Процесс изомеризации

Процесс изомеризации приобретает в последнее время все большее значение. Назначение – получение высокооктановых легких бензиновых фракций (алканов С5-С6) и изобутана (из н-бутана) – сырья для процесса алкилирования. Кроме того, все большую роль играет получение изопентана для последующего производства изопрена и далее - синтетических изопреновых каучуков. Сырьем являются бензиновые фракции, газы каткрекинга, фракции С4-С6 природных газов, фракции С4-С5 продуктов пиролиза, иногда - низкооктановые легкие рафинаты каталитического риформинга, которые содержат много н-пентана и н-гексана.

Изомеризацию этих видов сырья проводят на бифункциональных катализаторах под давлением водорода

CH₃

|

СН₃СН₂СН₂СН₂СН₃ → СН₃СНСН₂СН₃ → СН₃ССН₃

| |

CH₃ CH₃

Давление водорода (3,5-4МПа) требуется для снижения закоксовывания катализатора. Осуществляют циркуляцию водородсодержащего газа (ВСГ) в объеме около 900 м³ на 1 м3 жидкого сырья. Тип катализатора обусловлен механизмом изомеризации, который связан со стадиями гидрирования и дегидрирования на металлах (платина, палладий) и изомеризации катионов на кислотных центрах:

• дегидрирование исходных алканов в алкен;

• протонирование алкена с образованием катиона;

• изомеризация карбокатионов;

• протонирование стабильных карбоатионов с образованием разветвленных алкенов;

• гидрирование разветвленных алкенов в алканы;

В качестве кислотного носителя обычно применяют фторированний или хлорированный оксид алюминия или вводят в оксид алюминия алюмосиликаты или цеолиты. Выбор температуры связан с тем, что для равновесия благоприятна низкая температура, а для повышения скорости – высокая. При указанных условиях достигается конверсия порядка 50%. Далее применяют ректификацию и рецикл непрореагировавшего сырья. В итоге общая конверсия - более 90%. Во избежание отравления каталитическое сырье подвергают предварительной гидроочистки и осушки. По технологии процесс близок к риформингу на стационарных катализаторах.

Подвергая легкую фракцию бензинов изомеризации, можно повысить ее окта­новое число на 15-20 единиц за счет превращения н-парафинов в угле­водороды изостроения. Это хорошо видно на примере н-гексана; н-гексан имеет октановое число всего 30 и.м. (исследовательским методом), а его разветвленные изомеры характеризуются сле­дующими октановыми числами:

2-метилпентаи - 80 2,2-диметилбутан - 99

3-метилпентан - 81 2,3-диметилбутан - 104

Основные факторы процесса. Термодинамически реакцию изомери­зации желательно проводить при низких температурах. Это способствует об­разованию более разветвленных изомеров. На современных промышленных установках для изомеризации н-пентана и н-гексана используют обычно бифункциональный катализатор, со­держащий платину или палладий на кислотном носителе (оксид алюминия, цеолит). Несмотря на высокую изомеризующую способность этих катализа­торов приходится вести процесс при относительно высоких температурах (обычно 200-400°С в зависимости от сырья и выбранного катализатора).

Изомеризацию н-пентана и н-гексана можно осуществлять как раз­дельно, так и в смеси. Во втором случае изомеризации подвергают легкий бензин с началом кипения 62 0С. Хотя в этом случае достигается повышение октанового числа легкой части бензина в целом, раздельная изомеризация позволяет выбрать более селективные режимы процесса.

Технологическая схема установки. Технологическая схема установки изомеризации напоминает схему каталитического риформинга. Типовая схе­ма установки изомеризации представлена на рис. 4.6.

Исходная пентановая фракция поступает на изомеризацию с централь­ной газофракционирующей установки (ЦГФУ). Сырье, подаваемое насосом 1, смешивается с водородсодер-жащим газом, нагревается в теплообменнике 3 и далее через змеевик трубча­той печи 4, поступает в реактор 2, заполненный катализатором. В начале ра­боты температура в реакторе примерно 380 С, а в конце вследствие некото­рого дезактивирования катализатора она поднимается до 430-450°С.

Парогазовая смесь продуктов реакции охлаждается и конденсируется в аппаратах воздушного охлаждения 5 и водяных конденсаторах-холодильни­ках 6. В газосепараторе 8 отделяется водородсодержащий газ, который, сме­шиваясь со свежим водородсодержащим газом, проходит адсорбер 9, запол­ненный цеолитами, для удаления влаги. Осушенный газ поступает на прием компрессора 7. Нестабильный изомеризат забирается с низа сепаратора 8, подогревается в теплообменнике 3 и подвергается стабилизации в колонне 10. Сверху колонны уходит углеводородный газ, а снизу стабильный изоме­ризат, направляемый на разделение на ЦГФУ.

Изопентан дополнительно извлекается гексановой фракцией, посту­пающей с ЦГФУ, в абсорбере 13. Насыщенный абсорбент возвращается для переработки на ЦГФУ.

Параметры процесса:

температура, ^оС 150-205

давление, МПа 1,5-3,0

объемная скорость подачи сырья, ч-¹ 3-5

октановое число сырья, и.м. 60-65

октановое число изомеризата, и.м. 85-90

Рис. 4.6. Технологическая схема установки изомеризации: 1-насос; 2-реактор: 3-теплообменники; 4-печь: 5-аппараты зоздушного охлажде­ния; 6-холодильник-конденсатор: 7-компрессор водородсодержащего газа; 8-сепаратор водородсодержащего газа; 9-адсорбер-осушитель га­за; 10-стабилизационная колонна; 11-кипятильник; 12-сепаратор угле­водородного газа: 13-абсорбер изопешана; 1-сырье; П-водород; 1П-вода; IV-сухой воздух для регенерации адсорбента; V-вдажный воздух; VI-imp; Vll-стабильный изомергоат; VIII-гексановая фракция (абсор­бент); IX-жирный газ; Х-насыщенный абсорбент.