Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБЫ И АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗОМЕРИЗАЦИИ ПАРАФИНОВ

Заявление о приоритете

Данная заявка заявляет приоритет заявки США №13/434657, которая была подана 29 марта 2012 года, содержание которой во всей своей полноте посредством ссылки включается в настоящий документ.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем случае относится к способам и аппаратуре для изомеризации углеводородов, а, говоря более конкретно, относится к способам и аппаратуре для изомеризации парафинов при использовании катализатора изомеризации, промотированного хлоридом.

Уровень техники

Способы изомеризации широко используют на многих нефтеперерабатывающих предприятиях для перегруппировки молекулярной структуры прямоцепочечных парафиновых углеводородов в целях получения более высокоразветвленных углеводородов, которые в общем случае характеризуются более высокими октановыми числами. Во многих способах изомеризации в зоне реакции (например, что относится к поверхности, включающей один или несколько реакторов) используют хлорированный катализатор, такой как катализатор на основе хлорированного оксида алюминия, катализатор на основе хлорированных платины-алюминия и тому подобное. Хлорированный катализатор требует непрерывного добавления хлорида для замещения хлорида, удаленного с поверхности катализатора и унесенного в отходящий продукт зоны реакции. Обычно в поток парафинового подаваемого исходного сырья по ходу технологического потока до реактора в зоне реакции непрерывно вводят свежее подаваемое исходное сырье хлоридного промотора, такого как перхлорэтилен. Внутри реактора хлоридный промотор разлагается с образованием хлористого водорода, который активирует, например, промотирует или регенерирует, катализатор в результате восполнения хлорида, удаленного с поверхности катализатора.

Отходящий продукт зоны реакции в общем случае содержит значительное количество хлористого водорода от непрерывного разложения хлоридного промотора и удаления хлорида с поверхности катализатора. Поток продукта, содержащий разветвленные парафины, отделяют от отходящего продукта зоны реакции в результате удаления хлористого водорода и других легких летучих углеводородов (например, C₅- углеводородов) в качестве потока пара верхнего продукта стабилизатора. Поскольку хлористый водород создает проблемы в отношении экологии и обращения с ним, поток пара стабилизатора непрерывно подвергают газоочистке при использовании едкой щелочи, такой как гидроксид натрия, для нейтрализации хлористого водорода перед удалением потока отходящего газа из способа. Стоимость хлоридных промоторов и едких щелочей является относительно высокой, и многие нефтеперерабатывающие предприятия хотели бы уменьшить потребление у них данных компонентов в целях улучшения их технологической эффективности и уменьшения совокупных эксплуатационных затрат.

В соответствии с этим, желательно предложить способы и аппаратуру для изомеризации парафинов при уменьшенном потреблении хлоридного промотора и/или уменьшенном потреблении едкой щелочи в целях улучшения технологической эффективности и уменьшения совокупных эксплуатационных затрат. Кроме того, из следующего далее подробного описания изобретения и прилагаемой формулы изобретения, взятыми в сочетании с сопутствующими чертежами и данной вводной информацией, станут очевидными и другие желательные признаки и характеристики настоящего изобретения.

Краткое изложение изобретения

В настоящем документе предлагаются способы и аппаратура для изомеризации парафинов. В соответствии с одним примером варианта осуществления способ изомеризации парафинов включает стадии разделения отходящего продукта изомеризации на поток продукта, который содержит разветвленные и неразветвленные парафины, и поток пара верхнего продукта стабилизатора, который содержит HCl, H₂ и С₆- углеводороды. По меньшей мере, из части потока пара верхнего продукта стабилизатора удаляют C₆- углеводороды для получения потока, обогащенного HCl и H₂. Катализатор изомеризации активируют при использовании, по меньшей мере, части потока, обогащенного HCl и H₂, для получения катализатора изомеризации, промотированного хлоридом. Поток парафинового подаваемого исходного сырья вводят в контакт с катализатором изомеризации, промотированным хлоридом, в присутствии водорода для изомеризации парафинов.

В соответствии с еще одним примером варианта осуществления предлагается способ изомеризации парафинов. Способ включает стадии введения отходящего продукта изомеризации в стабилизатор в условиях стабилизации, эффективных для получения потока продукта, который содержит разветвленные и неразветвленные парафины, и поток пара верхнего продукта стабилизатора, который содержит HCl, H₂ и C₆- углеводороды. Поток пара верхнего продукта стабилизатора разделяют в первом сепараторе в первых условиях разделения на поток жидкости, который содержит С₃+ углеводород, и поток сухого газа, который содержит HCl, H₂ и C₅- углеводороды. По меньшей мере, из части потока сухого газа во втором сепараторе при вторых условиях разделения получают поток, обогащенный C₅- углеводородами, и поток, обогащенный HCl и H₂, который содержит HCl и H₂. По меньшей мере, часть потока, обогащенного HCl и H₂, вводят в реактор, функционирующий в условиях изомеризации, для активирования катализатора изомеризации, содержащегося в нем, и получения катализатора изомеризации, промотированного хлоридом. Поток парафинового подаваемого исходного сырья вводят в контакт с катализатором изомеризации, промотированным хлоридом, в реакторе в присутствии водорода для изомеризации парафинов.

В соответствии с еще одним примером варианта осуществления предлагается аппаратура для изомеризации парафинов. Аппаратура включает стабилизатор, выполненный с возможностью приема отходящего продукта изомеризации и функционирования в условиях стабилизации, эффективных для разделения отходящего продукта изомеризации на поток продукта и поток пара верхнего продукта стабилизатора. Поток продукта содержит разветвленные и неразветвленные парафины, а поток пара верхнего продукта стабилизатора содержит HCl, H₂ и C₅- углеводороды. Первый сепаратор выполнен с возможностью приема потока пара верхнего продукта стабилизатора и функционирования в первых условиях разделения, эффективных для разделения потока пара верхнего продукта стабилизатора на поток жидкости, который содержит C₃+ углеводород, и поток сухого газа, который содержит HCl, H₂ и C₅- углеводороды. Второй сепаратор выполнен с возможностью приема, по меньшей мере, части потока сухого газа и функционирования при вторых условиях разделения, эффективных для разделения, по меньшей мере, части потока сухого газа на поток, обогащенный C₅- углеводородами, и поток, обогащенный HCl и H₂, который содержит HCl и H₂. Зона реакции содержит катализатор изомеризации. Зона реакции сконфигурирована для приема, по меньшей мере, части потока, обогащенного HCl и H₂, и потока парафинового подаваемого исходного сырья и функционирования в условиях изомеризации в целях активирования катализатора изомеризации для получения катализатора изомеризации, промотированного хлоридом. Катализатор изомеризации, промотированный хлоридом, предназначен для контакта с потоком парафинового подаваемого исходного сырья в присутствии водорода для изомеризации парафинов.

Краткое описание чертежей

Ниже в настоящем документе настоящее изобретение будет описываться в сочетании со следующей далее фигурой чертежа, где подобные номера обозначают подобные элементы и где

ФИГУРА 1 схематически иллюстрирует аппаратуру и способ для изомеризации парафинов в соответствии с одним примером варианта осуществления.

Подробное описание изобретения

Следующее далее подробное описание изобретения по своей природе представляет собой просто пример и не предназначено для ограничения изобретения или области применения и вариантов использования изобретения. Кроме того, отсутствует какое-либо намерение связывать себя какой-либо теорией, представленной в предшествующей вводной информации или последующем подробном описании изобретения.

Различные варианты осуществления, предусмотренные в настоящем документе, относятся к способам и аппаратуре для изомеризации парафинов. В отличие от предшествующего уровня техники примеры вариантов осуществления, изложенные в настоящем документе, вводят отходящий продукт зоны реакции из зоны реакции изомеризации в стабилизатор. Отходящий продукт зоны реакции изомеризации содержит HCl, H₂, разветвленные и C₇- углеводороды. В соответствии с использованием в настоящем документе C_x обозначает молекулы углеводородов, которые содержат число «X» атомов углерода, C_x+ обозначает молекулы углеводородов, которые содержат число «X» и/или более чем «X» атомов углерода, а C_x- обозначает молекулы углеводородов, которые содержат число «X» и/или менее чем «X» атомов углерода. Стабилизатор функционирует в условиях стабилизации, эффективных для разделения отходящего продукта зоны реакции изомеризации на поток продукта, который содержит разветвленные парафины, и поток пара верхнего продукта стабилизатора, который содержит HCl, H₂ и C₆- углеводороды.

После этого, по меньшей мере, из части потока пара верхнего продукта стабилизатора удаляют часть C₆- углеводородов для получения потока, обогащенного HCl и H₂. В одном примере варианта осуществления, по меньшей мере, из части потока пара верхнего продукта стабилизатора удаляют C₆- углеводороды при использовании первого сепаратора и второго сепаратора, который находится в сообщении через текучую среду с первым сепаратором. В частности, поток пара верхнего продукта стабилизатора вводят в первый сепаратор в условиях разделения, эффективных для получения потока жидкости, который содержит C₃+ углеводород, и потока сухого газа, который содержит HCl и C₅- углеводороды. Поток жидкости отправляют обратно в стабилизатор для получения орошающего потока. В одном примере варианта осуществления поток сухого газа разделяют на первую часть и вторую часть. Первую часть потока сухого газа вводят во второй сепаратор в условиях разделения, эффективных для получения потока, обогащенного C₅- углеводородами, и потока, обогащенного HCl и H₂. Поток, обогащенный C₅- углеводородами, который является, по существу, исчерпанным по HCl, нагревают и объединяют со второй частью потока сухого газа для получения объединенного потока, который направляют в скруббер для обработки при использовании едкой щелочи. Поскольку поток, обогащенный C₅- углеводородами, по существу, свободен от HCl, количество HCl в объединенном потоке уменьшается, и, таким образом, требуется меньше едкой щелочи для нейтрализации HCl. Поэтому для способа изомеризации потребление едкой щелочи может быть уменьшено.

В одном примере варианта осуществления, по меньшей мере, часть потока, обогащенного HCl и H₂, вводят в реактор в зоне реакции изомеризации. Реактор содержит катализатор изомеризации и функционирует в условиях изомеризации. Катализатор изомеризации вводят в контакт с потоком, обогащенным HCl и H₂, для активирования катализатора изомеризации в результате восполнения хлорида, удаленного с поверхности катализатора изомеризации, для получения катализатора изомеризации, промотированного хлоридом. Поскольку поток, обогащенный HCl и H₂, используют для активирования катализатора изомеризации, для активирования катализатора изомеризации требуется меньше хлоридного промотора. Поэтому для способа изомеризации потребление хлоридного промотора может быть уменьшено. Поскольку в потоке, обогащенном HCl и H₂, также содержится H₂, требуется меньше подпиточного водорода, и потребление водорода уменьшается. Поток подаваемого исходного сырья, содержащий парафины, вводят в реактор и вводят в контакт с катализатором изомеризации, промотированным хлоридом, в присутствии водорода для изомеризации парафинов и получения разветвленных парафинов.

Что касается ФИГУРЫ 1, то на ней представлено схематическое изображение аппаратуры 10 для изомеризации парафинов. Аппаратуру 10 используют для способа изомеризации парафинов, который обеспечивает конверсию нормальных парафинов в разветвленные парафины. Аппаратура 10 включает зону реакции 12, зону стабилизации-газоочистки 14 и зону сепарации-рецикла 16.

Зона реакции 12 и зона стабилизации-газоочистки 14 включают, соответственно, реактор 18 и стабилизатор 20 (например, перегонную колонну), которые находятся в сообщении через текучую среду. Поток парафинового подаваемого исходного сырья 22 перепускают через сушилку 24 для удаления воды и получения потока осушенного парафинового подаваемого исходного сырья 26. В одном варианте осуществления поток парафинового подаваемого исходного сырья 22 является обогащенным C₄ углеводородами, таких как н-бутан, и также может содержать относительно небольшие количества изобутана, пентана и тяжелых материалов (например, C₆+ углеводородов). В еще одном варианте осуществления поток парафинового подаваемого исходного сырья 22 является обогащенным C₅ и/или C₆ углеводородами, такими как нормальный пентан и нормальный гексан.

В одном примере варианта осуществления газообразное подаваемое исходное сырье, содержащее водород, 28 перепускают через сушилку 30 для удаления воды и объединяют с осушенным парафиновым подаваемым исходным сырьем 26 для получения объединенного потока 32. Объединенный поток 32 перепускают через теплообменник 34 и нагреватель 36. Как это проиллюстрировано и будет более подробно обсуждаться ниже, поток хлоридного промотора 38 (например, содержащий перхлорэтилен и тому подобное) вводят в объединенный поток 32 между теплообменником 34 и нагревателем 36, а поток 40, обогащенный HCl и H₂ (например, содержащий 0,1 массового процента (% (мас.)) и более НС1), вводят в объединенный поток 32 по ходу технологического потока до теплообменника 34. В одном примере варианта осуществления теплообменник 34 и нагреватель 36 совместно нагревают объединенный поток 32 до температуры в диапазоне от 90 до 210°C для введения в реактор 18.

В одном примере варианта осуществления реактор 18 является каталитическим реактором с неподвижным слоем катализатора, функционирующим при температуре в диапазоне от 90 до 210°C, и содержит катализатор изомеризации, который активируют при использовании HCl из потока 40, обогащенного HCl и H₂, и, кроме того, от разложения хлоридного промотора из потока хлоридного промотора 38 для получения характеризующегося высокой активностью катализатора изомеризации, промотированного хлоридом. Неограничивающие примеры катализатора изомеризации включают катализатор на основе оксида алюминия, платиново-алюминиевый катализатор и тому подобное, что может быть подвергнуто хлорированию. Катализатор изомеризации, промотированный хлоридом, в присутствии водорода является эффективным в целях изомеризации нормальных парафинов для получения разветвленных парафинов (например, изобутана, разветвленного пентана, разветвленного гексана или их комбинаций) с образованием отходящего продукта зоны реакции изомеризации 42. Отходящий продукт зоны реакции изомеризации 42 содержит разветвленные парафины, другие C₇- углеводороды, в том числе неразветвленные парафины, H₂, HCl и возможно другие хлоридсодержащие соединения.

Отходящий продукт зоны реакции изомеризации 42 перепускают через теплообменник 34 для охлаждения отходящего продукта 42 до температуры в диапазоне от 65 до 165°C. После этого отходящий продукт зоны реакции изомеризации 42 вводят в стабилизатор 20. Стабилизатор 20 разделяет отходящий продукт зоны реакции изомеризации 42 на поток продукта 44 и поток пара верхнего продукта стабилизатора 46. Поток пара верхнего продукта стабилизатора 46 содержит HCl, H₂ и C₆- углеводороды. Поток продукта 44 содержит разветвленные и неразветвленные парафины, и его удаляют из зоны стабилизации-газоочистки 14.

В одном примере варианта осуществления поток пара верхнего продукта стабилизатора 46 перепускают через воздушный охладитель 48 и парциальный конденсатор 50, которые совместно охлаждают поток пара верхнего продукта стабилизатора 46 до температуры в диапазоне от 30 до 60°C. После этого поток пара верхнего продукта стабилизатора 46 вводят в сепаратор 52 для разделения. Поток жидкости 54, содержащий C₃+ углеводород, удаляют из сепаратора 52 и перепускают через насос 56. Течение потока жидкости 54 обратно в стабилизатор 20 для получения орошающего потока регулирует регулятор уровня 58, включающий регулирующий клапан 60.

Из сепаратора 52 удаляют летучие соединения, которые образуют поток сухого газа 62. Поток сухого газа 62 содержит HCl, H₂ и C₅- углеводороды. В одном примере варианта осуществления поток сухого газа 62 удаляют из сепаратора 52 при давлении в диапазоне от 700 до 2100 кПа. Как это проиллюстрировано, регулятор давления 64 совместно с регулирующими клапанами 66 и 68 используют для разделения потока сухого газа 62 соответственно на части 70 и 72.

В одном примере варианта осуществления часть 70 потока сухого газа 62 вводят в зону сепарации-рецикла 16. Как это проиллюстрировано, часть 70 перепускают через теплообменник 74 для непрямого теплообмена с потоком 40, обогащенным HCl и H₂, для получения потока первого частично охлажденного сухого газа 76. В одном примере варианта осуществления теплообменник 74 охлаждает часть 70 для получения потока первого частично охлажденного сухого газа 76, который имеет температуру в диапазоне от -7 до 38°C.

Поток первого частично охлажденного сухого газа 76 перепускают через теплообменник 78 для непрямого теплообмена с потоком 79, обогащенным C₅- углеводородами (обсуждается более подробно ниже), для получения потока второго частично охлажденного сухого газа 80. В одном примере варианта осуществления теплообменник 78 охлаждает поток первого частично охлажденного сухого газа 76 для получения потока второго частично охлажденного сухого газа 80, который имеет температуру в диапазоне от -18 до 32°C.

После этого поток второго частично охлажденного сухого газа 80 перепускают через теплообменник 82 для непрямого теплообмена с хладагентом 83, например, пропаном и тому подобным, и вводят в сепаратор 84. Как это проиллюстрировано, теплообменник 82 может быть установлен непосредственно на сепараторе 84 или, в альтернативном варианте, может быть расположен по ходу технологического потока до сепаратора 84. В одном примере варианта осуществления теплообменник 82 дополнительно охлаждает поток второго частичного охлажденного сухого газа 80 до температуры в диапазоне от -40 до 5°C до введения в сепаратор 84.

Сепаратор 84 разделяет поток второго частично охлажденного сухого газа 80 на поток 40, обогащенный HCl и H₂, и поток 79, обогащенный C₅- углеводородами. В одном примере варианта осуществления поток 40, обогащенный HCl и H₂, содержит кислоту HCl, присутствующую в количестве, составляющем 0,1% (мас.) и более, таком как в диапазоне от 0,2 до 0,7% (мас.), и H₂. В одном примере варианта осуществления поток 79, обогащенный C₅- углеводородами, содержит главным образом C₅- углеводороды и является, по существу, исчерпанным по HCl и H₂.

Как это проиллюстрировано, поток 40, обогащенный HCl и H₂, перепускают через теплообменник 74 для непрямого теплообмена с частью 70 потока сухого газа 62 в соответствии с представленным выше обсуждением. В одном примере варианта осуществления теплообменник 74 нагревает поток 40, обогащенный HCl и H₂, до температуры в диапазоне от -7 до 25°C. После этого поток 40, обогащенный HCl и H₂, перепускают через компрессор 86. В одном примере варианта осуществления компрессор 86 компримирует поток 40, обогащенный HCl и H₂, до давления в диапазоне от 1700 до 3500 кПа.

Как это проиллюстрировано, для селективного отведения по мере надобности перепускного потока 96 от потока 40, обогащенного HCl и H₂, используют регулятор расхода 88, включающий регулирующий клапан 90 (например, обычно перепускной поток 92 соответствует «отсутствию течения»). Перепускной поток 92 при течении компримируют и возвращают в поток 40, обогащенный HCl и H₂, по ходу технологического потока до теплообменника 74. Остающуюся часть потока 40, обогащенного HCl и H₂, перепускают из компрессора 86 и объединяют с объединенными потоками 32 для введения в реактор 18 совместно с потоком хлоридного промотора 38. В соответствии с представленным выше обсуждением сразу после введения в реактор 18 HCl из потока 40, обогащенного HCl и H₂, и, кроме того, от разложения хлоридного промотора из потока хлоридного промотора 38 вводят в контакт с катализатором изомеризации и активируют его в результате восполнения хлорида, удаленного с поверхности катализатора изомеризации. Поскольку поток 40, обогащенный HCl и H₂, используют для активирования катализатора изомеризации, для активирования катализатора изомеризации требуется меньше хлоридного промотора из потока хлоридного промотора 38.

Как это проиллюстрировано, для регулирования течения потока 79, обогащенного C₅- углеводородами, покидающими сепаратор 84, используют регулятор уровня 94, включающий регулирующий клапан 96. Поток 79, обогащенный C₅- углеводородов, перепускают через теплообменник 78 для непрямого теплообмена с потоком первого частично охлажденного сухого газа 76 в соответствии с представленным выше обсуждением. В одном примере варианта осуществления поток 79, обогащенный C₅- углеводородами, нагревают до температуры в диапазоне от -8 до 15°C.

После этого поток 79, обогащенный C₅- углеводородами, перепускают через теплообменник 98 для непрямого теплообмена с теплоносителем 100, таким как водяной пар. В одном примере варианта осуществления теплообменник 98 нагревает поток 79, обогащенный C₅- углеводородами, до температуры в диапазоне от 30 до 70°C. Поток 79, обогащенный C₅- углеводородами, перепускают из теплообменника 98 и объединяют с частью 72 потока сухого газа 62 для получения объединенного потока 102. Как это проиллюстрировано, объединенный поток 102 вводят в скруббер 104. Скруббер 104 производит газоочистку объединенного потока 102 в результате нейтрализации какой-либо кислоты HCl, содержащейся в нем, при использовании едкой щелочи 106 с последующим противоточным введением в контакт с водой 108 для получения нейтрализованного потока 110 и потока отработанной едкой щелочи 112.

В соответствии с этим, были описаны способы и аппаратура для изомеризации парафинов. Примеры вариантов осуществления, изложенные в настоящем документе, вводят отходящий продукт зоны реакции изомеризации из зоны реакции изомеризации в стабилизатор. Отходящий продукт зоны реакции изомеризации содержит HCl, H₂, разветвленные парафины и C₇- углеводороды. Стабилизатор разделяет отходящий продукт зоны реакции изомеризации на поток продукта, который содержит разветвленные парафины, и поток пара верхнего продукта стабилизатора, который содержит HCl и C₆- углеводороды. Поток пара верхнего продукта стабилизатора вводят в первый сепаратор для удаления C₃+ углеводородов и получения потока сухого газа, который содержит HCl, H₂ и C₅- углеводороды. Поток сухого газа разделяют на первую часть и вторую часть. Первую часть вводят во второй сепаратор для получения потока, обогащенного C₅- углеводородами, и потока, обогащенного HCl и H₂. Поток, обогащенный C₅- углеводородами, который является, по существу, исчерпанным по HCl, нагревают и объединяют со второй частью для получения объединенного потока, который направляют в скруббер для обработки при использовании едкой щелочи. Поскольку поток, обогащенный C₅- углеводородами, по существу, свободен от HCl, количество HCl в объединенном потоке уменьшается, и таким образом требуется меньше едкой щелочи для нейтрализации HCl. Поток, обогащенный HCl и H₂, вводят в реактор в зоне реакции изомеризации. Реактор содержит катализатор изомеризации, который вводят в контакт с потоком, обогащенным HCl и H₂, для получения катализатора изомеризации, промотированного хлоридом. Поскольку поток, обогащенный HCl и H₂, используют для активирования катализатора изомеризации, для активирования катализатора изомеризации требуется меньше хлоридного промотора.

Несмотря на представление в предшествующем подробном описании изобретения по меньшей мере одного примера варианта осуществления, необходимо понимать то, что существует широкий спектр вариаций. Также необходимо понимать то, что пример варианта осуществления или примеры вариантов осуществления являются всего лишь примерами, которые никоим образом не предполагают ограничения объема, применимости или конфигурации описания изобретения. Вместо этого, предшествующее подробное описание изобретения будет предлагать специалистам в соответствующей области техники удобную дорожную карту для реализации примера варианта осуществления описания изобретения. Необходимо понимать то, что в функцию и компоновку элементов, описанных в примере варианта осуществления, могут быть внесены различные изменения без отклонения от объема описания изобретения, представленного в прилагаемой формуле изобретения.