Образование высокооктанового бензина из метанола
Содержание
Введение…………………………………………………………
…. 3 стр
Производство метанола из синтез-газа…………………………..4-6 стр
Стадия превращения метанола в высокооктановый бензин……7-9 стр
Цеолитсодержащий катализатор……
…………………………10-13 стр
Производство цеолитсодержащего
катализатора…………….14-18 стр
Введение
С 1975 года началась публикация
данных о процессе превращения метанола
в высокооктановый бензин. В основе
процесса лежат реакции
Производство метанола из синтез-газа
Основным аппаратом в
синтезе метанола служит реактор
— контактный аппарат, конструкция
которого зависит, главным образом,
от способа отвода тепла и принципа
осуществления процесса синтеза. В
современных технологических
— трубчатые реакторы, в которых катализатор
размещен в трубах, через которые проходит
реакционная масса, охлаждаемая водным
конденсатом, кипящим в межтрубном пространстве;
— адиабатические реакторы, с несколькими
слоями катализатора, в которых съем тепла
и регулирование температуры обеспечивается
подачей холодного газа между слоями катализатора;
—реакторы, для синтеза в трехфазной системе,
в которых тепло отводится за счет циркуляции
жидкости через котел-утилизатор или с
помощью встроенных в реактор теплообменников.
1) схема производства метанола при низком
давлении на цинк-медь-алюминиевом катализаторе
из синтез-газа состава: H2 — 67%, СО — 22%,
С02 — 9% -объемных, полученного конверсией
метана, производительностью 400 тыс. т
в год.Очищенный от сернистых соединений
синтез-газ сжимаетсяв компрессоре 1 до
давления 5—9 МПа, охлаждается в холодильнике
3 и поступает в сепаратор 4 для отделения
сконденсировавшейся воды. Пройдя сепаратор,
синтез-газ смешивается с циркуляционным
газом, который поджимается до рабочего
давления в компрессоре 2. Газовая смесь
проходит через адсорбер 5, где очищается
от пентакарбонила железа, образовавшегося
при взаимодействии оксида углерода (II)
с материалом аппаратуры, и разделяется
на два потока. Один поток подогревают
в теплообменнике 8 и подают в верхнюю
часть реактора 6, а другой поток вводят
в реактор между слоями катализатора для
отвода тепла и регулирования температуры
процесса. Пройдя реактор, реакционная
смесь при температуре около 300°С также
делится на два потока. Один поток поступает
в теплообменник 8, где подогревает исходный
синтез-газ, другой поток проходит через
котел-утилизатор 9, вырабатывающий пар
высокого давления. Затем,потоки объединяются,
охлаждаются в холодильнике 7 и поступают
в сепаратор высокого давления 10, в котором
от циркуляционного газа отделяется спиртовой
конденсат. Циркуляционный газ дожимается
в компрессоре 2 и возвращается на синтез.
Конденсат метанола-сырца дросселируется
в дросселе 11 до давления близкого к атмосферному
и через сборник 12 поступает на ректификацию.
В ректификационной колонне 13 от метанола
отгоняются газы и. диметиловый эфир, которые
также сжигаются. Полученный товарный
метанол с выходом 95% имеет чистоту 99,95%.
Рис. 1. Технологическая схема производства
метанола при низком давлении:
1 — турбокомпрессор, 2 — циркуляционный
компрессор, 3, 7 —холодильники, 4 — сепаратор,
5 — адсорбер, 6 — реактор адиабатического
действия, б — теплообменник, 9 — котел-утилизатор,
10 — сепаратор, 1 1 — дроссель, 12 — сборник
метанола-сырца, 13, 14 — ректификационные
колонны
2) Очищенный от соединений серы синтез-газ
сжимается в компрессоре 1 до давления
3—10 МПа, подогревается в теплообменнике
5 продуктами синтеза до 200— 280°С, смешивается
с циркуляционным газом и поступает в
нижнюю часть реактора 4.' Образовавшаяся
в реакторе парогазовая смесь, содержащая
до 15% метанола, выходит из верхней части
реактора, охлаждается последовательно
в теплообменниках 5 и б и через холодильник-конденсатор
7 поступает в сепаратор 8, в котором от
жидкости отделяется циркуляционный газ.
Жидкая фаза разделяется в сепараторе
на два слоя: углеводородный и метанольный.
Жидкие углеводороды перекачиваются насосом
9 в реактор, соединяясь с потоком углеводородов,
проходящих через котел-утилизатор 10.
Таким образом жидкая углеводородная
фаза циркулирует через реактор снизу
вверх, поддерживая режим кипящего слоя
тонкодисперсного катализатора в нем,
и одновременно обеспечивая отвод реакционного
тепла. Метанол-сырец из сепаратора 8 поступает
на ректификацию или используется непосредственно
как топливо или добавка к топливу.
Рис. 2. Технологическая схема производства
метанола в трехфазной системе:
1 — компрессор, 2 — циркуляционный компрессор,
3,9 — насосы, 4 • реактор кипящего слоя,
5,6 — теплообменники, 7 — холодильник-конденсатор,
8 — сепаратор, 10 — котел-утилизатор.
Используется в основном, для производства
энергетического продукта. В качестве
жидкой фазы в нем применяются стабильные
в условиях синтеза и не смешивающиеся
с метанолом углеводородные фракции нефти,
минеральные масла, полиалкилбензолы.
К указанным выше преимуществам трехфазного
синтеза метанола следует добавить простоту
конструкции реактора, возможность замены
катализатора в ходе процесса, более эффективное
использование теплового эффекта реакции.
Вследствие этого установки трехфазного
синтеза более экономичны по сравнению
с традиционными двухфазными как высокого
так и низкого давления.
Стадия превращения метанола в высокооктановый бензин
На последней стадии метанол и/или диметиловый эфир превращается в реакторе с неподвижным слоем гетерогенного катализатора в смесь, состоящую из воды, легких углеводородов и собственно жидких при обычных условиях углеводородов, идентичных высокооктановым компонентам автомобильного бензина.
Успешность осуществления
этой последней стадии
Отметим, что прочностные
характеристики катализатора
Блок катализа
является третьей стадией
Процесс получения
бензина из метанола на
В процессе
эксплуатации
Процесс регенерации
осуществляют следующим
Цеолитсодержащий катализатор
Изобретение относится к области
нефтеперерабатывающей и
Известен способ получения
высокооктановых бензиновых фракций
и/или ароматических
Известен способ получения бензина, при котором превращение углеводородного сырья с концом кипения не выше 400°C проводят при температуре 250-500°C, давлении не более 2,5 МПа и объемной скорости подачи сырья не более 10 ч-1 в присутствии цеолитов алюмосиликатного состава либо галлосиликатов, галлоалюмосиликатов, железосиликатов, железоалюмосиликатов, хромсиликатов, хромалюмосиликатов. Образовавшиеся в ходе реакции углеводороды С 1-С5 отделяют от бензина в сепараторе и подают во второй реактор, заполненный пористым катализатором, в котором из этих углеводородов образуется концентрат аренов с суммарным содержанием не менее 95% мас., что позволяет увеличить выход жидких продуктов.
Известен способ переработки
углеводородного сырья, имеющего температуру
конца кипения от 140 до 400°C, предназначенный
для получения топливных
Известен способ получения
высокооктановых бензиновых фракций
и ароматических углеводородов,
при котором высокооктановые
бензиновые фракции получают путем
переработки сырья (возможно, в присутствии
водорода) при температурах 240-480°C (лучше
320-440°C) и давлении 0,1-4,0 МПа (лучше 0,5-2
МПа) на катализаторе, содержащем цеолит
пентасил (ZSM-5 или ZSM-11) состава (0,02-0,3) Na2O·Al2O3 -(0,01-l,13)Fe2O3·(
Недостатками
Наиболее близким к
заявляемому катализатору является
цеолитсодержащий катализатор, способ
его получения и способ превращения
алифатических углеводородов
Основными недостатками данного цеолитсодержащего катализатора являются узкий интервал мольного отношения SiO 2/Al2O3 и ограниченное сочетание модифицирующих добавок в цеолите, что препятствует образованию широкого набора его активных центров и использованию катализатора в процессах превращения различных видов сырья. Данный цеолитсодержащий катализатор, способ его получения и способ использования выбран нами в качестве прототипа. Выход, октановые числа и групповой состав бензинов, полученных по способу-прототипу из прямогонной бензиновой фракции нефти, приведены в таблице 2.
Предлагаемый цеолитсодержащий катализатор, способ его получения и способ превращения метанола в высокооктановый бензин с его использованием устраняет указанные недостатки.
Задача изобретения - расширение возможностей использования катализатора, введение более одного модифицирующего элемента в структуру цеолита, повышение качества и выхода целевых продуктов.
Технический результат изобретения - достижение высокой фазовой чистоты цеолитного катализатора и широкого распределения его кислотных центров по силе, введение более одного модифицирующего элемента в структуру цеолита, повышение качества и выхода целевых продуктов на заявленном катализаторе.
Технический результат относительно
способа получения
Технический результат относительно
способа, основанного на использовании
предлагаемого
Технический результат в
отношении способа, основанного
на использовании предлагаемого
цеолитсодержащего катализатора для
получения ароматических
Цеолитсодержащий катализатор для превращения алифатических углеводородов С 2-С12 и метанола в высокооктановый бензин и ароматические углеводороды, содержащий цеолит ZSM-5 с силикатным модулем SiO2/Al2O3=40-100 моль/моль и остаточным содержанием оксида натрия 0,02-0,04 мас.%, оксид циркония, оксид ниобия и оксид железа или смесь оксидов этих металлов и оксид хрома при следующем содержании компонентов, мас.%:
цеолит |
65,00-85,00 |
ZrO2 |
0-3,00 |
Nb2O 5 |
0-0,50 |
Fe2 O3 |
0-1,00 |
Сr2 O3 |
0-3,00 |
Na2 O |
0,02-0,04 |
связующий компонент |
остальное |
Производство цеолитсодержащего
катализатора
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения.
Пример 1. Для получения
В емкость объемом 3,5 л, изготовленную из нержавеющей стали и снабженную механической мешалкой лопастного типа, вводят 400,0 г измельченного силикагеля (марка КСКГ, фракция менее 20 мкм, массовая доля потерь прокаливания ПП400 =8,64%) и 1000,0 мл воды хозяйственно-питьевой. Включают мешалку и при интенсивном перемешивании последовательно добавляют в смесь 323,2 мл водного раствора нитрата алюминия с концентрацией алюминия 12,6 г/л и 666,5 мл водного раствора гидрата окиси натрия с концентрацией гидроксида натрия 128,34 г/л. Не выключая перемешивания в несколько приемов мелкими порциями вводят в смесь 38,5 г циркония сернокислого четырехводного (реактив квалификации «ЧДА», содержание циркония в реактиве 22,19%). Далее в приготавливаемую смесь вводят 15,0 г затравочных кристаллов цеолита структуры ZSM-5 (в Na- или Н-форме) и 62,0 г диэтилентриамина в качестве структурообразующей добавки (реактив квалификации «Ч», массовая доля основного вещества 99,8%). После опорожнения колбы с диэтилентриамином последнюю ополаскивают в два приема 200,0 мл воды хозяйственно-питьевой, которую переливают в емкость с приготавливаемой смесью. После перемешивания смеси в течение 5-15 мин выключают мешалку и переливают полученную смесь в автоклав объемом 5,0 л, снабженный механической мешалкой с лопастями. Освободившуюся емкость ополаскивают в 2-3 приема 834,0 мл воды хозяйственно-питьевой, которую переливают в автоклав. Включают мешалку автоклава и приготовленную реакционную смесь выдерживают в автоклаве при 160-190°C в течение 20-80 ч. После завершения гидротермального синтеза пульпу Na-формы цеолита фильтруют. Полученный осадок промывают водой хозяйственно-питьевой до достижения в промывном фильтрате-маточнике рН=9,0-7,0 (соотношение жидкой и твердой фаз при промывке составляет Ж:Т=20-25:1). Промытый осадок Na-формы цеолита направляют на проведение солевого ионного обмена.
В емкости объемом 3,5 л, выполненной из нержавеющей стали и снабженной механической мешалкой, распульповывают осадок Na-формы цеолита в 2,8 л 25%-ного водного раствора хлорида аммония. Полученную пульпу выдерживают при температуре 90-100°C и постоянном перемешивании в течение 4-6 ч. Полученную после солевого ионного обмена пульпу фильтруют, промывают водой хозяйственно-питьевой при соотношении жидкой и твердой фаз Ж:Т=18-20:1 и затем промывают водой деминерализованной при соотношении жидкой и твердой фаз Ж:Т=2-3:1.
Промытый осадок аммонийной формы
цеолита сушат в сушильном
шкафу при температуре 100-110°C в
течение 8-10 ч и направляют на операцию
приготовления катализаторной массы.
Промытый и высушенный осадок аммонийной
формы цеолита смешивают со 100
мл дистиллированной воды, к полученной
смеси добавляют 194,0 г активного
гидрооксида алюминия в виде влажной
пасты (с остаточной массовой долей
влаги 30,2%) и 100 мл раствора азотной кислоты
с концентрацией азотной
Полученные после экструзии
и гранулирования влажные гранулы
катализатора сушат в вакуумном
сушильном шкафу при
Прокаленные гранулы катализатора подвергают классификационному рассеву. Фракцию готового катализатора отделяют, а фракцию гранул <2,5 мм направляют на операцию измельчения в шаровой мельнице до получения однородного порошка, который в последующем используется в качестве компонента шихты на операции приготовления катализаторной массы.
Пример 2. Прямогонную бензиновую фракцию нефти (32,15 мас.% n-парафинов, 32,40 мас.% i-парафинов, 30,49 мас.% нафтенов, 4,96 мас.% ароматических углеводородов, октановое число 61 и 56 по исследовательскому и моторному методам, соответственно) подвергают контактированию с цеолитсодержащим катализатором, помещенным в реактор объемом 5 см3, при температуре 320-460°C, объемной скорости подачи жидкого сырья 2 ч-1 и атмосферном давлении. Катализатор состоит из 79,85 мас.% цеолита структурного типа MFI/ZSM-5, содержащего в своей структуре 2,40 мас.% оксида циркония, и 20,15 мас.% -Аl2О3, используемого в качестве связующего вещества.
Качественный и количественный состав полученного катализатора приведен в таблице 1. Выход, групповой состав и октановые числа полученных бензинов приводятся в таблице 2.
Пример 3. Аналогичен примеру 1, только
при интенсивном перемешивании
последовательно добавляют в
смесь 277,0 мл водного раствора нитрата
алюминия с концентрацией алюминия
14,26 г/л и 496,0 мл водного раствора
гидрата окиси натрия с концентрацией
гидроксида натрия 140,36 г/л. Не выключая
перемешивания в несколько
Катализатор состоит из 80,38 мас.% цеолита структурного типа MFI/ZSM-5, содержащего в своей структуре 0,40 мас.% оксида ниобия, и 19,62 мас.% -Аl2O3, используемого в качестве связующего вещества.
Качественный и количественный состав цеолитсодержащего катализатора представлен в таблице 1. Выход, групповой состав и октановые числа полученных бензинов приводятся в таблице 3.
Пример 4. Аналогичен примеру 1, только при интенсивном перемешивании последовательно добавляют в смесь 299,8 мл водного раствора нитрата алюминия с концентрацией алюминия 15,4 г/л, 128,3 мл водного раствора нитрата железа (III) с концентрацией железа 20,26 г/л, 513,6 мл водного раствора гидрата окиси натрия с концентрацией гидроксида натрия 146,72 г/л, 16,0 г затравочных кристаллов цеолита структуры ZSM-5 (в Na- или Н-форме) и 61,0 г диэтилентриамина (бис-(2-аминоэтил)амина) в качестве структурообразующей добавки с массовой долей основного вещества 99,8%.
Катализатор состоит из 79,60 мас.% цеолита структурного типа MFI/ZSM-5, содержащего в своей структуре 0,80 мас.% оксида железа, и 20,40 мас.% -Аl2О3, используемого в качестве связующего вещества.
Качественный и количественный состав цеолитсодержащего катализатора представлен в таблице 1. Выход, групповой состав и октановые числа полученных бензинов приводятся в таблице 3.
Метанол подвергают контактированию с цеолитсодержащим катализатором, помещенным в реактор объемом 5 см3, при температуре 390°C, объемной скорости подачи жидкого сырья 1 ч-1 и атмосферном давлении.
Групповой состав жидких углеводородов, образующихся в процессе превращения метанола, и содержание в них ароматических углеводородов приводятся в таблице 9.
И др.
Таким образом предлагаемое изобретение позволяет получить цеолитсодержащий катализатор при использовании дешевых и доступных соединений при том же количестве стадий его синтеза.
Таблица 1 | |||||||||
Качественный и количественный состав цеолитсодержащих катализаторов | |||||||||
Пример |
Структурный тип цеолита |
Содержание компонентов, мас.% | |||||||
Элементы структуры |
Связующее |
||||||||
|
SiO2 |
Аl2O3 |
ZrO2 |
Nb2O5 |
Fe2O3 |
Cr2O3 |
Na2O | |||
2 |
ZSM-5 |
75,83 |
1,6 |
2,40 |
- |
- |
- |
0,02 |
20,15 |
3 |
ZSM-5 |
78,30 |
1,66 |
- |
0,40 |
- |
- |
0,02 |
19,62 |
4 |
ZSM-5 |
77,14 |
1,64 |
- |
- |
0,80 |
- |
0,02 |
20,40 |
5 |
ZSM-5 |
76,10 |
1,62 |
2,00 |
0,40 |
- |
- |
0,03 |
19,85 |
Таблица 2 | ||||||||
Выход и групповой состав жидких продуктов реакции* | ||||||||
Пример |
По прототипу |
2 | ||||||
Температура, °C |
300 |
340 |
380 |
420 |
320 |
340 |
360 |
400 |
Выход бензина |
91 |
80 |
70 |
65 |
80 |
79 |
78 |
50 |
Выход продуктов: |
|
|||||||
Октановое число |
77 |
84 |
85 |
87 |
82 |
83 |
86 |
92 |
* - величины указаны в мас.% |
Таблица 3 | |||||||
Выход и групповой состав жидких продуктов реакции* | |||||||
Пример |
3 |
4 | |||||
Температура, °C |
360 |
400 |
440 |
360 |
400 |
440 |
460 |
Выход бензина |
85 |
73 |
59 |
82 |
72 |
60 |
51 |
Выход продуктов: |
|
||||||
Октановое число |
83 |
86 |
90 |
85 |
89 |
92 |
94 |
* - величины указаны в мас.% |