Общие сведения о получении изооктана
Последовательный отказ от метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) из-за связанных с его использованием экологических последствий неизбежен, а это ставит перед нефтеперерабатывающей отраслью вопрос компенсации утрачиваемых объёмов и октанотонн парка высокооктанового бензина.
Необходимость ликвидации невостребованных производственных мощностей по выпуску МТБЭ и изобутиленового сырья ставит перед производственниками острую проблему не полного возврата инвестиций.
В качестве высокооктанового компонента экономически целесообразно использование изооктана, который:
- характеризуется высоким значением октанового числа смешения;
- получается из того же изобутиленого сырья, что используется при получении МТБЭ;
- может быть произведен на существующих установках для выпуска МТБЭ после низкостоимостной модернизации.
Ввиду того, что изооктан оксигенатом не является и поэтому не соответствует современным требованиям по наличию кислорода в реформулированном бензине для автомобильного транспорта, он не может полностью заменить МТБЭ.
NExOCTANE - является технологией получения изооктана, в котором происходит димеризация изобутилена до изооктена с последующим гидрированием до изооктана, а оба продукта являются более ценными составляющими автомобильного бензина, чем полимербензин или алкилат.
Применение МТБЭ
Следствием реализации программ по снижению выбросов свинца, которые были реализованы в 1990-х года в европейских, азиатских странах, США и России, повысилась потребность в высокооктановых компонентах для компаундирования бензина, что привело к росту спроса на топливные эфиры, характеризующиеся высокими октановыми числами, и потребовало строительства и ввода в эксплуатацию значительных мощностей по производству МТБЭ.
Применение МТБЭ резко возросло после принятия в 1990 г. "Закона о чистом воздухе", регламентирующего содержание кислорода в бензине на уровне не менее 2% масс. За период с 1991 по 1995 гг. производство МТБЭ увеличилось более, чем в 2 раза по сравнению с предыдущей пятилеткой, а спрос на него стал неизменно высок, вследствие чего возрос спрос на реформулированный бензин (RFG).
Сырьем для производства МТБЭ являются метанол и изобутилен, получаемый как продукт:
- специализированного для этого процесса изомеризации и дегидрирования бутана;
- смесевая фракция С4, вырабатываемая на установке каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем - Fluid catalytic cracker (аббревиатура процесса - FCC);
- бутановая фракция, вырабатываемая на установке пиролиза (парового крекинга).
Предыстория технологии NExOCTANE
Получение изооктана по технологии NExOCTANE стало возможным благодаря разработкам научно-технического центра Neste Engineering компании Fortum Oil&Gas OY и является развитием опыта компании в исследованиях и лицензировании этерификационных технологий. Исключительным лицензиаром технологии NExOCTANE является компания Kellogg Brown & Root, Inc. (KBR), а лицензирование и технологическое проектирование реализуется посредством партнерства Fortum и KBR.
Начало разработки в научно-техническом центре компании Fortum в г. Порвоо (Финляндия) технологии получения изооктена высокой чистоты, как промежуточного продукта, датируется 1997 годом. После осознания проблем с загрязнением окружающей среды МТБЭ и предполагая поэтапное прекращение его производства, акцент разработок центра был перенаправлен на перепрофилирование эксплуатируемых установок МТБЭ на выпуск изооктена и изооктана.
При формировании концепции технологии использовались фундаментальные положения кинетики реакций и базовые основы разделения продуктов. В результате разработок были созданы передовые средства моделирования кинетики, которые использовались при проектировании процесса. Процесс подвергся многогранным пробным испытаниям на производстве при номинальной нагрузке. Первая промышленная установка, работающая по технологии NExOCTANE была введена в эксплуатацию в 2002 г.
Химизм получения изооктана
Первичная реакция процесса NExOCTANE - димеризация изобутилена, осуществляемая на кислом катализаторе, полученном из ионообменной смолы. В результате дальнейших реакций получаются два изомера триметилпентена:
- 2,4,4-триметилпентен-1;
- 2,4,4-триметилпентен-2.
Далее изомеры триметилпентена вступают в реакцию с изобутиленом, в результате чего образуются олигомеры: тримеры, тетрамеры и т. д. Образование олигомеров замедляется кислородсодержащими полярными составляющими в исходной смеси. По технологии NExOCTANE, как ингибиторы применяются вода и спирт. Полярные компоненты осуществляют блокировку кислотных центров, находящихся на поверхности ионообменной смолы, посредством чего регулируется активность катализатора и усиливается избирательность получения димеров. Для выработки максимального количества изооктена высокого качества производится оптимизация условий процесса в реакциях димеризации.
Если в исходной смеси имеются другие олефиновые компоненты, например:
- пропилен;
- н-бутены;
- изоамилен,
образуется некоторое количество балластных компонентов С7, С9 и других изомеров С8. В процессе NExOCTANE подобные реакции протекают со значительно меньшей скоростью, чем целевая димеризация изобутилена, поэтому конверсии подвергается только малая часть не целевых олефиновых компонентов.
Согласно дальнейшей реакции происходит гидрирование изооктена с образованием изооктана:
Преимущества технологии получения изооктана
Длительный срок службы катализатора димеризации. В процессе NExOCTANE используется патентованный катализатор на кислой ионообменной смоле, поставляемый исключительно для эксплуатации в технологии NExOCTANE. Испытания, проведенные производителем, продемонстрировали ожидаемый срок службы, как минимум вдвое более продолжительный в сравнении с классическими катализаторами.
Малозатратное конструктивное оформление. В процессе димеризации реакция происходят в стандартных реакторах с неподвижным слоем катализатора. Существующие реакторы на установках по производству МТБЭ могут быть, как правило, использованы без доработки. Для разделения и отбора продуктов используется стандартное фракционирующее оборудование. Возможно максимальное применение имеющегося в наличии оборудования установки по производству МТБЭ.
Высококачественный продукт. Результат комбинированного использования селективного катализатора на ионообменных смолах и оптимально подобранных условий реакции димеризации - обеспечивает высокое качество продукта. В частности, октановые числа и удельный вес вырабатываемых продуктов ожидаемо будут лучше, чем на аналогичных каталитических установках или с помощью альтернативных технологий.
Современная технология гидрирования. Технология NExOCTANE обеспечивает наиболее экономичную технологию гидрирования. Реактор струйной конструкции не требует больших капиталовложений за счёт своей компактности и однократному проходу водорода, что исключает потребность в контуре рециркуляционного компрессора. Применяемые катализаторы гидрирования производятся в промышленном масштабе.
Опыт промышленной эксплуатации. Технология NExOCTANE имеет опыт промышленной эксплуатации в Северной Америке на крупнейшем в мире заводе по производству изооктана, основанном на дегидрировании бутана и включающем в себя новую установку гидрирования изооктена.
Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите ежедневно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.