[Н3.5] Получение компонентов бензина

Бензиновые фракции, получаемые с установки атмосферно-вакуумной перегонки, имеют октановое число около 60 единиц. Чтобы поднять октановое число топлива до уровня 92-98 единиц, на нефтеперерабатывающем заводе реализуется ряд технологических процессов, наиболее распространённые из которых будут рассмотрены в этой статье.

Углеводороды обладают интересным свойством — они могут менять пространственное строение молекулы, сохраняя число входящих в неё атомов. Это явление широко распространено среди органических веществ. Например, фруктоза и глюкоза отличаются только пространственным строением, а химические формулы у них одинаковы — C6H12O6.

Среди алканов только три самых простых (метан, этан, пропан) не могут образовывать изомеров. Чем сложнее устроена молекула, тем больше у неё возможностей для создания различных пространственных фигур. Бутан имеет один изомер, пентан — два, гексан — четыре. Изомеры отличаются не только плотностью и температурой кипения, но, что особенно важно при производстве бензина — октановым числом. К примеру, октановое число нормального пентана по исследовательскому методу равно 61,7, а у двух его изомеров этот показатель намного выше — 85,5 для 2,2-диметилпропана и 92,3 для 2-метилбутана.

izoВ качестве сырья для установки изомеризации используется лёгкая прямогонная бензиновая фракция (C5-С6). В зависимости от применяемой технологии, процесс протекает при температуре от 180 до 410°С в присутствии платиносодержащего катализатора. На выходе из реактора стоит ректификационная колонна, на которой осуществляется отбор готового изомеризата, а непрореагировавшие вещества вновь возвращаются в реактор. Изомеризат имеет октановое число более 90 единиц. Он направляется на установку компаундирования для получения товарного топлива.

rifТяжёлая бензиновая фракция с установки АВТ направляется на установку риформинга. Повышение октанового числа происходит за счёт превращения аренов и нафтенов в ароматические углеводороды. Процесс протекает в присутствии алюмо-платино-рениевого катализатора при температуре 500-530°С. Сырьё проходит через 3-4 реактора, в которых созданы условия для протекания конкретной реакции. Основные реакции риформинга идут с поглощением тепла, поэтому перед каждым реактором смесь углеводородов подвергается нагреву в трубчатых печах. В качестве побочного продукта получается водород, который нужен для установок гидроочистки и гидрокрекинга.

Риформат имеет очень высокое октановое число (100 и выше по исследовательскому методу) и является ценным компонентом бензина. Однако, ароматические углеводороды способствуют образованию нагара в двигателе, поэтому их содержание в готовом топливе не должно превышать 35%. Хуже обстоит дело с самым известным ароматическим веществом — бензолом. Он ядовит сам по себе, а при сгорании образует ещё более опасные для здоровья вещества. Техрегламент ограничивает содержание бензола в бензине на уровне 1%.

alkВ ходе реакции крекинга образуется достаточно много газообразных углеводородов, в то время как наибольшая эффективность работы НПЗ достигается при максимальном выходе бензина. Для превращения легких углеводородов (С3-С4) в компонент бензина используется установка алкилирования. Катализатором реакции служит серная или фтороводородная кислота. Процесс проходит при пониженной температуре (0-10°С для сернокислотного алкилирования и 25-30°С для фтороводородного алкилирования), поэтому требуется охлаждение реактора. Октановое число получаемого продукта — около 95 единиц. В составе алкилата значительная доля приходится на изооктан (2,2,4-триметилпентан) — то самое вещество, которое было выбрано в качестве эталона для шкалы октановых чисел. Октановое число 2,2,4-триметилпентана всегда равно 100, вне зависимости от способа определения (исследовательский или моторный). Это полезное свойство используется для сокращения разницы между ОЧИ и ОЧМ производимого бензина, что повышает его потребительские свойства.

В качестве высокооктанового компонента бензина часто используется метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ). Его октановое число по исследовательскому методу — 117 единиц, а октановое число смешения может достигать 135 единиц. Благодаря таким высоким показателям увеличение октанового числа бензина может быть достигнуто путём небольшой добавки МТБЭ. Полезные свойства МТБЭ не исчерпываются высоким октановым числом — он малотоксичен, а за счёт содержания кислорода способствует более полному сгоранию топлива. Сырьём для МТБЭ служит бутан-бутиленовая фракция, получаемая в процессе каталитического крекинга. Эта же фракция  же нужна для установки алкилирования. Выбор направления использования бутан-бутиленовой фракции зависит от технологической схемы НПЗ.

Полученные компоненты смешиваются таким образом, чтобы готовый бензин соответствовал всем нормам Технического регламента «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту».

 

ПРИЛОЖЕНИЕ №1
к техническому регламенту «О требованиях
к автомобильному и авиационному бензину,
дизельному и судовому топливу,
топливу для реактивных двигателей
и топочному мазуту»

Требования к характеристикам автомобильного бензина

Характеристики автомобильного бензина Единица измерения Нормы в отношении
класса 2 класса 3 класса 4 класса 5
Массовая доля серы, не более мг/кг 500 150 50 10
Объемная доля бензола, не более процентов 5 1 1 1
Концентрация железа, не более мг/дм3 отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие
Концентрация марганца, не более мг/дм3 отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие
Концентрация свинца, не более мг/дм3 отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие
Массовая доля кислорода, не более процентов 2,7 2,7 2,7
Объемная доля углеводородов, не более: процентов
     ароматических 42 35 35
     олефиновых 18 18 18
Давление паров, не более: кПа
     в летний период 45-80 45-80 45-80
     в зимний период 50-100 50-100 50-100
Объемная доля оксигенатов, не более: процентов
     метанола отсутствие отсутствие отсутствие
     этанола 5 5 5
     изопропанола 10 10 10
     третбутанола 7 7 7
     изобутанола 10 10 10
     эфиров, содержащих 5 или более
атомов углерода в молекуле
15 15 15
     других оксигенатов (с температурой конца кипения не выше 210 градусов Цельсия) 10 10 10
Объемная доля монометиланилина,
не более:
процентов 1,3 1 1 отсутствие

* В оформлении использованы изображения технологических установок из компьютерной игры «ЛУКОЙЛ-Менеджер НПЗ».