Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗОМЕРИЗАЦИИ ЛЕГКИХ БЕНЗИНОВЫХ ФРАКЦИЙ

Изобретение относится к изомеризации легких бензиновых фракций для получения высокооктанового компонента бензина и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Известен способ разделения изопентан-пентан-гексановой фракции в процессе изомеризации, состоящий из первой ректификационной колонны подготовки сырья - фракции НК÷85°С прямогонного бензина, из которой дистиллятом отводится балластный продукт - фракция С₃-С₄, содержащаяся в сырье, боковой погон направляется на превращение пентана и гексана в изомеры в реактор изомеризации, а снизу колонны отводится тяжелая фракция. Продукты изомеризации направляются во вторую ректификационную колонну дебутанизации, откуда сверху колонны отводится бутан, а снизу колонны отводится изомеризат, содержащий реакционные изомеры, полученные в процессе реакции, который направляется на разделение в третью ректификационную колонну депентанизации, из которой последовательно сверху вниз отводят изопентан, пентановый рецикл и гексановую фракцию, при этом продукты, выводимые сверху и снизу колонны, подвергаются смешению, а пентановый рецикл возвращается в реактор изомеризации (Оганесян С.А., Нападовский В.В., Ежов В.В. и др. Установка изомеризации в ОАО «НК Роснефть-Комсомольский нефтеперерабатывающий завод», Химия и технология топлив и масел, №5, 2002, с.6-7).

Недостатками этого способа являются:

- в качестве сырья на изомеризацию используется только бензиновая фракция прямогонного происхождения, что ограничивает выработку высокооктанового товарного бензина на нефтеперерабатывающих заводах, в которых имеются вторичные процессы. Бензиновая фракция вторичных процессов с температурами выкипания, аналогичными прямогонной бензиновой фракции, имеет невысокое октановое число на уровне ОЧ_М 72÷76 пунктов, поскольку в ней содержится мало высокооктановых изогексанов (на уровне 5÷6% масс.) нежели, чем в продукте изомеризации (до 60% масс.), который имеет ОЧ_М 90÷94 пунктов.

Из-за низкого октанового числа бензиновой фракции НК÷85°С, содержащейся в бензинах вторичных процессов, на нефтеперерабатывающем заводе ограничивается или становится невозможным получение товарного бензина стандарта Евро-5, особенно, если широко применяются вторичные процессы по выработке бензинов с повышенным присутствием ароматических углеводородов и недостаточным октановым числом;

- невозможность раздельного получения изопентана и изогексанов высокой степени чистоты; для разделения этих продуктов необходимо создание дополнительного блока или технологической установки;

- изопентан, находящийся в сырье в значительных количествах, направляется вместе с остальными сырьевыми компонентами в реактор изомеризации, что приводит к дополнительному расходу энергии на проведение химического процесса в реакторе и пропорциональному увеличению размеров реактора и расхода катализатора;

- отсутствие гибкости работы технологической схемы, так как по мере дезактивации катализатора в реакторе изомеризации интенсифицировать процесс изомеризации при сохранении производительности можно только за счет повышения температуры процесса в реакторе, что приводит к увеличению выхода газов и снижению отборов целевого продукта и потери четкости разделения в колонне дебутанизации, из-за чего в продукт, отводимый с низа колонны, попадает значительное количество бутана, являющегося нежелательной примесью в товарном изомеризате, для которого давление насыщенных паров ограничено;

- наличие в исходном сырье низкокипящих компонентов приводит к необходимости отвода балластного продукта фракции С₃-С₄ из первой ректификационной колонны, что повышает капитальные и эксплуатационные затраты на реализацию данного способа.

Наиболее близок к заявляемому изобретению способ изомеризации углеводородов, включающий загрузку водорода и сырья, содержащего, по меньшей мере, нормальные С₅-С₆ углеводороды в зону изомеризации и контактирование водорода и сырья с катализатором изомеризации в условиях, способствующих увеличению степени разветвления углеводородов в сырьевом потоке и обеспечивающих образование вытекающего из зоны изомеризации потока, содержащего, по меньшей мере, бутан, нормальный пентан, изогексаны (метилбутан, диметилбутаны, метилпентаны), нормальный гексан и углеводороды, имеющие семь или более углеродных атомов; пропускание вытекающего потока из зоны изомеризации через зону деизогексанизатора с целью разделения на четыре потока, поток, выходящий сверху зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, бутан, первый боковой поток из зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, метилбутан и диметилбутаны, второй боковой поток из зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, метилпентаны и нормальный гексан, и нижний поток из зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, углеводороды, состоящие из семи или более углеродных атомов; и подачу первого бокового потока из зоны деизогексанизатора в зону отпаривания изомеризата с целью отделения верхнего потока из десорбера изомеризата, содержащего, по меньшей мере, бутан, от потока продукта из зоны отпаривания изомеризата, содержащего метилбутан и диметилбутаны.

Также в данном способе рассматривается использование в качестве сырья смеси бензинов прямогонного и вторичного происхождения, в том числе легкого газового бензина, легкой нефти прямой гонки, конденсатного газойля, легких рафинатов, легкого реформата, легких углеводородов, сжиженных бутанов, а также прямогонных дистиллятов с конечной точкой кипения 77°С, содержащие значительные количества С₄-С₆ парафинов, а также сырьевого потока с низкой концентрацией ненасыщенных углеводородов и углеводородов, содержащих более 6 углеродных атомов (патент на изобретение RU 2364582 С2, С07С 5/22, С07С 9/16, заявлен 20.03.2006, опубликован 20.08.2009).

Недостатками данного способа являются:

- упрощенная схема, в которой отсутствует блок подготовки сырья, поступающего в реактор изомеризации, в котором содержится сырьевой изопентан, что не позволяет оптимизировать состав сырья, поступающего в реактор изомеризации, и приводит к низкой конверсии процесса в реакторе изомеризации и нерациональному использованию реакционного пространства реактора, что приводит к увеличению его размеров и соответственно капитальных и эксплуатационных затрат;

- в сырье изомеризации прямогонного происхождения содержится незначительное количество изогексанов, являющихся конечным продуктом изомеризации, в частности 2,2-диметилбутана, на уровне 0,4% масс. В сырье вторичных процессов его содержание значительно выше, достигает 4,0% масс., поскольку 2,2-диметилбутан образуется за счет каталитического и термического превращений углеводородов во вторичных процессах переработки нефти. Известно, что реакция изомеризации изогексанов является равновесной, поэтому повышенное присутствие в сырье конечного продукта 2,2-диметилбутана при совместной подаче на изомеризацию прямогонных и вторичных бензинов, тормозит его образование, что существенно снижает октановое число товарного продукта;

- объединение потоков, отводимых с верха деизогексанизатора и с верха колонны отпаривания изомеризата, приводит к получению потока, состоящего из смеси легких газов, бутана, изопентана и пентана, что не позволяет использовать данный поток в качестве конечного продукта процесса без последующего разделения.

При создании изобретения ставилась задача увеличения выхода высокооктанового компонента для компаундирования товарных бензинов, получение товарного бензина, отвечающего качеству стандарта Евро-5, и расширения ресурсов сырья процесса изомеризации за счет эффективного вовлечения в него бензиновых фракций вторичных процессов переработки нефти.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе изомеризации легких бензиновых фракций, состоящего из подготовки прямогонной и вторичной бензиновых фракций на изомеризацию, с последующим выделением сырьевого изопентана в первой ректификационной колонне - деизопентанизаторе, далее подачу его на изомеризацию в реактор изомеризации с последующим выделением газов и рефлюкса во второй ректификационной колонне - дебутанизаторе, с низа которого стабильный изомеризат направляют последовательно на разделение в третью ректификационную колонну для извлечения раздельно изопентана и пентана и в четвертую ректификационную колонну для извлечения раздельно изогексанов и гексана, боковые погоны третьей и четвертой ректификационных колонн, содержащие соответственно пентан и гексан, - рециркулируют на изомеризацию в реактор изомеризации, в качестве сырья используют прямогонную и вторичную бензиновые фракции 40÷75…85°C, подготовку и подачу на изомеризацию прямогонной бензиновой фракции 40÷75…85°C осуществляют отдельно от бензиновой фракции 40÷75…85°C вторичных процессов переработки нефти, причем бензиновую фракцию 40÷75…85°C вторичных процессов подают во вторую или третью ректификационную колонну.

Целесообразно, в качестве бензиновой фракции вторичных процессов использовать бензиновые фракции 40÷75…85°C, получаемые с установок каталитического крекинга, каталитического риформинга, висбрекинга и других технологических установок производств топливного и газокаталитического назначения.

Целесообразно подготовку бензиновых фракций, поступающих с нескольких вторичных процессов, осуществлять с их предварительным смешением.

Целесообразно также, бензиновую фракцию вторичных процессов, имеющую повышенное содержание бутанов, направлять во вторую ректификационную колонну.

Целесообразно, бензиновую фракцию вторичных процессов, имеющую незначительное содержание бутанов, направлять в третью ректификационную колонну.

Под понятием «незначительное содержание бутанов в бензиновой фракции 40÷75…85°C вторичных процессов» понимается такая концентрация бутана в бензиновой фракции, что после фракционирования сырья в третьей ректификационной колонне концентрация бутана в дистилляте (изопентановая фракция) не превышает допустимых значений по величине - давление насыщенных паров. В противном случае такое вторичное сырье характеризуется как «повышенное содержание бутанов в бензиновой фракции 40÷75…85°C вторичных процессов» и подается во вторую ректификационную колонну для извлечения избыточного бутана.

Данное изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема установки, реализующей выполнение предложенного изобретения.

Установка изомеризации легких бензиновых фракций включает реактор, четыре ректификационные колонны: деизопентанизатор, дебутанизатор, депентанизатор и деизогексанизатор, рецикл пентана и гексана в реактор изомеризации, при этом бензиновая фракция 40÷75…85°C вторичных процессов подается либо во вторую ректификационную колонну - дебутанизатор, либо в третью ректификационную колонну - депентанизатор, в котором выводится раздельно изопентан и пентан в зависимости от содержания бутана в бензиновой фракции вторичных процессов.

Схема установки способа изомеризации легких бензиновых фракций содержит следующие позиции:

2 - первая ректификационная колонна - деизопентанизатор;

10 - вторая ректификационная колонна - дебутанизатор;

14 - третья ректификационная колонна - депентанизатор;

20 - четвертая ректификационная колонна - деизогексанизатор;

29 - сложная ректификационная колонна;

6 - реактор;

24 - сепаратор;

5 - теплообменник;

1, 3, 4, 7-9, 11, 12, 13, 15-19, 21-23, 25-28 - трубопроводы.

Заявляемый способ изомеризации легких бензиновых фракций реализуется следующим образом.

Исходное сырье - прямогонная фракция 40÷75…85°C, содержащая изопентан, нормальный пентан, изогексаны, нормальный гексан и тяжелые углеводороды, по линии 1 поступает в первую ректификационную колонну 2, в которой сверху отводится в качестве дистиллята 3 балластный компонент исходного сырья - изопентан с незначительной примесью бутана, который может в дальнейшем использоваться в качестве товарного продукта. Снизу первой ректификационной колонны 2 отводится облагороженное сырье изомеризации 4, которое через теплообменник 5 поступает в реактор 6. При протекании процесса изомеризации в реактор 6 по линии 7 подается водородсодержащий газ. В реакторе 6 в зависимости от типа катализатора происходит изомеризация пентана и гексана и образование в качестве побочных продуктов бутана и тяжелых вышекипящих углеводородов. Полученный изомеризат по линии 8 поступает в сепаратор 24, где происходит отдувка водорода по линии 25, далее изомеризат по линии 26 объединяется с потоком 27 бензиновой фракции вторичных процессов 40÷75…85°C, поступающей на установку по линии 11, при условии наличия в этой фракции повышенной концентрации бутанов, и направляется по линии 9 во вторую ректификационную колонну 10, в которой происходит дебутанизация изомеризата 9. Сверху колонны 10 отводится бутан по линии 17 и рефлюкс по линии 12, а дебутанизированный изомеризат 13 направляется в третью ректификационную колонну 14 - депентанизатор. Также в ректификационную колонну 14 подается по линии 28 бензиновая фракция 40÷75…85°C вторичных процессов в том случае, если бензиновая фракция 40÷75…85°C содержит незначительную концентрацию бутанов, которая объединяется с дебутанизированным изомеризатом 13, и далее по линии 15 подается в ректификационную колонну 14, сверху которой выводят по линии 16 бутан, а боковым погоном - пентановую фракцию по линии 18, направляемую на рециркуляцию через теплообменник 5 в реактор 6. Снизу колонны 14 отводится депентанизированный продукт 19, поступающий в четвертую ректификационную колонну 20 - деизогексанизатор, сверху которой в качестве дистиллята отводятся изогексаны по линии 21, снизу - тяжелые вышекипящие углеводороды по линии 22 и сбоку боковым погоном по линии 23 отводится гексановая фракция, направляемая через теплообменник 5 на рециркуляцию в реактор 6.

В таблицах 1-3 приведены расчеты способа изомеризации легких бензиновых фракций по заявляемому изобретению по разделению углеводородов во второй и третьей ректификационных колоннах, при неизменном количестве тарелок в колоннах, а также температурах и давлениях в этих аппаратах.

В таблице 1 приведены результаты расчета способа изомеризации легких бензиновых фракций по заявляемому изобретению при использовании в качестве сырья прямогонной бензиновой фракции с подачей в блок фракционирования изомеризата в количестве 100,0 т/ч при концентрации бутана 4,0% масс., поступающей после изомеризации, и дополнительной подачей в дебутанизатор бензиновой фракции вторичной переработки нефти с концентрацией бутана 11,0% масс. в количестве 30,0 т/ч.

В таблице 2 приведены результаты расчета способа изомеризации легких бензиновых фракций по заявляемому изобретению при использовании в качестве сырья прямогонной бензиновой фракции с подачей в блок фракционирования изомеризата в количестве 100,0 т/ч при концентрации бутана 4,0% масс., поступающей после изомеризации, и дополнительной подачей в депентанизатор бензиновой фракции вторичной переработки нефти с концентрацией бутана 1,0% масс. в количестве 30,0 т/ч.

В таблице 3 приведено сопоставление результатов расчета способа изомеризации легких бензиновых фракций по заявляемому изобретению.

Анализ таблиц 1-3 показывает, что при сохранении неизменного числа теоретических тарелок во второй и третьей ректификационных колоннах реализация способа изомеризации легких бензиновых фракций по заявляемому изобретению за счет использования бензиновых фракций вторичных процессов, причем позиция ввода дополнительного сырья определяется содержанием в нем бутанов. Это позволяет с одной стороны увеличить выход изопентана при сохранении и даже увеличении октанового числа отводимой изопентановой фракции (табл.3), что увеличит ресурсы высокооктановых полупродуктов для компаундирования товарных бензинов, а с другой стороны - одновременно увеличит выход рециркулята пентана, что повышает ресурсы парафиновых углеводородов, поступающих в реактор изомеризации.

Возможны и другие варианты реализации заявляемого способа изомеризации легких бензиновых фракций с раздельным вводом исходного сырья в виде прямогонных и вторичных бензиновых фракций.

Например, в варианте процесса изомеризации, схема которого приведена на фиг.2, в отличие от вышерассмотренного решения задачи, изопентановая фракция полностью выводится с верха первой ректификационной колонны, дистиллят, выводимый с верха третьей ректификационной колонны и содержащий пентан и изопентан, объединяется с исходным сырьем и подается в первую ректификационную колонну. Сырье процесса - вторичные бензиновые фракции аналогично первому варианту в зависимости от концентрации бутана в сырье вводятся во вторую или третью ректификационные колонны. Обозначения аппаратов и потоков на фиг.2 идентичны фиг.1.

В третьем варианте процесса изомеризации, схема которого приведена на фиг.3, простые третья и четвертая ректификационные колонны объединены в одну сложную ректификационную колонну 29 для разделения изопентана, пентана, изогексанов и гексана. С верха колонны 29 выводится изопентановая фракция, а гексан и пентан, отводимые из колонны боковыми потоками, возвращаются в реактор изомеризации. С низа ректификационной колонны тяжелые углеводороды отводят с установки для дальнейшей переработки. Сырье процесса - вторичные бензиновые фракции аналогично первому варианту в зависимости от концентрации бутана в сырье вводятся во вторую или сложную ректификационную колонну. Обозначения аппаратов и потоков на фиг.3 идентичны фиг.1.

Бензиновая фракция 40÷75…85°C, выделенная из бензинов вторичных процессов, отличается по содержанию ценных изогексановых компонентов и по содержанию примесей, снижающих активность катализатора изомеризации и приводящих к росту выработки газов, в том числе влаги, бензола и др. Поэтому в определенных случаях в зависимости от структуры процессов на нефтеперерабатывающем заводе рационально осуществить раздельную подготовку бензиновых фракций различных процессов и подачу этих потоков на разные тарелки ввода сырья в третью или сложную колонну.

В заявляемом изобретении представлены варианты реализации процесса изомеризации с использованием бензиновой фракции вторичных процессов переработки нефти, которые позволяют:

1) увеличить ресурсы сырья процесса изомеризации за счет вовлечения в процесс бензиновой фракции вторичных процессов;

2) увеличить выход целевых изогексанов;

3) повысить октановое число смеси изомеризата и изопентановой фракции;

4) увеличить ресурсы высокооктановых полупродуктов для компаундирования товарных бензинов.