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

Приоритет

В настоящей заявке испрашивается приоритет по заявке на патент США 13/005940, которая подана 13 января 2011, 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 C4⁺, 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 для повышения 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. С использованием цеолита из продукта 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 потока сырья для отпарной колонны; пропускание потока сырья для отпарной колонны в отпарную зону и разделение потока сырья для отпарной колонны на верхний поток отпарной колонны и нижний поток отпарной колонны; и рециркуляцию по меньшей мере части нижнего потока отпарной колонны в зону удаления изопентана и пропускание потока из зоны удаления изопентана в реакционную зону изомеризации. Обычно стабилизированный верхний поток может содержать один или несколько углеводородов С5^-, нижний поток содержит по меньшей мере 85 мас.% одного или более C6⁺ углеводородов; и поток сырья для отпарной колонны содержит по меньшей мере 10 мас.% одного или более C5⁺ углеводородов. Часто верхний поток отпарной колонны содержит по меньшей мере 5 мас.%, одного или более С4^- углеводородов и нижний поток отпарной колонны содержит по меньшей мере 90 мас.%, одного или более C5⁺ углеводородов.

Другим примером осуществления может быть способ изомеризации потока сырья, содержащего один или несколько 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 и нижнего потока; пропускание стабилизированного верхнего потока в приемник; отбор нижнего потока приемника из приемника и обеспечение по меньшей мере части в качестве потока сырья отпарной колонны; и рециркуляцию нижнего потока отпарной колонны в зону удаления изопентана и пропускание потока из зоны удаления изопентана в реакционную зону изомеризации. Стабилизированный верхний поток может содержать один или несколько С5^- углеводородов и нижний поток может содержать по меньшей мере 85 мас.% одного или более C6⁺ углеводородов. Поток сырья отпарной колонны может содержать по меньшей мере 10 мас.% одного или более C5⁺ углеводородов, и нижний поток отпарной колонны может содержать по меньшей мере 90 мас.%, одного или более C5⁺ углеводородов в зоне удаления изопентана.

Еще одним 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; рециркуляцию нижнего потока отпарной колонны в зону удаления изопентана и пропускание потока из зоны удаления изопентана в реакционную зону изомеризации. Стабилизированный верхний поток может включать один или несколько С5^- углеводородов, нижний поток может включать по меньшей мере 85 мас.%, одного или более C6⁺ углеводородов, и боковая фракция может включать, по меньшей мере 85 мас.%, одного или более C5⁺ углеводородов. Кроме того, нижний поток отпарной колонны может содержать по меньшей мере 90 мас.%, одного или более C5⁺ 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 мас.% одного или более С4^- углеводородов, и нижний поток отпарной колонны содержит по меньшей мере 90 мас.% одного или более C5⁺ углеводородов. Нижний поток отпарной колонны можно рециркулировать в зону удаления изопентана, в которой можно дополнительно отделить изопентан от нормального пентана. В результате, в указанной конфигурации можно обеспечить эффективную рециркуляцию одного или нескольких углеводородов С5, при минимизации рециркуляции С4^- углеводородов, и обеспечить извлечение нормального пентана для рециркуляции через зону изомеризации. 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, C2, С3…Cn, 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, C3⁺ 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 (подзон). 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 изображена типичная установка для получения продукта изомеризации.

На фигуре 2 схематически изображен другой вариант типичной установки для получения продукта изомеризации.

Подробное раскрытие изобретения

Как видно из фигуры 1, типичная установка 100 для получения продукта изомеризации может содержать зону 140 удаления изопентана, реакционную зону изомеризации 180, зону стабилизатора 200 и отпарную зону 300. Зоны изомеризации углеводородов С4-С6 раскрыты, например, в работе Nelson A. Cusher, UOP Penex 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 US 5326926, US 7223898 B2 и US 7514590 B1.

Поток сырья 120 может содержать углеводородную фракцию, содержащую один или более нормальных парафинов С4-С6. Такие углеводородные фракции описаны, например, в патенте США №7223898 B2. Указанные углеводородные фракции могут содержать нормальные парафины С4-С6, причем фракции необязательно обогащены нормальными парафинами С4-С6. Одна типичная 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 более С4-С6 парафинов. Поток сырья 120 также может иметь небольшую концентрацию ненасыщенных углеводородов и углеводородов, имеющих больше 6 атомов углерода.

В одном примере осуществления поток сырья 120 может содержать:

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 зону удаления изопентана 140. Обычно зона 140 удаления изопентана может содержать колонну 150 удаления изопентана. В указанной колонне 150 удаления изопентана можно получить верхний поток 154, содержащий, по меньшей мере 85 мас.%, одного или более углеводородов С5, таких как изопентан, которые можно использовать в качестве продукта изомеризации. Нижний поток 158 из зоны 140 удаления изопентана может направляться в реакционную зону изомеризации 180.

Если используется галоидированный, например, хлорированный катализатор, то нижний поток 158 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 №7223898. В такой реакционной зоне изомеризации 180 газ, разделенный в зоне стабилизатора 200, как описано в дальнейшем, часто может подвергаться очистке до сбрасывания.

Реакционная зона изомеризации 180 может содержать один или несколько характерных катализаторов, которые раскрыты, например, в патентах США №7223898 В2 и №5326926. 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 несколько металлов: палладий, германий, рутений, родий, осмий и иридий. Катализатор может содержать от 0,1 до 0,25 мас.% платины и необязательно 0,1-0,25 мас.% одного или более металлов: палладий, германий, рутений, родий, осмий и иридий, в расчете на массу катализатора. Такой типичный катализатор описан, например, в патенте США №5326926.

Если используется негалоидированный катализатор, то блок осушителя 164, а также 168, и хлоридный поток 170 могут быть исключены. Конкретно, нижний поток 158 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 7223898 В2.

Другой подходящий катализатор изомеризации представляет собой твердый сильно кислотный 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 сильно кислотного катализатора может содержать оксид или гидроксид металл 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 мас.% 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 мас.% 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 мас.%, 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 мас.%, на основе элемента, в расчете на массу катализатора. В одном примере осуществления, твердый сильно кислотный 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, в том числе объемная скорость подачи жидкости в диапазоне от 0,5 до 12 ч^-1.

Поток 184 продукта изомеризации может подаваться 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. Стабилизационную колонну 220 можно эксплуатировать в подходящих условиях для обеспечения рециркуляционного потока углеводородов С5 для зоны 140 удаления изопентана. В связи с этим, в следующей таблице показаны типичные технологические параметры для одного примера осуществления, в котором стабилизационная колонна 220 связана с реакционной зоной изомеризации 180, содержащей негалоидированный катализатор:

Температура внизу стабилизационной колонны может значительно изменяться в связи с наличием более тяжелых углеводородов, таких как C7⁺ углеводороды, присутствующие в сырье, то есть в потоке 184, вытекающем из зоны изомеризации в стабилизационную колонну 220.

В типичной стабилизационной колонне 220 может получаться 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 рециркуляции, в случае негалоидированного катализатора изомеризации. Нижний поток 254 приемника может расщепляться на поток 258 флегмы и на поток сырья 284 в отпарную колонну, которая будет описана в дальнейшем. Нижний поток 226 из стабилизационной колонны 220 может расщепляться на поток 228 кипятильника и на поток 234 продукта. Поток 228 кипятильника может проходить через кипятильник 224 и нагреваться подходящим нагревающим потоком 232, таким как поток под давлением или технологический поток. Типичный нижний поток 226 может содержать по меньшей мере 85 мас.%, одного или более C6⁺ углеводородов. Поток продукта 234 может объединяться с верхним потоком 154 из зоны 140 удаления изопентана с образованием объединенного продукта, например компаундированного бензина.

Сырье 284 отпарной колонны, которое может быть частью нижнего потока 254 из приемника 250, может поступать в отпарную зону 300. Поток 284 сырья может содержать по меньшей мере 10 мас.% одного или более C5⁺ углеводородов. В отпарной зоне 300 может находиться отпарная колонна 304, имеющая кипятильник 316, в которой может образоваться верхний поток 308 отпарной колонны и нижний поток 312 отпарной колонны. Обычно верхний поток 308 отпарной колонны содержит по меньшей мере 5 мас.%, одного или более С4^- углеводородов. Верхний поток 308 отпарной колонны может объединяться со стабилизированным верхним потоком 240, который поступает в приемник 250 и может содержать по меньшей мере 10 мас.%, одного или более С5^- углеводородов. Нижний поток 312 отпарной колонны может расщепляться на поток 320 кипятильника отпарной колонны и результирующий нижний поток отпарной колонны или рециркуляционный поток 324 отпарной колонны, и включает в себя по меньшей мере 90 мас.% одного или более C5⁺ углеводородов. Типичная отпарная колонна 304 эксплуатируется с целью получения рециркуляционного потока 324 отпарной колонны, который имеет низкую концентрацию С4^- углеводородов. Как показано на схеме, типичная отпарная колонна 304 включает кипятильник 316, но может не содержать холодильник и приемник.

В связи с этим, в следующей таблице показаны типичные технологические параметры для одного примера осуществления, в котором отпарная колонна 304 связана с реакционной зоной изомеризации 180:

Поток 320 кипятильника отпарной колонны может проходить через кипятильник 316, в котором может быть предусмотрен нагревающий поток 322. В качестве нагревающего потока 322 может использовать любой подходящий источник тепла, такой как другие технологические потоки или поток под давлением. Поток 320 кипятильника отпарной колонны может возвращаться в отпарную колонну 304.

Типичные потоки в установке 100 для получения продукта изомеризации, которая приведена на фигуре 1, без потока 264 продукта, могут иметь следующие составы.

На фигуре 2 изображен другой характерный вариант установки 100 для получения продукта изомеризации. В этом примере осуществления отпарная зона 300 получает свое сырье 284 в виде боковой фракции из стабилизационной колонны 220. Как обсуждалось выше на фигуре 1, поток 184, вытекающий из зоны изомеризации может направляться в зону стабилизатора 200. Поток, вытекающий из зоны изомеризации 184, поступает в стабилизационную колонну 220, в которой образуется стабилизированный верхний поток 240 и нижний поток 226. Стабилизированный верхний поток 240 проходит в приемник 250 и обеспечивает газообразный поток 262, который может подвергаться очистке или рециркуляции, как обсуждалось выше, и нижний поток 254 из приемника. Часть нижнего потока 254 из приемника может быть удалена в виде потока 264 вместе с другой частью, которая обеспечивает поток 258 флегмы. 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 быть подан в отпарную колонну 304, как обсуждалось выше, и может содержать по меньшей мере 10% или даже по меньшей мере 70% или 85 мас.% одного или более C5⁺ углеводородов. Главной целью отпарной колонны 304 является выпаривание С4^- углеводородов, чтобы получить результирующий нижний поток отпарной колонны 324, который содержит, главным образом, один или более углеводородов С5 для рециркуляции в реакционную зону изомеризации 180. Обычно верхний поток отпарной колонны 308 может возвращаться в стабилизационную колонну 220, в то время как нижний поток отпарной колонны 312 расщепляется, обеспечивая поток 320 для кипятильника отпарной колонны и рециркуляционный поток 324 из отпарной колонны, который объединяется с потоком сырья 120. Нижняя часть стабилизационной колонны 220 может эксплуатироваться, как обсуждалось выше. В этом примере осуществления, отбор боковой фракции может обеспечивать разделение углеводородов С5 для рециркуляции в реакционную зону изомеризации 180. Более того, с использованием рециркуляции в зону 140 удаления изопентана можно удалить изопентан до поступления нижнего потока 158 в реакционную зону изомеризации 180. Хотя на чертежах это не показано, все колонны в схеме могут быть связаны с другим оборудованием, таким как кипятильники, холодильники и теплообменники.

Обычно при эксплуатации желательно, чтобы стабилизационная колонна 220 и отпарная колонна 304 работали в таких условиях, чтобы получить максимальное количество углеводородов С5 в комбинированном потоке сырья 124. Характерные условия работы стабилизационной колонны 220 и отпарной колонны 304 описаны выше.

Типичные потоки в установке 100 для получения продукта изомеризации, которая приведена на фигуре 2, без потока 264 продукта, могут иметь следующие составы.

Типичные потоки в установке 100 для получения продукта изомеризации, которая приведена на фигуре 2, с потоком 264 продукта, могут иметь следующие составы.

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.