CC BY
95
ПРЕВРАЩЕНИЕ ПРЯМОГОННЫХ БЕНЗИНОВ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА НА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЦЕОЛИТНЫХ
КАТАЛИЗАТОРАХ
Татаркина Анастасия Ивановна
магистрант 1 курса Национального исследовательского Томского
политехнического университета, РФ, г. Томск E-mail: tatarkina. nastya@mail. ru Хомяков Иван Сергеевич ассистент Национального исследовательского Томского политехнического
университета, РФ, г. Томск E-mail: khomyakovi.s@mail. ru Волгина Татьяна Николаевна канд. хим. наук, доцент Национального исследовательского Томского
политехнического университета, РФ, г. Томск
E-mail: volgina_t@mail. ru
CONVERSION OF STRAIGHT-RUN GASOLINE OF GAS CONDENSATE ON THE MODIFIED ZEOLITE CATALYSTS
Tatarkina Anastasya
student of master's program of National Research Tomsk Polytechnic University,
Russia Tomsk Khomyakov Ivan
assistant of National Research Tomsk Polytechnic University, Russia Tomsk
Volgina Tanya
candidate of Science, assistant professor of National Research Tomsk Polytechnic
University, Russia Tomsk
АННОТАЦИЯ
В данной работе рассмотрен процесс превращения прямогонных бензинов газового конденсата в высокооктановые бензины на цеолитном катализаторе Н-ЦКЕ-Г, модифицированном бинарными системами оксидов Sn (III) и Bi (III). Проведен анализ каталитической активности катализатора в температурном интервале 350—425 °С. Установлено, что при конверсии прямогонного бензина на исходном цеолите содержание ароматических углеводородов увеличивается в 5—6 раз, а на модифицированном — в 10. Это указывает на то, что введение модификатора увеличивает каталитическую активность цеолита в 2 раза.
ABSTRACT
In this paper the process of conversion of straight-run gasoline of gas condensate on the modified catalysts containing oxides of tin (III) and bismuth (III) has been
investigated. The analysis of the catalytic activity (which was assessed on the content of aromatic hydrocarbons) in the temperature range 350—425 °C was held. It has been determined that the by using modified catalyst conversion of gasoline the content of aromatic hydrocarbons is increased ten-fold, indicating that the increase in the activity of catalyst twice as compared with the unmodified.
Ключевые слова: прямогонный бензин; конверсия; пентасил; цеолит; ZSM-5; каталитическая активность; ароматические углеводороды.
Keywords: straight-run gasoline; conversion; pentasil; zeolite; ZSM-5, catalytic activity; aromatic hydrocarbons.
В настоящее время производство бензинов является одной из главных задач в нефтеперерабатывающей промышленности и в значительной мере определяет развитие этой отрасли. Постоянное ужесточение экологических норм по содержанию ароматических углеводородов в неэтилированных бензинах стандартов Евро-4 и Евро-5 заставляет производителей непрерывно совершенствовать производство, заменяя существующие процессы.
Главные технологические процессы производства бензина — каталитический крекинг и каталитический риформинг. Среди них наиболее приоритетным на сегодняшний день является цеоформинг — процесс переработки низкооктановых бензиновых фракций в высокооктановые компоненты топлива на цеолитсодержащих катализаторах [3].
Мировые исследования, проведенные за последние два десятилетия, убедительно доказывают, что перспективными катализаторами для такого типа процессов являются высококремнеземные цеолиты типа пентасил, которые гораздо более активны, селективны и стабильны в целом ряде нефтехимических процессов, чем применяемые до последнего времени каталитические системы на основе алюмоплатиновых катализаторах.
Особое внимание уделяется синтетическому цеолиту — ZSM-5, обладающим молекулярно-ситовой способностью к избирательной сорбции
углеводородов с определенным размером молекул и уникальными кислотными свойствами поверхности [2].
Целью данной работы является исследование процесса превращения прямогонных бензинов газового конденсата Мыльджинского месторождения Томской области в высокооктановые компоненты бензинов на цеолитном катализаторе Н-ЦКЕ-Г, модифицированном 8п203-В1203.
Высококремнеземные цеолиты получали из щелочных алюмокремнегелей при 175—185 °С в течение 2—4 суток с использованием органической структурообразующей добавки — гексаметилендиамина — в качестве темплата. Затем полученные порошки цеолитов промывали водой, сушили при 110 °С в течение 8 ч и прокаливали при 550 °С 8 ч [1].
По данным ИК-спектроскопии и рентгенофазового анализа синтезированные цеолиты соответствуют высококремнеземным цеолитам типа 78М с силикатным модулем 8Ю2/Л1203=50. За меру каталитической активности катализатора принимали количество образовавшихся в жидких продуктах ароматических углеводородов.
Исследования по превращению прямогонных бензиновых фракций газового конденсата проводили на проточной каталитической установке со стационарным слоем цеолитного катализатора в области температур 350— 425 °С, объемной скорости подачи сырья 2 ч-1 и атмосферном давлении.
Анализ газообразных углеводородов проводили на набивной колонке из нержавеющей стали, наполненной 5 %-ым №0Н на Л1203 (фракция 0,25—0,50 мм), жидких углеводородов — на капиллярной колонке из кварцевого стекла с нанесенной неподвижной фазой 7В-1.
Количественный анализ газообразных и жидких продуктов проводили на аппаратно-программном комплексе на базе газового хроматографа «Хроматэк-Кристалл 5000» с помощью программы обработки «Хроматэк-Аналитик». Погрешность определения газообразных и жидких углеводородов газохроматографическим методом — 2,5 % отн.
Газовый конденсат Мыльджинского месторождения имеет следующие физико-химические характеристики: начало кипения — 31 °С, конец кипения
— 297 °С, до 200 °С выкипает 82 % (об.) фракции, потери и остаток составляют 10 % (об.). По углеводородному составу прямогонная бензиновая фракция состоит, % (мас.): н-алканов — 35, изоалканов — 41, нафтенов — 20 и аренов
— 4. Октановое число составляет 65 пунктов.
Основными продуктами превращения прямогонной бензиновой фракции на цеолитном катализаторе являются газообразные и жидкие углеводороды (табл. 1).
Таблица 1.
Влияние температуры на выход (%, мас.) газообразных и жидких
Углеводород Температура процесса, оС
350 375 400 425
Катализатор - Н-ЦКЕ-Г
Газовая фаза 34,9 36,8 42,9 45,1
Жидкая фаза 65,1 63,2 57,1 54,9
1 % ^П^=1:5)/99 % Н-ЦКЕ-Г
Газовая фаза 27,6 43,2 49,0 54,3
Жидкая фаза 72,4 56,8 51,0 45,7
3 % ^П^=1:5)/97 % Н-ЦКЕ-Г
Газовая фаза 30,4 38,2 45,4 46,30
Жидкая фаза 69,6 61,8 54,5 53,70
1 % ^П^=1:10)/99 % Н-ЦКЕ-Г
Газовая фаза 31,8 39,5 45,9 47,6
Жидкая фаза 68,2 60,5 54,1 52,4
3 % ^п^=1:10)/97 % Н-ЦКЕ-Г
Газовая фаза 31,6 37,4 45,4 50,7
Жидкая фаза 68,4 62,6 54,5 49,3
На модифицированных бинарными системами цеолитных катализаторах содержание жидких продуктов с увеличением температуры процесса
уменьшается, а количество газообразных продуктов увеличивается (табл. 1), за счет повышения глубины превращения углеводородного сырья.
Не зависимо от состава каталитической системы (табл. 2) основными компоненты газовой фазы являются — пропан (-60 % мас.) и бутаны (-40 % мас.), которые могут быть использованы в нефтехимии в качестве сырья. В жидком продукте групповой углеводородный состав отличается незначительно. С повышением температуры процесса с 350 до 425 °С в образующихся высокооктановых компонентах бензина увеличивается доля ароматических углеводородов с одновременным уменьшением количества н-парафинов и повышаются октановые характеристики.
Таблица 2.
Состав и содержание (% мас.) жидких продуктов превращения
прямогонного бензина газового конденсата
Т, оС 350 375 400 425 350 375 400 425
Катализатор 1 %(8п:Ы= 1:5)/99% Н-ЦКЕ-Г 1 %(8п:Б1=1:10)/99% Н-ЦКЕ-Г
Арены 28,8 32,8 41,9 44 31,3 37,1 43,2 47,3
Изопарафины 41,1 39,2 34,3 31,8 36,2 33,9 31,6 28,5
Нафтены 18,9 17,1 16,4 18,5 23,4 20,9 18,0 17,9
Парафины 16,1 11,8 9,44 8,3 9,3 8,6 9,01 8,2
Олефины 1,2 1,1 1,06 1,5 1,1 1,4 1,3 1,5
ОЧ 94,4 98,3 98,5 101 95,3 99,6 99,3 100,2
Катализатор 3 %(8п:Б1=1:5)/97 %Н-ЦКЕ-Г 3 %(8п:Б1=1:10)/97 %Н-ЦКЕ-Г
Арены 26,7 35,2 41,7 62,4 28,8 35,7 34,8 50,4
Изопарафины 37,5 35,5 32,2 27,6 36,7 34,8 34,5 26,2
Нафтены 22,2 19,4 18,8 17,9 22,8 21,7 21,2 17,4
Парафины 13,3 10,3 8,9 6,5 11,6 8,4 10,0 7,12
Олефины 1,4 1,4 1,5 1,2 1,2 1,2 1,3 2,9
ОЧ 95,3 95,5 99,1 100,9 95,1 98,0 98,2 101,2
Наибольшей каталитической активностью обладает катализатор Н-ЦКЕ-Г, модифицированный бинарной системой оксидов 3 % (8п203+В1203), на котором
выход ароматических углеводородов максимальный и составляет 26,6 и 46,6 % при 350 и 425 °С, соответственно. Каталитическая система Н-ЦКЕ-Г+1 % (8п:Б1=1:5) обладает наибольшим выходом целевого жидкого продукта -72 % мас.
Таким образом, проведенные исследования показали, что использование модифицирующих добавок позволяет получить катализаторы с большей каталитической активностью и селективностью для процессов переработки прямогонных бензиновых фракций газового конденсата в высокооктановые компоненты бензина.
Список литературы:
1. Ерофеев В.И., Коваль Л.М. Синтетический цеолит и способ его получения // Патент России № 2313488. 2007. Бюл. № 36.
2. Кубасов А. А. Цеолиты — кипящие камни // Соросовский образовательный журнал. — 1998. — № 7. — С. 70—76.
3. Степанов В.Г., Ионе К.Г. Производство моторных топлив из прямогонных фракций нефтей и газовых конденсатов с применением процесса «Цеоформинг»// Химия в интересах устойчивого развития. — 2005. — № 6. — С. 809—822.
