Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЕГКОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к комплексным устройствам для производства компонента высокооктанового бензина и ароматических углеводородов путем каталитической переработки органического сырья. Установка может быть использована как на объектах добычи и первичной переработки нефти и газового конденсата, так и в самостоятельной эксплуатации.

Известна каталитическая установка переработки бензиновых фракций для повышения их октанового числа. Данная установка содержит печь для нагрева и испарения сырья, каталитические реакторы адиабатического типа для осуществления химического превращения сырья, ректификационные колонны для стабилизации исходного сырья и выделения целевого продукта и технологически обвязанные с ними теплообменники, холодильники, конденсаторы и сепараторы. Узлы фракционирования сырья и продуктов реакции работают в непрерывном режиме, а реакторы в режиме "реакция-регенерация" (см. патент РФ 2098173, oп. 10.12.97 г., МПК C 10 G 35/04).

Общие признаки известной и предлагаемой установок следующие:
- печь;
- каталитический реактор;
- теплообменники;
- холодильники;
- сепараторы.

Основными недостатками установки являются:
- сложность технологической схемы;
- относительно высокие потери в расчете на сырье, т.к. переработке подвергают только жидкое сырье, пропан-бутановую фракцию выводят как побочный продукт;
- использование дымовых газов в качестве регенерирующего газа требует очистки его от сажи, которая неизбежно образуется при сжигании углеводородного газа, что требует установки дорогих фильтров тонкой очистки, а также ведет к снижению активности катализатора при его регенерации;
- использование ректификационной колонны, что также усложняет технологический процесс.

Известна установка по способу переработки алифатических углеводородов C₂-C₁₂ в ароматические углеводороды или высокооктановый бензин, которая является наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой (см. патент РФ 2175959, oп. 20.11.01 г., МПК С 07 С 2/02; 2/76). Установка содержит реактор, печь, теплообменники, холодильники, сепараторы и стабилизационную колонну, соединенные трубопроводами.

Общие признаки известной и предлагаемой установок:
- печь;
- каталитический реактор;
- рекуперативный теплообменник;
- холодильник;
- газосепаратор;
- выход катализата из каталитического реактора соединен через рекуперативный теплообменник с холодильником;
- холодильник соединен с газосепаратором.

Недостатки известной установки заключаются в сложности технологической схемы в целом, в сложности конструкции каталитического реактора и недостаточно высокой эффективности его работы, в использовании сложного ректификационного оборудования. Проведение реакции ароматизации углеводородов С₂-С₄ на первой полке реактора ведет к образованию ароматических продуктов С₆-С₁₀, которые затем поступают на вторую полку реактора, где превращают прямогонный бензин. Поступающие сверху ароматические продукты, в частности нафталин, неизбежно хемосорбируется на катализаторе на второй полке, т.к. в его слое поддерживается более низкая температура 360^oС против 640^oС на первой полке. Это приводит к дополнительному коксованию катализатора и снижению реакционного цикла. Сложная конструкция реактора создает трудности при загрузке и выгрузке катализатора. Кроме того, катализатор в первой зоне потеряет активность в более жестких условиях процесса намного раньше, чем во второй зоне, что потребует его регенерации при еще достаточно активном катализаторе во второй зоне. Все это ведет к снижению эффективности работы реактора. При работе установки невозможно поддерживать оптимальное давление одновременно в двух зонах реактора, т.к. процесс ароматизации углеводородов С₂-С₄ требует, по литературным данным, более низкого давления, чем процесс переработки прямогонного бензина во второй зоне.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение регулирования и обеспечение эффективной и стабильной работы установки, получение одновременно высокооктанового бензина и ароматических углеводородов, а также снижение капитальных и эксплуатационных затрат.

Поставленная задача достигается тем, что в установке каталитической переработки легкого углеводородного сырья, содержащей блок получения ароматического концентрата, включающий рекуперативный теплообменник, печь и каталитический реактор, выход катализата из которого через рекуперативный теплообменник соединен с холодильником, соединенным в свою очередь с газосепаратором, на выходе жидкой фазы из газосепаратора дополнительно установлен "горячий" сепаратор, снабженный в нижней части змеевиком для отпарки легких углеводородов и в верхней части центробежными элементами для каплеотделения, кроме того, установка дополнительно снабжена блоком получения высокооктанового бензина, включающим рекуперативный теплообменник, печь, каталитический реактор, холодильник, газосепаратор и "горячий" сепаратор, снабженный в нижней части змеевиком для отпарки пропан-бутановой фракции и в верхней части центробежными элементами для каплеотделения, при этом выход пропан-бутановой фракции из "горячего" сепаратора блока получения высокооктанового бензина соединен с каталитическим реактором блока получения ароматического концентрата через рекуперативный теплообменник и печь этого блока.

Кроме того, на выходе жидкой фазы из "горячего" сепаратора блока получения ароматического концентрата дополнительно установлены холодильник и угольный фильтр.

Кроме того, на выходе газовой фазы из "горячего" сепаратора блока получения ароматического концентрата дополнительно установлены холодильник и газосепаратор, причем выход жидкой фазы из газосепаратора соединен со входом в угольный фильтр этого блока.

Кроме этого, на выходе жидкой фазы из "горячего" сепаратора блока получения компонента высокооктанового бензина дополнительно установлены холодильник и угольный фильтр.

При этом печь блока получения ароматического концентрата снабжена двумя отдельными змеевиками и автоматическим регулированием расхода пропан-бутановой фракции в каждом змеевике, причем выход одного змеевика соединен с верхом каталитического реактора блока получения ароматического концентрата, а выход второго змеевика соединен со средней частью этого реактора для равномерного поддержания температуры в слое катализатора.

Использование совокупности признаков изобретения обеспечивает возможность переработки газообразного сырья на малогабаритных блочных установках непосредственно на местах добычи нефти, газоконденсата или газа в труднодоступных районах Крайнего Севера и Восточной Сибири, а также упрощает процесс регулирования, т.к. установка не имеет в своем составе сложного ректификационного и реакторного оборудования, и обеспечивает эффективную и стабильную работу аппаратов установки. Кроме того, обеспечивается резкое снижение потерь углеводородов С₃-С₄ и повышение эффективности использования всего добываемого сырья. На установке возможно самостоятельно перерабатывать определенный вид сырья и получать одновременно компонент высокооктанового бензина и ароматический концентрат.

На чертеже представлена принципиальная технологическая схема установки каталитической переработки легкого углеводородного сырья, содержащей блок получения ароматического концентрата, включающий соединенные трубопроводами рекуперативный теплообменник 1, печь 2 и каталитический реактор 3. Выход катализата из реактора 3 соединен через рекуперативный теплообменник 1 с холодильником 4, который в свою очередь соединен с газосепаратором 5. На выходе жидкой фазы из газосепаратора 5 установлен "горячий" сепаратор 6, снабженный в нижней части змеевиком для отпарки легких углеводородов и в верхней части центробежными элементами для каплеотделения. На выходе жидкой фазы из "горячего" сепаратора 6 установлены холодильник 7 и угольный фильтр 8. Установка снабжена блоком получения компонента высокооктанового бензина, включающим соединенные трубопроводами рекуперативный теплообменник 9, печь 10 и каталитический реактор 11.

Выход катализата из реактора 11 через рекуперативный теплообменник 9 соединен с холодильником 12, который в свою очередь соединен с газосепаратором 13. На выходе жидкой фазы из газосепаратора 13 установлен "горячий" сепаратор 14, снабженный в нижней части змеевиком для отпарки пропан-бутановой фракции и в верхней части центробежными элементами для каплеотделения. На выходе жидкой фазы из "горячего" сепаратора 14 установлены холодильник 15 и угольный фильтр 16. На выходе газовой фазы из "горячего" сепаратора 6 установлены холодильник 17 и сепаратор 18. Выход жидкой фазы из сепаратора 18 соединен со входом в угольный фильтр 8. Установка снабжена емкостями 19, 20, 21 и насосами 22, 23 и 24.

Печь 2 снабжена двумя отдельными змеевиками и автоматическим регулированием расхода пропан-бутановой фракции в каждом змеевике, причем выход одного змеевика соединен с верхом каталитического реактора 3, а выход второго змеевика соединен со средней частью этого реактора для равномерного поддержания температуры в слое катализатора.

Сырье - прямогонная бензиновая фракция НК-200^oС поступает в емкость 19 и далее насосом 22 подается в рекуперативный теплообменник 9, где нагревается за счет тепла продуктов реакции до 190-240^oС, а затем в печь 10. Из печи 10 сырье с температурой 330-480^oС и давлением 1,0-1,2 МПа в виде парогазовой смеси поступает в каталитический реактор 11 адиабатического типа, заполненный высококремнеземным цеолитсодержащим катализатором. В реакторе 11 при температуре 330-460^oС и давлении 1,0-1,2 МПа осуществляется процесс превращения низкооктановых компонентов прямогонной бензиновой фракции в высокооктановые за счет каталитической изомеризации и ароматизации парафиновых и дегидрирования нафтеновых углеводородов. Продукты реакции из реактора 11 проходят рекуперативный теплообменник 9, в котором нагревают прямой технологический поток, охлаждаются в холодильнике 12 производственной водой до 40-45^oС и поступают в газосепаратор 13. С верха газосепаратора 13 сухой газ направляют в топливную сеть (до 3% на сырье). Нестабильный катализат с низа газосепаратора 13 поступает в "горячий" сепаратор 14. В куб сепаратора 14 встроен змеевик, куда подается горячий теплоноситель. В "горячем" сепараторе 14 при температуре 80-120^oС и давлении 0,5 МПа из катализата выделяются газообразные продукты реакции - пропан-бутановая фракция. С низа "горячего" сепаратора 14 катализат с давлением 0,5-0,6 МПа и температурой 80-120^oС поступает в водяной холодильник 15, где охлаждается до 40^oС производственной водой. Затем катализат проходит угольный 16 фильтр, где происходит процесс адсорбционного выделения смолистых веществ из катализата. После фильтра катализат (компонент высокооктанового бензина) собирается в емкости 20 и насосом 23 откачивается на склад.

Пропан-бутановая фракция из "горячего" сепаратора 14 проходит через рекуперативный теплообменник 1, где она нагревается до 240-260^oС за счет тепла продуктов реакции, выходящих из реактора 3. Затем пропан-бутановая фракция поступает в печь 2 для нагрева до 450-570^oС. В реакторе 3 в присутствии цеолитсодержащего катализатора при температуре 450-570^oС и давлении 0,4-0,45 МПа протекает процесс ароматизации пропан-бутановой фракции. Продукты из реактора 3 проходят межтрубное пространство теплообменника 1, поступают в водяной холодильник 4, где они конденсируются при температуре 40^oС и направляются в газосепаратор 5 для фазового разделения. Газовая фаза с верха газосепаратора 5, содержащая, в основном, водород (до 80%) и углеводороды C₁-C₂, направляется в топливную сеть. Нестабильный жидкий катализат с низа газосепаратора 5 направляется в "горячий" сепаратор 6, снабженный внизу змеевиком с теплоносителем (в качестве которого используют дизельное топливо) для улучшения отпарки из ароматического концентрата легких углеводородов. При поддержании температуры 60-100^oС и давления 0,1-0,2 МПа в "горячем" сепараторе происходит отпарка углеводородов С₃-С₄ из ароматического концентрата. Газ стабилизации из "горячего" сепаратора 6, охладившись в холодильнике 17, направляется в сепаратор 18, из которого направляется топливную сеть. С низа сепаратора 6 ароматический концентрат поступает в водяной холодильник 7, где охлаждается до 30-40^oС производственной водой. Затем катализат через угольный фильтр 8 направляется в емкость 21, а из нее насосом 24 - на склад. Жидкая фаза с низа сепаратора 18 направляется на объединение с катализатом, направляемым в угольный фильтр 8. В процессе работы установки происходит снижение активности катализатора вследствие отложения кокса на его поверхности. Поэтому для восстановления первоначальной активности катализатора проводят его регенерацию. Регенерация заключается в выжигании кокса с поверхности контакта азотно-воздушной смесью при температуре 280-550^oС. Для этого в состав установки входит мембранный блок для получения азота чистотой до 99,5%. В цикле регенерации азот подается в печи 2 и 10, нагревается до 280^oС и направляется на катализатор с заданным расходом. В ходе регенерации к азоту добавляют воздух для повышения концентрации кислорода в смеси, а также повышают температуру в печи. Конечной стадией регенерации является подача воздуха на катализатор при 550^oС.