Меню Рубрики

Установки для изомеризации бутана

Установки для изомеризации бутана

В качестве катализаторов используются суперкислотные каталитические системы на основе платинированного оксида алюминия с большим содержанием хлора. В связи с высокой чувствительностью таких катализаторов к следам влаги и кислородсодержащих соединений используется адсорбционная доочистка на цеолитах н-бутана и водорода, а также добавка хлорсодержащих органических промоторов к углеводородному сырью. Работающие на промышленных установках импортные хлорсодержащие алюмоплатиновые катализаторы изомеризации н-бутана не регенерируются и по окончании нормативного срока службы перегружаются на свежие.

Принципиальная технологическая схема установки изомеризации бутана

Технология изомеризации н-бутана на регенерируемом катализаторе НИП-3А

Процесс низкотемпературной изомеризации н-бутана на катализаторе НИП-3А по технологии ООО «НПФ» ОЛКАТ» может осуществляться при температурах 150-200 ºС с конверсией 60% с минимальным расходом водорода. Показатели процесса низкотемпературной изомеризации н-бутана на катализаторе НИП-3А близки к аналогичным показателям известных хлорсодержащих катализаторов на алюмоплатиновой основе, предлагаемым ведущими инофирмами. При использовании технологии изомеризации на хлорируемом катализаторе НИП-3А также требуется адсорбционная доочистка сырья и нейтрализация кислых газов.

НПФ «ОЛКАТ» разработана технология регенерации для восстановления активности дезактивированных алюмоплатиновых катализаторов на основе хлорированного оксида алюминия. Регенерация катализатора НИП-3А может проводиться непосредственно в реакторах установки изомеризации. Технология с использованием хлорируемого и регенерируемого непосредственно в реакторе изомеризации алюмоплатинового катализатора НИП-3А может быть предложена ООО «НПФ» ОЛКАТ» для реконструируемых под процесс изомеризации н-бутана установок высокотемпературной изомеризации или каталитического риформинга.

Новая технология ООО «НПФ «ОЛКАТ» для изомеризации н-бутана на катализаторе ИПК-2С

источник

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Содержание

Изомеризация


Изомеризация — это превращение одного изомера в другой. Изомеризация приводит к получению соединения с иным расположением атомов или групп, но при этом не происходит изменение состава и молекулярной массы соединения. В литературе изомеризацию часто называют перегруппировкой. 1)

Данный процесс несколько напоминает каталитический риформинг, с той разницей, что здесь происходит только превращение парафинов в изопарафины. При этом установка изомеризации бутана построена с иной целью, чем установки изомеризации парафинов С5 и C6.

ИЗОМЕРИЗАЦИЯ БУТАНА

Если на нефтеперерабатывающем заводе работает установка алкилирования, то изобутана обычно оказывается недостаточно по сравнению с количеством пропилена и бутиленов. Если на заводе работает установка гидрокрекинга, то изобутана часто оказывается даже слишком много, и его избыток используют как компонент бензина. Если же такой установки нет, то требуется дополнительное количество изобутана. Есть две возможности — купить его или получить на установке изомеризации бутана.

Технологический процесс

Сырьем для этой установки служит н-бутан или смесь н-бутана и изобутана, которую иногда (если она поступает с установки газофракционирования) называют нефтяными бутанами. Бутан не должен содержать следов олефинов, так как они дезактивируют катализатор.

Бутаны направляют в колонну фракционирования сырья, где изобутан удаляется, а чистый бутан смешивают с небольшим количеством водорода и хлорорганического соединения (которое выполняет роль промотора) и направляют в реактор, содержащий платиновый катализатор. На этом катализаторе н-бутан превращается в свой изомер — изобутан.

Поток, выходящий из реактора, на 60% состоит из изобутана, а оставшиеся 40% — это н-бутан, пропан и более легкие газы. В ректификационной колонне легкие продукты отделяют и направляют в топливную систему, а бутаны снова направляют в колонну фракционирования сырья, где н-бутан отделяют и возвращают в процесс.

Выходы продуктов. Если посчитать количества участников процесса, то окажется, что изобутана получается несколько больше, чем используется бутана (это связано с плотностью). По сути дела, на установку входит н-бутан, а выходит изобутан, вот и все. 2)

Изомеризация бутана относится к ранним промышленным процессам. Полученный на установке изомеризации изобутан далее алкилировали бутиленами и в результате получали изооктан. 3)

ИЗОМЕРИЗАЦИЯ С5/С6

Запрет на применение тетраэтилсвинца (ТЭС) и требования существенного снижения содержания ароматических углеводородов в бензинах заставляют нефтеперерабатывающие заводы подыскивать новые возможности по введению высокооктановых компонентов в бензин. Одним из таких способов является процесс изомеризации парафиновых углеводородов С56.

Нормальный пентан, который характеризуется октановым числом 62 (ИОЧ), превращается в изопентан, ИОЧ которого 92. В случае гексана изменение ИОЧ в результате изомеризации еще более значительно: от 25 до примерно 75. Стандартная смесь, содержащая н- и изопентаны и гексаны, облагораживается в этом процессе (ИОЧ меняется от 73 до 91).

Читайте также:  Установка площадки под лестницу

Сырьем для установок изомеризации могут быть прямогонные легкие бензиновые фракции или легкие бензины гидрокрекинга.

Так же как и установка изомеризации бутана, установка изомеризации пентан-гексановой смеси может включать колонну фракционирования сырья, в которой нормальные углеводороды концентрируются, а углеводороды изостроения отделяются. После этого нормальные парафины смешивают с водородом и небольшим количеством органического хлорида и подают в реактор. На платиновом катализаторе, находящемся в реакторе, примерно половина сырья изомеризуется, так что продукт, выходящий из реактора, (изомеризат) можно фракционировать, и полученный при этом нормальный пентан можно возвращать в процесс вплоть до полной конверсии. Это позволяет повысить выход целевого продукта, поскольку выход изопентана за однократный пропуск сырья составляет 50-53%, а суммарный его выход равен 95-98% 4) . Так как гексаны кипят при более высокой температуре, чем н-пентан, а изопентан кипит при более низкой температуре, то для разделения гексанов требуются дополнительные приспособления; поэтому иногда более выгодно не проводить рециркуляцию н-гексана. 5)

Смесь исходного сырья, рециркулирующего стабильного изомеризата и тощего абсорбента после подогрева в теплообменниках подают на разделение в колонну К-1, откуда сверху отбирают изопентановую фракцию, подвергающуюся дальнейшей ректификации в бутановой колонне К-2, где происходит отделение целевого изопентана от бутанов.

Нижний продукт колонны К-1 подают в пентановую колонну К-3. Нижний продукт этой колонны направляют на фракционирование в изогексановую колонну К-4, с верха которой отбирают второй целевой продукт процесса — изогексан.

Отбираемую с верха К-3 пентановую фракцию, содержащую около 91 % мас. н-пентана, смешивают с водородсодержащим газом и после нагрева в трубчатой печи П-1 до требуемой температуры направляют в реактор изомеризации со стационарным слоем катализатора Р-1.

Парогазовую смесь продуктов реакции охлаждают и конденсируют в теплообменниках и холодильниках и подают в сепаратор С-5, а циркулирующий ВСГ из С-5 после осушки в адсорбере Р-2 компрессором — на смешение с сырьем. Изомеризат после стабилизации в колонне К-5 направляют на ректификацию вместе с сырьем. Из газов стабилизации в абсорбере К-6 извлекают изопентан подачей части гексановой фракции, отбираемой из К-4. Балансовое количество гексановой фракции поступает в аналогичную секцию изомеризации (при низком содержании н-гексана в сырье его изомеризуют в смеси с н-пентаном).

Активные центры катализатора, как металлические, так и кислотные, в отсутствие водорода быстро отравляются в результате закоксовывания катализатора.

Для подавления побочных реакций крекинга процесс проводят под повышенным давлением при циркуляции водородсодержащего газа.

В современных бифункциональных катализаторах изомеризации н-алканов в качестве металлического компонента используются платина и палладий, а в качестве носителя — фторированный или хлорированный оксид алюминия, а также алюмосиликаты или цеолиты, внесенные в матрицу оксида алюминия. Алюмоплатиновые фторированные катализаторы позволяют осуществить процесс изомеризации при 360…420 °С и называются высокотемпературными. Металл-цеолитные катализаторы используются при 230…380 °С (в зависимости от типа цеолита) и названы среднетемпературными. Алюмоплатиновые катализаторы, промотированные хлором, применяют при 100…200 °С и названы низкотемпературными. Использовавшийся ранее в качестве катализатора хлорид алюминия в настоящее время не применяется. 6)

Выходы продуктов. Изомеризация углеводородов C5/C6 несколько сложнее, чем изомеризация бутана. В продуктах содержится 2—3% легких газов (С4 — )- В зависимости от количества рециркулята, октановое число (ИОЧ) изомеризата меняется от 80 до 91, при этом чем больше энергетические затраты (фракционирование, перекачивание), тем больше октановое число.

Резюме. Изомеризация бутана, при которой н-бутан превращается в изобутан, нужна для получения необходимого сырья для процесса алкилирования. Изомеризация С56 является методом увеличения октанового числа легких компонентов бензина за счет превращений н-пентана и н-гексана, которые содержатся в большом количестве в легком прямогонном бензине.

Для желающих более глубоко изучить материал предлагаем ознакомиться с различными технологическими схемами изомеризации в зависимости от применяемого катализатора: http://nefthim.ru/node/protsess-izomerizatsii

Получить представление о том, как выглядит установка изомеризации, вы можете, посмотрев следующее видео:

источник

Изомеризация C5-C6 фракций

Изомеризация пентана. Процесс и катализаторы пентан-гексановых фракций

Изомеризация – превращение одного изомера в другой.

Изомеризация приводит к получению соединения с иным расположением атомов или групп, но при этом не происходит изменение состава и молекулярной массы соединения. В литературе изомеризацию часто называют перегруппировкой, в некоторых случаях, в соответствии с традицией, это именные реакции (процессы изомеризации пентана).

Читайте также:  Установка гбо на сценик

Процесс изомеризации направлен на получение высокооктановых компонентов товарного бензина из низкооктановых фракций нефти путем структурного изменения углеродного скелета.

Историческая справка

Термин «изомерия» введен в органическую химию Берцелиусом в 1830 году.
Это явление впервые объяснил А.М. Бутлеров. Первая монография «Об изомерии органических соединений» В.В. Марковникова опубликована в 1865 году. Изомеризация циклоалканов изучалась В.В. Марковниковым, Н.М. Кижнером и Н.Д. Зелинским в конце XIX века. Впервые реакция изомеризации алкилароматических углеводородов описана Фриделем и Крафтсом (1882 г.), а каталитическая изомеризация бутиленов — в начале XX века В.Н. Ипатьевым. Каталитическая изомеризация бутана описана Неницеску и Драганом (1933 г.), а также Б.Л. Молдавским.

Реакции изомеризации углеводородов возможны благодаря изомерии, т. е. явлению, заключающемуся в существовании нескольких соединений с одинаковыми молекулярной массой, количественным и качественным составом, но различающимися физическими и химическими свойствами. Такие соединения называют изомерами. Например, существует 5 основных изомеров гексана, 3 конформационных изомера циклогексана, не считая метилциклопентана, 17 изомеров гексена. У октана насчитывается 18 изомеров, а у тетрадекана — уже 1818.

Известны два основных вида изомерии: структурная и пространственная (стереоизомерия).

Применительно к углеводородам выделяются следующие виды изомеризации. Простейшим примером изомеризации углеродного скелета может служить превращение н-бутана в изобутан или м-ксилола в п-ксилол.

Частным случаем изомеризации углеродного скелета является кольчато-цепная изомеризация, например пропилена в циклопропан или метилциклопентана в циклогексан. Изомеризация бутена-1 в цис-бутен-2 может служить примером изомеризации положения двойной связи между атомами углерода. Превращение цис-бутена-2 в транс-бутен-2 иллюстрирует пример геометрической (пространственной или конфигурационной) изомеризации. К этому типу изомеризации можно отнести превращение цис-1,2-диметилциклопентана в транс-1,2-диметилциклопентан. Одним из случаев пространственной изомерии является наличие стереоизомеров, называемых также оптическими, т. е. по-разному вращающих плоскость поляризованного света, например 3-метилгексан. Даже н-алканы, строение молекул которых не является линейным, а «зигзагообразным», могут существовать также в виде поворотных (конформационных) изомеров. Конформационная изомеризация происходит в результате вращения в молекуле атомов (групп атомов) вокруг простых (ординарных С—С-связей). Так, например, н-бутан имеет 4 конформационных изомера, из которых энергетически наиболее устойчивой является трансоидная форма.

Реакции изомеризации широко используются для получения дефицитных изомеров как низших, так и высших парафинов (изоалканов).

Разветвленные парафины С5–С6 имеют высокие октановые числа и являются хорошими компонентами автомобильных бензинов.

Изопентан и изобутан являются ценным сырьем для получения синтетических каучуков. Изобутан используется также для получения алкилбензина, высокооктановых эфиров, наиболее распространенным из которых является метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ).

Изомеризация высших алканов (пентана) способствует снижению температуры застывания дизельного топлива, моторных масел.

Для процесса изомеризации пентана характерны следующие типы реакций:

  • изомеризация парафинов;
  • размыкание колец нафтеновых соединений;
  • изомеризация нафтенов;
  • насыщение бензола;
  • гидрокрекинг;
  • трансалкилирование нафтенов.

Реакции изомеризации парафиновых углеводородов являются равновесными и проходят без изменения объема, поэтому термодинамическое равновесие зависит только от температуры:
низкая температура благоприятствует образованию более разветвленных изопарафиновых углеводородов, однако, с повышением температуры скорость изомеризации возрастает.
Кроме реакций изомеризации парафинов, протекают несколько других важных реакций.

В процессе изомеризации бензинов реакция размыкания колец ускоряется при повышении температуры. Для типичных условий в реакторе установки изомеризации, глубина превращения при размыкании нафтеновых колец с образованием парафиновых углеводородов составляет около 20÷40%.

Нафтеновые углеводороды – метилциклопентан и циклогексан находятся в равновесии.

При увеличении температуры равновесие смещается в сторону образования метилциклопентана.

Реакция гидрирования бензола протекает очень быстро и при очень низких температурах, с выделением тепла. Количество выделяющегося при протекании этой реакции тепла ограничивает содержание бензола в сырье, поступающем на установку. В сырье, подаваемом в реакторный блок изомеризации, должно содержаться не более 1% вес.бензола.

Реакция гидрокрекинга является побочной реакцией. Степень превращения при гидрокрекинге зависит от качества сырья и жесткости эксплуатационного технологического режима. Молекулы с большим количеством атомов углерода, такие как С7, легче подвергаются гидрокрекингу по сравнению с молекулами с меньшим количеством атомов углерода. Парафины С5÷С6 также в некоторой степени подвергаются гидрокрекингу. В результате реакций гидрокрекинга образуются метан, этан, пропан и бутан.

На протекание процесса изомеризации бензинов влияют следующие параметры:

  • температура;
  • давление;
  • объемная скорость подачи сырья;
  • мольное соотношение водород/сырье и кратность циркуляции ВСГ;
  • активность катализатора;
  • состав сырья и содержание в сырье примесей.
Читайте также:  Установка tp link wr941nd

АКТУАЛЬНОСТЬ УСТАНОВОК ИЗОМЕРИЗАЦИИ ЛЕГКИХ БЕНЗИНОВЫХ ФРАКЦИЙ

Процесс изомеризации пентана является одним из самых рентабельных способов получения высокооктановых компонентов бензинов с улучшенными экологическими свойствами. Актуальность установок изомеризации также возросла с введением новых сверхжестких ограничений на экологические свойства автомобильных бензинов, включая ограничение по фракционному составу, содержанию ароматических соединений и бензола. Установки изомеризации позволяют получить топливо с характеристиками, отвечающими жестким стандартам ЕВРО-4 и ЕВРО-5. Интенсивное наращивание мощностей процесса изомеризации осуществляется за счет реконструкции существующих и строительства новых установок. Одновременно проводятся модернизация и интенсификация действующих установок изомеризации под процессы с рециркуляцией непревращенных нормальных парафинов. Сырьём изомеризации являются легкие бензиновые фракции с концом кипения от 62°С до 85°C. Повышение октанового числа достигается за счёт увеличения доли изопарафинов. Процесс осуществляется, как правило, в одном или двух реакторах при температуре, в зависимости от применяемой технологии, от 110 до 380°C и давлении до 35 атм.

Установка изомеризации представляет собой технологическую систему, состоящую из взаимосвязанных технологическими потоками блоков:

  • блок подготовки сырья(как правило, включает гидроочистку сырья, стабилизацию гидрогенизата в отпарной колонне, а также может включать адсорбционную очистку сырья на молекулярных ситах);
  • блок четкой ректификации сырья изомеризации и/или полученного изомеризата;
  • блок изомеризации(как правило, включает непосредственно реакторный блок и узел осушки циркулирующего газа);
  • блок стабилизации полученного изомеризата.

Процесс гидроочистки – каталитический процесс, протекающий в среде водородсодержащего газа с использованием специально подобранного катализатора. Целью процесса предварительной гидроочистки сырья для установки изомеризации пентана является удаление из него веществ, дезактивирующих катализатор. К этим веществам относятся: соединения серы, кислорода и азота; металлорганические соединения, содержащие мышьяк, медь и др., а также непредельные соединения.

Иногда установки риформинга и установки изомеризации объединяют в единый комплекс по производству высокооктановых бензинов. Технологическая схема конкретной установки изомеризации будет зависеть непосредственно от типа катализатора изомеризации, планируемого к загрузке в реакторный блок.

Цеолитные катализаторы проявляют активность при более высоких температурах по сравнению с катализаторами других типов, и как следствие – низкие октановые числа изомеризата (76-78 по исследовательскому методу). Однако они обладают высокой устойчивостью к отравляющим примесям в сырье и способностью к полной регенерации в реакторе установки. В технологической схеме данного процесса предусматриваются огневые подогреватели для нагрева газо-сырьевой смеси до температуры реакции. Требуется достаточно высокое отношение водорода к углеводородному сырью (наряду с изомеризацией водород тратиться на деароматизацию сырья), поэтому необходим компрессор для подачи циркулирующего ВСГ и сепаратор для отделения ВСГ (рис.1).

Рисунок 1. Схема процесса изомеризации пентана на цеолитных катализаторах

Катализаторы на основе хлорированной окиси алюминия

Катализаторы на основе хлорированной окиси алюминия наиболее активны и обеспечивают высокий выход и октановое число изомеризата. Следует отметить, что в ходе изомеризации такие катализаторы теряют хлор, в результате активность снижается. Поэтому, предусматривается введение в сырье хлорсодержащих соединений (обычно CCl4) для поддержания высокой активности катализатора, после чего необходима щелочная промывка от органического хлора в специальных скубберах. Существенным недостатком является то, что данный тип катализатора очень чувствителен к каталитическим ядам (кислородсодержащие соединения, вода, азот, сера, металлы) и требует очень тщательной подготовки сырья (рис.2). Хлорированные катализаторы не регенерируются, а срок их службы составляет 3-5 лет.

Рисунок 2. Схема процесса изомеризации на хлорированных катализаторах с рециклом пентанов и гексанов

Катализаторы на основе сульфатированных оксидов металлов

Катализаторы, содержащие сульфатированные оксиды металлов (оксидные катализаторы), в последние годы получили повышенный интерес, так как они сочетают в себе высокую активность и устойчивы к действию каталитических ядов, способны к регенерации. Так же как и для цеолитных катализаторов, существует необходимость в компрессоре для подачи циркулирующего ВСГ (рис.3), однако отсутствует потребность в подаче хлора, адсорбционной осушке сырья и защелачивании УВ газов. Оксидные катализаторы характеризуются способностью к регенерации и длительным сроком службы.

Рисунок 3. Схема процесса изомеризации пентана на оксидных катализаторах с рециклом пентанов и гексанов

Информация в данном разделе «Изомеризация пентана» приведена исключительно в справочных целях. Информацию о продукции и услугах ООО «НПП Нефтехим» Вы найдете в разделах « Разработки » и « Услуги ».

источник