1.2 Наиболее распространенные схемы процесса каталитической изомеризации
1.2.1 Процесс «tip»
Процессы изомеризации с использованием цеолитных катализаторов получили широкое распространение в нефтепереработке благодаря относительной устойчивости к действию примесей в сырье (серы и вода).
Но наряду с этим цеолитные катализаторы обладают существенным недостатком — они способны работать только в температурной области (250-300)°С, в которой термодинамика реакций изомеризации парафиновых углеводородов неблагоприятна для образования высокоразветвленных изомеров. Поэтому ИОЧ изомеризата пентан-гексановой фракции может составлять не более 78-79 пунктов.
Для повышения ИОЧ изомеризата компанией UOP было предложено технологическое решение, которое заключается в комбинации процесса изомеризации на цеолитах и процесса «IsoSiv», которой в последствии получил название процесс «TIP». Схема процесса изображена на рисунке 1.1.
В процессе «TIP» используется цеолитный катализатор HS-10.
Для использования данного процесса на производстве необязательно строительство новой установки изомериции целиком, достаточно к существующей установке добавить блок выделения нормальных парафинов на молекулярных ситах.
Рисунок 1.1 – Принципиальная схема процесса «TIP»
Гидроочищенное сырье смешивается с горячим потоком рециркулирующего водорода и фр. н-парафинов (С5-С6), а также с некоторым количеством свежего ВСГ. После этого поступает в реактор изомеризации (1). В реакторе происходит конверсия поступившего сырья практически до равновесного состава. После чего продуктовый поток охлаждается и поступает в сепаратор (2), где происходит отделение ВСГ. Этот ВСГ далее направляется в один из адсорберов (3), который находиться в режиме десорбции. Далее ВСГ совместно с десорбированными н-парафинами направляется на смешение со свежим сырьем и ВСГ. Продуктовый поток после сепаратора смешивается со вторым сырьевым потоком и проходит через адсорбер (4), в котором очищается от парафинов нормального строения и поступает в колонны стабилизатор для отделения растворенных углеводородных газов.
Адсорберы (3) и (4) меняют свой режим работы при полном заполнении одного из них н-парафинами.
Использование второго потока питания обосновано, если в нем содержится большое количество парафинов изостроения, также оно позволяет снизить нагрузку на реакторный блок.
Использование данной схемы позволяет поднять ИОЧ изомеризата до 87-90 пунктов.
1.2.2 Процесс «Penex»
Процесс Реnех разработан фирмой «UOP» для изомеризации светлой нафты в 1958 г. До настоящего времени ведутся непрерывные исследования в области повышения производительности процесса и модернизации катализаторов.
Процесс Реnех предусматривает непрерывную каталитическую изомеризацию пентанов, гексанов и их смесей. Реакции проходят в атмосфере водорода, в слое неподвижного катализатора, а условия процесса способствуют протеканию изомеризации с минимальным гидрокрекингом. При проведении процесса используются хлорированные алюмооксидные катализаторы I-82/84 (UOP), которые обеспечивают протекание процесса изомеризации в температурном интервале 100-150˚С. Использование данных катализаторов накладывают «жесткие» требования по содержанию примесей в сырье:
сера – до 0.1 ppm;
азот – до 0.1 ppm;
вода – до 0.1 ppm.
Для выполнения данных требований сырье подвергают глубокой гидроочистке, что значительно увеличивает затраты на процесс. Также для поддержания эффективности катализатора в сырьевую смесь добавляют промотор, представляющий собой Cl органические соединения; 0,0001% который превращается на катализаторе в HCl. Нейтрализация хлороводорода, содержащегося в газах стабилизации, осуществляется в скруббере щелочной промывкой. Еще одной отрицательной чертой хлорированного алюмооксидного катализатора является то, что данные катализаторы не поддаются регенерации, а срок службы не всегда превосходит четыре года.
В процессе Penex циркуляция водорода не нужна, высокая степень превращения достигается при низкой температуре с хорошим выходом. Огневой подогреватель не требуется. Обычно устанавливаются последовательно два реактора, в которые загружаются равные количества катализатора. К преимуществам двухреакторной схемы можно отнести:
высокая эффективность и глубина процесса;
возможность осуществлять эффективную замену катализатора путем вывода одного реактора из технологической схемы.
Данный процесс позволяет увеличить ИОЧ обычной легкой нафты С5-С6до 82-84 при проведении процесса без циркуляции углеводородов. Если его проводить с возвратом непревращенных н-пентана, н-гексана и/или метилпентанов, то ИОЧ может быть доведено до 87-93 пунктов.
Аппаратурное оформление процесса.
1 Установка изомеризации "за проход".
Наиболее простой схемой изомеризации, является система однопроходного пропуска углеводородного сырья через реакторы. Схема процесса изображена на рисунке 1.2.
Сырье и свежий водород сушат в 1 цеолитами, смешивают, подогревают теп-лообменом с продуктами реакции и паром и подают в реакторы 2. Реакционную смесь после теплообмена вводят в стабилизационную колонну 3. Кубовый продукт этой колонны направляют на приготовление бензина. Отогнанные легкие продукты выдают в топливную сеть.
Парафины нормального строения преобразуются в изопарафины, но данное преобразование ограничивается равновесием. Эта схема позволяет получать изокомпонент с ИОЧ от 82 до 84 пунктов.
Рисунок 1.2 - Принципиальная схема процесса «Penex» «за проход»
2 Установка изомеризации с рециклом малоразветвленных гексанов.
Наименее капиталоемким способом повышения октанового числа изомеризата в процессе Penex является комбинирование блока изомеризации с колонной деизогексанизатором. В данной колонне происходит выделение н-гексана и малоразветвленных гексанов и отправление их на смешение с очищенным сырьем установки, так и выделение высокооктановых компонентов (изопентана, диметилбутанов), также нижним отбором выделяется фракция С7+. Схема процесса изображена на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 - Принципиальная схема процесса «Penex» с рециклом малоразветвленных гексанов
Эта схема позволяет получать изокомпонент с ИОЧ от 87 до 89 пунктов.
3 Установка изомеризации с рециклом н-пентана и малоразветвленных гексанов.
Для получения максимальной эффективности процесса Penex блок изомеризации используют совместно с деизопентанизатором (ДИП) и супердеизогексанизатор (супер ДИГ). Схема процесса изображена на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 - Принципиальная схема процесса «Penex» с рециклом н-пентана и малоразветвленных гексанов
Сырьевой поток смешивается с выделенной в супер ДИГе фракцией С5и далее направляется в ДИП. В ДИПе происходит выделение из сырьевого потока ценного компонента (изопентана), который далее направляется смешение с продуктовым потоком процесса. Оставшаяся часть продуктового потока смешивается с рециркулирующими низкооктановыми компонентами (н-гексан и метилциклопентаны) и направляется на блок изомеризации. После блока изомеризации поток поступает в супер ДИГ, где разделяется на рециркуляционные фракции (С5и С6) и фракции высокооктановых компонентов, а также тяжелую фракцию (С7+).
Данная схема позволяет получать изокомпонент с ИОЧ от 90 до 93 пунктов.