21. Изомеризация пента-гексановой фракции. Катализаторы и схема установки изомеризации пентан-гексановой фракции, основные реакции углеводородов.

Лекция 13.

Переработка природных углеводородных газов

1. Изомеризация пентан-гексановой фракции

Сырьем для процесса изомеризации может быть:

- фракция С₅₊ с ГФУ,

- фракция С₅₊ (ШФЛУ) из природного и попутных нефтяных газов,

- головка н.к. – 62 ⁰С рафината каталитического риформинга,

- головка н.к. – 62 ⁰С после вторичной перегонки приямогонного бензина.

Все эти фракции являются концентратами н-алканов С₅ и С_6, чем выше содержание суммы н-С₅ и н-С₆, тем лучше будет протекать процесс изомеризации.

Требования к сырью по вредным примесям:

- содержание серы не более 1∙ 10^-4 % масс.,

- содержание азота не более 0,5 ∙ 10^-4 % масс.,

- содержание влаги не более 0,5 ∙ 10^-4 % масс.

Катализатором вначале являлся хлорид алюминия, промотированный соляной кислотой и реакция идет при 90-120 ⁰С.

Затем были предложены бифункциональные металлнанесенные катализаторы – платина или палладий на оксиде алюминия, а с 70-х XX века – на цеолитах.

В настоящее время используются 3 марки катализаторов:

- ИП-62, содержащий 0,5 % платины на оксиде алюминия и активированный фтором, процесс изомеризации проводят при 380-450 ⁰С,

- НИП-66, содержащий 0,6 % платины на оксиде алюминия и активированный хлором, процесс изомеризации проводят при 150-180 ⁰С (низкотемпературный),

- ИЦК-2, содержащий 0,8 % палладия на цеолите СаУ и активированный хлором, процесс изомеризации проводят при 250-320 ⁰С.

Рис. Схема установки изомеризации пентан-гексановой фракции

1-4 - ректификационные колонны; 5 - печь; 6 - реактор; 7 - сепаратор; 8 - адсорбер очистки ВСГ; 9 - стабилизационная колонна;

Потоки: I- пентан-гексановая фракция; II - н-бутан; III - изопентан; IV- изогексаны; V - н-гексан; VI — концентрат н-пентана на реакцию; VII - ВСГ; VIII – газ и головка стабилизации; IX - ста­бильный изомеризат.

Принципиальная схема процесса основана на разделении сырья на концентраты н-пентана и н-гексана и сумму остальных углеводородов и последующей каталитической изомеризации н-алканов. По способу разделения сырья может осуществляться по двум вариантам: разделение ректификацией и разделение адсорбцией на цеолитах.

Установка работает по принципу ректификационного разделения, причем колонна 4 может отсутствовать и тогда гексаны выходят снизу колонны 3.

Режим работы на катализаторе НИП-66:

- температура 150-180 ⁰С (конверсия н-пентана 65 %), причем по мере коксования катализатора температура растет,

- давление 1,4-3,0 МПа в зависимости от типа катализатора (для основной реакции чем ниже давление, тем лучше, а высокое парциальное давление водорода необходимо для подавления коксообразования),

- кратность циркуляции ВСГ 900-1000 нм³/м³,

- объемная скорость подачи сырья 1,2-2,0 ч^-1, в зависимости от типа катализатора и температуры процесса,

- расход 100 %-го водорода 0,1-0,3 % от сырья.

Продуктами процесса являются стабильный изомеризат, головка стабилизации и углеводородный газ.

Выход стабильного изомеризата 80-85 % и он содержит сумму изомеров, изо-С₅ + изо-С₆ в количестве 50-60 %. Его октановое число ОЧ_и = 85 – 87. Используется стабильный изомеризат как легкий компонент автомобильных бензинов, улучшающий их ДНП и не снижающий октанового числа.

Головка стабилизации получается в количестве 15-18 % и используется как компонент сырья для ГФУ.

Выход углеводородного газа составляет 2-3 %, используется как топливный газ.

В конце 70-х годов в США появилась комбинированная установка, объединяющая адсорбцию («Изосив») и изомеризацию, названную «Хайзомер», такие установки действуют также в Японии, Германии и Швеции.