Материал: Каталитическая изомеризация как способ повышения качества бензинов

Каталитическая изомеризация как способ повышения качества бензинов

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.        Выбор и обоснование метода производства

.          Химические и физико-химические основы процесса

.1        Описание процесса изомеризации

.2        Реакции процесса «ХАЙЗОМЕР»

.2.1     Гидрирование олефиновых углеводородов

.2.2     Гидрирование ароматических углеводородов

.2.3     Разрыв колец у нафтеновых углеводородов и их изомеризация

.2.4     Гидрокрекинг парафиновых углеводородов

.3        Тепловые эффекты реакций

.4        Катализатор

.4.1     Механизмы катализа

.4.2     Деактивация катализатора

.5        Яды, вызывающие отравление катализатора

.5.1     Сера

.5.2     Вода (кислородсодержащие соединения)

.5.3     Соединения азота

.5.4     Соединения фтора

.6        Влияние технологических параметров

.6.1     Температура в реакторе

.6.2     Объёмная скорость

.6.3     Мольное соотношение «водород : углеводороды»

.6.4     Давление в реакторе

.          Общая характеристика проектируемой секции изомеризации

.1        Назначение секции

.2        Выбор места строительства

.3        Обеспеченность сырьём и энергоресурсами

3.4      Характеристика исходного сырья, материалов, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов, изготовляемой продукции.

3.5      Материальный баланс секции

3.6 Ассортимент и характеристика получаемой продукции

4.        Описание технологической схемы

.          Контроль и автоматизация производства

5.1      Описание технологической схемы участка

.2        Анализ технологического процесса как объекта управления

5.2.1   Анализ тепловых и материальных балансов и разработка структурных схем контроля и управления

5.3      Структурные схемы контроля и регулирования балансов

.4        Обоснование выбора технических средств автоматизации

.5        Спецификация оборудования

.          Безопасность жизнедеятельности на производстве

.1        Общие положения

6.2      Характеристика опасных веществ, обращающихся на блоке изомеризации установки № 4 цеха № 8

6.3      Индивидуальные и коллективные средства защиты

.4        Микроклимат производственного помещения

.5        Производственное освещение

.6        Безопасные методы обращения с пирофорными отложениями

.7        Электробезопасность

.8        Молниезащита

.9        Пожарная безопасность

.10      Аварийная остановка установки

.10.1   Мероприятия по аварийной остановке установки

6.11    Меры по ограничению, локализации и дальнейшей утилизации аварийных выбросов опасных веществ

.12      Предложения по реализации мер, направленных на уменьшение риска аварий

.          Отходы при производстве продукции, сточные воды, выбросы в атмосферу, методы их утилизации, переработки.

7.1      Твердые и жидкие отходы производства.

.2        Сточные воды

.3        Выбросы в атмосферу

.          Экономическая часть

.1        Расчет капитальных затрат

.2        Расчет материалоемкости производственной программы

.3        Организация труда и заработной платы

.3.1     Расчет численности основных производственных рабочих

.3.2     Расчет годового фонда заработной платы

.3.3     Отчисления на социальные нужды

.4        Расчет себестоимости продукции

.4.1     Смета расходов по содержанию и эксплуатации оборудования

.4.2     Смета цеховых расходов

.4.3     Проектная калькуляция себестоимости

.5        Технико-экономические показатели

Заключение

Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время требования к качеству автомобильных бензинов ужесточились в связи с борьбой за сохранение окружающей среды. Чтобы ограничить вредные выбросы в атмосферу, необходимо снизить содержание ароматических углеводородов в бензинах и отказаться от добавления тетраэтилсвинца, применение которого не только затрудняет дожиг выхлопных газов на платиновых катализаторах, но и подвергает большой опасности человеческое здоровье и саму жизнь.

Наряду с этим большое внимание уделяется эксплуатационным характеристикам автобензинов, требованиям которых отвечают так называемые «реформулированные» (компаундированные) бензины.

Базовыми компонентами таких автобензинов являются: бензины каталитического риформинга, крекинга, алкилбензин и изомеризаты лёгких (пентан-гексановых) бензиновых фракций.

В настоящее время товарные бензины доводят до необходимого октанового числа добавлением монометиланилина (ММА) и метил-третбутилового эфира (МТБЭ). Чтобы уменьшить использование присадок, повышающих октановые числа автобензинов, следует использовать как компонент товарного бензина продукт каталитической изомеризации фракции С5 - С6 , применение которого в качестве компонента автомобильного топлива повышает октановое число, в отличие от прямогонного бензина (парафиновых углеводородов). Поэтому, производство автобензинов в России в последнее время характеризуется увеличением доли неэтилированных высокооктановых бензинов с ИОЧ 92 пункта и выше, получаемых на различных установках, в том числе и установках каталитической изомеризации.

Большинство российских НПЗ топливного направления не имеют мощностей по каталитическому крекингу и пиролизу, а соответственно и сырья для процессов алкилирования, полимеризации и производства эфиров. По этой причине для них процесс изомеризации пентан-гексановых фракций является наиболее перспективным способом как для повышения октанового числа выпускаемых бензинов в целом, так и для повышения их качества.

Изомеризат, содержащий смесь легкокипящих высокооктановых парафиновых углеводородов, при компаундировании с риформатом снижает долю ароматических углеводородов (в том числе и бензола), увеличивает октановую характеристику лёгкой части автобензинов, улучшает фракционный состав товарных бензинов.

Применение изомеризата в качестве компонента товарного топлива также благоприятно влияет на экологические характеристики автомобильных бензинов. Подробнее об этом описано в разделе 1.

Кроме того, по технико - экономическим показателям, процесс изомеризации лёгких бензиновых фракций является высокорентабельным. Подробнее об этом описано в экономической части проекта.

В представленном дипломном проекте предлагается строительство секции изомеризации фракции С5 - С6 на установке каталитического риформинга (установка ЛГ-35-11/300-95). За основу взят метод среднетемпературной изомеризации фракции С5 - С6 «Хайзомер» разработки компании «SHELL». Ввод секции изомеризации позволит увеличить выпуск товарных высокооктановых автобензинов, сократить потери по сырью, уменьшить использование топливных присадок и повысить качество товарных автобензинов.

1. Выбор и обоснование метода производства[1]

В мировой промышленной практике нашли применение несколько типов изомеризации парафиновых углеводородов, их различия обусловлены свойствами применяемых катализаторов.

При рассмотрении экологической привлекательности наиболее типичных процессов производства бензина (Таблица 1.1), совершенно очевидно, что помимо алкилатов и кислородсодержащих добавок, наиболее привлекательным компонентом смешения для товарного бензина является изомеризат. При этом, изомеризация фракции С5-С6 может быть внедрена на нефтеперерабатывающем заводе при минимальном объеме инвестирования и при использовании простаивающих реакторов каталитического риформинга или гидроочистки.

Таблица 1.1 Компаундирование - экологическая привлекательность компонентов товарного бензина

Изомеризацию пентан - гексановых фракций осуществляют по трём вариантам процесса: высокотемпературный (350-4200С), среднетемпературный (250-3000С), и низкотемпературный (ниже 2000С).

В качестве катализаторов процесса высокотемпературной изомеризации используются бифункциональные катализаторы: металл - оксид алюминия, промотированный фтором, и металл-алюмосиликаты. Достигаемая глубина изомеризации н-пентана «за проход» составляет 50-55%. Октановое число изомеризата 75 (ИМ) в чистом виде.

Применение высококремнеземных цеолитов типа модернит послужило основанием для создания в 70-х гг. процесса среднетемпературной изомеризации пентан-гексановой фракции, осуществляемого в среде водорода при 230-300 0С. При проведении процесса по схеме «за проход» изомеризат имеет октановое число 80-82(ИМ).

Наибольшее развитие, начиная с 60-х гг., получили процессы низкотемпературной изомеризации н-бутана, н-пентана и пентан-гесановой фракции на алюмоплатиновых катализаторах, модифицированных обработкой хлорорганическими соединениями или хлоридом алюминия.

На подавляющем большинстве промышленных установок используется технология процесса низкотемпературной изомеризации пентан-гексановых фракций по схеме «за проход» с получением изомеризата с октановым числом 83-84(ИМ).

Таким образом, возможно несколько вариантов схем переработки пентан-гексановой фракции. Качество получаемых продуктов зависит от типа схемы, характеристики сырья и типа процесса, используемого в данной схеме приведенной ниже.

Затраты энергии на рециркуляцию не превращенного сырья возрастают с увеличением октанового числа получаемого продукта, что связано с увеличением количества рециркулята. Соответственно возрастает и себестоимость изомеризата.

Таблица 1.2 Относительная стоимость изомеризата пентан-гексановой фракции, полученного в процессе низкотемпературной изомеризации, в зависимости от его октанового числа.

Ведущие роли в разработке процессов изомеризации пентан - гексановых фракций принадлежат компаниям UOP, British Petroleum, Shell, Union Carbide.

Процесс «пенекс» (компания UOP). Этот процесс осуществляется при температуре до 2040С и давлении до 7.0 МПа. Катализатор алюмоплатиновый, позволяющий увеличить октановое число пентан-гексановой фракции с 69 до 83-84 (ИМ) «за проход».

Исходная пентан-гексановая фракция - сырьё процесса «пенекс» подвергается гидроочистке, а углеводородное сырьё реактора и подпитка водорода - дополнительной адсорбционной осушке на молекулярных ситах.

Процесс С5-С6 айзомеризейшн (компания British Petroleum). Проводится при температуре 120-1600С, давлении до 20.8 МПа при циркуляции ВСГ на алюмоплатиновом катализаторе, промотированном хлором. В схему включена установка гидрообессеривания для удаления сернистых и азотистых соединений с последующим удалением сероводорода, аммиака и воды в системе адсорберов с молекулярными ситами. В этом процессе выход продукта выше 99%, октановое число фракции С5-С6 «за проход» может быть увеличено с 72.2 до 84.5 (ИМ).

Процесс «хайзомер» (компания Shell). Парофазный процесс изомеризации на неподвижном слое бифункционального катализатора, разработанного компанией Shell. катализатор - высокодисперсная платина, нанесённая на цеолит типа модернит в водородной форме с очень низким содержанием натрия. Процесс проводят при температуре 230-2900С, давлении 1.4 - 3.3 МПа и циркуляции ВСГ до 12.5 м3/м3 сырья. Основное преимущество процесса - высокая устойчивость катализатора к отравлению примесями, чем у алюмоплатиновых катализаторов, в связи с чем нет необходимости в капитальных затратах на установку гидроочистки сырья. При изомеризации пентан-гексановой фракции по схеме «за проход» получают продукт с октановым числом 80 -82 (ИМ) в чистом виде.

Целью создания установки изомеризации является переработка легкого дистиллятного сырья для получения высокооктанового компонента компаундирования товарного бензина, в том числе бензина отвечающего требованиям европейской спецификации EN228. При этом ставится задача получения изомеризата с октановым числом по исследовательскому методу выше чем у исходного сырья на 10-12 пунктов. Сырьем процесса является легкая смесь фракций С5-С6. При этом понимается, что сырье не подвергается предварительной гидроочистке и содержит менее 70 ppm масс. серы. Однако, в течение ограниченных промежутков времени допускается эксплуатация при содержании серы в сырье до 200 ppm масс. серы. Водород имеется в наличии в необходимом количестве.

Предлагаемая концепция изомеризации имеет следующие отличительные черты и связанные с ними преимущества. Это наиболее гибкая технология из имеющихся на сегодняшний день и она обеспечивает наилучшие результаты при минимуме задействованного оборудования. “Сердцем” технологии является катализатор ХАЙЗОПАРÔ фирмы ЗЮД-ХЕМИ, который характеризуется высокой активностью при большой устойчивости к каталитическим ядам, содержащимся в сырье, что обеспечивает получение продукта с высоким октановым числом и лучшую экономику процесса благодаря длительному сроку службы катализатора - даже в условиях переработки сырья с содержанием серы до 200 ppm вес.

2. Химические и физико-химические основы процесса [1-4]

.1 Описание процесса изомеризации

Процесс изомеризации легкого бензина (фракции С5-С6) предназначен для повышения его октанового числа за счет превращения парафиновых углеводородов нормального строения в углеводороды изостроения.

Реакции изомеризации являются равновесными:

n-C5H12 i-C5H12

Они протекают практически без изменения объема, поэтому равновесие зависит только от температуры процесса.

Низкие температуры способствуют максимальному разветвлению парафинов С5-С6 и, следовательно, максимально возможному октановому числу изомеризата.

Процесс изомеризации проводится под давлением водорода для подавления побочных реакций, вызывающих закоксовывание катализатора.

Кинетика и механизм реакции зависят от типа катализатора и условий проведения процесса.

2.2 Реакции процесса «Хайзомер»

Основной реакцией процесса «Хайзомер» является реакция изомеризации (превращение парафинов нормального строения в изопарафины).

Помимо основных реакций протекают также побочные реакции:

2.2.1 Гидрирование олефиновых углеводородов:

Олефиновые углеводороды быстро гидрируются без закоксования катализатора, и получающиеся при этом насыщенные компоненты ведут себя как содержащиеся в сырье аналогичные насыщенные компоненты.

2.2.2 Гидрирование ароматических углеводородов

Бензол - это единственный ароматический компонент, который обычно содержится в подаваемом на изомеризацию сырье. При обычных условиях ведения процесса изомеризации и при нормальной активности катализатора достигается почти полное гидрирование бензола с получением циклогексана.