Изучение процесса соединения линейных углеводородов в соединения с разветвленной цепью, которые имеют более высокое октановое число. Переработка нефтяных продуктов (пиролиз, крекинг). Технологический процесс изомеризации. Технологический расчет реактора.
Изомеризация приводит к получению соединения с иным расположением атомов или групп, но при этом не происходит изменение состава и молекулярной массы соединения. Установка изомеризации позволяет извлекать из состава бензинов низкооктановые легкие фракции, производя изомеризат, который, в свою очередь, позволяет увеличить выход автомобильных бензинов из перерабатываемой нефти с повышенным октановым числом, с одновременным уменьшением содержания ароматических углеводородов, бензола и олефинов. Особо не вдаваясь в технологию производства, отметим, что уникальность технологии - в сочетании процессов изомеризации и селективной жидкофазной адсорбции на молекулярных ситах, что позволяет за счет увеличения конверсии н-парафинов повысить антидетонационные характеристики легкого прямогонного бензина. В блоке ректификации сырье предварительно разделяется на пентановые и гексановые фракции, направляемые на изомеризацию, после которой проводится стабилизация полученного продукта и выделение из него товарных изопентана и изогексана. На платиновом катализаторе, находящемся в реакторе, примерно половина сырья изомеризуется, так что продукт, выходящий из реактора, (изомеризат) можно фракционировать, и полученный при этом нормальный пентан можно возвращать в процесс вплоть до полной конверсии.При работе в режиме получения высокооктанового компонента (установки, строящиеся на НПЗ) сырьем являються легкие прямогонные фракции, продукцией - изокомпонент, который направляется на смешение с катализатами риформинга и каталитического крекинга для получения высокооктановых бензинов. Изомеризация увеличивает октановое число бензина, снижает содержание ароматических углеводородов, дает возможность уменьшения жесткости процессов риформинга и, в конечном счете, увеличивает общий бензиновый ресурс, что делает эти процессы очень актуальными. Поток, выходящий из 1-го реактора, охлаждается и поступает во 2-й реактор для завершения реакции изомеризации до уровня близкого к химическому равновесию. В гидрогенизационных процессах следует рассматривать комплексно - учитывать общее давление в системе и парциальное давление водорода в циркулирующем газе с повышением парциального давления водорода в циркулирующем газе. С увеличением объемной скорости уменьшается время пребывания сырья в реакторе, то есть время контакта сырья с катализатором.Процесс изомеризации легких бензиновых фракций экономически эффективен при выходе изомеризата на сырье не менее 95 % и приросте октанового числа от 6 пунктов и выше. Прежде всего этим требованиям отвечает технология изомеризации на высоко хлорированных катализаторах. Выход изомеризата достигает 98 %, а прирост октанового числа составляет 12-14 пунктов. Необходимо отметить следующиее достоинства: процесс характеризуется высокой селективностью; возможно применять оборудование из углеродистой стали; практически нет коксообразования; примеси бензола и нафтенов в сырье не влияют на активность катализатора; увеличение содержания серы и углеводородов С7 в сырье за пределы нормы приводит лишь к временному снижению активности катализатора; низкая скорость реакцій гидрокрекинга и небольшое коксообразование позволяют осуществлять процесс с выходами продуктов, близкими к получаемым по условиям термодинамического равновесия.
План
Суммарное содержание кислородсодержащих соединений 10 ppm
Введение
углеводород октановый изомерация
Изомеризация бензиновых фракций - это процесс соединения линейных углеводородов в соединения с разветвленной цепью, которые имеют более высокое октановое число.
Обычно сопровождает процессы переработки нефтяных продуктов (пиролиз, крекинг).
Изомеризация приводит к получению соединения с иным расположением атомов или групп, но при этом не происходит изменение состава и молекулярной массы соединения.
Изомеризация бензиновых фракций позволяет уменьшить содержания ароматических углеводородов при сохранении высокого октанового числа.
Установка изомеризации позволяет извлекать из состава бензинов низкооктановые легкие фракции, производя изомеризат, который, в свою очередь, позволяет увеличить выход автомобильных бензинов из перерабатываемой нефти с повышенным октановым числом, с одновременным уменьшением содержания ароматических углеводородов, бензола и олефинов.
Технологический процесс изомеризации предполагает использование катализатора с определенными каталитическими, физико-химическими и устойчивыми к действию каталитических ядов характеристиками.
Особо не вдаваясь в технологию производства, отметим, что уникальность технологии - в сочетании процессов изомеризации и селективной жидкофазной адсорбции на молекулярных ситах, что позволяет за счет увеличения конверсии н-парафинов повысить антидетонационные характеристики легкого прямогонного бензина.
Цель данного курсового проекта - рассмотреть технологию изомеризации легких бензиновых фракций. Произвести технологический расчет реактора, рассчитать материальный баланс.
1. Общая часть
1.1 Литературный обзор [3]
Процесс каталитической изомеризации предназначен для получения высокооктановых компонентов бензина, а также сырья для нефтехимической промышленности. Сырьем являются н-бутан, легкие прямогонные фракции н.к.-62°С, рафинаты каталитического риформинга, н-пентан и н-гексан или их смеси, выделенные при фракционировании газов. Процесс проводят в среде водородсодержащего газа.
Основными катализаторами являются: катализатор Фриделя-Крафтса, сульфид вольфрама, бифункциональные, цеолитсодержащие с благородными металлами и комплексные. Наиболее распространены в настоящее время бифункциональные катализаторы, содержащие платину или палладий на кислотном носителе (оксид алюминия, цеолит).
Выход целевого продукта - изомеризата с октановым числом 88-92 (исследовательский метод) - составляет 93-97% (масс.); побочным продуктом процесса является сухой газ, используемый как топливный.
Установка изомеризации состоит из двух блоков - ректификации и изомеризации. В блоке ректификации сырье предварительно разделяется на пентановые и гексановые фракции, направляемые на изомеризацию, после которой проводится стабилизация полученного продукта и выделение из него товарных изопентана и изогексана. В блоке изомеризации получают изомеризаты.
Эксплуатация установок изомеризации имеет много общего с эксплуатацией установок каталитического риформинга. Большинство процессов, получивших распространение, проводят в паровой фазе и при довольно высоких температурах. Это, а также значительная стоимость фракционирующей секции установки, сдерживает широкое промышленное внедрение процесса. Внедрению должно способствовать улучшение технико-экономических показателей.
Для решения этой задачи необходимо продолжать поиски путей удешевления и совершенствования ректификации, а также разработки новых катализаторов, обладающих более высокой изомеризующей активностью.
Также как и установка изомеризации бутана, установка изомеризации пентан-гексановой фракции может включать колонну фракционирования сырья, в которой нормальные углеводороды концентрируются, а углеводороды изостроения отделяются. После этого нормальные парафины смешивают с водородом и небольшим количеством органического хлорида и подают в реактор. На платиновом катализаторе, находящемся в реакторе, примерно половина сырья изомеризуется, так что продукт, выходящий из реактора, (изомеризат) можно фракционировать, и полученный при этом нормальный пентан можно возвращать в процесс вплоть до полной конверсии. Так как гексаны кипят при более высокой температуре, чем н-пентан, а изопентан кипит при более низкой температуре, то для разделения гексанов требуются дополнительные приспособления; поэтому иногда более выгодно не проводить рециркуляцию н-гексана.
2. Технологическая часть
2.1 Химизм процесса [14]
Изомеризацией называют процесс превращения одних изомеров (соединений одинаковых по составу и молекулярной массе, но отличающихся по свойствам) в другие. В отличие от прочих термокаталитических процессов, каталитическая изомеризация протекает без изменения реакционного объема системы. Поэтому изменение давления не сказывается на получении целевого продукта. Реакцию изомеризации желательно проводить при не высоких температурах, так как это способствует образованию более разветвленных изомеров. Однако для интенсификации реакции процесс приходится вести при относительно высоких температурах. Схематично реакцию можно представить следующим образом: вначале на металлических центрах катализатора происходит дегидрирование исходного парафина;
затем на кислотных центрах катализатора происходит взаимодействие олефина с протоном (протонизация) и изомеризация образовавшегося карбкатиона;
далее идет депротонизация карбкатиона на металлических центрах катализатора с образованием олефина изомерного строения и его гидрирование до парафина со скелетом изомерного строения - целевого продукта.
Катализатору процесса изомеризации также свойственно закоксовываться, так как вначале происходит дегидрирование парафина на металлических центрах катализатора. Образовавшийся олефин на кислотных центрах катализатора превращается в карбкатион, который легко подвергается дальнейшей изомеризации либо полимеризуется. Для предотвращения этого процесс каталитической изомеризации углеводородных фракций бензинов так же, как и каталитический риформинг проводят под повышенным давлением водорода.
Основные составляющие сырья, влияющие на процесс изомеризации: воздействие олефинов, циклических соединений, у.в. С7 и бутана - количество и типы олефиновых у.в. содержащихся во фракции С5/С6 с установки риформинга приемлемы, но потоки с высоким содержанием олефинов нельзя перерабатывать без предварительного гидрирования для насыщения этих компонентов. Вредное воздействие большого количества олефинов заключается в том, что они физически обволакивают катализатор после их полимеризации. адсорбируются на катализаторе, снижая количество активных центров для изомеризации парафинов. При содержании бензола в исходном сырье более 5% масс.требуется дополнительный запас катализатора в реакторах. Насыщенные циклические у.в. потребляют значительное количество водорода в результате протекания экзотермической реакции, которая нежелательна для равновесия процесса изомеризации. Бензол быстро гидрируется и затем ведет себя как эквивалентное количество циклогексана. Циклогексан и другие нафтеновые у.в. С6 конвертируются в парафиновые у.в. С6, что приводит к снижению октанового числа. у.в. С7 . В сырье установки “Пенекс” содержание у.в. С7 и выше не должно быть более 3% масс. Парафиновые у.в. С7 легко подвергаются гидрокрекингу с образованием у.в. С3 и С4. Некоторая часть у.в. С7 , которая не подвергалась гидрокрекингу, изомеризуется с получением смеси у.в. с более низким октановым числом по сравнению с продуктами получаемыми из у.в. С5 и С6. Нафтеновые у.в. С7 оказывают такое же отрицательное воздействие, как и нафтеновые у.в. С6.
Бутан. И более легкие парафины проходят через реактор без изменений, т.к. являются инертными относительно каталитической реакции. Обычно содержание бутанов не должно превышать 4% об. содержание в сырье примесей.
Присутствие в сырье серы приведет к снижению активности катализатора. В этом случае для получения нужного соотношения продуктов необходима работа катализатора при более высокой температуре. После удаления серы по методике удаления серы из катализатора, катализатор постепенно восстанавливает свою активность. Необходимо также контролировать содержание в сырье примесей, являющихся ядом для катализатора. Ядами, необратимо отравляющими катализатор, являются соединения, которые оказывают на активность катализатора необратимое вредное воздействие. Для катализатора установки “Пенекс” такими соединениями являются вода, соединения азота, фториды, кислородсодержащие соединения.
Деактивация катализатора в результате воздействия таких соединений необратима. Примерно один килограмм кислорода в любой форме будет деактивировать 100 кг катализатора. Кислородсодержащие соединения вступают в химическую реакцию с активным хлором на катализаторе, который химически связан со структурой окиси алюминия во время производства катализатора.
Эти соединения реагируют с хлоридом в катализаторе или с HCL, содержащимся в рециркулирующем газе, с образованием солей, которые могут необратимо деактивировать катализатор: заблокировать активные центры катализатора, привести к потере хлоридов или к нарушению распределения потока изза отложения солей.
Эти соединения также являются ядом, который отравляет катализатор необратимо. Приблизительно один кг этого соединения будет деактивировать 100 кг катализатора.
Катализатор может противостоять воздействию лишь определенного количества этих примесей, при повышении котрого катализатор необратимо деактивируется и подлежит замене.
Таблица 1. Максимально допустимые уровни содержания примесей
Процесс изомеризации легких бензиновых фракций экономически эффективен при выходе изомеризата на сырье не менее 95 % и приросте октанового числа от 6 пунктов и выше. Прежде всего этим требованиям отвечает технология изомеризации на высоко хлорированных катализаторах. Выход изомеризата достигает 98 %, а прирост октанового числа составляет 12-14 пунктов. Технология широко апробирована в мировой нефтепереработке. Вместе с тем она имеет некоторые серьезные недостатки. Катализатор чрезвычайно чувствителен к влаге, азоту и сере. Поэтому традиционная гидроочистка недостаточна. Требуется дополнительная осушка на специальных адсорбентах не только ВСГ, но и гидрогенизата до содержания Н2О менее 1 ррт. Но и в этомслучае, для восполнения уноса хлора с катализатора, необходима постоянная подача хлористих соединений. Соответственно в процес существуют кислые стоки, и установка должна быть оборудована блоком их нейтрализации.
Необходимо отметить следующиее достоинства: процесс характеризуется высокой селективностью; возможно применять оборудование из углеродистой стали; практически нет коксообразования; примеси бензола и нафтенов в сырье не влияют на активность катализатора; увеличение содержания серы и углеводородов С7 в сырье за пределы нормы приводит лишь к временному снижению активности катализатора; низкая скорость реакцій гидрокрекинга и небольшое коксообразование позволяют осуществлять процесс с выходами продуктов, близкими к получаемым по условиям термодинамического равновесия.
В данном курсовом проекте рассчитаны тепловой баланса реактора, материальный баланс реактора и регенерация катализатора гидроочистки на установке изомеризации. Также была рассмотрена технология изомеризации легких бензиновых фракций.
Список литературы
1. Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А., Волошин Н.Д., Золотарев П.А. Технологические расчеты установок переработки нефти. - М.: Химия, 1987 г. - 352 с.
2. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. - Уфа.: Гилем, 2002. - 669 с.
3. Эрих В.Н. Химия и технология нефти и газа. - М.: Химия, 2007 г. - 424 с.
4. Баранов Д.А. Процессы и аппараты. - М.: Академия, 2005 г. - 304 с.
5. Черножуков Н.И. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов. - М.: Химия, 2004 г. - 423 с.
6. Ластовкин Г.А. Справочник нефтепереработчика. - Л.: Химия, 1986 г. - 648 с.
7. Сугак А.В., Леонтьев В.К., Веткин Ю.А. Оборудование нефтеперерабатывающего производства. - М.: Академия, 2012 г. - 336 с.
8. Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. - М.: Химия, 2007 г. - 311 с.
9. Павлычев В.П. Установка первичной переработки нефти. - М.: Химия, 1977 г. - 69 с.
10. Коротков П.И., Исаев Б.Н., Тетерук В.Г. Первичная переработка нефти на высокопроизводительных атмосферно-вакуумных установках. - М.: Химия, 1975 г. - 120 с.
11. Воронкова Л.Б. Охрана труда в нефтехимической промышленности. - М.: Академия, 2011 г. - 208 с.
12. Медведев В.Т. Охрана труда и промышленная экология. - М.: Академия, 2006 г. - 416 с.
13. Маринина Л.К., Васин А.Я. Безопасность труда в химической промышленности. - М.: Академия, 2007 г. - 528 с.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
