Содержание Введение

Потребность в изопентане, как сырье для производства синтетических каучуков постоянно увеличивается. Кроме того, в связи с принятием нового технического регламента, ужесточающего экологические требования к автомобильным бензинам, включая ограничения по уровню давления насыщенных паров, содержанию ароматических соединений и бензола, увеличивается потребность в изопентане, как компоненте бензина. По этим причинам возникает необходимость строительства новых установок изомеризации.

В настоящее время, процессы изомеризации освоены менее чем половиной крупных российских заводов и согласно прогнозам, рынок изомеризации в России однозначно будет расти в ближайшие годы.

Следует отметить, что процесс изомеризации для России является одним из самых рентабельных и легко встраиваемых в технологическую цепочку способов получения высокооктановых компонентов бензинов.

Внедрение установок изомеризации ведется по двум направлениям - создание нового производства, либо реконструкция установок риформинга бензинов. В связи с этим при строительстве установки изомеризации возникает сложная проблема выбора из многообразия реакторных схем и катализаторов.

Один из вариантов аппаратурного оформления процесса изомеризации – проведение процесса в сложной совмещённой колонне реакционно-ректификационного типа.

1. Аналитический обзор

   1. Процесс изомеризации пентановой фракции

Важнейшее направление использования процесса каталитической изомеризации - получение высокооктановых компонентов бензина. Сырьем в общем случае могут являться легкие прямогонные фракции н.к.-62°С, рафинаты каталитического риформинга, н-пентани н-гексан или их смеси, выделенные при фракционировании газов. В результате процесса получается изомеризат – высокооктановый компонент бензина, октановое число по исследовательскому методу (ИОЧ) – 78-92, выход продукта – 95-98%.

Ещё одно направление использования процесса изомеризации пентана - получение сырья нефтехимической промышленности. В частности изопентан широко применяется в синтезе изопренового каучука.

Установка изомеризации пентана состоит из двух основных блоков — ректификации и изомеризации. В блок ректификацииподаётся сырьё и фракция после блока изомеризации, назначение блока - подготовка сырья, разделение на фракции, выделение товарного изопентана. Вблоке изомеризациипроисходит непосредственно процесс изомеризации – превращение нормального пентана в изопентан. Схема процесса изомеризации пентана представлена на рисунке 1.

К-1 – колонна-деизопентанизатор; К-2 – колонна-стабилизатор; К-3 – колонна-депентанизатор; Р-1,Р-2 – реакторы изомеризации; О-1,О-2,О-3 – осушители водорода; П-1 – печь; С-1 – сепаратор, КР-1 – компрессор ВСГ

Рисунок 1 – Традиционная схема процесса изомеризации пентана

2. Катализаторы применяемые для проведения процесса изомеризации

В настоящее время в мировой нефтепереработке используется три технологии изомеризации легких бензиновых фракций, отличающихся типом применяемых катализаторов — цеолитных, хлорированных алюмооксидных и сульфатированных оксидных [17].

Цеолитные катализаторы, благодаря относительной устойчивости к действию серы и воды получили достаточно широкое применение в нефтепереработке. Но наряду с этим цеолитные катализаторы обладают существенным недостатком — они способны работать в температурной области 250-300°С, в которой термодинамика реакций изомеризации парафиновых углеводородов неблагоприятна для образования высокоразветвленных изомеров. Поэтому октановое число изомеризата пентан-гексановой фракции может составлять не более 78-79 пунктов по исследовательскому методу. Кроме этого, недостаточно высокая концентрация в изомеризате высокооктановых изомеров делает неконкурентноспособными схемы с рециклом низкооктановых изомеров [17].

Хлорированные алюмооксидные катализаторы получили более широкое применение в нефтепереработке. Это обусловлено тем, что их рабочий температурный диапазон составляет 100-150°С и, соответственно, глубина изомеризации и октановое число изомеризата существенно увеличиваются. Октановое число изомеризата "за проход" составляет 82-84 пункта по исследовательскому методу, а схемы с рециклом низкооктановых изомеров позволяют получать изокомпонент с октановым числом от 86 до 92 пунктов [17]. Но, наряду с этим, технология на базе высокохлорированных катализаторов имеет серьезные недостатки:

1. Катализаторы отличаются исключительно высокой чувствительностью к действию микропримесей серы, азота и воды. Содержание микропримесей в сырье должно быть менее 0,1 ppm, для чего требуются специальные адсорбционные блоки доочистки гидрогенизата. Проскоки микропримесей приводят к безвозвратной потере активности катализаторов.

2. Для компенсации потери хлора в катализаторе требуется постоянная подача в реакторный блок хлорорганического соединения и установка щелочного скруббера для удаления хлористого водорода из продуктов реакции. На установке появляются щелочные отходы, требующие утилизации.

В связи с изложенными выше недостатками хлорированных алюмооксидных катализаторов, исследования по разработке новых эффективных катализаторов изомеризации постоянно продолжались. Основным направлением исследований являлся поиск таких катализаторов, которые могли бы эффективно работать при низких температурах, и одновременно были бы устойчивыми к действию каталитических ядов.

В результате были разработаны катализаторы на основе сульфатированного оксида циркония. Технологии на базе таких катализаторов позволяют перерабатывать как пентан-гексановые фракции, так и фракции содержащие значительные количества бензола и углеводородов С₇. Рабочий температурный диапазон составляет 130-170°С, при этом они обладают высокой устойчивостью к действию каталитических ядов.

Таблица 1 - Сравнение различных типов катализаторов изомеризации

Тип катализатора	Pt/цеолит	Pt/Al2O3-Cl	Pt/ZrO2-SO4
Рабочая температура, °С	250-280	100-150	130-170
Давление, МПа	2,5-3,0	3,0-4,0	2,8-3,5
Удельная объемная скорость, ч-1	1,5-2,0	1,0-1,5	2,0-3,0
Требования к содержанию примесей в сырье:
— вода, ppm	до 100	до 0,1	до 10
— сера, ppm	до 20	до 0,1	до 2
— азот, ppm	до 1	до 0,1	1-2
Октановое число изомеризата (И. М.)
— "за проход"	78-79	82-84	82-84
— с рециклом С6	–	87-88	87-88
— с рециклом С6 и C5	–	91-92	91-92
— с деизопентанизацией сырья и рециклом С6	–	89-90	89-90

В данной работе рассматриваются реакции изомеризации пентана на катализаторах типа Ptна сульфатированном оксиде циркония (Pt/Zr/SO₄).