УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООКТАНОВОГО БЕНЗИНА ИЗ БЕНЗИНОВЫХ ФРАКЦИЙ И МЕТАНОЛА

Модель установки относится к комплексным устройствам для осуществления каталитических процессов переработки углеводородов, в частности, для получения высокооктанового бензина из бензиновых фракций и метанола.
Разработка фирмой «Mobil Oil» в 1970-х годах цеолитных катализаторов, активных и стабильных в реакциях дегидроциклоолигомеризации алифатических углеводородов и конверсии оксигенатов в углеводороды, дала начало бурному развитию этого направления. Известен ряд способов получения высокооктановых бензинов и ароматических углеводородов из углеводородных фракций и/или спиртов. Особенности технологии связаны с высокими тепловыми эффектами этих процессов: экзотермического - при конверсии оксигенатов в углеводороды, эндотермического - при дегидроциклоолигомеризации или дегидроциклизации парафиновых углеводородов сырья. Способы получения высокооктановых бензинов из алифатических углеводородов и оксигенатов и комплексные устройства для их реализации решают задачи подвода в реактор тепла, необходимого для осуществления химических реакций, и отвода выделяющегося тепла из реактора, оптимизации условий в зоне реакции, простоты и надежности технологического процесса.
Особое положение занимают процессы получения ароматических углеводородов и высокооктанового бензина при совместной переработке углеводородных фракций и метанола. При этом каталитический процесс не имеет высокого теплового эффекта, поскольку одновременно протекают экзо- и эндотермические реакции и в принципе возможен сбалансированный по теплу процесс. При этом технические решения для процессов с использованием одного вида сырья и высоким тепловым эффектом его конверсии, например, использование трубчатых реакторов с загрузкой катализатора в трубы (RU 2069227, RU 2098173) или в межтрубное пространство (RU 65045, RU 2429910), или каскада реакторов с возможностью регулирования температуры в каждом реакторе при теплообмене промежуточных потоков в выносных теплообменниках или при введении холодных потоков сырья и циркулирующих теплоносителей являются избыточными при совместной переработке углеводородных фракций и метанола, ведут к усложнению процесса и высоким капитальным и эксплуатационным расходам.
5
Так, способ и система для конверсии метанола в бензин по патенту US 5602289 включают осуществление превращения сырья в более чем двух зонах контакта с катализатором (ряд последовательных реакторов, пять в примере), объем которого ограничен требованием адиабатического повышения температуры в зоне не более 50°C, с введением в каждый слой свежего сырья и разбавителя - углеводородов не тяжелее C.
В способе получения углеводородов из алифатических спиртов с использованием нескольких отдельных зон контакта сырья с катализатором по патенту US 4542252 осуществляют регулирование температуры, охлаждая реакционный поток перед входом в каждую следующую зону с помощью встроенного теплообменника.
По меньшей мере две реакционные зоны с промежуточным теплообменом промежуточного реакционного потока между зонами предусматривает способ получения высокооктановых бензиновых фракций из углеводородного сырья, выкипающего до 250°C, и/или кислородсодержащих органических соединений по способу RU 2208624. Из потока продуктов способом сепарации и ректификации выделяют углеводородные газы, бензиновую фракцию и/или ароматические углеводороды, а также тяжелую фракцию, выкипающую выше 180-215°C.
В способе совместной переработки низкооктановых углеводородных фракций и алифатических спиртов и/или диметилового эфира по патенту RU 2429910 используют изотермический реактор с тепловыми трубами, который позволяет осуществлять контакт сырья с катализатором в близких к оптимальным условиях, но имеет все недостатки трубчатого реактора, включая сложность загрузки катализатора, что особенно нежелательно при относительно непродолжительном сроке службы катализатора.
Близкий к изотермическому режим конверсии сырья можно получить в способе превращения метанола в олефины или бензин по способу US 5191142 в гомогенной реакционной смеси, представляющей собой смесь метанола и олефина в реакторе с кипящим слоем катализатора или в реакторе со стационарным слоем с обратным перемешиванием.
Установка каталитического получения высокооктановых бензиновых фракций и ароматических углеводородов по патенту RU 2098173 (прототип) включает реакторный блок с реактором кожухотрубчатого типа, в трубки которого загружают катализатор, а в межтрубное пространство подают газовый теплоноситель с заданной температурой, который получают при смешении воздуха с дымовыми газами, образующимися в теплогенераторе при сжигании топливного газа. Теплоноситель после реактора используют для нагревания сырьевых потоков в трубчатом теплообменнике перед подачей в трубчатый реактор. Установка включает два реакторных блока, работающих попеременно, а также технологически обвязанные сепараторы, ректификационные колонны, теплообменную, емкостную, перекачивающую аппаратуру.
Предлагаемая нами комплексная установка для получения высокооктанового бензина из бензиновых фракций и метанола сочетает известные подходы для решения технической задачи - обеспечение предпочтительного температурного режима в реакторе и может быть использована для простой и надежной реализации способа получения высокооктановых компонентов бензинов, например, по патентам US 5019663, RU 2103322 или RU 2372988.
Комплексная установка для получения высокооктанового бензина из смеси бензиновых фракций и метанола включает реакторы, технологически обвязанную с ними нагревательную, теплообменную, сепарирующую, емкостную и нагнетательную аппаратуру для нагревания сырья, охлаждения, частичной конденсации, сепарации и ректификации продуктов реакции, и отличается тем, что каждый реактор включает хотя бы два стационарных слоя катализатора, с возможностью подачи в сырьевую смесь, а также во второй и каждый следующий слой нагретой в огневом нагревателе части газа, выделенного в трехфазном сепараторе из потока продуктов реакции после их частичной конденсации.
Предпочтительный температурный режим в реакторе получают, используя секционированный (полочный) реактор и подачу практически инертного циркулирующего теплоносителя независимо на вход в каждый слой катализатора, причем на первый слой - в сырьевой смеси. Таким образом достигается близкий к изотермическому режим в каждом слое катализатора, в том числе при изменении качества сырья или, например, при временной ограниченности ресурса метанола. Кроме того, при неравномерной дезактивации катализатора существенной является возможность независимой регулировки температурного режима в каждом слое без перегревания сырья выше допустимого уровня. При этом улучшается эксплуатация катализатора и повышается гибкость установки по сырью.
1
4
5+
На комплексной установке для получения высокооктанового бензина из смеси бензиновых фракций и метанола осуществляют каталитическое превращение сырья с получением потока продуктов, содержащего водород, углеводороды C-C и бензиновые углеводороды C, охлаждение и частичную конденсацию полученного потока продуктов, а также его разделение в процессах сепарации и ректификации с получением топливного газа, сжиженного газа и высокооктанового бензина.
Сырьем являются прямогонные нефтяные или газоконденсатные низкооктановые бензиновые фракции, выкипающие предпочтительно до 180°C, а также метанол любой степени очистки, в том числе метанол-сырец.
Комплексная установка для обеспечения непрерывной переработки сырья может включать два и более реакторов, работающих попеременно в цикле реакция-регенерация. Используют полочные реакторы, с распределительными устройствами хотя бы между двумя слоями катализатора для ввода циркулирующего газа-теплоносителя. Могут быть использованы известные цеолитные катализаторы дегидроциклизации парафинов и конверсии метанола в углеводороды, в присутствии которых при температурах 300-450°C происходит образование преимущественно бензиновых углеводородов из метанола, ароматических углеводородов из алифатических углеводородов сырья, а также реакции крекинга, алкилирования и изомеризации углеводородов. Азото-воздушную окислительную регенерацию катализатора в реакторах обеспечивает контур регенерации.
1
2
Установка включает технологически обвязанные рекуперационные теплообменники и огневой нагреватель для нагревания сырья, рекуперационный теплообменник и огневой нагреватель рецикла, подаваемого во второй и последующие слои катализатора, а также предпочтительно при пуске установки в линию сырья, а также воздушный и водяной холодильники для конденсации компонентов потока продуктов, трехфазный сепаратор для выделения из него несконденсированных компонентов, преимущественно углеводородов C и С, водной фазы, содержащей следы углеводородов и кислородсодержащие соединения, и жидкого нестабильного катализата, который стабилизируют в ректификационной колонне с получением стабильного высокооктанового бензина или стабильного бензина и дизельной фракции.
На рисунке представлена принципиальная схема комплексной установки для получения высокооктанового бензина из бензиновых фракций и метанола. Установка включает следующие аппараты: Е-1, Е-2 - сырьевые емкости; Н-1, Н-2, Н-3, Н-4, Н-5 - насосы; П-1, П-2 - печи; Р-1, Р-2 - реакторы; Т-1, Т-2, Т-3, Т-4, Т-5 - теплообменники; ПК - компрессор; ХВ-1, ХВ-2 - воздушные холодильники; Х-1, Х-2 - водяные холодильники, С-2, С-2 - сепараторы; РБ - ребойлер. На схеме обозначены потоки: I - прямогонная бензиновая фракция, II - метанол, III - сырьевая смесь, IV -продукты каталитического процесса, V - водородсодержащий газ; VI - водный конденсат; VII - нестабильный бензин; VIII - сжиженный газ; IX - стабильный высокооктановый бензин.
Установка работает следующим образом. Сырье - прямогонная бензиновая фракция I из сырьевой емкости Е-1 поступает на прием сырьевого насоса Н-2, куда подается насосом Н-1 метанол-сырец II из промежуточной емкости Е-2. Сырьевая смесь проходит трубное пространство теплообменников Т-1 и Т-3, где нагревается газопродуктовым потоком, поступающим из реактора Р-1 или Р-2, работающего в режиме синтеза. Далее сырьевой поток III нагревается в печи П-1 до 350-410°C и поступает в реактор Р-1 или Р-2, работающий в режиме синтеза. Одновременно во второй и третий слои катализатора в реакторе циркуляционным компрессором ПК подают газ, нагретый в рекуперационном теплообменнике Т-2 и печи П-2 до 410-480°C. В реакторе при температуре 350-410°C и давлении 1,3-1,5 МПа осуществляется каталитический процесс превращения сырья, из реактора выводят поток продуктов IV, который последовательно проходит межтрубное пространство теплообменников Т-1, Т-2 и Т-3, где отдает тепло сырьевому потоку и циркулирующему газу, затем теплообменник Т-4, где отдает тепло потоку нестабильного бензина, затем охлаждается в воздушном холодильнике ХВ-1 до температуры 55°C и затем - оборотной водой в водяном холодильнике Х-1 до температуры 35°C. Далее газожидкостная смесь продуктов поступает в трехфазный сепаратор С-1, где разделяется на газовый поток V, водный конденсат VI и нестабильный бензин VII.
Основная часть выделенного в сепараторе газового потока поступает в блок циркуляционного компрессора (на схеме показан только циркуляционный компрессор ПК-1) и при давлении 1,9-2,0 МПа поступает в змеевик теплообменника Т-2, далее в печь П-2 и затем в реактор Р-1 или Р-2, работающий в режиме синтеза.
Водный конденсат, содержащий кислые компоненты и непрореагировавший метанол, направляют в систему водоочистки или на установку обессоливания нефти.
Нестабильный бензин VII насосом Н-3 подают в змеевик теплообменника Т-4, затем в змеевик теплообменника Т-5, где он нагревается теплом стабильного бензина, и далее поступает на стабилизацию в ректификационную колонну К-1. С верха колонны выводят пары, которые охлаждают и конденсируют в воздушном холодильнике ХВ-2 и водяном холодильнике Х-2, а затем в сепараторе С-2 выделяют несконденсированный газ, который направляют в топливную сеть, и сжиженный газ, часть которого насосом Н-4 направляют в колонну в качестве орошения, а балансовую часть VIII выводят с установки. Кубовой продукт колонны поступает в ребойлер РБ, где из него отпариваются легкие фракции, и далее поступают под нижнюю тарелку колонны, а стабильный высокооктановый бензин IX охлаждается в межтрубном пространстве теплообменника Т-4 и поступает на товарный склад.
3
4
По описанной технологической схеме из 15000 кг/час бензиновой фракции, выкипающей в пределах 38-165°C и 3750 кг/час метанола при контакте с катализатором в трех зонах реактора при температуре на выходе из каждой зоны лишь на 5-7°C выше температуры на входе в зону получают 14450 кг/час стабильного бензина с содержанием бензола 0,95% м. и октановым числом 93 п.по И.М., 1446 кг/час фракции C-C, 2104,33 кг/ч водного конденсата и 757,64 кг/час газовой сдувки, направляемой на факел или в топливную сеть.