Основные факторы процесса

Практическое занятие

Каталитическая изомеризация легких бензиновых фракций

Цель занятия: ознакомление с технологической установкой каталитической изомеризации легких бензиновых фракций, параметрами процесса.

Пояснения

Процесс каталитической изомеризации предназна­чен для получения высокооктановых компонентов бензина, а также сырья для нефтехимической про­мышленности. Сырьем являются н-бутан, легкие прямогонные фракции н.к. - 62°С, рафинаты ката­литического риформинга, н-пентан и н-гексан или их смеси, выделенные при фракционировании газов. Процесс проводят в среде водородсодержащего газа.

Основными катализаторами являются: катализа­тор Фриделя-Крафтса, сульфид вольфрама, би­функциональные, цеолитсодержащие с благород­ными металлами и комплексные. Наиболее распро­странены в настоящее время бифункциональные катализаторы, содержащие платину или палладий на кислотном носителе (оксид алюминия, цеолит).

В зависимости от применяемого катализатора режим процесса изомеризации может меняться в ши­роких интервалах:

Выход целевого продукта -изомеризата с ок­тановым числом 88-92 (исследовательский метод) - составляет 93-97% (масс.); побочным продуктом процесса является сухой газ, используемый как топ­ливный.

Основные факторы процесса

Температура. С повышением температуры скорость реакции изомеризации возрастает, достигая предела, определяемого равно­весием. Дальнейшее повышение температуры приводит к усилению реакции гидрокрекинга с образованием легких газов и существен­но не влияет на изомеризацию пентана. При этом возрастает рас­ход водорода, а равновесие смещается в сторону компонентов нор­мального строения. Если изомеризацию н-пентана проводят в присутствии платинированных синтетических цеолитов, то при повышении температуры с 350 до 375° С выход изопентана возрастает более чем в 1,5 раза. Повышение температуры до 400° С приводит к усилению реакций гидрокрекинга и снижению выхода изопентана.

Давление. С точки зрения термодинамики давление не должно влиять на реакцию изомеризации, например пентана, так как эта реакция протекает без изменения объема. Однако с уменьшением давления от 3 до 1 МПа (от 30 до 10 кгс/см²) выход изопентана возрастает. Это особенно заметно при пониженных температурах. По мере повышения температуры влияние давления на реакцию ослабевает. Так, при температуре 350° С снижение давления с 3 до 1,5 МПа (с 30 до 15 кгс/см²) увеличивает выход изопентана над катализатором СаY + платина на 7%, при температуре 375° С -на 3,6%. При атмосферном давлении и температуре 350 – 370 °С изомеризация практически не идет, а происходит сильный крекинг. Кроме того, продолжительная работа при пониженном давлении 1,5 МПа заметно уменьшает активность катализатора вследствие отложения кокса на его поверхности. При давлении 3 МПа после 110 ч работы активность катализато­ра остается прежней.

Объемная скорость подачи сырья. При постоянной глубине превращения объемная скорость подачи сырья и температура одинаково влияют на процесс. В практически важном интервале умень­шение объемной скорости вдвое равноценно повышению температуры процесса примерно на 8 - 11°С.

Температура и равновесие изомеризации. Равновесное содержание парафинов изостроения возрастает с понижением температуры реакции. Равновесный состав продуктов изомеризации пентановой фракции менее подвержен влиянию температуры, чем гексановой.

Установка изомеризации состоит из двух бло­ков — ректификации и изомеризации. В блоке ректификации сырье предварительно разделяется на пентановые и гексановые фракции, направляемые на изомеризацию, после которой проводится стаби­лизация полученного продукта и выделение из него товарных изопентана и изогексана. В блоке изоме­ризации получают изомеризаты.

На рисунке 1 приведена технологическая схема установки изомеризации фракции н.к.-62^оC, со­держащей 27,5% (масс.) изопентана, 44% (масс.) н-пентана и 26,2% (масс.) изогексанов, на алюмо-платиновом катализаторе, промотированном фто­ром.

Сырье (смесь исходной фракции и рециркулирующегопентановогоизомеризата), а также насыщенный абсорбент из абсорбера 17 поступают па разделение в ректификационную колонну 8. Из колонны 8 сверху отделяется изопептановая фракция, подверга­ющаяся дальнейшей ректификации в бутановой ко­лонне 5, а нижний продукт колонны 8 поступает в ректификационную пентановую колонну 9. Ниж­ний продукт этой колонны направляется на разде­ление в изогексановую колонну 10. Отбираемая из кочонны 9 сверху пентановая фракция, содержа­щая около 91% (масс.) н-пентана, смешивается с во­дород содержащим газом, нагревается в теплообмен­нике 6 и далее через змеевики трубчатой печи 12 поступает в реактор изомеризации 11.

Продукты реакции охлаждаются в теплообмен­нике 6, холодильниках 7 и 3 поступают в сепаратор 2. Циркулирующий газ из сепаратора направляется в адсорбер 14, а изомеризат после стабилизации в колонне 16 в смеси с сырьем направляется на рек­тификацию в колонну 8.

Для подавления кислотной функции катализа­тора свежий водород и циркулирующий газ предва­рительно подвергают осушке на цеолитах типа NaA в адсорбере 14, Концентрация водорода в циркули­рующем газе составляет 80-85 % (об.), расход во­дорода на процесс составляет 0,1-0,3 % (масс.) на сырье. Катализатор регенерируют каждые 3-4 мес. путем выжига кокса.

Изопентан извлекается из газов стабилизации в абсорбере 17, на верх которого в качестве ороше­ния подается часть циркулирующей гексановой фрак­ции.

Рис. 1. Технологическая схема установки изомеризации:

1 – насосы, 2 – сепараторы, 3 – водяные холодильники, 4 – кипятильники, 5, 8-10, 16 – колонны, 6 – теплообменники, 7 – аппараты воздушного охлаждения, 11 – реактор, 12 – трубчатая печь, 13 – сборники, 14 – адсорбер-осушитель, 15 – компрессор, 17 – абсорбер.

Основным продуктом установки является изопентановая фракция чистотой 95 % (масс.). Окта­новое число исходного дистиллята после изомери­зации пентановой фракции повышается с 79 до 90 (исследовательский метод). В общем случае октановое число легкой фракции можно повысить с по­мощью изомеризации на 15 - 20 единиц.

Технологический режим установки:

Задание

1. Заполнить таблицу 1.

Таблица 1. Характеристики процесса каталитической изомеризации легких бензиновых фракций.

2. Определить факторы, влияющие на выход и качество получаемых продуктов.

3. Назначение процесса каталитической изомеризации легких бензиновых фракций.

4. Применение продуктов процесса.