Патент на изобретение №2235755
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ (ВАРИАНТЫ)
(57) Реферат:
Использование: нефтехимия. Сущность: получают бензин с октановым числом не ниже 83 по моторному методу и с содержанием серы в бензине не более 0,015% и дизельное топливо с содержанием серы не более 0,05% из нефтяных дистиллятов или газовых конденсатов с концом кипения не выше 400 Изобретение относится к производству моторных топлив – к одностадийным каталитическим способам получения высокооктановых бензинов и дизельных топлив с низким содержанием серы из различного углеводородного сырья с высоким содержанием химически стабильных соединений серы. Известно, что содержание серы в нефтяных дистиллятах с концом кипения до 360 Даже для сырья с невысоким содержанием соединений тиофенового ряда характерна раздельная переработка бензиновой и дизельной фракций. Так, известен способ получения моторных топлив из газового конденсата на цеолитных катализаторах [Агабалян Л.Г. и др. Каталитическая переработка прямогонных фракций газового конденсата в высокооктановые топлива. – Химия и технология топлив и масел, 1988, N5, с. 6]. Согласно данному способу, из газовых конденсатов выделяют прямогонные бензиновые, дизельную и остаточные фракции, далее бензиновую фракцию с началом кипения 58 Основным недостатком данного способа является невозможность переработки углеводородного сырья с высоким содержанием соединений серы, особенно стабильных соединений тиофенового ряда. Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ переработки нефтяных дистиллятов [Пат. РФ №2181750, 7 C 10 G 35/095, 27.04.2002]. Согласно этому способу, нефтяной дистиллят с концом кипения не более 400 Основным отличием известного способа от предлагаемого технического решения является использование в прототипе сырья, практически не содержащего соединений тиофенового ряда. В связи с этим, ниже, в примере 1 приведены результаты получения моторных топлив согласно известному способу с той лишь разницей, что в качестве сырья используют нефтяной дистиллят с концом кипения 360 Таким образом, основным недостатком способа получения бензина и дизельного топлива, наиболее близкого к предлагаемому изобретению, является низкое октановое число получаемого бензина и высокое остаточное содержание серы в получаемых моторных топливах, обусловленные низкой стабильностью каталитического действия используемого катализатора и быстрой его дезактивацией сераорганическими соединениями. Предлагаемое изобретение решает задачу улучшенного одностадийного способа получения высокооктанового бензина и дизельного топлива из углеводородного сырья с высоким содержанием тиофена и его производных, характеризующегося по сравнению с прототипом повышенным октановым числом получаемого бензина и пониженным содержанием серы в получаемых топливах. Поставленная задача решается способом переработки углеводородного сырья в бензин с октановым числом не ниже 83 по моторному методу с содержанием серы не более 0,015 мас.% и в дизельное топливо с содержанием серы не более 0,05 мас.%, заключающимся в превращении углеводородного сырья в присутствии пористого катализатора при давлении не более 25 МПа, при массовом расходе сырья не более 10ч-1, при этом в качестве сырья используют нефтяные дистилляты или газовые конденсаты с концом кипения не выше 400 Второй вариант решения задачи отличается от первого тем, что процесс проводят в присутствии в качестве катализатора как минимум одного биметаллического соединения общей формулы К[МохO4 Ly(H2O)z], где К – катион Ni2+ или Со2+; L – лиганд, представляющий собой депротонированное соединение из ряда вода, минеральная кислота, карбоновая кислота; x=2 или 3; y=2, 3 или 4 или 6; z – целое число от 0 до 8, нанесенного на галлосиликат, галлоалюмосиликат, железосиликат, железоалюмосиликат, хромсиликат, хромалюмосиликат со структурой ZSM-5, ZSM-11, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, BETA. Третий вариант решения задачи отличается тем, что процесс проводят в присутствии в качестве катализатора как минимум одного биметаллического соединения общей формулы K[MoxO4Ly(H2O)z], где К – катион Ni2+ или Со2+; L – лиганд, представляющий собой депротонированное соединение из ряда вода, минеральная кислота, карбоновая кислота; x=2 или 3; y=2, 3 или 4 или 6; z – целое число от 0 до 8; нанесенного на алюмофосфат со структурой типа АlРО-5, АlРО-11, АlРО-31, АlРО-41, АlРО-36, АlРО-37, АlРО-40 с введенным в структуру на стадии синтеза элементом, выбранным из ряда магний, цинк, галлий, марганец, железо, кремний, кобальт, кадмий. В каждом варианте способа катализатор используют в виде частиц размером от 0,05 до 5 мм или шариков, или экструдатов диаметром от 0,05 до 5 мм, сформованных с использованием связующего материала или без него. Каждый вариант способа может включать предварительную обработку катализатора каким-либо серосодержащим соединением, выбранным из ряда сероводород, органический сульфид, меркаптан или их любая смесь. Каждый вариант способа может включать подачу в реактор вместе с жидким углеводородным сырьем как минимум одного газа из ряда водород, углеводородные газы C1-C4. Каждый вариант способа может включать циркуляцию какой-либо части образующихся в процессе газов через реактор с катализатором. Основным отличительным признаком предлагаемого способа получения моторных топлив является то, что процесс проводят в присутствии катализатора, представляющего собой как минимум одно биметаллическое соединение общей формулы K[MoxO4Ly(H2O)z], где К – катион Ni2+ или Со2+; L – лиганд, представляющий собой депротонированное соединение из ряда вода, минеральная кислота, карбоновая кислота; x=2 или 3; y=2, 3 или 4 или 6; z – целое число от 0 до 8, нанесенное на цеолит или заменяющий его компонент. Принципиальным отличием заявляемого способа является возможность протекания двух групп целевых реакций в одном реакторе, на одном и том же катализаторе в одинаковых условиях. Так, реакции превращения серосодержащих соединений протекают на нанесенных биметаллических соединениях, а реакции превращения низкооктановых компонентов бензина и компонентов дизельного топлива, имеющих высокую температуру застывания в высокооктановые компоненты бензина идут на цеолите или заменяющем его компоненте. Технический эффект предлагаемого способа заключается в том, что проведение процесса получения моторных топлив из сырья с высоким содержанием тиофена и его производных в присутствии катализатора на основе биметаллических комплексных соединений приводит к упрощению процесса, уменьшению числа технологических стадий, повышению октанового числа получаемого бензина и понижению остаточного содержания серы в бензине и дизельном топливе. Способ осуществляют следующим образом. Готовят водный раствор как минимум одного биметаллического соединениея общей формулы K[MoxO4Ly(H2O)z], где К – катион Ni2+ или Со2+; L – лиганд, представляющий собой депротонированное соединение из ряда вода, минеральная кислота, карбоновая кислота; x= 2 или 3; y=2, 3 или 4 или 6; z – целое число от 0 до 8. Далее полученным раствором пропитывают один из материалов, выбранный из ряда либо цеолитов ZSM-5, ZSM-11, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, BETA с мольным отношением SiO2/Аl2O3 не более 450, либо галлосиликатов, галлоалюмосиликатов, железосиликатов, железоалюмосиликатов, хромсиликатов, хромалюмосиликатов со структурой ZSM-5, ZSM-11, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, BETA, либо алюмофосфатов со структурой типа АlРО-5, АlРО-11, АlРО-31, АlРО-41, АlРО-36, АlРО-37, АlРО-40 с введенным в структуру на стадии синтеза элементом, выбранным из ряда магний, цинк, галлий, марганец, железо, кремний, кобальт, кадмий. Компоненты берут в количествах, обеспечивающих содержание от 1,0 до 25,0 мас.% нанесенных биметаллических соединений в готовом катализаторе. Полученный катализатор сушат по известным методикам. В каждом варианте способа катализатор представляет собой частицы размером от 0,05 до 5 мм или шарики, или экструдаты диаметром от 0,05 до 5 мм, сформованные с использованием связующего материала или без него. Далее полученный катализатор помещают в проточный реактор, реактор продувают либо азотом, либо водородом, либо инертным газом, либо серосодержащим соединением, выбранным из ряда сероводород, органический сульфид, меркаптан, либо их смесью при температурах до 600 Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известными заключается в том, что превращение углеводородного сырья с высоким содержанием химически стабильных соединений серы осуществляют в одну стадию без предварительного разделения на отдельные фракции и их гидроочистки, получаемые при этом моторные топлива существенно превосходят по качеству бензин и дизельное топливо, получаемые по известному способу. В приведенных ниже примерах детально описано настоящее изобретение, проиллюстрировано его осуществление и проведено сопоставление предлагаемого решения с известным. Во всех примерах приведены значения октанового числа бензина, определяемого по моторному методу (далее ОЧММ), а также содержание серы в бензине и дизельном топливе в продуктах, собранных за 10 часов проведения процесса. Пример 1. Согласно известному решению. Порошок цеолита типа ZSM-5 с мольным отношением SiO2/Аl2О3 = 60 формуют совместно с 20 мас.% псевдобемита АlO(ОН) в качестве связующего, образец сушат и прокаливают по известным методикам. Далее из него готовят фракцию 0,2-0,8 мм. 5г полученного катализатора помещают в проточный реактор, продувают азотом (5 л/ч) при температуре 500 Примеры 2. Согласно предлагаемому решению. 32,9 г фракции 0,2-0,8 мм цеолита типа ZSM-5 с мольным отношением SiO2/Аl2О3 = 60, сформованного совместно с 20 мас.% псевдобемита АlO(ОН) из примера 1, пропитывают 25 мл водного раствора, содержащего 5,23 г Со[Мо2O4(С2O4)2(Н2O)2]. Далее образец сушат сначала в вытяжном шкафу, затем под ИК-лампой при 150 5 г катализатора помещают в реактор, и процесс получения моторных топлив проводят аналогично примеру 1. Полученный бензин имеет октановое число 84 по моторному методу и содержит соединения серы в количестве 0,005 маc.% в пересчете на элементную серу, дизельное топливо содержит соединения серы в количестве 0,02 маc.% в пересчете на элементную серу. Примеры 3-22, иллюстрирующие получение моторных топлив на катализаторах различного химического состава, приведены в табл.1. Примеры 23-30, иллюстрирующие влияние размера частиц катализатора и наличия в нем связующего материала на свойства получаемых топлив, приведены в табл.2. Примеры 31-35, иллюстрирующие влияние состава сырья на свойства получаемых топлив, приведены в табл.3. Примеры 36-39 иллюстрируют влияние предварительной обработки катализатора каким-либо серосодержащим соединением, выбранным из ряда сероводород, органический сульфид, органический дисульфид, меркаптан, на свойства получаемых моторных топлив. Пример 36. 5г катализатора из примера 2, 13,72 мас.% Со[Мо2O4(С2O4)2(Н2O)2] на цеолите типа ZSM-5 с мольным отношением SiO2/Аl2O3 = 60, сформованного совместно с 20 мас.% псевдобемита АlO(ОН), помещают в реактор из нержавеющей стали, начинают подачу сероводорода с расходом 1 л/ч и начинают подъем температуры со скоростью 20 Полученный бензин имеет октановое число 87 по моторному методу и содержит соединения серы в количестве 0,005 маc.% в пересчете на элементную серу, дизельное топливо содержит соединения серы в количестве 0,01 маc.% в пересчете на элементную серу. Пример 37. Катализатор, величина его загрузки, условия активации и проведения процесса получения моторных топлив аналогичны примеру 36 с той разницей, что в качестве серосодержащего соединения используют метилмеркалтан (метантиол). Полученный бензин имеет октановое число 86 по моторному методу и содержит соединения серы в количестве 0,006 маc.% в пересчете на элементную серу, дизельное топливо содержит соединения серы в количестве 0,012 маc.% в пересчете на элементную серу. Пример 38. Катализатор, величина его загрузки и условия проведения процесса получения моторных топлив аналогичны примеру 36. Катализатор предварительно обрабатывают диэтилсульфидом, который дозируют с помощью микронасоса. На нагретый в токе азота (2 л/ч) до 400 Полученный бензин имеет октановое число 85,5 по моторному методу и содержит соединения серы в количестве 0,008 маc.% в пересчете на элементную серу, дизельное топливо содержит соединения серы в количестве 0,013 маc.% в пересчете на элементную серу. Пример 39. Все операции выполнены аналогично примеру 38, с той разницей, что в качестве серосодержащего соединения подают диметилдисульфид с расходом 8 мл/ч. Полученный бензин имеет октановое число 86,5 по моторному методу и содержит соединения серы в количестве 0,007 маc.% в пересчете на элементную серу, дизельное топливо содержит соединения серы в количестве 0,012 маc.% в пересчете на элементную серу. Примеры 40-45, иллюстрирующие влияние подачи в реактор какого-либо газа из ряда водород, углеводородные газы C1-C4 с объемным расходом 50-1000 ч-1 на свойства получаемых моторных топлив, приведены в табл.4. Примеры 46-49 иллюстрируют влияние циркуляции какой-либо части образующихся в процессе газов на качество получаемых моторных топлив. Пример 46. 5 г катализатора из примера 2 помещают в реактор, активируют и проводят процесс получения моторных топлив аналогично примеру 1, с той разницей, что давление в реакторе 2 атм, при этом с помощью циркуляционного насоса осуществляют циркуляцию образовавшихся газов из сепаратора через реактор с кратностью 50, избыточные газы выводят из контура через регулятор давления, настроенный на 2 атм. Полученный бензин имеет октановое число 86,5 по моторному методу и содержит соединения серы в количестве 0,012 маc.% в пересчете на элементную серу, дизельное топливо содержит соединения серы в количестве 0,021 маc.% в пересчете на элементную серу. Пример 47. Эксперимент проводят аналогично примеру 46, с той разницей, что в циркуляционный контур помещен поглотитель сероводорода на основе оксида цинка, т.е. циркулирующий газ не содержит сероводорода. Полученный бензин имеет октановое число 85,5 по моторному методу и содержит соединения серы в количестве 0,010 маc.% в пересчете на элементную серу, дизельное топливо содержит соединения серы в количестве 0,016 маc.% в пересчете на элементную серу. Пример 48. 5 г катализатора из примера 2 помещают в реактор, активируют и проводят процесс получения моторных топлив аналогично примеру 1, с той разницей, что давление в реакторе 12 атм, при этом образующиеся газы охлаждают в сепараторе до -35 Полученный бензин имеет октановое число 87,5 по моторному методу и содержит соединения серы в количестве 0,015 маc.% в пересчете на элементную серу, дизельное топливо содержит соединения серы в количестве 0,026 маc.% в пересчете на элементную серу. Пример 49. Эксперимент проводят аналогично примеру 48, с той разницей, что через реактор циркулируют с помощью циркуляционного насоса несжиженные газы, а сжиженную составляющую выводят из контура в накопительную емкость. Полученный бензин имеет октановое число 85,0 по моторному методу и содержит соединения серы в количестве 0,011 мас.% в пересчете на элементную серу, дизельное топливо содержит соединения серы в количестве 0,020 мас.% в пересчете на элементную серу. Таким образом, как видно из приведенных примеров и таблиц, предлагаемые варианты способа получения моторных топлив позволяют получать в одном реакторе в одну стадию бензин с октановым числом не ниже 83 по моторному методу и с содержанием серы в бензине не более 0,015% и дизельное топливо с содержанием серы не более 0,05% из углеводородного сырья с высоким содержанием тиофена и его производных. Формула изобретения
1. Способ получения бензина с октановым числом не ниже 83 по моторному методу и с содержанием серы в бензине не более 0,015% и дизельного топлива с содержанием серы не более 0,05% из нефтяных дистиллятов или газовых конденсатов с концом кипения не выше 400 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии катализатора, представляющего собой частицы размером от 0,05 до 5 мм, или шарики, или экструдаты диаметром от 0,05 до 5 мм, сформованные с использованием связующего материала или без него. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии катализатора, который содержит одно или несколько биметаллических комплексных соединений в суммарной концентрации от 1,0 до 25,0 мас.%. 4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что перед проведением процесса проводят предварительную обработку катализатора каким-либо серосодержащим соединением, выбранным из ряда сероводород, органический сульфид, органический дисульфид, меркаптан или их любая смесь. 5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что в реактор вместе с жидким углеводородным сырьем подают как минимум один газ из ряда водород, углеводородные газы C1-C4 с объемным расходом 50-1000 ч-1. 6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что через реактор с катализатором осуществляют циркуляцию части образующихся в процессе газов. 7. Способ получения бензина с октановым числом не ниже 83 по моторному методу и с содержанием серы в бензине не более 0,015% и дизельного топлива с содержанием серы не более 0,05% из нефтяных дистиллятов или газовых конденсатов с концом кипения не выше 400 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии катализатора, представляющего собой частицы размером от 0,05 до 5 мм, или шарики, или экструдаты диаметром от 0,05 до 5 мм, сформованные с использованием связующего материала или без него. 9. Способ по пп.7 и 8, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии катализатора, который содержит одно или несколько биметаллических комплексных соединений в суммарной концентрации от 1,0 до 25,0 мас.%. 10. Способ по пп.7-9, отличающийся тем, что перед проведением процесса проводят предварительную обработку катализатора каким-либо серосодержащим соединением, выбранным из ряда сероводород, органический сульфид, органический дисульфид, меркаптан или их любая смесь. 11. Способ по пп.7-10, отличающийся тем, что в реактор вместе с жидким углеводородным сырьем подают как минимум один газ из ряда водород, углеводородные газы C1-C4 с объемным расходом 50-1000 ч-1. 12. Способ по пп.7-11, отличающийся тем, что через реактор с катализатором осуществляют циркуляцию части образующихся в процессе газов. 13. Способ получения бензина с октановым числом не ниже 83 по моторному методу и с содержанием серы в бензине не более 0,015% и дизельного топлива с содержанием серы не более 0,05% из нефтяных дистиллятов или газовых конденсатов с концом кипения не выше 400 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии катализатора, представляющего собой частицы размером от 0,05 до 5 мм, или шарики, или экструдаты диаметром от 0,05 до 5 мм, сформованные с использованием связующего материала или без него. 15. Способ по пп.13 и 14, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии катализатора, который содержит одно или несколько биметаллических комплексных соединений в суммарной концентрации от 1,0 до 25,0 мас.%. 16. Способ по пп.13-15, отличающийся тем, что перед проведением процесса проводят предварительную обработку катализатора каким-либо серосодержащим соединением, выбранным из ряда сероводород, органический сульфид, органический дисульфид, меркаптан или их любая смесь. 17. Способ по пп.1-16, отличающийся тем, что в реактор вместе с жидким углеводородным сырьем подают как минимум один газ из ряда водород, углеводородные газы C1-C4 с объемным расходом 50-1000 ч-1. 18. Способ по пп.13-17, отличающийся тем, что через реактор с катализатором осуществляют циркуляцию части образующихся в процессе газов. РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||