способ получения высокооктановой добавки бензина

Формула изобретения

Способ получения высокооктановой добавки бензина путем изомеризации пентан-гексановой фракции в реакционно-ректификационном процессе с использованием низкотемпературного алюмоплатинового катализатора, отличающийся тем, что исходное сырье подвергают предварительному разделению на пентановую и гексановую фракции, эти фракции подвергают раздельной изомеризации, которую осуществляют в паровой фазе в реакционной зоне, расположенной внизу реакционно-ректификационной колонны, катализатор размещают под тарелками зоны и поддерживают давление в реакционной зоне 0,6-3,6 МПа, температуру 110,0-200,0°С, а мольное отношение водород/углеводороды на входе в колонну 0,03:1-4:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области основного органического синтеза, а конкретно к усовершенствованному способу изомеризации пентан-гексановой фракции с целью получения высокооктановой добавки бензина.

Известен процесс изомеризации пентан-гексановой фракции (патент США №5831140, кл. С 07 С 5/13).

Изомеризацию н-алканов С_5-6 на цеолитном или алюмоплатиновом катализаторе осуществляют в жидкой фазе в присутствии водорода, необходимого для предотвращения дезактивации катализатора продуктами полимеризации промежуточных компонентов - олефинов.

Сырье, содержащее, преимущественно, н-алканы С_5-6, подают в колонну тарельчатого типа, состоящую из укрепляющей и отгонной секции. Колонна имеет от двух до шести выносных реакционных секций (реакторов), распределенных по ее высоте. Вверху колонны отбирают фракцию, обогащенную изопентаном, а в качестве кубового продукта - фракцию, содержащую изопентан, н-пентан и более тяжелые (С₆₊) углеводороды.

Процесс характеризуется несколькими недостатками. Проведение изомеризации в жидкой фазе затрудняет доступ водорода к поверхности катализатора. Гексаны практически не подвергаются изомеризации, поскольку их частично отбирают в составе кубового продукта. Кроме того, отсутствие предварительного разделения пентан-гексановой фракции на пентановую и гексановую не позволяет осуществлять химическую реакцию при условиях, которые были бы оптимальными как для изомеризации н-пентана, так и для изомеризации н-гексана и метилпентанов. Это приводит к сравнительно низкой конверсии н-пентана - не более 70,7-91,5% при относительно высоких флегмовых числах - от 11,6 до 23,0. Наконец, выносные реакционные секции усложняют конструкцию и обуславливают дополнительные эксплуатационные затраты на перекачку жидкости.

Наиболее близким к настоящему изобретению является реакционно-ректификационный процесс изомеризации пентан-гексановой фракции (патент США №5948948,кл. С 07 С 5/13).

Изомеризацию осуществляют в жидкой фазе в присутствии алюмоплатинового катализатора и водородсодержащего газа, вне зоны контакта с внутренним паровым потоком колонны, при прямотоке углеводородов и водородсодержащего газа. Поступление жидкофазных углеводородов в катализаторный слой, их распределение и прямоток с водородсодержащим газом, а также равномерную подачу водородсодержащего газа обеспечивают специальными распределительными устройствами.

Сырье, содержащее, преимущественно, н-алканы С_5-6 , в количестве 93,6 кг/ч направляют на 27 (считая сверху) тарелку в колонну, имеющую эффективность в 38-55 теоретических тарелок и состоящую из поочередно расположенных ректификационных и реакционных секций. Исходное сырье имеет следующий состав, в маc.%: изопентан - 24,6; н-пентан - 27,8; 2,2-диметилбутан - 1,7; 2,3-диметилбутан - 2,8; 2-метилпентан - 15,0; 3-метилпентан - 8,5; н-гексан - 13,2; метилциклопентан - 3,6; циклогексан - 1,5; С₇₊ - 1,3.

Колонна изомеризации имеет три реакционные секции, расположенные между 28 и 29, 33 и 34 и 36 и 37 тарелками (при наличии в колонне 38 теоретических тарелок) или между 38 и 39, 48 и 49 и 53 и 54 тарелками (при наличии в колонне 55 теоретических тарелок).

Рабочие условия внутренних реакционных секций являются функцией рабочих условий в колонне. Давление вверху колонны составляет от 0,2 до 2,0 МПа, а температура - от 40 до 180°С, температура куба находится в пределах от 100 до 280°С. Изомеризацию во внутренних реакционных секциях осуществляют при давлении от 0,2 до 2,0 МПа, температуре 100-400°С и мольном отношении водород/углеводороды, равном 0,01-0,8.

Вверху колонны в количестве 41,9-46,7 кг/ч отбирают фракцию, обогащенную изопентаном и содержащую 3,0-8,0 мол.% н-пентана. В качестве кубового продукта получают в количестве 45,4-50,2 кг/ч фракцию, содержащую 6,0-12,0 мол.% изопентана, 1,0-3,0 мол.% н-пентана, гексаны и более тяжелые (С₆₊) углеводороды.

В зависимости от содержания в катализаторе гамма-Аl ₂О₃, процесс обеспечивает 82,7-90,0%-ную конверсию н-пентана и увеличение октанового числа на 7-8 пунктов.

Октановые числа изомеризата, полученного смешением кубового продукта и дистиллата, составляют 78,5-79,1 (ИМ) и 77,0-77,6 (MM).

Процесс имеет ряд недостатков. Во-первых, отсутствие предварительного разделения сырья не позволяет осуществлять изомеризацию пентановой и гексановой фракции при оптимальных для каждой из них условиях. Во-вторых, гексаны частично отбирают в составе кубового продукта и они, таким образом, практически не подвергаются изомеризации. Другим недостатком является проведение изомеризации в жидкой фазе, что затрудняет доступ водорода к поверхности катализатора. Эти недостатки обуславливают низкую конверсию н-пентана (82,7-90,0%) и октановое число изомеризата не более 79,1 (ИМ) даже при относительно высоком количестве теоретических тарелок в колонне (до 55). Кроме того, осуществление изомеризации в жидкой фазе приводит к конструктивному усложнению процесса и дополнительным эксплуатационным затратам за счет использования специальных распределительных устройств.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение конверсии н-пентана, н-гексана и метилпентанов в высокооктановые изомеры, увеличение октанового числа изомеризата, а также конструктивное упрощение процесса.

Данный технический результат достигается тем, что пентан-гексановая фракция подвергается предварительному разделению на пентановую и гексановую, эти фракции подвергают раздельной изомеризации, которую осуществляют в паровой фазе в реакционной зоне, расположенной внизу реакционно-ректификационной колонны, катализатор размещают под тарелками зоны и поддерживают давление в реакционной зоне от 0,6 до 3,6 МПа, температуру от 110,0 до 200,0°С и мольное отношение водород/углеводороды на входе в колонну от 0,03:1 до 4:1.

В качестве сырья изомеризации могут быть использованы легкие прямогонные бензины с низким октановым числом, содержащие алканы С_5-6 и получаемые на установках первичной перегонки нефти, легкие бензины риформинга и гидрокрекинга, а также пентан-гексановая фракция, получаемая из газового конденсата.

В процессе может быть использован водородсодержащий газ с объемным содержанием водорода 50,0-95,0%, получаемый в качестве побочного продукта в производствах основного органического и нефтехимического синтеза, например в производстве этилена, каталитического риформинга или крекинга с водяным паром. Изомеризацию осуществляют на низкотемпературном алюмоплатиновом катализаторе НИП-3А, промотированном хлором.

На чертеже показана принципиальная технологическая схема процесса изомеризации.

Исходное сырье 1, например обогащенную алканами С_5-6 фракцию С_4-6+ с НК-85,0°С, в колонне 2 подвергают предварительному разделению на пентановую 3, гексановую 4 и при высоком содержании в сырье компонентов тяжелее н-гексана (более 15,0 мас.%) на гексан-гептановую фракцию 5. Пентановую фракцию 3 направляют на изомеризацию в реакционно-ректификационную колонну 6, гексановую 4 - в колонну 7 на предпоследнюю (снизу) тарелку, а водородсодержащий газ 8 (9) - под предпоследнюю (снизу) тарелку колонны 6 (7) при тех же температуре и давлении, что и в реакционной секции. Колонны 6 и 7 состоят из укрепляющей (УЧ) и реакционной (РЧ) секций.

Реакционные секции (РЧ) могут содержать от 2 до 6 тарелок, начиная с предпоследней (снизу). Вверху колонн 6 и 7 после сепараторов 10 и 11 отбирают: водородсодержащий газ 12 и 13 с содержанием водорода 30,0-50,0 мас.%, частично направляемый на смешение со свежим водородсодержащим газом 14, углеводороды С_1-4 15 и 16 в паровой фазе, и фракции 17 и 18, обогащенные высокооктановыми компонентами (изопентаном (17) или диметилпентанами (18)). Кубовым продуктом колонны 6 является фракция 19, содержащая, преимущественно, н-пентан и изопентан с примесными количествами компонентов С _1-4, циклопентана и гексанов. Кубовым продуктом колонны 7 является фракция 20, содержащая, преимущественно, гексаны и парафины и/или нафтены С₆₊, а также примесные количества компонентов С_1-5.

Реакционно-ректификационные колонны 6 и 7 характеризуются следующими конструктивными и рабочими параметрами: количество теоретических тарелок - 40-90, флегмовое число - 6,0-23,0. Давление в реакционных зонах составляет от 0,6 до 3,6 МПа, температура - от 110,0 до 200,0°С, а мольное отношение водород/углеводороды на входе в колонны - от 0,03:1 до 4:1.

Степень превращения н-пентана и гексанов составляет 90,0-97,0%, а октановое число изомеризата 21 (22), полученного смешением дистиллата 17 (18) с кубовым продуктом 19 (20) колонны 6 (7) равно 88,5 (85,9) (MM) или 91,3 (87,2) (ИМ). Увеличение октанового числа по сравнению с исходной пентановой или гексановой фракцией составляет 11-23 пункта, при этом чувствительность изомеризата не превышает 2-3 пунктов.

Пример 1. Исходное сырье (фракция С_4-6+ с НК-85,0°С) 1 в количестве 42042,7 кг/ч подвергают разделению на пентановую 3, гексановую 4 и гексан-гептановую фракцию С₆₊ 5 в сложной колонне 2.

Фракция С _4-6+ 1 имеет следующий массовый состав (в %): изобутан - 0,10; н-бутан - 2,83; изопентан - 17,26; н-пентан - 24,82; циклопентан - 2,85; 2-метилпентан - 11,01; 3-метилпентан - 6,48; н-гексан - 14,84; метилциклопентан - 8,39; циклогексан - 5,01; н-гептан - 3,45; 1-цис-2-диметилциклопентан - 2,96. Ее октановое число равно 63,6 (MM) или 65,9 (ИМ).

Колонна изомеризации пентановой (гексановой) фракции 6 (7) имеет эффективность в 41 (61) теоретическую тарелку, флегмовое число - 10,0 (12,0). Реакционная секция содержит 4 тарелки - с 37 по 40 (с 57 по 60, считая сверху) тарелку. Давление в реакционной секции - 2,0 (1,4) МПа, температура - 149,5-150,2 (176,0-177,5)°С, объем катализатора НИП-3А - 25,5 (40,7) м³. Давление в кубе колонны - 2,0 (1,4) МПа, температура - 150,7 (178,3)°С. Мольное отношение водород/углеводороды на входе в колонну составляет 1,7:1 (0,9:1).

Пентановую фракцию 3, имеющую массовый состав (в %): изобутан - 0,24; н-бутан - 6,82; изопентан - 39,15; н-пентан - 53,28; циклопентан - 0,50, направляют на изомеризацию в колонну 6 в количестве 16830,5 кг/ч на 40 тарелку реакционной секции. Октановое число пентановой фракции 3 составляет 75,4 (MM) или 76,7 (ИМ).

Гексановую фракцию 4, имеющую массовый состав (в %): н-бутан - 0,23; изопентан - 3,47; н-пентан - 7,64; циклопентан - 5,80; 2-метилпентан - 24,11; 3-метилпентан - 14,19; н-гексан - 32,34; метилциклопентан - 11,65; циклогексан - 0,58; н-гептан и 1-цис-2-диметилциклопентан - 0,00, направляют на изомеризацию в колонну 7 в количестве 19202,0 кг/ч на 60 тарелку реакционной секции. Октановое число гексановой фракции 4 равно 58,6 (MM) или 61,3 (ИМ).

Водородсодержащий газ 8 (9) с массовым содержанием водорода 37,8% подают в колонну 6 (7) под 40 (60), считая сверху тарелку реакционной секции.

Изомеризат 21 (22), полученный смешением дистиллата 17 (18) с кубовым продуктом 19 (20) колонны 6 (7) в количестве 15742,4 (18768,9) кг/ч, имеет следующий массовый состав (в %): водород - 0,04 (0,02); C _1-4 - 7,29 (0,92); изопентан - 89,30 (7,12); н-пентан - 3,23 (3,52); циклопентан - 0,07 (5,71); 2,2-диметилбутан - 0,08 (44,13); 2,3-диметилбутан - 0,00 (11,02); 2-метилпентан - 0,00 (21,94); 3-метилпентан - 0,00 (4,55); н-гексан - 0,00 (0,48); С ₆₊ - 0,00 (0,59). Его октановое число равно 88,5 (85,9) (MM) или 91,3 (87,2) (ИМ).

Конверсия н-пентана составляет 94,0%, а гексанов - 97,0%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить конверсию до 97,0% и получить изомеризат с октановым числом (ИМ) до 91,5 за счет проведения изомеризации в паровой фазе, размещения реакционной секции внизу колонны и раздельной изомеризации пентановой и гексановой фракций при оптимальных для каждой из них условиях. Проведение изомеризации в паровой фазе позволяет отказаться от использования в реакционной секции распределительных устройств и упрощает конструкцию аппарата.