция, хрома до бария.

Литература:

  1. Анисимов, А. В. Окислительное обессеривание углеводородного сырья [Текст] / А.В., Анисимов, А. В. Тараканова // Росс. Хим. Журнал. − 2008. — Т.LII. − № 4. − С. 32–40.
  2. Князев, А. С. Модифицированные катализаторы окисления спиртов [Текст]/ А. С. Князев // Фундаментальные исследования. — 2005. − № 1. − С. 52–56.
  3. Лебедева, Н. А. Полное окисление метана на серебросодержащих кобальтитах лантана, обработанных соединениями серы [Текст]/Н. А. Лебедева, А. Ю. Крюков // Успехи в химии и химической технологии. − 2009. − № 4. — С. 97–101.
  4. Процесс каталитического окисления меркаптанов Успехи в химии и химической технологии [Текст] / С. В. Вержичинская [и др.] // Успехи в химии и химической технологии. − 2012. − № 5 (134). — С. 53–56.
  5. Шарипов, А. Х. Каталитическое окисление сульфидов средних дистиллятов сернистой нефти [Текст]/ А. Х. Шарипов [и др.] // Химия и технология топлив и масел. — 2006. − № 6. − С. 45- 51.
  6. Caronni R., Schmidt V., Griffin T. Catalytic combustion for power generation // Catalysis Today, vol. 75. pp. 287–298, 2002.
  7. Forzatti P. Status and perspectives of catalytic combustion for gas turbines// Catalysis Today, vol. 83. pp. 3–15, 2003.
  8. Cimino S., Di Benedetto A., Pirone R., Russo G. CO, H2 or C3H8 assisted catalytic combustion of methane over supported LaMnO3 monoliths// Catalysis Today, vol. 83. pp. 33–47, 2003.
  9. Gelin P., Primet M. Complete oxidation of methane at low temperature over noble metal based catalysts: a review // Applied Catalysis B: Environmental, vol. 39. pp. 1–37, 2002.
  10. Kirchnerova J., Alifanti M., Delmon B. Evidence of phase cooperation in the LaCoO3–CeO2–Co3O4 catalytic system in relation to activity in methane combustion // Applied Catalysis A: General, vol. 231.pp. 65–80, 2002.
  11. Leanza R., Rossetti I., Fabbrini L. et al. // Applied Catalysis B: Environmental. vol. 28. pp. 55–64, 2000.
  12. Alifanti M., Kirchnerova J., Delmon B Effect of substitution by cerium on the activity of LaMnO3 perovskite in methane combustionт // Applied Catalysis A: General, vol. 245, pp. 231–244, 2003.
Основные термины (генерируются автоматически): катализатор, цель получения, процесс алкилирования, высокооктановый компонент автобензина, алкилирование, высокая активность, UOP, доля, затрата, FBA, октановое число, процесс, SINOPEC, селективность процесса, сернокислотное алкилирование, строительство установки, твердый катализатор, хлорид алюминия, INEEL.


Задать вопрос