С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу icon

С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу




Скачати 143.57 Kb.
НазваС. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу
Дата16.08.2012
Розмір143.57 Kb.
ТипДокументи



I SSN 1813–1166. Вісник НАУ. 2005. №1

УДК 665.658.2:504 (045)

1Є.В. Кравченко

2Б.Ф. Кочірко

3В.Л. Деркач, канд. хім. наук

4С.В. Бойченко, д-р техн. наук

ПОЛІПШЕННЯ ЕКОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ БЕНЗИНІВ КАТАЛІТИЧНИМ ГІДРУВАННЯМ ФРАКЦІЙ РИФОРМІНГУ

1, 4Інститут екології та дизайну НАУ, e-mail: test@nau.edu.ua

2,3Український науково-дослідний інститут нафтопереробної промисловості “МАСМА”
e-mail: ukrndimasma@svitonline.com

Розглянуто процес каталітичного гідрування фракції початку кипіння 90ºС бензину риформінгу як один з методів поліпшення екологічних показників бензинів. Досліджено склад вихідної сировини, виділеної фракції початку кипіння 90ºС до і після гідрування та суміші компонентів для отримання високооктанового компонента бензинів.

Вступ


Чистота повітря сьогодні є великою проблемою для багатьох міст світу. У деяких з них
кількість автомобілів сягає 10–20 одиниць на
1 км2, що призводить до сильного забруднення навколишнього середовища, а в першу чергу повітряного басейну, шкідливими викидами відпрацьованих газів.

З відпрацьованими газами викидається більш ніж 3000 т високотоксичних сполук свинцю, також повітря забруднюється оксидом вуглецю, летучими органічними сполуками.

Особливо шкідливі викиди оксиду вуглецю в холодну погоду. Легкі органічні сполуки, взаємодіючи з оксидами азоту в повітряному середовищі і перетерплюючи під дією сонячного світла хімічні перетворення, утворюють у нижніх шарах атмосфери близько 40% маси озону, що викликає роздратування легень і затрудняє подих.

Велика кількість забруднюючих речовин, що утворюються внаслідок згорання автомобільних бензинів, обумовлює той факт, що серед вимог до бензинів, які останніми роками переглядаються та стають більш жорсткими, на перше місце висуваються екологічні.

До екологічних показників бензинів відносяться:

– масова частка сірки;

– концентрація свинцю;

– сумарний вміст ароматичних вуглеводнів;

– масова частка бензолу.

Серед зазначених показників бензинів най-важливішим є вміст в них сполук свинцю. Це пов’язано не тільки з високою токсичністю етильованих бензинів та продуктів їх згоряння, а й з можливістю використання каталітичних систем нейтралізації відпрацьованих газів, оскільки про-дукти згоряння свинцю отруюють каталізатор [1].
^

Постановка завдання


Першою з екологічних задач у сфері виробництва бензинів є повна відмова від застосування тетраетилсвинцю. Ще в 1970 р. Конгрес США прийняв закон про чисте повітря, який забезпечував зниження вмісту сполук свинцю в бензиновому фонді за двадцять років [2].

В Україні згідно з законом України № 2786 “Про заборону ввезення та реалізації на території України етильованого бензину та свинцевих
добавок до бензинів” від 15.11.01 ввезення та реалізацію тетраетилсвинцю було заборонено
в 2001 р.

Друга задача – зменшення токсичності не-етильованих бензинів шляхом обмеження вмісту ароматичних, олефінових вуглеводнів та сірки.

Особлива увага приділяється вмісту бензолу.

Високотоксичний ароматичний вуглеводень бензол, що утримується в бензинових фракціях, відноситься до групи канцерогенних речовин. Він здатний накопичуватися в організмі людей і викликати захворювання на лейкемію.

Граничнодопустима концентрація його в повітрі становить 0,1 мг/л.

Основними джерелами викидів бензолу в атмосферу є:

– відпрацьовані гази автомобілів (масова
частка близько 70%);

– випаровування (масова частка 20%);

– втрати при заправленні на автозаправних станціях (масова частка 10%) [2].

Європейська директива обмежує вміст об’ємної частки бензолу в неетильованих бензинах до 5%, надалі об’ємну частку намічено зменшити до 1 % .

У США в 1990 р., враховуючи вимоги управління з охорони навколишнього середовища, Конгресом була прийнята поправка до вищезазначеного закону, мета якої – добитися до 2000 р. зміни складу бензинового фонду США, 50–70% якого має складати реформульований бензин, тобто бензин з мінімальним вмістом ароматичних, олефінових вуглеводнів та сірки.

До якості автомобільних бензинів, що виробляються на типовому нафтопереробному заводі США, на 2000 р. ставлять такі вимоги (середнє значення) [3]:

Ароматичні вуглеводні, % ..........................................28

Олефіни, % ....................................................................10

Бензол, % .................................................................... 1–3

Сірка, % ..................................................................... 0,03

В Україні на сьогодні виробництво бензинів на нафтопереробному заводі здійснюється з дотриманням норм, встановлених ДСТУ 4063–2001. Екологічні показники товарних автомобільних бензинів мають такі нормовані значення [4]:

Сумарний вміст ароматичних вуглеводнів, % ,

не більше........................................................................58

Концентрація свинцю, г/дм3, не більше.................0,013

Масова частка бензолу, %, не більше.........................5

Масова частка сірки, %, не більше...........................0,05

У поточному році введені в дію
ТУУ 23.2-00152282-001-2004, які є аналогом
EN 288.1999 з підвищеними вимогами до таких екологічних показників [5]:

Сумарний вміст ароматичних вуглеводнів, %,

не більше........................................................................42

Концентрація свинцю, г/дм3, не більше................ 0,005

Об’ємна частка бензолу, %, не більше..........................1

Масова частка сірки, мг/кг, %, не більше ................150

Масова частка бензину, %, не більше....................0,015

У зв’язку з викладеним дуже важливим є перехід на виробництво неетильованих бензинів.

Вирішення проблеми зниження токсичності відпрацьованих газів автомобільних двигунів проводиться за декількома напрямами [6]:

– удосконалення конструкції двигунів, зокрема каталітичних нейтралізаторів відпрацьованих газів;

– модернізація діючих і будівництво нових технологічних установок з виробництва високооктанових компонентів, ізомеризації, алкілювання, одержання метил-трет-бутилового ефіру, каталітичного риформінгу і крекінгу, створення нових технологічних процесів у нафтопереробці, спрямованих на підвищення якості вуглеводневих палив;

– розробка різних добавок і присадок, що дозволяють поліпшити експлуатаційні й еколо-гічні показники моторних палив.

Перші два напрями пов’язані із серйозною реконструкцією підприємств машинобудування і нафтопереробних заводів, що вимагає тривалого періоду і потребує значних капіталовкладень у нафтопереробну промисловість. Наприклад, в Європі відмова від використання етилової рідини у складі бензину потребує додаткового фінансування в розмірі 26,7 дол/т бензину.

У ряді країн виробництво товарних високооктанових бензинів без вмісту тетраетилсвинцю здійснювалось за рахунок підвищення параметрів процесів каталітичного крекінгу та риформінгу.

Однак це призводить до зменшення виходу каталізату, погіршення екологічних характеристик бензину, зростання вмісту нижчих ароматичних вуглеводнів та скорочення циклу експлуатації каталізатора риформінгу.

Можливі такі шляхи зниження вмісту бензолу [7]:

– вилучення із сировини риформінгу фракцій, що утворюють бензол;

– виділення з реформатів бензольної фракції з наступним процесом селективного гідрування або алкілювання бензолу або ж екстракції останнього селективними розчинниками (наприклад, гликолями);

– збільшення в товарних бензинах частки високооктанових, не утримуючих бензолу компонентів (алкілата, ізомеризатів, оксигенатів), а також застосування нетоксичних антидетонаторів.

Ще одним способом облагородження бензинів є гідрування широкої фракції бензину риформінгу [7]. При веденні процесу здійснюється перетворення бензолу та толуолу відповідно до циклогексану та метилциклогексану в інтервалі температур 250–350С.

Ароматичні вуглеводні С8 (етилбензол та ксилол) гідруються до етил- та диметилцикло-гексанів. Загальна глибина гідрування ароматичних вуглеводнів становила лише 52–55 %.

Оскільки ароматичні вуглеводні С8 та вище мають високі октанові числа змішування порівнянно з відповідними їм нафтеновими вуглеводнями, спостерігалося погіршення якості прогідрованого бензину: октанове число каталізату (при 250–350С) знижувалось від 95 до 82–84 пунктів за дослідницьким методом.

При температурі нижче 170С перетворювання не спостерігалось, при температурі вище 350С ефективність перетворень знижувалась для всіх ароматичних вуглеводнів, що пов’язано з термодинамікою реакції гідрування. Октанові числа в цих температурних режимах залишались незмінними порівняно з вихідною сировиною. Результати випробувань наведені в табл. 1 [7].


Таблиця 1


^ Результати гідрування широкої фракції реформату, %


Показники


Сировина

Каталізат, отриманий при температурі

170

250

350

400

470

Нафтенові вуглеводні:

2,91

2,72

53,74

52,3

25,96

5,56

метилциклопентан

циклогексан

диметилциклогексан

0,78

0,06



0,96





1,04

5,12

7,08

0,96

4,67

7,22

1,2

3,27

2,29

1,79

0,25



Ароматичні вуглеводні:

бензол

толуол

Октанове число

73,27

4,45

23,97

94,8

73,72

4,64

24,14

95,0

13,59

0,33

1,42

82,1

15,44

0,06

0,71

84,5

43,18

1,96

12,56

86,9

66,44

4,16

21,95

95,1

Ступінь гідрування:

бензолу

толуолу

ароматичних

вуглеводнів С610


















92,6

94,1


54,7


98,7

97,0


52,2


56,0

47,6


14,3


6,5

8,4


9,3



У зв’язку з цим важливе значення має розроблення нових способів облагородження бензинів, що і є основним завданням даної статті.
^

Вирішення завдання


Авторами пропонується процес отримання паливної композиції бензину риформінгу з поліпшеними екологічними характеристиками шляхом каталітичного гідрування фракції початку кипіння 90ºС, виділеної з бензину риформінгу з метою зниження кількості бензолу.

Далі запропоновано її компаундування з залишком реформату для отримання паливної композиції бензину з поліпшеними екологічними властивостями.

Отже, розглянутий спосіб гідрування фракції початку кипіння 90ºС, виділеної з бензину риформінгу виробництва Шебелинського газопереробного заводу. Експериментальні дослідження здійснювалися в Українському науково-дослід-ному інституті нафтопереробної промисловості “МАСМА” на лабораторній установці проточного типу із стаціонарним шаром каталізатору, що містить метал VIII групи періодичної системи хіміч- них елементів з такими параметрами процесу [8]:

– температура 150 ºС;

– тиск 3 МПа;

– об’ємна швидкість подачі сировини 4,0 год-1;

– мольне співвідношення водень/сировина = 5.

Фракція бензину риформінгу подається у ре-актор помпою-дозатором через систему голчастих вентилів та крапельницю. Водень подається до реактора через систему голчастих вентилів з водневого балону. Аналіз вихідної сировини, продуктів гідрування та паливної композиції (масова частка 71,8 % фракції кінця кипіння 90С + масова частка 28,2 % продукту гідрування фракції початку кипіння -90С бензину риформінгу проводився на газовому хроматографі з полум’яно-іонізаційним детектором фірми Hewlett Packard (США). Результати досліджень наведені у табл. 2.
Таблиця 2
^

Склад та октанові числа бензину риформінгу, вихідних компонентів та їх суміші, %



Показники


Бензин

риформінгу

Фракція початку кипіння -90ºС

Залишок бензину риформінгу після

виділення фракції

початку кипіння - 90ºС

Паливна композиція


До гідрування

Після гідрування

Парафінові вуглеводні

9,7

18,4

18,4

5,1

9,5

ізопарафінові вуглеводні

25,2

40,5

39,1

15,7

23,3

Нафтенові вуглеводні:

циклогексан

метил циклогексан

2,6

0,08

0,09

6,1

0,2



39,8

22,1

10,7

1,04



0,1

11,7

5,6

2,9

Ароматичні вуглеводні:

бензол

толуол

62,5

10,4

23,6

35,0

24,1

10,9

2,7

1,9

0,8

78,2

5,1

31,1

55,6

4,0

21,8

Октанове число

82,1

72,2

71,6

85,6

81,6


Висновки

За результатами досліджень встановлено ефективне перетворення бензолу в циклогексан без його ізомеризації в метилциклопентан. При глибині гідрування фракції початку кипіння 90ºС на 92,7% октанове число каталізату практично не змінювалось порівняно з октановим числом вихідної фракції (на рівні 71,6 пункту за моторним методом).

Подальше компаундування гідрованої фракції початку кипіння 90ºС з залишком реформату (кінець кипіння 90ºС) дає можливість зменшити вміст масової частки бензолу з 10,4 до 4,0 % та отримати паливну композицію бензину риформінгу з поліпшеними екологічними характеристиками та однаковими порівняно з вихідним реформатом антидетонаційними властивостями (октанове число 81,6 пункту за моторним методом) [8].

^

Список літератури


1. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости: Ассортимент и применение: Справ. – 2-е изд., перераб. и доп./ И.Г. Анисимов,
К.М. Бадыштова, С.А. Батов и др.; Под ред.
В.М. Школьникова. – М.: Техинформ, 1999. – 596 с.

2. Каминский Э.Ф., Хавкин В.А. Глубокая переработка нефти: технологический и экологический аспекты. – М.: Техника, ООО «ТУМА ГРУПП», 2001. – 384 с.

3. Ужесточение стандартов качества моторных топлив в мире и пути решения возникающих проблем. Информ.-аналитический материал. – М., ОАО «ЦНИИТЭнефтехим», 2001. – 69 с.

4. ДСТУ 4063–2001. Бензини автомобільні. Технічні умови. – К.: Держстандарт України, 2002. – 9 с.

5. ТУУ 23.2-00152282-001-2004. Бензини автомобільні неетильовані. Технічні умови. – Розробл. ВАТ “Лукойл–Одеський НПЗ”. – 2004. – 17 с.

6. Производство неэтилированных бензинов / М.А. Танатаров, А.Я. Ахметов, А.М. Данилов и др. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1981. – 106 с.

7. Каталитические процессы для улучшения экологических характеристик автомобильных бензинов / Э.Ф. Каминский, В.А. Хавкин, М.Н. Пуринг и др. // Нефтепереработка и нефтехимия. – М.:
ЦНИИТЭнефтехим. – 1995. – Вып. 5. – С. 13.

8. Кочірко Б., Кальченко М., Деркач Л. Каталі-тичний процес поліпшення екологічних характеристик автомобільних бензинів // Зб. тез доп. ІІІ наук.-техн. конф. “Поступ в нафтопереробній та нафтохімічній промисловості”. – Л.: Львівська політехніка, 2004. – 372 с.

Стаття надійшла до редакції 22.12.04.

Е.В. Кравченко, Б.Ф. Кочирко, В.Л. Деркач, С.В. Бойченко

Улучшение экологических свойств бензинов каталитическим гидрированием фракций риформинга

Рассмотрен процесс каталитического гидрирования фракции начала кипения 90ºС бензина риформинга как один из методов улучшения экологических показателей бензинов. Исследован состав исходного сырья, выделенной фракции начала кипения 90ºС до и после процесса гидрирования и смеси компонентов для получения высокооктанового компонента бензинов.


E.V. Kravchenko, B.F. Kochirko, V.L. Derkach, S.V. Boychenko

Improving ecological properties of gasolines by the catalytic hydrogenation of fraction of gasoline after reforming

Catalytic process of hydrogenation of gasoline after reforming as one of the methods to improve ecological properties of gasolines has been considered. It was studied the composition of initial raw materials, separated fraction i.b.p. - 90ºC before and after hydrogenation and the mixture of components for a preparation of high octane component for gasolines.




Схожі:

С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу iconГосударственный стандарт союза сср конструкции и изделия железобетонные радиационный метод определения толщины защитного слоя бетона, размеров и расположения
Л. Г. Родэ, канд техн наук; В. А. Клевцов, д-р техн наук; Ю. К. Матвеев; И. С. Лифанов; В. А. Воробьев, д-р техн наук; Н. В. Михайлова,...
С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу iconМіжнародна науково-технічна конференція, присвячена 80-річчю Дніпропетровської області та 90-річчю
В. а д-р техн наук, проф.; Перегудов В. В., д-р техн наук, проф.; Рудь Ю. С., д-р техн наук, проф.; Сидоренко В. Д., д-р техн наук,...
С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу iconСтроительные нормы и правила отопление, вентиляция и кондиционирование сниП 04. 05-91*
Ссср (д-р техн наук Е. Е. Карпис, М. В. Шувалова), вниипо мвд СССР (канд техн наук И. И. Ильминский), мниитэп (канд техн наук М....
С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу iconО. Л. Матвєєва, канд техн наук І. А. Кравець, д-р техн наук Л. М. Курок
Розглянуто результати дослідження енергетичних властивостей хімічних елементів з метою можливості подальшого визначення механізму...
С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу iconА. Г. Шалимов, д-р техн наук; С. А. Голованенко
А. Г. Шалимов, д-р техн наук; С. А. Голованенко, д-р техн наук, В. Т. Абабков, канд техн наук; Н. Н. Киселев; В. В. Зайцев; Е. Д....
С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу icon1С. В. Бойченко
Досліджено поверхневий натяг деяких марок бензинів І реактивних палив вітчизняного та зарубіжного виробництва залежно від їх фракційного...
С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу iconМ. І. Волков, д-р техн наук; О. М. Алексєєв, канд техн наук; О. М. Кочевський, канд техн наук
Створення бібліотеки електронних підручників для студентів спеціальностей напряму “інженерна механіка”
С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу iconГосударственный стандарт союза сср трапы чугунные эмалированные технические условия гост 1811-81
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд техн наук; В. И. Горбунов, канд техн наук
С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу iconПо делам строительства москва разработан министерством промышленности строительных материалов СССР исполнители
В. А. Лопатин, канд техн наук; Н. Н. Бородина, канд техн наук; Т. А. Мелькумова; В. И. Голикова; Л. Г. Грызлова, канд техн наук;...
С. В. Бойченко, д-р техн наук поліпшення екологічних властивостей бензинів каталітичним гідруванням фракцій риформінгу iconГосударственный стандарт союза сср трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним сортамент гост 6942. 1-80
О. П. Михеев, канд техн наук (руководитель темы); В. И. Фельдман, канд., техн наук; В. Н. Бехалов, канд техн наук
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи