изомеризации парафиновых углеводородов
.pdf
Самая высокая температура достигается на выходе из слоя катализатора. Максимальная температура не должна превышать 285ºС.
На рисунке 2.1 показана активность конверсии С5 и С6 как функция рабочей температуры. Способность катализатора достигать конверсии, близкой к равновесной, доказывается незначительным увеличением активности при температуре свыше 250оС.
- Активность С5 [вес%]
40
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
изо-Пентан |
||||
|
|
|
|
|||||
40 |
|
|
|
ГазыC1-C4 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
Условия испытания: |
p = 300 psig,Об.скор. = 2 ч-1, H |
/HC = 1.0; |
||||
|
|
|
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Синт.сырье: |
50% н-пентан |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25% и-пентан |
|
|
|
|
10 |
|
|
|
20%н-гексан |
|
|
|
|
|
|
|
5% циклогексан |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
230 |
240 |
250 |
260 |
270 |
||||
|
|
|
|
Температура [°C] |
|
|
|
|
[%6 ]вес
САктивность6
2-МП
3-MП
302,2-ДМБ
2,3-ДМБ
20
10
0 |
|
|
|
|
230 |
240 |
250 |
260 |
270 |
Температура [°C]
Рисунок 2.1 Зависимость активности катализатора HYSOPAR от температуры
Консорциум н е д р а |
Консорциума Н е д р а |
2.6.2 ОБЪЕМНАЯ СКОРОСТЬ
Объёмная скорость на единицу массы (WHSV) определяется как соотношение часового расхода жидкого сырья в кг/час к общей массе катализатора в кг, то есть:
WHSV = |
|
G |
сырьё |
, ч |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
G |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
катализатор |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
3 |
сырья |
|
|
Объемнаяскорость = |
|
Vм |
,ч |
−1 |
|||||
|
|
|
|||||||
3 |
катализатора |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Vм |
|
|
||
Этот параметр является непосредственной мерой жёсткости режима. При постоянном количестве катализатора объёмную скорость можно менять, только изменяя расход жидкого сырья.
При более низкой объёмной скорости на единицу массы, то есть при более низком расходе сырья, увеличивается количество активных центров на молекулу углеводорода и увеличивается время контактирования (то есть время пребывания потока в реакторе). При постоянной температуре это приводит к повышению конверсии и к небольшому увеличению степени гидрокрекинга, что влечёт за собой снижение выхода продукта. Для сохранения оптимальных условий необходимо понизить температуру в реакторе. Но только значительное изменение расхода сырья может потребовать регулирования температуры в реакторе.
При высокой объёмной скорости, для достижения определённой степени конверсии нормальных парафинов, необходима более высокая температура в реакторе, что влечёт за собой снижение выхода продукта.
Объемная скорость составляет 1,65 час-1.
2.6.3 МОЛЬНОЕ СООТНОШЕНИЕ «ВОДОРОД : УГЛЕВОДОРОДЫ» Для обеспечения стабильности катализатора парциальное давление водорода в реакторе установки «Хайзомер»
всегда должно быть выше 9-10кг/см2. Этот критерий определяет минимальное мольное соотношение «водород : углеводороды» в комбинированном сырье, подаваемом в реактор. Мольное соотношение «водород : углеводороды» будет оказывать влияние на концентрацию реагирующих веществ на катализаторе. Прямым результатом этого является то, что увеличение кратности рециркуляции циркулирующего водородсодержащего газа будет снижать степень конверсии, поскольку высокое парциальное давление водорода будет снижать степень конверсии парафинов в олефины
Консорциум н е д р а |
Консорциума Н е д р а |
(начальный этап в цепочке реакций изомеризации), и за счет этого будет уменьшаться выход изомеров.
Для получения продукта при этой же степени конверсии при более высоком мольном соотношении «водород : углеводороды» температуру в реакторе нужно будет увеличивать, что, однако, приведет к некоторому уменьшению выхода углеводородов тяжелее С5.
Мольное соотношение «водород : углеводороды» составляет 1,5моль/моль.
2.6.4 ДАВЛЕНИЕ В РЕАКТОРЕ Влияние давления в реакторе на эффективность работы реактора (на выходы и на качество продуктов) при
избыточном давлении в диапазоне 15-25 кг/см2 относительно небольшое. Принимая избыточное давление (в пределах границ технологической установки) для отходящего из сепаратора продуктов газа равным 25 кг/см2 и избыточное давление (в пределах границ технологической установки) для подаваемого на подпитку свежего водородсодержащего газа равным 25-35кг/см2, избыточное давление в сепараторе продуктов получается равным 26кг/см2. Учитывая суммарный перепад давления в контуре реактора, равный 4,5кг/см2, давление на выходе из реактора получается равным
27,2кг/см2.
Несомненно, эксплуатация реактора при более высоком давлении способствует снижению скорости образования кокса. Давление в реакторе обычно поддерживается на его проектном уровне (или как можно ближе к нему) и не рассматривается в качестве переменного технологического параметра.
3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЕКТИРУЕМОЙ СЕКЦИИ ИЗОМЕРИЗАЦИИ[2] НАЗНАЧЕНИЕ СЕКЦИИ
Секция изомеризации предназначена для производства высокооктанового изомеризата - компонента бензина с октановым числом 78,5÷87,5 (по исследовательскому методу) из низкооктановой фракции НК-75 C путем каталитического превращения в среде водорода низкооктановых углеводородов с прямой цепью в изомеры. В основу технологического процесса выбран процесс изомеризации фракции С5-С6 «Хайзомер», разработанный компанией
«Shell».
3.2 ВЫБОР МЕСТА СТРОИТЕЛЬСТВА В процессе изомеризации необходимо присутствие водорода. На момент разработки проекта на НПЗ нет
мощностей, направленных на целевое производство водорода. Водородсодержащий газ (ВСГ) является попутным продуктом установки каталитического риформинга (установка ЛГ-35-11/300-95). В районе установки риформинга
Консорциум н е д р а |
Консорциума Н е д р а |
имеется свободное место для строительства секции, что позволит сократить расходы на подключение к энергоресурсам, водоснабжению, канализации. Также, площадь помещения операторной установки риформинга, является достаточной для размещения технологического персонала секции изомеризации. В связи с этими факторами секция изомеризации фракции С5 -С6 размещается на свободной от застройки территории северо-восточнее установки каталитического риформинга. Рельеф территории характеризуется колебанием отметок от 73,0 до 79,0 м, с общим уклоном на юго-запад. Нормативное значение ветрового давления для III ветрового района - 0.38 кПа, нормативное значение веса снегового покрова для II района - 0.7 кПа. По многолетним наблюдениям средняя температура наиболее холодной пятидневки - 32 С, абсолютный минимум -43 С, абсолютный максимум +40 С. Глубина промерзания грунтов 2,68м. Согласно инженерно-геологическим изысканиям площадка расположена в благоприятных для строительства условиях. Район строительства не сейсмичный.
В конечном итоге, выбор места строительства установки обусловлен наличием дешёвой энергии, большого количества водных ресурсов, пара от котельных, наличием высококвалифицированных кадров: инженерно-технических работников, химиков-технологов, механиков, энергетиков, автоматчиков и т.д.
3.3 ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ СЫРЬЁМ И ЭНЕРГОРЕСУРСАМИ По данным НПЗ обеспеченность сырьём секции изомеризации составляет 140-160 тыс. тонн /год. Так как всё ещё
остаётся потребность в низкооктановых автомобильных бензинах, по согласованию с руководством компании была выбрана производительность секции 108000 тонн/год по сырью. Число часов работы в году ~ 8000.
С введением в эксплуатацию новой котельной на НПЗ потребность секции в пароснабжении обеспечена полностью.
По данным НПЗ потребность секции в энергоресурсах (электроэнергия, вода оборотная, питьевая, пожарная), канализация и утилизация промышленных стоков - обеспечивается полностью.
3.4ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ, МАТЕРИАЛОВ, РЕАГЕНТОВ, КАТАЛИЗАТОРОВ,
ПОЛУФАБРИКАТОВ, ИЗГОТОВЛЯЕМОЙ ПРОДУКЦИИ
Данные раздела приведены в таблице 3.1
Таблица 3.1 Характеристика сырья, материалов, реагентов, катализатора и продукции.
Наименование сырья, |
Номер |
Показатели качества обязательные для |
Норма (по ГОСТу, ОСТу, стандарту |
Область применения |
материалов, реагентов, |
Государственного или |
проверки |
предприятия, ТУ) (выполняется по |
изготовляемой |
Консорциум н е д р а |
Консорциума Н е д р а |
катализаторов, |
отраслевого стандарта, |
|
необходимости) |
продукции |
полуфабрикатов, |
технических условий |
|
|
|
изготовляемой |
|
|
|
|
продукции |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Сырье |
|
|
|
|
1. Сырье фр.С5 С6 |
СТП |
1. Плотность при 20°С, г/см3, не более |
0,651 |
|
|
|
2. Углеводородный состав, % масс |
|
|
|
|
изопентан |
1,57-1,63 |
|
|
|
н-пентан |
42,83-44,57 |
|
|
|
циклопентан |
9,8-10,2 |
|
|
|
н-гексан |
8,13-8,47 |
|
|
|
2-метилпентан |
18,91-19,69 |
|
|
|
3-метилпентан |
7,74-8,06 |
|
|
|
2,2-диметибутан |
0,88-0,92 |
|
|
|
2,3-диметилбутан |
1,76-1,84 |
|
|
|
циклогексан |
0,59-0,61 |
|
|
|
бензол |
0,59-061 |
|
|
|
углеводороды С7 |
2,20 |
|
|
|
содержание серы, ppm масс,не более |
70 |
|
|
|
содержание азота, ppm масс,не более |
1 |
|
|
|
хлориды, ppm масс, не более |
0,5 |
|
|
|
олефины, % масс, не более |
0,1 |
|
|
|
мех примеси |
отсутствуют |
|
|
|
вода, ppm масс, не более |
50 |
|
2. Сырье фр.С5 С6 с |
СТП |
1. Плотность при 20°С, г/см3, не более |
0,651 |
|
максимальным |
|
|
|
|
содержанием |
|
|
|
|
бензола и углево- |
|
2. Углеводородный состав при 30 C, % |
|
|
дородов тяжелее |
|
масс |
|
|
С7 |
|
изопентан |
5,3-5,5 |
|
|
|
н-пентан |
36,3-37,7 |
|
|
|
циклопентан |
8,9-9,3 |
|
|
|
н-гексан |
8,4-8,8 |
|
|
|
2-метилпентан |
19,7-20,5 |
|
|
|
3-метилпентан |
8,0-8.4 |
|
|
|
2,2-диметибутан |
0,59-0,61 |
|
|
|
2,3 -диметилбутан |
1,86-1,94 |
|
Консорциум н е д р а |
Консорциума Н е д р а |
|
|
метилциклопентан |
|
3,3-3,47 |
|
|
|
|
|
циклогексан |
|
0,68-0,72 |
|
|
|
|
|
бензол, не более |
|
2,0 |
|
|
|
|
|
углеводороды С7,, не более |
3,0 |
|
|
||
3. Водородсодер-жащий |
СТП |
1. |
Плотность при 20°С, кг/м3, не более |
0,26 |
|
|
|
газ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Фракционный состав при 20 C, % об |
|
|
|
|
|
|
водород, не менее |
|
82,0 |
|
|
|
|
|
метан |
|
7,8-8,2 |
|
|
|
|
|
этан |
|
5,1-5,3 |
|
|
|
|
|
пропан |
|
2,5-2,65 |
|
|
|
|
|
н-бутан |
|
1,2-1,22 |
|
|
|
|
|
суммарная сера ,ррm об., |
не более |
0,5 |
|
|
|
|
|
суммарная Н2О, ррm об., |
не более |
100 |
|
|
|
Катализаторы |
|
|
|
|
|
|
|
1. Катализатор |
|
1. |
Размеры (экструдатов), мм Диаметр |
1,5 3,0 |
|
|
|
«Hysopar» |
|
длина |
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Плотность при загрузке с |
650 |
|
|
|
|
|
использованием рукава, кг/м3 |
|
|
|
||
|
|
3. |
Предел прочности на раздавливание в |
2 |
|
|
|
|
|
объеме, кг, не менее |
|
|
|
|
|
|
|
4. |
Содержание платины, % масс. |
0,3 0,4 |
|
|
|
|
|
Носитель цеолит модернит. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Шары керамические |
ТУ 4328-029-07608911- |
1. |
Размеры, мм диаметр |
диаметр |
13 6 19 |
|
|
|
96 |
диаметр |
|
|
|
|
|
Продукция |
|
|
|
|
|
|
|
1. Изомеризат |
СТП |
1. |
Октановое число: |
|
Нормальное |
Сырье с повышенным |
Товарная продукция. |
|
|
|
|
|
сырье |
содержанием бензола |
Используется в |
|
|
|
|
|
|
|
качестве компонента |
|
|
|
|
|
|
|
товарного бензина. |
|
|
по исследовательскому методу |
78,5÷86,2 |
78,5÷87,3 |
|
||
|
|
по моторному методу |
|
75,4÷84,7 |
75,4÷85,7 |
|
|
|
|
2. |
Плотность, кг/м3 |
|
626÷679 |
626÷679 |
|
Попутная продукция |
|
|
|
|
|
|
|
1. Сжиженный газ |
СТП |
1.Стандартная плотность, кг/м3 |
546,9 |
|
Направляется в |
||
|
|
|
|
|
|
|
резервуарный парк |
|
|
2.Углеводородный состав, % масс |
|
|
|
||
Консорциум н е д р а |
Консорциума Н е д р а |
|
|
водород |
0,03 |
|
|
|
метан |
0,29 |
|
|
|
этан |
1,58 |
|
|
|
пропан |
15,82 |
|
|
|
изобутан |
73,31 |
|
|
|
бутан |
7,97 |
|
|
|
изопентан |
1,0 |
|
2. Углеводородный газ |
СТП |
1.Стандартная плотность, кг/м3 |
1,06 |
Направляется в |
|
|
2.Углеводородный состав, % масс |
|
топливную сеть |
|
|
водород |
2,08 |
|
|
|
метан |
5,96 |
|
|
|
этан |
7,23 |
|
|
|
пропан |
24,79 |
|
|
|
изобутан |
55,06 |
|
|
|
бутан |
4,88 |
|
3.5 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС СЕКЦИИ
Материальный баланс секции изомеризации приведён в таблице 3.2
Таблица 3.2 Материальный баланс секции изомеризации
Наименование |
Приход |
|
Расход |
|
|
Тонн/год |
% масс. |
Тонн/год |
% масс. |
К-201 деизопентанизатор |
|
|
|
|
Бензин с резервуарного парка |
108000 |
70 |
|
|
Бензин с колонны К-203 |
46285 |
30 |
|
|
ГПС в Е-201 |
|
|
46300,9 |
30,01 |
Бензин в реактор Р-201 |
- |
- |
107984,1 |
69,99 |
Потери |
|
|
0 |
0 |
Итого |
154285 |
100 |
154285 |
100 |
Рефлюксная ёмкость Е-201 |
|
|
|
|
Газопродуктовая смесь с верха К-201 |
46300,9 |
100 |
|
|
Изопентан на выход с установки |
|
|
46300,9 |
|
Потери |
|
|
|
|
Итого |
46300,9 |
100 |
46300,9 |
|
Реактор |
|
|
|
|
Бензин с колонны К-201 |
107984,1 |
|
|
|
ВСГ |
770 |
|
|
|
Консорциум н е д р а |
Консорциума Н е д р а |
ГПС в Е-202 |
|
- |
|
|
- |
|
|
108434,1 |
|
100 |
|
|
||
Итого |
|
108434,1 |
|
100 |
|
108434,1 |
|
100 |
|
|
||||
Сепаратор высокого давления Е-202 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нестабильный изомеризат + ВСГ |
|
108434,1 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Сдувка ВСГ (потери) |
|
|
|
|
|
|
|
320 |
|
0,3 |
|
|
||
Нестабильный изомеризат |
|
|
|
|
|
|
|
108114,1 |
|
99,7 |
|
|||
Итого |
|
108434,1 |
|
100 |
|
108434,1 |
|
100 |
|
|
||||
Колонна стабилизации К-202 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нестабильный изомеризат |
|
108114,1 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Газовая головка |
|
|
|
|
|
|
|
3250 |
|
3,00 |
|
|||
Кубовый остаток |
|
|
|
|
|
|
|
105184,1 |
|
97,00 |
|
|||
Итого |
|
|
|
|
100 |
|
108114,1 |
|
100 |
|
|
|||
Рефлюксная ёмкость Е-204 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Газовая головка |
|
3250 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Сжиженный газ |
|
|
|
|
|
|
|
170 |
|
5,23 |
|
|||
УВ газ |
|
|
|
|
|
|
|
3080 |
|
94,77 |
|
|||
Итого |
|
3250 |
|
100 |
|
3250 |
|
100 |
|
|
||||
К-203 депентанизатор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кубовый остаток К-202 |
|
105184,1 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пентан |
|
|
|
|
|
|
|
46285 |
|
44,0 |
|
|||
Изомеризат |
|
|
|
|
|
|
|
58899,1 |
|
56,0 |
|
|||
Итого |
|
105184,1 |
|
100 |
|
105184,1 |
|
100 |
|
|
||||
Флегмовая ёмкость Е-205 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пентановая фракция с верха К-203 |
46285 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Бензин в К-201 |
|
|
|
|
|
|
|
46285 |
|
|
100 |
|
||
Потери |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итого |
|
46285 |
|
100 |
|
|
46285 |
|
|
100 |
|
|||
Сводный продуктовый материальный баланс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Приход |
|
|
|
|
|
|
Расход |
|
|
|
|
|
||
Наименование |
т/год |
|
% масс |
|
|
Наименование |
т/год |
|
|
% масс |
|
|||
Фр. С5-С6 (28-720С) |
108000 |
|
99,28 |
|
|
|
изомеризат |
105200 |
|
96,73 |
|
|||
ВСГ |
770 |
|
0,72 |
|
|
|
Сжиженный газ |
170 |
|
0,15 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Углеводородный |
3080 |
|
2,83 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
газ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Сдувка ВСГ |
320 |
|
0,29 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
(потери) |
|
|
|
|
|
||
Итого |
108770 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
108770 |
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Консорциум н е д р а |
Консорциума Н е д р а |
3.6 АССОРТИМЕНТ И ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛУЧАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ
Ассортимент получаемой продукции приведен в таблице 3.3
Таблица 3.3 Ассортимент получаемой продукции
Наименование |
Количество ты |
Качество |
Направление использования |
продукции |
с. т/год |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
Изомеризат |
105,2 |
Приведено в табл. |
Товарная продукция. Направляется в товарный |
|
|
3.4 |
парк в качестве компонента автобензина |
Характеристика получаемой продукции приведена в таблице 3.4
Таблица 3.4 Качество изомеризата в соответствии с испытаниями компании Sud Chemie.
Наименование показателя качества |
Норма для изомеризата |
|
|
При использовании |
При использовании сырья с |
|
нормального сырья |
повышенным содержанием |
|
|
бензола |
Октановое число по |
78,5-86,2 |
78,5-87.3 |
исследовательскому методу |
|
|
Октановое число по моторному методу |
75,4-84,7 |
75,4-85,7 |
Плотность, кг/м3 |
626-679 |
626-679 |
Таким образом, мы получили данные для расчета аппаратов
4. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ Технологическая схема проектируемой установки изомеризации разработана на основе процесса «Хайзомер»
(Hysomer) фирмы Shell. В этом процессе используется катализатор с двойной функцией, состоящий из высокодисперсной платины, распределенной на активированном кислотном молекулярном сите с очень низким содержанием натрия. Катализатор работает под избыточным давлением водорода (10 25 кг/см2) и температуре около
Консорциум н е д р а |
Консорциума Н е д р а |
250ºС.
Сырьё секции изомеризации (фракция С5-С6) поступает из резервуарного парка на приём насоса Н-201/1,2 и далее
подаётся через теплообменник Т-201 в деизопентанизатор К-201.
Всырьевой поток перед теплообменником Т-201 насосом Н-205/1,2 подаётся рециркулят (пентановая фракция) из флегмовой ёмкости депентанизатора К-203.
Втеплообменнике Т-201 сырьё нагревается до температуры 62 С за счёт тепла кубового продукта колонны К-201.
Расход сырья контролируется и регулируется прибором с коррекцией по уровню в колонне К-201, регулирующий
клапан установлен на линии подачи сырья в теплообменник Т-201.
Для подачи тепла в колонну К-201 используется кипятильник Т-202 с паровым пространством. Жидкость в
кипятильник Т-202 выводится с глухой тарелки, расположенной под 1-ой тарелкой колонны К-201.
Углеводородные пары из кипятильника Т-202 подаются под 1-ую тарелку колонны К-201. Жидкость из
кипятильника Т-202 самотёком поступает в низ колонны К-201.
Пары изопентана с верха колонны К-201 последовательно проходят конденсатор воздушного охлаждения А-
201/1,2, водяной холодильник Х-201, где конденсируются и охлаждаются до температуры 40 С, и далее поступают в
флегмовую ёмкость Е-201.
Изопентан из ёмкости Е-201 поступает на приём насоса Н-203/1,2 и подаётся в колонну К-201 в качестве
орошения, а балансовое количество выводится в линию изомеризата с установки.
Фракция С5-С6 нормального строения (сырьё реакторного блока) с низа деизопентанизатора К-201 поступает в трубное пространство теплообменика Т-201, где охлаждается до температуры 46 С, и далее - на приём насоса Н-202/1,2.
Консорциум н е д р а Консорциума Н е д р а