В статье рассматриваются вопросы совершенствования процесса изомеризации бензинов. Проведен анализ установки, выявлены ее недостатки, связанные с катализатором. Предложен способ их устранения путем замены катализатора на более эффективный.
Ключевые слова: октановое число, изомеризация, катализатор, бензин
В настоящее время изомеризация легкой бензиновой фракции стала одним из необходимых процессов в производстве высококачественных автомобильных бензинов. Причиной этого является принятие новых экологических норм, требующих ограничения по содержанию ароматических соединений. Изомеризат является высокооктановым компонентом бензинов, который не содержит ареновых соединений и обладает рядом ценных свойств. Сырьем для его производства является фракция н. к.-75, состоящая из нормальных парафинов с низким октановым числом. Она не годится для производства бензинов по причине малой детонационной стойкости. Если такую фракцию подвергнуть изомеризации, то можно значительно повысить ее октановое число. Получаемые в этом процессе легкие алканы С5-С6 с разветвленным скелетом имеют октановые числа 85–95 единиц по исследовательскому методу [1]. Помимо высокой детонационной стойкости изомеризаты характеризуются низкой чувствительностью и отличными пусковыми свойствами при минусовых температурах [2]. Все эти качества делают их ценнейшими компонентами товарных бензинов, обеспечивающими самые высокие экологические и эксплуатационные характеристики.
Для улучшения технико-экономических показателей процесса был проведен патентно-информационный поиск. По результатам поиска были выявлены следующие тенденции в развитии процесса изомеризации легкой бензиновой фракции:
1) Переход к использованию низкотемпературных катализаторов.
2) Наиболее совершенными из низкотемпературных катализаторов изомеризации являются платиновые, нанесенные на сульфатированный оксид циркония. Они устойчивы к примесям и способны подвергаться регенерации.
3) Применение схем, включающих предварительную ректификацию сырья с целью выделения из него изопентана. Такая схема снижает нагрузку на реакторный блок и одновременно повышает конверсию нормального пентана.
4) Использование рециркуляции непрореагировавших низкооктановых метилпентанов и нормального гексана. Данное решение позволяет увеличить конверсию малоразветвленных гексанов, повышая октановое число изомеризата.
Также была проанализирована работа действующей установки. В ходе анализа были выявлены следующие ее особенности:
1) Применяется низкотемпературный катализатор I-82 фирмы UOP. Катализатор является платиновым, нанесенным на оксид алюминия, промотированный хлором.
2) Для сохранения работоспособности катализатора требуется подача промотора — перхлорэтилена. В реакторе он распадается с образованием хлороводорода. В результате образуются кислые газы, требующие нейтрализации.
3) Катализатор неустойчив к примесям, не регенерируется.
4) Для удаления хлороводорода из газов стабилизации необходим блок защелачивания. В результате образуются щелочные стоки.
5) Схема установки включает блок ректификации сырья с выделением из него изопентана.
6) Применяется рециркуляция непрореагировавших н-гексана и метилпентанов.
По результатам анализа работы установки был сделан вывод, что имеющаяся схема установки эффективна и модернизации не требует, но имеется ряд недостатков, связанных с катализатором. Было решено устранить их, заменив его на более совершенный. С этой целью были отобраны наиболее совершенные катализаторы для низкотемпературной изомеризации и собрана информация по показателям процессов с их участием. Были учтены наиболее важные параметры процесса, такие как температура процесса, объемная скорость подачи сырья в реактор, давление, устойчивость к примесям, срок службы и др. Как показал обзор, лучшими из доступных на рынке катализаторов являются НИП-3А, СИ-2, ИПК-2С и применяемый на установке I-82 [3,4]. Для удобства проведения сравнительного анализа данные были сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Показатели процессов изомеризации сразными катализаторами
|
Показатель |
I-82 |
НИП-3А |
СИ-2 |
ИПК-2С |
|
Температура, °С |
120–180 |
140–200 |
120–160 |
100–150 |
|
Объемная скорость, ч-1 |
1,5–2 |
1,5–2 |
2,5–3,5 |
2,0–3,0 |
|
Давление, МПа |
3,0–4,0 |
2–4 |
2,5–2,8 |
3,0–4,0 |
|
Отношение Н2:СН (моль.) |
(0,3–0,5):1 |
(0,1–3):1 |
(1,5–2,5):1 |
(0,5–1,5): 1 |
|
Примеси: — Н2О, ppm — азот, ppm — сера, ppm —бензол, % масс. — С7+, % масс. |
0,1 0,1 0,1–0,5 ≤1 <1 |
0,1 0,1 0,1–0,5 ≤1 <1 |
≤20 1–2 2–5 (50) ≤10 ≤5 |
≤20 1 1 ≤10 ≤5 |
|
Межрегенерационный период |
- |
1–2 |
2–3 |
2 |
|
Срок службы |
4 |
4–6 |
8–10 |
7–8 |
|
ОЧИМ за проход |
83–86 |
84 |
82–84 |
84 |
По результатам анализа был выбран катализатор ИПК-2С фирмы «Олкат». Он представляет собой платину, нанесенную на сульфатированную смесь оксида циркония и алюминия. Катализатор дает сравнимое октановое число в процессе «за проход». Поскольку на установке применяется рецикл низкооктановых малоразветвленных гексанов, то итоговое октановое число продукта останется таким же высоким. Для применения нового катализатора потребуется повышение мольного соотношения водород: сырье, но это компенсируется рядом преимуществ по сравнению с применяемым. Он более устойчив к примесям и способен к регенерации. Его применение позволит снизить температуру, повысить объемную скорость подачи сырья и отказаться от подачи промотирующего агента и защелачивания. Также у нового катализатора вдвое дольше срок службы.
Таким образом, для модернизации установки изомеризации было предложено заменить используемый в данный момент катализатор I-82 на ИПК-2С, выпускаемый НПФ «Олкат». Новый катализатор регенерируемый и служит почти вдвое дольше. Результатом модернизации станет снижение температуры процесса, увеличение объемной скорости подачи сырья, что увеличит производительность установки и отсутствие щелочных стоков.
Литература:
- Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. — Уфа: Гилем, 2002. — 672 с.
- Бурсиан Н. Р. Технология изомеризации парафиновых углеводородов. — Ленинград: Химия, 1985. — 192 с.
- Шакун А. Н., Фёдорова М. Л. Эффективность различных типов катализаторов и технологий изомеризации легких бензиновых фракций // Катализ в промышленности. — 2014. — № 5. — С. 29–37.
- Кузьмина Р. И., Фролов М. П., Ливенцев В. Т. Изомеризация — процесс получения экологически чистых бензинов. — Саратов: Издательство Саратовского Университета, 2008. — 80 с.
