УСТАНОВКА И СПОСОБ ДЛЯ ИЗОМЕРИЗАЦИИ ПОТОКА УГЛЕВОДОРОДОВ
DEVICE AND METHOD FOR ISOMERISATION OF FLOW OF CARBOHYDRATES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к установке и способу для изомеризации потока углеводородов.
Уровень техники
Изомеризацию легких парафинов во многих случаях осуществляют для повышения октанового числа бензина. Обычно такие способы изомеризации осуществляют с отдельными легкими фракциями углеводородов. В качестве примера изомеризацию бутана, или пентана, и/или гексана (здесь и далее может быть названа сокращенно изомеризацией пентан-гексана) проводят с целью повышения качества бензина в отдельных устройствах для изомеризации. Как правило, изомеризацию бутана и пентан-гексана осуществляют в технологическом процессе с жидкой/паровой или паровой фазами в неподвижном слое катализатора. В реактор может поступать исходное сырье из легких парафинов, смешанных с газом, содержащим значительное количество водорода.
При изомеризации бутана или пентан-гексана вода является вредным веществом, которое может уменьшить срок службы катализатора в реакторе. В силу этого желательно удалить воду перед тем, как богатый водородом газ и/или парафиновое сырье поступит в реактор. Поэтому обычно как исходное сырье, так и указанный газ с целью удаления воды пропускают через отдельные аппараты для обезвоживания (осушители).
Во многих случаях два осушителя используют с размещением их последовательно или параллельно с попеременным проведением операций регенерации, независимо от того, является ли обрабатываемая текучая среда газом, богатым водородом, или углеводородом, содержащим бутан или пентан-бутан. Соответственно, один осушитель может функционировать, в то время как другой осушитель может находиться в режиме регенерации. На завершающей стадии процесса регенерации в осушителе может находиться газообразный регенерирующий агент, если осушитель предназначен для осушки газа, или жидкий регенерирующий агент, если осушитель представляет собой осушитель углеводородного сырья. В зависимости от углеводородной фракции, которую подвергают изомеризации, регенерирующий агент может содержать, главным образом, изомеризованный продукт, например изобутан или, по меньшей мере, один продукт из изопентана и изогексана (который здесь и далее может быть назван изопентан-изогексан); или регенерирующий агент может включать в себя смесь из одного или более различных соединений с разветвленной цепью, соединений нормального строения и циклических соединений. В другом примере, как правило, регенерирующий агент выдувают (вымывают) из осушителя прежде, чем регенерированный осушитель приводят в действие или по мере ввода осушителя в действие. Регенерирующий агент может быть удален из системы в качестве чистого потока.
Газообразный регенерирующий агент может создавать нарушения в работе размещенных ниже по потоку технологических аппаратов. В частности, газообразный регенерирующий агент может вызывать падение температур реакции по мере того, как этот регенерирующий агент замещает водород, используемый в реакторе, и нарушает мольное отношение водород:углеводород в реакторе. Кроме того, обычно газообразный регенерирующий агент имеет больший молекулярный вес, чем газ, богатый водородом. В результате замещение газа, богатого водородом, может нарушать процессы регулировании расхода газа, а именно расхода подпиточного (водородосодержащего) газа, а также нарушать регулирование давления в ректификационной колонне, которую обычно используют ниже по ходу движения потока от реактора. Таким образом, существует необходимость в уменьшении указанного нежелательного последствия регенерации осушителя газа для того, чтобы предотвратить нарушения функционирования аппаратов, размещенных ниже по потоку.
Сущность изобретения
Одним примером воплощения изобретения может быть установка для изомеризации потока углеводородов, богатого углеводородом С4 и/или, по меньшей мере, одним из углеводородов С5 и С6. Установка может содержать первый осушитель и второй осушитель, приспособленные для приема текучей среды, содержащей, по меньшей мере, один реагент, и реакционную зону, сообщающуюся с первым осушителем для приема текучей среды, содержащей, по меньшей мере, один реагент, и сообщающуюся также со вторым осушителем для приема регенерирующего агента. Обычно первый осушитель функционирует в первом режиме для обезвоживания текучей среды, содержащей, по меньшей мере, один реагент, а второй осушитель функционирует во втором режиме, в условиях проведения регенерации с помощью регенерирующего агента. Регенерирующий агент может проходить через систему удаления (путем вытеснения) регенерирующего агента, осуществляемого в направлении сверху вниз, предназначенную для регулирования расхода регенерирующего агента, отводимого из второго осушителя.
Другим примером воплощения изобретения может быть способ регенерации, по меньшей мере, одного осушителя установки для изомеризации потока углеводородов, богатого углеводородом С4 и/или богатого, по меньшей мере, одним из углеводородов С5 и С6. Указанный способ может включать регенерацию, по меньшей мере, одного осушителя, содержащего регенерирующий агент, вытеснение регенерирующего агента, по меньшей мере, из одного осушителя за некоторый период времени, и вывод удаленного путем вытеснения регенерирующего агента из технологического процесса для минимизации нарушений при проведении технологических операций ниже по потоку.
Еще одним примером воплощения может быть способ регенерации, по меньшей мере, одной зоны осушки установки для изомеризации потока углеводородов. Способ может включать вытеснение использованного регенерирующего агента, богатого углеводородом С4 и/или богатого, по меньшей мере, одним из углеводородов С5 и С6, по меньшей мере, из одной зоны осушки за некоторый период времени, используя обезвоженную текучую среду, содержащую реагент, для минимизации нарушений при проведении одной или большего числа операций ниже по ходу движения потока, и вывод вытесненного из осушителя регенерирующего агента из технологического процесса.
Таким образом, раскрытые здесь воплощения могут минимизировать нарушения при проведении операций ниже по ходу движения потока от зоны осушки текучей среды посредством вытеснения использованного регенерирующего агента из зоны осушки и вывода удаленного регенерирующего агента из технологического процесса. Систему вытеснения регенерирующего агента в направлении сверху вниз используют для вытеснения использованного регенерирующего агента с помощью обезвоженной текучей среды.
Определения
Используемый в настоящем описании термин «поток» может означать поток, содержащий молекулы различных углеводородов, таких как алканы, алкены, алкадиены и алкины с нормальной неразветвленной цепью, разветвленные или циклические, и не обязательно другие вещества, такие как газы, например водород или примеси, например, тяжелые металлы, и соединения серы и азота. Указанный поток может также содержать ароматические или не ароматические углеводороды. Помимо этого, молекулы углеводородов могут быть сокращенно обозначены как C1, C2, С3…Сn, где n - количество атомов углерода в молекуле углеводорода. Кроме того, термин «углеводород Сn-Сn+1», например «углеводород С5-С6», может означать, по меньшей мере, один из углеводородов С5 и С6.
Используемый здесь термин «зона» может относиться к некоторой области, содержащей одну или большее число единиц оборудования и/или одну или более подзон. Единицы оборудования могут представлять собой один или большее число реакторов или корпусов реакторов, нагревателей, сепараторов, теплообменников, трубопроводов, насосов, компрессоров и регуляторов. Кроме того, единица оборудования, например реактор, осушитель или емкость, могут также содержать в себе одну или большее количество зон или подзон. Следует понимать, что каждая зона может содержать большее количество единиц оборудования и/или емкостей, чем показано на фигурах.
Используемый здесь термин «система вытеснения регенерирующего агента в направлении сверху вниз», вообще, означает устройство, состоящее из элементов, которые, по меньшей мере, непосредственно или косвенно регулируют расход или уменьшают давление текучей среды, поступающей в только что регенерированный осушитель в направлении сверху вниз. Вообще, указанная система вытеснения регенерирующего агента в направлении сверху вниз уменьшает расход текучей среды например, в трубопроводе, по сравнению со случаем отсутствия такой системы, и может управлять расходом текучей среды, а не прерывать поток текучей среды. Примером воплощения такой системы для вытеснения регенерирующего агента в направлении сверху вниз может служить, по меньшей мере, один трубопровод, находящийся выше по потоку от осушителя, оборудованный, по меньшей мере, одним регулирующим клапаном или ограничительным отверстием (регулирующий клапан дает дополнительную выгоду, поскольку способен постепенно увеличивать или уменьшать расход, в то время как ограничительное отверстие этого не обеспечивает), и предпочтительно, по меньшей мере, одним индикатором расхода, и один или большее число трубопроводов, находящихся ниже по потоку от осушителя, каждый из которых снабжен, по меньшей мере, одним клапаном. Пример воплощения указанной системы более подробно будет описан ниже.
Используемый здесь термин «устройство для перемещения текучей среды» обычно означает устройство для транспортирования текучей среды. Такие устройства представляют собой насосы, используемые, как правило, для жидкостей, и компрессоры, обычно используемые для газов.
Используемый здесь термин «богатый» может, как правило, означать, содержание в потоке, по меньшей мере, 50% и предпочтительно 70% (мольное содержание) соединения или класса соединения.
Используемый здесь термин «главным образом» может, как правило, означать, по меньшей мере, 90%, предпочтительно 95% и оптимально 99% (мольное содержание) соединения или класса соединения в потоке.
Используемый здесь термин «абсорбция» может относиться к способности удерживать материал в слое, содержащем абсорбент и/или адсорбент, за счет химического или физического взаимодействия между веществом, таким как вода, и слоем, и включает, но не ограничивается абсорбцией и/или адсорбцией. Удаление вещества из абсорбента может быть здесь названо «десорбцией».
Используемый здесь термин «использованный регенерирующий агент» может относиться к регенерирующему агенту, который уже был использован для осушки или десорбции или который был пропущен через один или большее число технологических аппаратов или единиц оборудования, таких как осушитель. Использованный регенерирующий агент может содержать или может не содержать десорбируемое вещество, такое как вода, но не исключено, что использованный регенерирующий агент находится в технологическом аппарате, после того, как размещенный внутри аппарата рабочий элемент, например молекулярное сито, был регенерировано.
Используемый здесь термин «соединенный» может означать, что два элемента непосредственно или опосредованно сочленены, скреплены, взаимосвязаны, соединены или сформованы вместе как единое целое с помощью химических или физических средств, с использованием технологических процессов, таких как штамповка, литье или сварка. Кроме того, два элемента могут быть соединены с помощью третьего элемента, такого как крепежный элемент, например винт, шпилька, скоба или заклепка; или с помощью адгезива или припоя.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - принципиальная схема типовой установки для изомеризации текучей среды.
Фиг.2 - принципиальная схема типового устройства для осушки газообразной текучей среды.
Подробное описание
На фиг.1 представлено установка 100 для изомеризации потока углеводородов. Вообще, указанная установка 100 может принимать текучую среду, содержащую, по меньшей мере, один регенерирующий агент 110, проходящий по линии трубопровода 210 или линии трубопровода 410. Обычно текучая среда 110 может представлять собой жидкий поток углеводородов в трубопроводе 210 или богатый водородом газ в трубопроводе 410. Жидким потоком углеводородов может быть поток, богатый углеводородом С4, например бутаном, если установка 100 является установкой для изомеризации углеводорода С4. В качестве альтернативы жидкий поток углеводородов может быть богатым углеводородами С5-С6, такими как пентан-гексан, если установка 100 представляет собой установку для изомеризации углеводородов С5-С6. Типовые установки обеих типов раскрыты, например, в источнике: Nelson A. Cusher, UOP Butamer Process and UOP Penex Process of the Handbook of Petroleum Refining Processes, Third Edition, Robert A.Meyers, Editor, 2004, p.9.7-9.27. Однако в некоторых примерах осуществления установка 100 может быть использована также для одновременной изомеризации потока одного или большего числа бутанов, одного или большего числа пентанов и одного или большего числа гексанов. Следует отметить, что реакции изомеризации включают такие, в которых в качестве исходного сырья преимущественно используют нормальные парафины и в качестве продукта изомеризации - разветвленные парафины, а также такие, в которых в качестве исходного сырья преимущественно используют разветвленные парафины, а в качестве продукта изомеризации - нормальные парафины. Другими словами, жидкий поток углеводородов может быть богатым изобутаном или разветвленными углеводородами С5-С6. Другие реакции изомеризации, проводимые при участии углеводородов С4 или С5-С6, также находятся в пределах объема настоящего изобретения.
Для упрощения приведенного ниже раскрытия изобретения термины «жидкий углеводород» и «регенерирующий агент» могут относиться к обобщенным и необходимо понимать, что они применимы, например, к установке для изомеризации углеводорода С4 или к установке для изомеризации углеводородов С5-С6. В качестве примера, поток углеводородов, богатый углеводородом С4, может быть подвергнут изомеризации в реакторе для изомеризации углеводорода С4, а продукт, содержащий изомеризованный углеводород С4, может быть использован как регенерирующий агент в установке для изомеризации С4. Подобным же образом, поток углеводородов, богатый углеводородами С5-С6, может быть изомеризован в реакторе для изомеризации углеводородов С5-С6, а продукт, содержащий изомеризованные углеводороды С5-С6, может быть использован в качестве регенерирующего агента в установке для изомеризации углеводородов С5-С6. Однако в пределах объема настоящего изобретения остается использование потока регенерирующего агента, отведенного из одного или более мест осуществления процесса изомеризации, к примеру из зоны фракционного разделения, из осушителей или возможно даже из места, внешнего по отношению к процессу изомеризации. В качестве регенерирующего агента может быть использован, например, азот из источника, внешнего по отношению к процессу изомеризации.
Установка 100 может содержать одну или большее число зон 150 осушки, например зону 250 осушки (обезвоживания) жидкости и зону 450 осушки газа, и одну или большее число зон проведения технологических операций 160, расположенных ниже по потоку, таких как реакционная зона 170 и зона 180 фракционирования. Зона 250 обезвоживания жидкости может быть образована в первом устройстве 200 для осушки текучей среды, а зона 450 для осушки газа может быть образована во втором устройстве 400 для осушки текучей среды. Аппарат 400 более подробно рассмотрен ниже. Зона 250 обезвоживания жидкости может принимать жидкий поток углеводородов из трубопровода 210, а зона 450 осушки газа может принимать газ, богатый водородом, из трубопровода 410. Хотя на фигуре это не показано, необходимо понимать, что для транспортирования жидкого потока углеводородов и газа, богатого водородом, может быть использовано оборудование для перемещения текучей среды, такое как насосы и компрессоры соответственно. В качестве альтернативы другая текучая среда может иметь достаточное давление, и поэтому использование такого оборудования не требуется. После прохождения зон 250 и 450 осушки жидкий поток углеводородов и газ, богатый водородом, могут быть объединены ниже по ходу течения потока от зон 250 и 450 осушки, например в реакционной зоне 170.
Один или большее количество аппаратов 160, размещенных ниже по потоку, могут быть разделены с образованием реакционной зоны 170, которая может содержать первый реактор 172 и второй реактор 174, размещенный последовательно с первым реактором 172, и зоны 180 фракционирования, в которой может быть размещена одна или большее количество ректификационных колонн 192. Хотя на фигуре показаны только первый реактор 172 и второй реактор 174, следует понимать, что реакционная зона 170 может содержать также другое оборудование или аппараты, как например, один или большее количество нагревателей, компрессор рециркулирующего газа, разделительную емкость и дополнительные реакторы. В качестве альтернативы, реакторы 172 и 174 могут быть включены в проведение одной операции. Поток, вытекающий из реакционной зоны 170, может протекать по трубопроводу 176 в зону 180 фракционирования.
Зона 180 фракционирования может содержать одну или большее количество ректификационных колонн 192. Хотя на фиг.1 показана одна ректификационная колонна 192, в установке могут быть задействованы две или большее количество ректификационных колонн, установленных последовательно и/или параллельно. Ректификационная колонна 192 может производить один или более продуктов 182 разделения, как например, первый продукт, состоящий из одного или большего числа газообразных продуктов, направляемых, например, к горючему газу по трубопроводу 184, и второй или изомеризованный продукт, транспортируемый по трубопроводу 186. Некоторая часть второго продукта может быть отведена по трубопроводу 188 и использована в качестве регенерирующего агента. Использованный регенерирующий агент может быть возвращен обратно в изомеризованный продукт, протекающий в трубопроводе 190, как это будет описании ниже. Объединенный поток может быть направлен в резервуар для хранения изомеризованного продукта, в ректификационную колонну или в другой технологический аппарат.
На фиг.2 представлено устройство 400 для осушки газообразной текучей среды. Указанное устройство для осушки газообразной текучей среды может быть использовано для осушки газового потока, к примеру газового потока, богатого водородом. Обычно устройство 400 для осушки газообразной текучей среды содержит, по меньшей мере, один осушитель 454, один или большее количество клапанов 460, систему 465а и 465b вытеснения регенерирующего агента в направлении сверху вниз и нагреватель 510. Обычно, по меньшей мере, один осушитель 454 включает в себя первый осушитель 456 газа и второй осушитель 458 газа. Указанные осушители 456 и 458 могут быть размещены в зоне 450 осушки газа, показанной на фиг.1. Кроме того, каждый осушитель 456 и 458 может содержать молекулярное сито, на котором происходит абсорбция и/или адсорбция воды и других нежелательных химических соединений, таких как диоксид углерода и сероводород, и образовать соответствующую внутреннюю зону или подзону осушки. Вообще, каждый осушитель 456 и 458 функционирует в первом режиме для осушки газа, богатого водородом, проходящего через указанный осушитель, и во втором режиме для регенерации осушителя. Указанные осушители 456 и 458 могут быть размещены последовательно и регенерируются поочередно при работающем другом осушителе.
Один или большее число клапанов 460 могут включать клапан 462, клапан 464, клапан 466, клапан 468, клапан 470, клапан 472, клапан 474, клапан 476, клапан 478, клапан 480, клапан 482, клапан 484, клапан 475 и клапан 498. Различные комбинации клапанов 460 могут быть открыты и закрыты с тем, чтобы направлять технологические потоки для осуществления первого и второго режима работы осушителей.
В одном примере воплощения система вытеснения регенерирующего агента в направлении сверху вниз, включающая в себя части 465а и 465b, может содержать такое оборудование, как индикатор 496 расхода, регулирующий клапан 498, трубопровод 430, клапан 464, клапан 475 и трубопровод 477. При этом индикатор 496 расхода может сообщаться с регулирующим клапаном 498, а индикатор 496 расхода, регулирующий клапан 498 и клапан 464 могут быть соединены с трубопроводом 430, образуя, таким образом, часть 465а системы. Нагреватель 510 может включать в себя паровой нагреватель 514 и пароперегреватель 518.
В одном примере осуществления регенерации газ, например газ, богатый водородом, обычно вводят по трубопроводу 410. В этом примере осушитель 458 работает в первом режиме - режиме осушки текучей среды, в то время как осушитель 456 находится во втором режиме - режиме регенерации. В этом случае газ может поступать в трубопровод 410 и проходить через клапаны 478 и 480 в первый осушитель 458, а клапаны 474 и 476 могут быть закрыты. Обычно при проведении осушки газа в осушителе 458 клапаны 466 и 470 также закрыты. После этого осушенный газ может быть транспортирован через клапаны 472 и 468 и через первый трубопровод 420 в реакционную зону 170, как это показано на фиг.1.
Все это время второй осушитель 456 газа находится в режиме регенерации. Обычно регенерация представляет собой многостадийный процесс, использующий жидкий регенерирующий агент, поступающий из трубопровода 188, показанного на фиг.1, который может быть направлен в нагреватель 510. В процессе регенерации регенерирующий агент может быть постепенно нагрет с помощью парового нагревателя 514 и затем с помощью как первого нагревателя 514, так и пароперегревателя 518 до тех пор, пока регенерирующий агент не нагреется до температуры, достаточной для десорбирования воды из молекулярного сита. Обычно регенерирующий агент протекает через паровой нагреватель 514, пароперегреватель 518 и затем по трубопроводу 488, проходя через клапан 482, поступает вверх газового осушителя 456. Регенерирующий агент может последовательно проходить через осушитель 456, клапан 484 и трубопровод 508 перед его охлаждением с помощью, например, охлаждающего водяного теплообменника и возвращается в трубопровод 190, показанный на фиг.1. При этом клапаны 462, 475, 474 и 476 обычно закрыты.
После этого регенерирующий агент может быть медленно охлажден за счет предварительного выключения пароперегревателя 518, но в то же время продолжаются испарение и нагрев регенерирующего агента в паровом нагревателе 514 и непрерывное прохождение регенерирующего агента через осушитель 456. Таким образом, осушитель 456 и связанное с ним оборудование могут быть охлаждены при медленном снижении температуры. В конце процесса регенерации в осушителе 456 обычно находится использованный регенерирующий агент в виде газа.
После завершения процесса регенерации использованный регенерирующий агент может быть удален из осушителя 456 через открытый клапан 475 и трубопровод 477 с помощью системы 465а и 465b вытеснения регенерирующего агента в направлении сверху вниз. При использовании 465а часть осушенного газа, богатого водородом, по трубопроводу 420 пропускают через индикатор 496 расхода, регулирующий клапан 498, открытый клапан 464, трубопровод 430 и открытый клапан 462. При использовании 465b вытесненный регенерирующий агент пропускают через клапан 475 и выводят из технологического процесса по трубопроводу 477. Вытеснение использованного регенерирующего агента осуществляют таким образом, чтобы минимизировать нарушения при проведении одной или большего числа операций ниже по потоку, в частности в реакционной зоне 170 и зоне 180 фракционирования. Например, регулирующий клапан 498 может быть откалиброван для регулирования величины расхода осушенного газа, богатого водородом. Эта величина расхода может быть вычислена исходя из желаемого периода времени для обеспечения полного удаления использованного регенерирующего агента без проведения операций с чрезмерной потерей времени и при отсутствии нарушений при проведении операций ниже по ходу движения потока. Кроме того, открытием регулирующего клапана 498 можно управлять таким образом, чтобы расход осушенного газа в трубопроводе 430 увеличивался постепенно до достижения заданного расхода. В таком случае постепенное увеличение расхода осушенного газа в трубопроводе 430 помогает избежать нарушений при проведении операций ниже по потоку, например в реакционной зоне или в зоне фракционирования. По истечении предварительно заданного периода времени, необходимого для вытеснения регенерирующего агента, может быть произведено переключение операций путем закрытия клапанов 464 и 475, открытия клапанов 466, 474, 476 и закрытия клапанов 468, 472, 478 и 480 с тем, чтобы осушитель 456 обеспечивал осушение газа. На этой стадии осушитель 458 находится в режиме регенерации. Кроме того, в конце стадии удаления использованного регенерирующего агента расход осушенного газа в трубопроводе 430 может быть постепенно уменьшен с помощью регулирующего клапана 498 с тем, чтобы минимизировать нарушения в операциях, проводимых ниже по ходу движения потока.
Хотя здесь описаны процессы осушки и регенерации соответствующих осушителей 458 и 456, следует понимать, что могут быть использованы дополнительные трубопроводные линии и/или клапаны с тем, чтобы каждый осушитель 456 и 458 мог функционировать как в режимах осушки и регенерации, так и при последовательном их соединении. В качестве примера осушители 456 и 458 после регенерации могут быть включены в режим последовательного функционирования, например, так, чтобы осушитель 456 функционировал с запаздыванием во времени по отношению к осушителю 458.
Без дальнейшей тщательной проработки считается, что специалист в данной области техники может, используя предшествующее описание, использовать настоящее изобретение во всей его полноте. Раскрытые выше предпочтительные конкретные воплощения, таким образом, следует истолковывать лишь как иллюстративные и никаким образом не ограничивающие остальную часть описания.
В изложенном выше описании все температуры не приведены в градусах Цельсия, а все доли и проценты выражены в молях, если не указано иное.
Из приведенного выше описания специалист в данной области техники легко может установить существенные признаки изобретения и без выхода за пределы объема и сущности изобретения произвести различные изменения и модификации изобретения с тем, чтобы приспособить его к различным условиям и случаям использования.