RU2129584C1 - Способ получения моторного топлива - Google Patents

Abstract

Способ относится к технологии производства топлив в нефтеперарабатывающей и нефтехимической промышленности, включает смешение сырья с водородом и высокотемпературный пиролиз. Способ заключается в том, что сырье (природный газ, нефть, самые широкие фракции его переработки, включая и тяжелые нефтяные остатки) подвергают плазмохимическому пиролизу в струе водородосодержащего газа с получением пирогаза, технического углерода и переводом сернистых соединений в сероводород. Далее продукты пиролиза очищают от технического углерода с последующим осаждением редких металлов известными способами, сероводород подвергают диссоциации в СВЧ-плазме с получением полимерной серы и водорода, возвращая последний на стадию пиролиза и, наконец, из очищенных газов синтезируют моторное топливо. Применение способа позволяет расширить сырьевую базу, повысить эффективность процесса переработки и увеличить степень использования сырья. 1 ил.

Description

Способ относится к технологии производства моторных топлив (высокооктанового бензина, дизельного топлива) в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Классическая схема производства моторных топлив из нефти основана на разделении ее на фракции с различными температурами выкипания. После выделения светлых продуктов остается мазут, из которого перегонкой получают вакуумный дистиллят и гудрон.

В зависимости от качества перерабатываемой нефти, потребности в нефтепродуктах того или иного ассортимента в данном регионе и уровня разработанности технологических процессов производство моторных топлив ведется по трем технологическим схемам: с неглубокой и глубокой переработкой нефти, топливно-масляной схеме. В частности, на примере получения бензина по схеме с глубокой переработкой (Справочник нефтехимика. В двух томах. Под ред. С.К.Огородникова. /Л.: Химия, 1978. - т.1. - стр. 54-56). нефть подвергают первичной обработке на атмосферно-вакуумных трубчатых установках с получением атмосферного (светлые фракции) и вакуумного дистиллятов. Вторичная переработка светлых фракций (бензиновая, керосиновая и дизельная) во многом совпадает со схемой с неглубокой переработкой нефти. А именно, бензиновую фракцию разделяют на три узкие фракции, каждую из которых подвергают, соответственно, каталитической изомеризации, каталитическому риформингу с выходом бензина-рафината для дальнейшего пиролиза, и каталитическому риформированию в режиме получения высокооктанового бензина. Вакуумный дистиллят (фракции 350... 500^oC), полученный после первичной обработки нефти, подвергают каталитическому крекингу и гидрокрекингу. Для получения товарного бензина, также как и других видов топлив, смешивают компоненты, полученные на различных стадиях первичной и вторичной переработки нефти. При этом для получения высококачественного бензина добавляют высокооктановые добавки, этиловую жидкость или метилтребутиловый эфир (МТБЭ).

К недостаткам описанной классической схемы переработки нефти для получения моторного топлива можно отнести следующие:
- большая зависимость от качественного состава сырья;
- многостадийность и разветвленность процесса, что приводит к снижению управляемости и качества, а также увеличивает потери;
- из-за высокого содержания серы в промежуточных продуктах переработки требуется их гидроочистка с использованием дорогих катализаторов (Pt, Pb), высоких давлений (50...100 кг/см²) и большого избытка водорода (100:1 по объему) привлекаемого со стороны;
- при переработке нефти с повышенным содержанием ванадия и никеля происходит отравление катализаторов и, как следствие, снижение их активности.

Общая глубина переработки составляет 65% массы сырья.

Известны технологии высокотемпературного пиролиза сырья для получения высокооктанового бензина, например, процесс МНС (прототип, Справочник нефтехимика. в двух томах. Под ред. С.К.Огородникова. /Л.: Химия, 1978. - т. 1. - стр. 110 - 111.). При этом сырье, например пиробензин (часть прямогонного бензина и бензин-рафинат), смешивают с добавочным водородом, нагревают в реакторе гидрирования диолефинов, затем охлаждают и разделяют в сепараторе и, наконец, жидкий продукт стабилизируют.

По схеме МНС получают высококачественный бензин с большим выходом бензина, но к сырью предъявляются очень жесткие требования (там же стр. 112. - табл. 2.27 и 2.28). Фактически исходное сырье является продуктом глубокой переработки нефти по одной из классических схем.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса получения моторных топлив за счет расширения сырьевой базы, сокращения стадий и числа разветвлений процесса, исключения зависивости сырья от содержания серы и ценных металлов, максимально полного использования сырья.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что сырье подвергают плазмохимическому пиролизу (деструкции) в струе водородосодержащего глаза для получения плазмы (газа из молекул исходного продукта, часть из которых ионизирована). Затем газы пиролиза очищают от технического углерода и сероводорода, причем сероводород подвергают диссоциации в СВЧ-плазме для разложения на серу и водород. Из очищенных от углерода и сероводорода газов пиролиза синтезируют на катализаторе моторное топливо. Непрореагировавшие газы и водород, полученный после разложения сероводорода, возвращают на стадию пиролиза.

В отличие от прототипа разложение (пиролиз) под действием высоких температур проводится плазмохимическим способом, т.е. более глубоким, до молекулярного и, частично, ионизированного уровня. Поэтому сырье (природный газ, нефть, самые широкие фракции переработки последнего, включая и тяжелые нефтянные остатки) не требует предварительной подготовки. А продукты пиролиза - пирогазы, содержат три основных компонента: углерод (сажу) с концетрированными в нем металлами, серу, связанную с водородом и исходными составляющими моторного топлива. Таким образом отпадает необходимость промежуточной гидроочистки и гидрообессеривания сырья.

Кроме того, в отличие от прототипа компоненты пирогаза не просто отделяют от исходных составляющих моторного топлива и направляющих их в отходящие газы. В предлагаемом способе углерод выделяют с последующим осаждением редких металлов, сероводород - с последующей диссоциацией в СВЧ-плазме для получения серы и водорода, а непрореагировавшие газы и полученный водород возвращают на стадию пиролиза. Таким образом достигается более полное использование исходного сырья.

На фиг. 1 представлена последовательность и взаимосвязь основных операций предлагаемого способа получения моторного топлива, который состоит из следующих стадий: плазмохимического пиролиза (1); выделения технического углерода (2); очистки пирогаза от сероводорода (3); разложения сероводорода (4); синтеза моторного топлива (5); выделения моторного топлива (6) и выработки энергии (7).

Ниже приводится описание возможного осуществления предлагаемого способа. Сырье (природный газ и газовый конденсат, нефть и его фракции, тяжелые нефтяные остатки, битумозные породы и природные битума) в плазмотроне подвергают плазмохимическому пиролизу (1) в струе водородосодержащего газа с температурой 4000 - 10000K и давлением 0,1 - 1,0 МПа. После пиролиза пирогаз содержит метан, водород, непредельные углеводороды C₂-C₄, предельные углеводороды C₂-C₁₀, технический углерод и сероводород. На стадии пиролиза (1) для закалки продуктов реакции подают газообразные или сниженные углеводороды.

После пиролиза (1) при 300 - 700 K и давлении 0,1 - 1,0 МПа выделяют (2) технический углерод товарного качества. Учитывая, что все металлы сконцентрированы в техническом углероде, в пирогазе после стадии (2) они отсутствуют.

Далее, пирогаз под собственным давлением очищают (3) от сероводорода с помощью цеолитосодержащих абсорбентов. Степень очистки от сероводорода по экспериментальным данным составляет 99,99%.

Полученный сероводород разлагают (4) на серу и водород с помощью сверхвысокочастотной СВЧ-плазмы и плазменной центрифуги, при этом степень конверсии составляет не менее 90%, степень извлечения серы составляет 100%, причем последняя удовлетворяет требованиям, предъявляемым к полимерной сере. Водород, выделенный на стадии разложения сероводорода (4), направляют на стадию пиролиза (1).

Из очищенных от углерода и сероводорода газов на катализаторе синтезируют (5) моторное топливо (высокооктановый бензин, дизельное топливо). При этом массовое отношение сумм предельных и непредельных углеводородов изменяется в пределах 1 - 10, массовая скорость подачи газа в реактор синтеза составляет 1 - 10 ч^-1, температура газов 350 - 700 K, давление 0,1 - 2,0 МПа. На стадии синтеза (5) используются многослойные, многофункциональные, с нарастающей избирательность вдоль слоя катализаторы, состоящие из гидрирующих, алкилирующих и изомеризующих компонентов.

После каталитического синтеза моторного топлива продукты реакции разделяют (6) в ректификационной колонне на товарное топливо и непрорегировавшие газы (метановодородосодержащие фракции), часть из которых направляют на стадию плазмохимического пиролиза (1) в качестве плазмообразующего газа, в оставшуюся часть - на последующую энергетическую (7) стадию в качестве топлива. Процесс разделения в ректификационной колонне может происходить при 520 K внизу и 420 K вверху колонны, давления 0,1 - 0,5 МПа. Моторное топливо получается бессернистым, поэтому отпадает необходимость дополнительной очистки от серосодержащих соединений, использования щелочных реагентов и катализаторов обессеривания, а также исключается образование сточных вод. По данным предварительных экспериментов получен бензин с октановым числом 93, сера отсутствует, ароматических углеводородов не более 25% массы.

Наконец, часть непрореагировавших газов (метановодородосодержащие фракции) стадии разделения в ректификационной колонне (6) направляют на энергетическую стадию (7). При этом балансовое количество газов является топливом газотурбинной установки, на которой получают необходимую электроэнергию и водяной пар с давлением 40 кг/см², используемый для выработки дополнительной электроэнергии и для технологических нужд. В результате применения непрореагировавших газов на энергетической стадии (7) получают энергию, в объеме полностью удовлетворяющую потребность для всей технологической цепочки производства моторного топлива. Тепловой КПД энергетической установки составляет 56%.

Описанный пример предлагаемого способа не исчерпывает варианты его использования с применением описанной совокупности существенных признаков изобретения.

Claims (1)

1. Способ получения моторного топлива, включающий смешение сырья с водородом и высокотемпературный пиролиз, отличающийся тем, что сырье подвергают плазмохимическому пиролизу с получением газов, технического углерода и переводом сернистых соединений в сероводород, очищают газы от технического углерода и сероводорода с осаждением из первого редких металлов известными способами, сероводород подвергают диссоциации в СВЧ-плазме с получением полимерной серы, возвращая водород на стадию пиролиза, а из очищенных газов синтезируют на катализаторе моторное топливо с возвращением непрореагировавших газов на стадию пиролиза.