Повышение эффективности каталитической переработки бензиновых фракций в высокооктановые компоненты автомобильных бензинов с улучшенными экологическими характеристиками

Объектом исследования являются процессы изомеризации прямогонных бензиновых фракций – процесс среднетемпературной изомеризации пентан-гексановой фракции, а также процесс изомеризации гептановой фракции. Целью работы является создание эффективного практического инструмента для повышения эффективности промышленных процессов изомеризации прямогонных бензиновых фракций, разработкой и применением математических моделей, основанных на физико-химических закономерностях, указанных процессов. Методологической основой исследования является стратегия системного анализа, метод исследования - математическое моделирование. Выполненные исследования позволили разработать и верифицировать математические модели процессов среднетемпературной изомеризации пентан-гексановой фракции и изомеризации гептановой фракции, производящих компоненты товарных бензинов с улучшенными экологическими характеристиками. Предложенные модели позволяют рассчитывать оптимальные технологические параметры работы установки для достижения требуемых октановых характеристик изомеризата при его заданном выходе в условиях изменения углеводородного состава перерабатываемого сырья. По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы: 1. Состав сырья, перерабатываемого в процессе среднетемпературной изомеризации, может варьироваться в широких пределах: по н-пентану – 54-66 % масс., по н-гексану – 14-32 % масс. Подобные колебания вызывают необходимость корректировки параметров технологического режима с целью обеспечения требуемого качества и количества товарной продукции. 2. Повышение температуры на входе в реактор среднетемпературной изомеризации сначала приводит к увеличению выхода целевых компонентов изомеризата – разветвленных алканов, а затем наоборот к снижению. Подобный эффект связан с термодинамическими ограничениями процесса изомеризации пентан-гексановой фракции. 3. Оптимальное значение объемной скорости подачи сырья при 250°С составляет 1,5-2,0 ч-1 в зависимости от состава перерабатываемого сырья. Снижение объемной скорости подачи сырья приводит к более жесткому режиму работы реактора изомеризации – повышается выход изоалканов, однако вместе с тем происходит увеличение вклада побочных реакций образования легких углеводородных газов. 4. Повышенное значение мольного соотношения Н2 / углеводороды приводит к снижению выхода изоалканов и изомеризата в целом в силу интенсификации побочных реакций гидрокрекинга компонентов исходного сырья. На основании проведенных исследований разработаны следующие рекомендации по корректировке технологического режима процесса изомеризации в зависимости от качества перерабатываемого сырья: 1. При содержании углеводородов С7+ более 50 % масс. Необходимо поддерживать температуру процесса в пределах 185-190°С для снижения вклада побочных реакций гидрокрекинга, при этом выход изомеризата увеличивается на 3-4 % масс., а октановое число составляет примерно 87 пунктов по исследовательскому методу. 2. Для сырья с содержанием 35-45 % масс. углеводородов гексанового ряда требуется увеличение температуры до 210°С с целью увеличения конверсии нормальных алканов С6 в разветвленные изомеры. Для данного типа сырья повышение температуры процесса приводит к незначительному снижению выхода изомеризата, однако прирост октанового числа составляет примерно 2 пункта по исследовательскому методу. 3. Сырье с содержанием 20-25 % масс. ароматических и нафтеновых углеводородов требует более высоких температур для протекания реакций превращения нафтенов в разветвленные изолаканы в пределах 215-225°С.