Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗОМЕРИЗАЦИИ ПОТОКА СЫРЬЯ, СОДЕРЖАЩЕГО ОДИН ИЛИ БОЛЕЕ С4-С6 УГЛЕВОДОРОДОВ

Приоритет

В настоящей заявке испрашивается приоритет по заявке на патент США №13/005,959, которая подана 13 января 2011 и содержание которой полностью включено в изобретение посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к способу изомеризации и более конкретно к способу изомеризации потока сырья, содержащего один или более углеводородов С4-С6.

Уровень техники

Обычно традиционный компаундированный бензин содержит углеводороды С4⁺, имеющие температуру кипения ниже 205°С при атмосферном давлении. Углеводороды этого диапазона могут включать С4-С6 парафины и особенно С5-С6 нормальные парафины, которые могут иметь относительно низкие октановые числа. С целью повышения октанового числа, в процессе изомеризации возможно преобразование структуры парафиновых углеводородов в парафины с разветвленной цепочкой. Часто при повышении октанового числа используется изомеризация для превращения С6 и углеводородов, кипящих ниже.

Обычно установки изомеризации углеводородов С5 и С6 могут иметь высокое содержание С5, что может ограничивать «октан», особенно если в реакторе достигается равновесное соотношение изомеризованных углеводородов С5. Обычно колонна удаления изопентана может быть расположена перед установкой изомеризации с целью удаления изомерных углеводородов С5 в свежем сырье, обеспечивая повышенную степень превращения сырья, обогащенного нормальными углеводородами С5, в реакторе изомеризации. Однако степень превращения нормального пентана в изопентан в свежем сырье может ограничиваться без рециркуляции изомеризованных углеводородов С5 из продукта. Путем обработки продукта цеолитом можно удалить нормальный пентан и обеспечить его рециркуляцию, однако обычно такие установки являются капиталоемкими, и для них требуется значительное инженерное обеспечение. В результате в целом желательно разработать процесс, который является менее капиталоемким и в котором требуется меньше инженерного обеспечения для рециркуляции указанных материалов.

Краткое раскрытие изобретения

Одним примером осуществления может быть способ изомеризации потока сырья, содержащего один или более углеводородов С4-С6. Обычно такой способ включает контактирование потока сырья в реакционной зоне изомеризации с катализатором изомеризации в условиях изомеризации, чтобы получить поток, вытекающий из зоны изомеризации; пропускание по меньшей мере части потока, вытекающего из зоны изомеризации, в зону стабилизатора и извлечение стабилизированного верхнего потока, нижнего потока и боковой фракции; пропускание по меньшей мере части боковой фракции в отпарную зону; и подачу нижнего потока отпарной колонны в зону разделения С5 и пропускание потока из зоны разделения С5 в реакционную зону изомеризации. Обычно стабилизированный верхний поток может содержать один или более углеводородов С5^-, нижний поток стабилизатора может содержать по меньшей мере 85 масс.% одного или более С6⁺ углеводородов, и боковая фракция может содержать по меньшей мере 85 масс.% одного или более С5⁺ углеводородов. Кроме того, нижний поток отпарной колонны может содержать по меньшей мере 90 масс.% одного или более С5⁺ углеводородов.

Другим примером осуществления может быть способ изомеризации потока сырья, содержащего один или более углеводородов С4-С6. Обычно этот способ включает контактирование потока сырья в реакционной зоне изомеризации с катализатором изомеризации в условиях изомеризации, чтобы получить поток, вытекающий из зоны изомеризации; пропускание по меньшей мере части потока, вытекающего из зоны изомеризации в стабилизационную колонну, и извлечение стабилизированного верхнего потока, нижнего потока, и боковой фракции; пропускание по меньшей мере части боковой фракции в отпарную колонну; подачу нижнего потока отпарной колонны в колонну разделения углеводородов С5, чтобы получить верхний поток и нижний поток; и объединение верхнего потока колонны разделения углеводородов С5 с нижним потоком стабилизационной колонны в виде потока продукта изомеризации, и рециркуляцию нижнего потока колонны разделения углеводородов С5 в реакционную зону изомеризации. Обычно стабилизированный верхний поток может содержать один или более С5^- углеводородов, нижний поток может содержать по меньшей мере 85 масс.% одного или более С6⁺ углеводородов, и боковая фракция стабилизационной колонны может содержать по меньшей мере 85 масс.% одного или более С5⁺ углеводородов. Кроме того, нижний поток отпарной колонны обычно включает в себя по меньшей мере 90 масс.% одного или более С5⁺ углеводородов.

Дополнительным примером осуществления может быть способ изомеризации потока сырья, содержащего один или более углеводородов С4-С6. Указанный способ может включать контактирование потока сырья в реакционной зоне изомеризации с катализатором изомеризации в условиях изомеризации, чтобы получить поток, вытекающий из зоны изомеризации; пропускание по меньшей мере части потока, вытекающего из зоны изомеризации, в стабилизационную колонну, и извлечение стабилизированного верхнего потока, нижнего потока и боковой фракции; пропускание по меньшей мере части боковой фракции в отпарную колонну; и подачу нижнего потока отпарной колонны в колонну разделения углеводородов С5, чтобы получить верхний поток и нижний поток; и объединение верхнего потока колонны разделения углеводородов С5 с нижним потоком стабилизационной колонны в виде потока продукта изомеризации, рециркуляцию нижнего потока колонны разделения углеводородов С5 в реакционную зону изомеризации. Обычно стабилизированный верхний поток содержит один или более С5^- углеводородов, нижний поток содержит один или более С6⁺ углеводородов, и боковая фракция содержит один или более С5⁺ углеводородов. Кроме того, нижний поток отпарной колонны может содержать один или более С5⁺ углеводородов.

Обычно в описанных в изобретении примерах осуществления допускается добавление отпарной зоны с целью разделения потока, вытекающего из зоны изомеризации, на отдельные потоки. Конкретно, верхний поток отпарной колонны может содержать по меньшей мере 5 масс.% одного или более С4^- углеводородов, и нижний поток отпарной колонны содержит по меньшей мере 90 масс.% одного или более С5⁺ углеводородов. Нижний поток отпарной колонны можно рециркулировать в зону разделения углеводородов С5, в которой можно дополнительно отделить изопентан от нормального пентана. В результате в указанной конфигурации можно обеспечить эффективную рециркуляцию нормальных парафиновых углеводородов С5 при минимизации рециркуляции С4^- углеводородов. Таким образом, раскрытые в изобретении примеры осуществления могут обеспечить усовершенствованный способ рециркуляции одного или более углеводородов С5 в зоне изомеризации, без чрезмерного увеличения энергетических и капитальных затрат.

Определения

Используемый в изобретении термин "поток" может включать в себя различные углеводородные молекулы, такие как неразветвленные, разветвленные или циклические алканы, алкены, алкадиены и алкины, и необязательно другие вещества, такие как газы, например водород, или примеси, такие как тяжелые металлы, и сернистые и азотистые соединения. Кроме того, поток может содержать ароматические и неароматические углеводороды. Более того, углеводородные молекулы могут сокращенно обозначаться как C1, С2, С3…Сn, где "n" означает количество атомов углерода в одной или нескольких углеводородных молекулах. Кроме того, верхние индексы "+" или "-" могут быть использованы вместе с сокращенным обозначением одного или нескольких углеводородов, например, С3⁺ или С3^-, которое включает в себя сокращение одного или нескольких углеводородов. Например, сокращение "С3⁺" означает один или более типов углеводородных молекул, имеющих три или больше атома углерода.

Используемый в изобретении термин "зона" может относиться к области, содержащей одну или более единиц оборудования, и/или к одной или нескольким частям зон. Единицы оборудования могут содержать один или более реакторов или реакционных резервуаров, нагревателей, теплообменников, трубопроводов, насосов, компрессоров и устройств управления. Кроме того, единица оборудования, такая как реактор, блок осушителя или резервуар, дополнительно могут включать одну или более зон или частей зон (подзон).

Используемый в изобретении термин "обогащенный" обычно может означать количество по меньшей мере 50% и предпочтительно 70 мол.% соединения или класса соединений в потоке.

Используемый в изобретении термин "существенно" может означать обычно количество по меньшей мере 80% и предпочтительно 90 мол.% соединения или класса соединений в потоке.

Используемые в изобретении термины "алкан" и "парафин" могут использоваться равнозначно.

Используемый в изобретении термин "верхний поток" может означать поток, выведенный сверху или вблизи верха колонны, обычно дистилляционной колонны.

Используемый в изобретении термин "нижний поток" может означать поток, выведенный снизу или вблизи дна колонны, обычно дистилляционной колонны.

Изображенные на чертеже линии технологических потоков могут взаимозаменяемо относиться, например, к линиям, трубопроводам, потокам, сырью, вытекающим потокам и продуктам.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 схематически изображен пример установки для получения продукта изомеризации.

Подробное раскрытие изобретения

Как видно из фигуры 1, типичная установка 100 для получения продукта изомеризации может содержать реакционную зону изомеризации 180, зону стабилизации 200, отпарную зону 300 и зону 400 разделения С5. Зоны изомеризации углеводородов С4-С6 раскрыты, например, в работе Nelson A. Cusher, UOP Репех Process and UOP Par-Isom Process, The Handbook of Petroleum Refining Processes, 3е издание, Robert A. Myers (редактор), 2004, с.9.15-9.27 и с.9.41-9.45, а также, например, в патентах США US 5,326,926, US 7,223,898 В2, и US 7,514,590 В1.

Поток сырья 120 может содержать углеводородную фракцию, содержащую один или более нормальных парафинов С4-С6. Такие углеводородные фракции описаны, например, в патенте США №7,223,898 В2. Указанные углеводородные фракции могут содержать нормальные парафины С4-С6, причем фракции необязательно обогащены нормальными парафинами С4-С6. Одна характерная углеводородная фракция содержит практически чистые нормальные парафины, имеющие от 4 до 6 атомов углерода. Другие углеводородные фракции могут включать легкий газоконденсатный бензин, легкую прямогонную нафту, конденсат газойля, легкий рафинат, легкий реформат, легкий углеводород, бутан из природного газа, и прямогонный дистиллят, имеющий точку конца кипения 77°С и необязательно содержащий значительное количество одного или нескольких С4-С6 парафинов. Поток сырья 120 также может содержать небольшую концентрацию ненасыщенных углеводородов и углеводородов, имеющих больше 6 атомов углерода.

В одном примере осуществления поток сырья 120 может содержать (см.табл.1):

Поток сырья 120 может объединяться с рециркуляционным потоком 324, как описано в дальнейшем, с образованием комбинированного потока сырья 124, причем состав этого потока может быть различным среди химико-технологических установок и нефтеперерабатывающих заводов. Комбинированный поток сырья 124 может подаваться в реакционную зону изомеризации 180.

Если используется галоидированный, например хлорированный катализатор, то комбинированный поток сырья 124 может проходить через блок осушителя 164 до поступления в реакционную зону изомеризации 180. Обычно реакционная зона изомеризации 180 также может принимать поток 162 свежего газа, который может проходить через блок осушителя 168, и хлоридный поток 170. Типичная реакционная зона изомеризации 180 описана, например, в патенте США №7,223,898. В такой реакционной зоне изомеризации 180 часто газ, разделенный в зоне стабилизатора 200, как описано в дальнейшем, может подвергаться очистке до сбрасывания.

Реакционная зона изомеризации 180 может содержать один или более характерных катализаторов, которые раскрыты, например, в патентах США №7,223,898 В2 и №5,326,926. Комбинированный поток сырья 124 может контактировать с катализатором изомеризации в реакционной зоне изомеризации 180. Указанный катализатор может быть галоидированным катализатором, например хлорированным катализатором платина на оксиде алюминия. Оксид алюминия может быть безводным гамма-оксидом алюминия, хотя могут быть использованы другие формы оксида алюминия. Кроме платины катализатор необязательно может содержать один или более металлов, выбранных из ряда: палладий, германий, рутений, родий, осмий и иридий. Катализатор может содержать от 0,1 до 0,25 масс.% платины и необязательно 0,1 - 0,25 масс.% одного или более металлов, выбранных из ряда: палладий, германий, рутений, родий, осмий и иридий, в расчете на массу катализатора. Такой типичный катализатор описан, например, в патенте США №5,326,926.

Если используется негалоидированный катализатор, то блок осушителя 164, а также 168 и хлоридный поток 170 могут быть исключены. Конкретно, комбинированный поток сырья 124 может поступать непосредственно в реакционную зону изомеризации 180 без осушки. Кроме того, поток 162 свежего газа также можно подавать прямо в реакционную зону изомеризации 180 без осушки. Катализаторы, расположенные в таких зонах, описаны, например, в патенте США 7,223,898 В2.

Другой подходящий катализатор изомеризации представляет собой твердый сильнокислотный катализатор, который может включать сульфатированный носитель - оксид или гидроксид металла из группы IVB (ИЮПАК 4), предпочтительно оксид или гидроксид циркония по меньшей мере первый компонент, выбранный из редкоземельных элементов или иттрия, и по меньшей мере второй компонент, который представляет собой металл из группы платины. Металл из группы IVB (ИЮПАК 4) может включать титан, цирконий, гафний и дубний. Катализатор необязательно содержит связующий материал - неорганический оксид, такой как оксид алюминия.

Материал носителя для твердого сильнокислотного катализатора может содержать оксид или гидроксид металла из группы IVB (ИЮПАК 4). В одном примере осуществления элементом из группы IVB является цирконий или титан. Сульфат может входить в состав материала носителя. Компонент из ряда редкоземельных элементов может быть введен в композицию с использованием любого подходящего средства. Компонент из ряда редкоземельных элементов может быть одним или несколькими из: лантана, церия, празеодима, неодима, прометия, самария, европия, гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия, эрбия, тулия, иттербия и лютеция. Подходящее количество компонента из ряда редкоземельных элементов может составлять 0,01-10 масс.% на основе элемента в расчете на массу катализатора. Металлический компонент из группы платины может быть добавлен в каталитическую композицию любым подходящим способом, таким как пропитка. Металлический компонент из группы платины может быть одним или несколькими металлами из: платины, палладия, рутения, родия, иридия, и осмия в количестве 0,01 - 2 масс.% металлического компонента из группы платины, на основе элемента в расчете на массу катализатора.

Необязательно катализатор связан с тугоплавким неорганическим оксидом. В случае использования связующий материал обычно составляет от 0,1 до 50%, предпочтительно 5-20 масс.% в расчете на массу готового катализатора. Носитель, сульфат, металлические компоненты и необязательный связующий материал могут вводиться в композицию в любом порядке, который эффективен при получении катализатора, применяемого для изомеризации углеводородов. Примерами подходящих атомных отношений лантанидов или иттрия к металлу из группы платины могут быть, по меньшей мере, 1:1; предпочтительно 2:1. Необязательно катализатор может содержать дополнительный третий компонент: железо, кобальт, никель, рений или их смесь. В качестве примера железо может присутствовать в количестве 0,1-5 масс.% на основе элемента в расчете на массу катализатора. В одном примере осуществления твердый сильнокислотный катализатор изомеризации может быть сульфатированным диоксидом циркония или модифицированным сульфатированным диоксидом циркония.

Реакционная зона изомеризации 180 может работать в любых подходящих условиях, в зависимости от состава комбинированного потока сырья 124 и типа катализатора. В качестве примера условия эксплуатации в реакционной зоне изомеризации 180 можно выбирать таким образом, чтобы максимизировать получение изоалканов. Температура внутри реакционной зоны изомеризации 180 обычно изменяется от 40 до 235°С и давление обычно изменяется от 700 до 7000 кПа. Скорость подачи сырья в реакционную зону изомеризации 180 также может изменяться в широком диапазоне, включая объемную скорость подачи жидкости в диапазоне от 0,5 до 12 час^-1.

Поток 184 продукта изомеризации можно подавать в зону стабилизатора 200 с целью отделения желательных продуктов изомеризации от водорода, легких фракций, низкооктановых продуктов изомеризации, и циклогексана вместе с тяжелыми углеводородами, имеющими 7 или больше атомов углерода. Зона стабилизатора 200 может включать в себя стабилизационную колонну 220, приемник 250 и кипятильник 224. Поток 184, вытекающий из зоны изомеризации, поступает в стабилизационную колонну 220, в которой образуется стабилизированный верхний поток 240 и нижний поток 226. В типичной стабилизационной колонне 220 может получаться стабилизированный верхний поток 240, который может направляться в приемник 250, где один или более С5^- углеводородов могут отделяться в виде газообразного потока 262 и подвергаться очистке для галоидированного катализатора изомеризации, или рециркулировать в случае использования негалоидированного катализатора изомеризации. Температура внизу стабилизационной колонны может изменяться значительно из-за наличия более тяжелых углеводородов, таких как С7⁺ углеводороды, присутствующих в сырье, то есть потока, вытекающего из зоны изомеризации 184 в стабилизационную колонну 220. Часть нижнего потока приемника 254 необязательно может удаляться в качестве потока чистого продукта 264, причем другая часть используется в качестве потока флегмы 258 для стабилизационной колонны 220.

Любая подходящая тарелка внутри стабилизационной колонны 220, обычно в верхней половине, предпочтительно в двух пятых, или даже в верхней трети тарелок внутри стабилизационной колонны 220 может давать поток 284 сырья для отпарной колонны, отбираемый в виде боковой фракции с тарелки 222. Поток 284 сырья может направляться в отпарную зону 300 и может содержать по меньшей мере 10 масс.% одного или более С5⁺ углеводородов. В качестве альтернативы, поток 284 сырья может содержать по меньшей мере 70% или даже 85 масс.% одного или более С5⁺ углеводородов.

В связи с этим в следующей таблице 2 показаны типичные технологические параметры для одного примера осуществления, в котором стабилизационная колонна 220 связана с реакционной зоной изомеризации 180, содержащей негалоидированный катализатор (см. табл.2):

Нижний поток 226 из стабилизационной колонны 220 может расщепляться на поток 228 кипятильника и результирующий нижний поток или поток продукта 234.

Поток 228 кипятильника может проходить через кипятильник 224 и нагреваться от любого подходящего нагревающего потока 232, такого как поток под давлением или технологический поток. Обычно нижний поток 226 может содержать, по меньшей мере 85 масс.% одного или более С6⁺ углеводородов. Поток 234 продукта может объединяться с общим верхним потоком 432 из зоны 400 разделения углеводородов С5, как описано в дальнейшем, с образованием потока 440 объединенного продукта изомеризации, например компаундированного бензина. Типичный поток 440 продукта изомеризации обогащен изомерами С5.

Отпарная зона 300 может содержать отпарную колонну 304, имеющую кипятильник 316, который может предоставлять верхний поток отпарной колонны 308 и нижний поток отпарной колонны 312. Обычной целью отпарной колонны 304 является выпаривание С4^- углеводородов, чтобы получить результирующий нижний поток 330 отпарной колонны, который содержит, главным образом, один или более углеводородов С5, которые направляются в зону 400 разделения С5. Обычно верхний поток 308 отпарной колонны включает по меньшей мере 5 масс.% одного или нескольких С4^- углеводородов. Нижний поток 312 отпарной колонны может расщепляться на отпаривающий поток 320 кипятильника и результирующий нижний поток 330 отпарной колонны и включает по меньшей мере 90 масс.% одного или нескольких С5⁺ углеводородов. Нагревающий поток 322 может использовать любой подходящий источник тепла, такой как другой технологический поток или поток под давлением. Отпаривающий поток 320 кипятильника можно возвращать в отпарную колонну 304. Как показано на схеме, типичная отпарная колонна 304 включает кипятильник 316, но может не содержать холодильник и приемник.

Типичная отпарная колонна 304 эксплуатируется с целью получения суммарного нижнего потока 330 отпарной колонны, который имеет малое содержание С4^- углеводородов и который может направляться в зону 400 разделения углеводородов С5, как описано в дальнейшем. В связи с этим, в следующей таблице 3 показаны типичные технологические параметры для одного примера осуществления, в котором отпарная колонна 304 связана с реакционной зоной изомеризации 180:

В этом примере осуществления отбор боковой фракции может обеспечить разделение углеводородов С5 для рециркуляции в реакционную зону изомеризации 180.

Более того, за счет подачи результирующего нижнего потока 330 отпарной колонны в зону 400 разделения углеводородов С5 можно удалить изопентан.

Результирующий нижний поток 330 отпарной колонны можно подавать в зону 400 разделения углеводородов С5, в которой может находиться колонна 410 разделения углеводородов С5 и приемник 420 для разделения изопентана и пентана. Обычно изопентан может выходить в виде верхнего потока 414 и проходит в приемник 420. Нижний поток 424 приемника можно расщеплять на поток 428 флегмы, возвращаемый в колонну 410 разделения углеводородов С5, и результирующий верхний поток 432. Указанный результирующий верхний поток 432 может объединяться с суммарным нижним потоком 234 стабилизатора с образованием потока 440 продукта изомеризации. Обычно результирующий верхний поток 432 может быть обогащен одним или несколькими изомерными углеводородами С5 и может содержать по меньшей мере 50%, предпочтительно 90 мол.% изопентана. Нижний поток 324 из колонны разделения углеводородов С5, который содержит нормальный пентан, можно рециркулировать в поток сырья 120 с образованием комбинированного потока сырья 124 для реакционной зоны 180 изомеризации. Хотя на чертеже это не показано, все колонны в схеме могут быть связаны с другим оборудованием, таким как кипятильники, холодильники и теплообменники.

Типичные потоки в установке 100 для получения продукта изомеризации, которая приведена на фигуре 1, без потока 264 продукта, могут иметь следующие составы (см.табл.4):

Типичные потоки в установке 100 для получения продукта изомеризации, которая приведена на фигуре 1, с потоком 264 продукта, могут иметь следующие составы (см.табл.5):

В этом примере осуществления с негалоидированным катализатором обычно отсутствует потребность в удалении галоидных соединений, таких как хлористый водород. В результате результирующий поток 264 продукта можно отбирать как конечный продукт.

Предполагается, что специалист в данной области техники без дополнительной разработки сможет с использованием предшествующего описания, полностью осуществить настоящее изобретение. Следовательно, предшествующие предпочтительные конкретные примеры осуществления следует рассматривать как просто иллюстративные, причем без ограничения оставшейся части описания никоим образом.

В предшествующем тексте все данные температуры приведены в градусах Цельсия, все части даны по массе, если не указано другое.

С помощью предшествующего описания специалист в данной области техники сможет легко убедиться в существенных характеристиках настоящего изобретения и без отклонения от замысла и объема изобретения сможет выполнить различные изменения и модификации с целью приспособления изобретения для применения в различных условиях.