щ
технологии
Применение органически модифицированных катализаторов в процессе облагораживания углеводородных фракций с различным пределом выкипания - ключевой этап разработки энергосберегающих технологий
Е.А. ЗЕЛЕНСКАЯ,
инженер 1 категории ЗАО «НИПИ «ИнжГео», аспирант
Кубанский государственный технологический университет
Т.В. ЗЕЛЕНСКАЯ,
к.т.н., доцент
Кубанский государственный технологический университет
Статья посвящена исследованию процесса облагораживания углеводородных фракций с различным пределом выкипания на органически модифицированных цеолитных катализаторах. Описаны условия проведения эксперимента, сырье и продукты реакции. Приведена схема лабораторной установки.
Осуществлен анализ результатов работы, приведены рекомендации по использованию рассматриваемого метода в промышленных масштабах.
KEY PHASE OF ENERGY-SAVING TECHNOLOGIES' DEVELOPMENT IS USING OF ORGANICALLY MODIFIED CATALYSTS DURING ENNOBLING PROCESS OF HYDROCARBON FRACTIONS WITH VARIOUS LIMIT OF BOILING-OFF
Ye. ZELENSKAYA, «InjGeo» NIPI» CSC, Kuban' State technological university T. ZELENSKAYA, Kuban' State technological university
The article is dedicated to process survey of hydrocarbon fractions' ennobling with various limit of boiling-off on organically modified zeolite catalysts.
Keywords: zeolite catalyst, hydrocarbon fractions, octane number, ennobling
сегодняшний день эффективное использование потенциала нефтехимической отрасли является необходимым фактором успешного развития топливно-энергетического комплекса. В условиях нарастающего потребления нефтяного сырья и существенного увеличения стоимости всех видов энергии актуальным и жизненно важным вопросом становится сокращение энергозатрат при производстве всех видов моторных топлив с минимальным ущербом для окружающей среды. В частности, использование энергосберегающих технологий при проведении процессов вторичной переработки нефти служит одним из эффективных инструментов решения проблемы производства высококачественных автомобильных бензинов, удовлетворяющих требованиям международных стандартов.
Как известно, основу вторичной переработки нефти составляют каталитические процессы, связанные с химической модификацией молекул углеводородов, входящих в состав нефти. Для получения качественного высокооктанового сырья в промышленности используются полифункциональные катализаторы, наиболее эффективными из которых являются цеолиты.
Активность цеолитов во многих реакциях на порядок превышает активность известных ранее катализаторов, при этом
целый ряд превращений на них протекает с абсолютной селективностью. Благодаря этим особенностям цеолитные катализаторы нашли широкое применение в химии и технологии переработки углеводородного сырья [1].
Настоящая работа посвящена исследованию процесса облагораживания, влияния модифицирующих добавок на активность и селективность цеолитсодер-жащих катализаторов в реакциях алкили-рования, изомеризации и ароматизации углеводородных фракций с различным пределом выкипания.
Проведенные ранее исследования каталитического облагораживания прямо-гонной бензиновой фракции на органически модифицированных цеолитных катализаторах позволили определить оптимальные параметры данного процесса, состав органического модификатора, подобрать оптимальный катализатор процесса [2 - 7]. По результатам проведенного анализа наиболее эффективной каталитической системой данного процесса является цеолитсодержащий катализатор в Н-форме марки ЦВК-ТМ-1327 Оптимальная температура проведения реакции составила 100 °С.
Исследования проводились при атмосферном давлении на лабораторной установке, представленной на рис. 1. Образец катализатора 14 в количестве 10 см3
технологии
щ
11 rJ
помещался в реактор из кварцевого стекла 2, расположенный в печи 3. Температура контролировалась по потенциометру 10 с помощью термопары 12, установленной в термопарном стакане 13. Регулировка температуры производилась лабораторным автотрансформатором (ЛАТР) 11. Сырье, по схеме подачи 1, через вентиль тонкой регулировки 6 поступало в реактор 2, где происходило его химическое превращение. Жидкие продукты собирались в приемной колбе 5. Парогазовый поток охлаждался в холодильнике 4,конденсат собирался в приемной колбе 5, а газовая смесь через дроссельную емкость 9 и газовые часы 7 сбрасывалась в атмосферу. Контроль давления в системе осуществлялся дифференциальным манометром 8.
На первом этапе исследования в качестве исходного сырья использовалась прямогонная бензиновая фракция НК-120°С, полученная разгонкой газового конденсата месторождения «Прибрежное» Краснодарского края с октановым числом 46,5 по моторному методу (ММ). Поводом для выбора данной фракции послужил тот факт, что в практике технологических схем нефтеперерабатывающих заводов при наличии установок АТ-2 и АВТ из шлема отбензинивающей колонны обычно отводится фракция НК-120 °С. Результаты исследования данного процесса представлены в табл. 1.
Из приведенных в табл. 1 данных можно сделать вывод о повышении октанового сырья прямогонной бензиновой фракции НК-120 °С на 7 пунктов по моторному методу. Причиной этому, с большой долей вероятности, явились реакции алкилирования и изомеризации предельных углеводородов, протекающие на активных центрах катализатора.
Вторым из рассматриваемых видов сырья стала прямогонная бензиновая фракция НК-180 °С, как правило, отбирающаяся со шлема атмосферной колонны установок АТ-2 и АВТ нефтеперерабатывающих заводов. Результаты проведенного исследования представлены в табл. 2.
В данном случае прирост октанового числа оказался более значительным по сравнению с фракцией НК-120 °С, что в свою очередь может быть отнесено на счет реакций циклизации и изомеризации исходного сырья.
Последним этапом проводимого исследования стало облагораживание керосиновой фракции на модифицированном органической солью цеолитном катализаторе. Результаты проведенного процесса представлены в табл. 3.
Обращает на себя внимание тот факт, что в данном случае прирост октанового числа значительно увеличился по сравнению с предыдущими опытами и составил 13,5 пункта по мо-
в атмосферу
Рис. 1. Лабораторная установка для изучения процесса облагораживания углеводородных фракций на органически модифицированных цеолитных катализаторах
1 - схема подачи сырья, 2 - реактор, 3 - печь, 4 - холодильник, 5 - приемная колба, 6 - вентиль тонкой регулировки сырья, 7 - газовые часы, 8 - манометр, 9 - дроссельная емкость, 10 - потенциометр, 11 - ЛАТР, 12 - термопара, 13 - термопарный стакан, 14 - фарфоровые шары, 15 - катализатор
торному методу. Здесь же стоит отметить более высокий выход целевого продукта по сравнению с предшествующими экспериментами. По всей видимости, этот факт свидетельствует об уплотнении исходного сырья, снижении содержания предельных углеводородов посредством реакций алкилирова-ния и изомеризации, практически полном отсутствии газовой фазы в целевом продукте. В то же время следует подчеркнуть, что проведенный хро-матографический анализ показал низкое содержание ароматических соединений в составе катализата, что подтверждает предположение о повышении октанового числа продукта за счет наличия в нем изомерных алканов.
Таким образом, на основании проведенной работы можно сделать предварительный вывод о том, что органические соли с развитой системой
Табл. 1. Результаты исследования процесса облагораживания прямогонной бензиновой
фракции НК-120 С
Объемная Значение ОЧ Значение ОЧ
Катализатор скорость подачи сырья, ч-1 Температура процесса, °С сырья до проведения процесса (ММ) сырья после проведения процесса (ММ) Выход, %
Н-ЦВК-ТМ с нанесенной органической солью 1 100 46,5 53,5 91
Табл. 2. Результаты исследования процесса облагораживания прямогонной бензиновой
фракции НК-180 °С
Объемная Значение ОЧ Значение ОЧ
Катализатор скорость подачи сырья, ч-1 Температура процесса, °С сырья до проведения процесса (ММ) сырья после проведения процесса (ММ) Выход, %
Н-ЦВК-ТМ с нанесенной органической солью 1 100 51 59,5 92
технологии
Структура катализатора Н-ЦВК-ТМ при увеличении на электронном микроскопе
Табл. 3. Результаты исследования процесса облагораживания керосиновой фракции
Катализатор Объемная скорость подачи сырья, ч-1 Температура процесса, °С Значение ОЧ сырья до проведения процесса (ММ) Значение ОЧ сырья после проведения процесса (ММ) Выход, %
Н-ЦВК-ТМ с нанесенной органической солью 1 100 65 78,5 98
сопряжения, проявляющие каталитические свойства, аналогичные свойствам ионных жидкостей, можно использовать в сочетании с цеолитами, имеющими силикатный модуль от 35 и выше в качестве модификаторов процесса облагораживания авиационного керосина. Вместе с тем стоит заметить, что данные реакции облагораживания проводились при достаточно мягких условиях, а значит, при использовании таких контактов в промышленных масштабах можно говорить о новом энергосберегающем процессе улучшения детонационной стойкости авиационного керосина.
Литература
1. Мовсумадзе Э.М., Елисеева И.С., Павлов М.Л., Савин Е.М. Цеолиты - зарождение и пути их использования // Нефтехимия. 1995. №5. С. 63 - 77.
2. Зеленская Е.А., Зеленская Т.В. Экспериментальное исследование органически модифицированных катализаторов в процессе облагораживания бензиновой фракции // Экспозиция. Нефть. [аз. 2014. №1 (33). С. 15 - 16.
3. Зеленская Е.А., Зеленская Т.В. Новое направление процесса облагораживания низкооктановых углеводородных фракций // Бурение и нефть. 2013. №5. С. 27 - 29.
4. Зеленская Е.А., Зеленская Т.В. Управление процессом каталитического облагораживания прямогонной бензиновой фракции посредством изменения температурных параметров реакции // Бурение и нефть. 2013. №6. С. 11 - 12.
5. Зеленская Е.А., Зеленская ТВ. Облагораживание низкооктановой бензиновой фракции на органически модифицированных цеолитных катализаторах - шаг на пути к снижению энергозатрат в процессе вторичной переработки нефтяного сырья // Бурение и нефть. 2013. №9. С. 27 - 29.
6. Зеленская Е.А., Зеленская ТВ. Особенности облагораживания прямогонного бензина на органи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.