Способы снижения содержания бензола в автомобильных бензинах
"Научный аспект №6-2024" - Химия
УДК 665.733.5
Гильмутдинов Амир Тимерьянович – доктор технических наук, профессор Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Ремеев Радмир Рустамович – магистрант Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Аннотация: В данной статье приводятся способы по снижению содержания бензола в катализатах риформинга, который является основным компонентом бензинов. Для соответствия требованиям необходимо не только повысить октановое число, но и значительно снизить содержание серы, олефинов и ароматических углеводородов (особенно бензола). Процесс каталитического риформинга уже много лет решает проблему октанового числа бензина, но сейчас и в будущем этот процесс будет иметь решающее значение в производстве бензина. Повышение октанового числа возможно двумя способами: за счет увеличения производства высокооктановых фракций и за счет использования альтернативных антидетонаторов.
Ключевые слова: бензин, каталитический риформинг, бензол, способы.
Среди всех токсинов, содержащихся в воздухе, бензол признан наиболее опасным канцерогенным веществом. Бензол является причиной возникновения лейкемии в организме человека. Медицинские исследования токсичности влияния бензола доказали, что он оказывает канцерогенное, мутагенное и тератогенное воздействие.
Также следует отметить, что, бензол, который содержится в автобензине, увеличивает образование нагара в двигателе и увеличивает содержание концентрации сажи и полициклических аренов в выхлопных газах. В результате образования нагара ухудшается отвод тепла через стенку двигателя и повышается температура фронта пламени и увеличивается количество токсичных оксидов азота в выхлопных газах.
Повышенное содержание ароматических углеводородов в бензине, как правило, приводит к соответствующему увеличению выбросов несгоревших углеводородов. Эта зависимость не самым точным образом связана с концентрацией канцерогенных полиароматических углеводородов.
При увеличении содержания ароматических углеводородов из-за использования толуола в бензине, выбросы бензальфапирена из выхлопных газов двигателя не увеличивается.
Одним из доказанных результатов увеличения содержания ароматических углеводородов является увеличение выбросов бензола в окружающую среду. Между содержанием бензола в бензине и его концентрацией всех выбросов несгоревших углеводородов - отработавших газах, испарениях из топливной системы, а также при заправке автомобиля топливом существует линейная зависимость. Для транспортных средств, не оснащенных каталитическим нейтрализатором, главной причиной выброса бензола в атмосферу являются выхлопные газы (около 70 %), и испарения (20 %), а также учитываются потери при заправке (10 %).
Для снижения содержания бензола в катализатах риформинга используются следующие методы:
- Удаление предшественников бензола сырья для риформинга. Фракционный состав сырья установки риформинга обеспечивает удаление бензола и его прекурсоров (циклогексана, метилциклопентана и других углеводородов С6). Обычно сырьем установок каталитического риформинга является фракция 85-180 °С, однако на некоторых предприятиях температуру начала кипения поднимают до 90 °С и даже до 103 °С, чтобы полностью блокировать углеводороды-предшественников бензола. По итогу содержание бензола в катализате риформинга уменьшается до 0,9-1,1 % об.
- Приготовление модифицированного сырья, состоящее из предварительного фракционирования для удаления бензолообразующих компонентов из модифицированного сырья риформинга, что приводит к сокращению сырьевых ресурсов на 30-35 %, снижению октанового числа на предприятии в целом и утяжелению фракционного состава риформата, включая повышение температуры выкипания 10 % об.
Вторая группа технологий решает проблему удаления бензола из продуктов риформинга.
Для снижения содержания бензола в риформате, можно использовать следующие методы:
- выделение бензола путем экстракции, что приводит к уменьшению ресурсов бензина. Наиболее распространенным процессом, используемым для достижения этой цели, является процесс Sulfolane компании UOP;
- изомеризация легкого риформата, включающа выделение путем фракционирования легкого риформата, обогащенного бензолом, с последующей изомеризацией и насыщением бензола. В этом варианте помимо ректификационной колонны для выделения легкого риформата, требуется установка для проведения изомеризации специальной конструкции, которая обеспечивает отвод тепла насыщения бензолом. При этом расходуется значительное количество водорода;
- алкилирование риформата пропиленом на установке каталитического крекинга для получения высокооктанового компонента, не содержащего бензола;
- предварительно фракционирование сырья в сочетании со снижением жесткости процесса риформинга. При этом снижается концентрация бензола и общего количества содержания аренов, но также снижается октановое число, что требует увеличения доли других высокооктановых компонентов в бензине.
После фракционирования обычно проводится последующая переработку бензольной фракции в соответствии со следующими вариантами:
- гидрирование бензольных фракций риформата. Недостатком данного способа заключается в том, что октановое число образующегося циклогексана значительно ниже октанового числа бензола – 83 противопоставляющего 106 (согласно исследовательскому методу);
- гидроизомеризация фракции нк-85 °С риформата. Полученный метилциклопентан выделяется своим более высоким значением октанового чиссла по сравнению с циклогексаном (ОЧ ИМ=91), но по этому показателю уступает бензолу. Однако из-за совместной изомеризации н-алканов октановое число не снижается.
Список литературы
- Н.Л. Солодова, А.И. Абдуллин, Е.А. Емельянычева, Вестник КГТУ, 18, 253-259 (2013).
- Н.В. Аргунова, Т.Н. Качалова, Вестник КГТУ, 8, 285286 (2013).
- Г.Ю. Климентова, В.Ю. Маврин, Вестник КГТУ, 10, 323-326 (2010).
- О.М. Варшавский, Н.В. Сулягин, А.М. Иванов, С.Г. Желудев, О.С. Толмачева, Мир нефтепродуктов, 8, 1922 (2008).
- В.Е. Емельянов, И.Ф. Крылов, Автомобильный бензин и другие виды топлива. Свойства, ассортимент и применение. Астрель ACT Профиздат, Москва, 2005. 207 с.
- П.Г. Баннов, Процессы переработки нефти. ХИМИЗ-ДАТ, Спб, 2009. 368 с.