УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООКТАНОВЫХ КОМПОНЕНТОВ БЕНЗИНА МЕТОДОМ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РИФОРМИНГА С ПРИМЕНЕНИЕМ ТРУБЧАТОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к области нефтепереработки и может быть использовано при производстве высокооктановых бензинов.
Учитывая, что дальнейший рост добычи газа, газового конденсата и нефти будет происходить главным образом за счет ввода в эксплуатацию новых месторождений, расположенных на территории Ямала, а также в Восточной Сибири, где практически повсеместно отсутствует какая-либо инфраструктура, задача создания малотоннажных высокоэффективных установок каталитического риформинга в непосредственной близости к местам добычи углеводородного сырья является весьма актуальной.
На сегодняшний день эксплуатируются несколько малотоннажных установок каталитического риформинга импортного производства, существенным недостатком которых является высокая стоимость капитальных затрат. Данные установки являются уменьшенной копией традиционных установок каталитического риформинга бензиновых фракций большой производительности с соответствующим полным набором технологического оборудования: 3 технологические печи нагрева продуктов, 3 реактора риформинга и реактор гидроочистки, отпарная и стабилизационные колонны, большое количество теплообменников и сепараторов. Также следует отметить, что данные технологии производства высокооктановых компонентов бензиновых фракций не оптимизированы с точки зрения технологического его использования на малотоннажных установках с производительностью по сырью до 100 тыс.т./год.
Наиболее близкой к предложенной является установка для получения высокооктановых компонентов бензина, содержащая линию подачи сырья, соединенную с входом блока очистки (колонны стабилизации и ректификации), соединенный с ее выходом через аппарат нагрева сырья (печь) блок каталитического риформинга, выход которого соединен с входом сепаратора, выход водородсодержащего газа которого соединен с линией подачи газосырьевой смеси, колонну стабилизации, вход которой соединен с выходом жидкого продукта сепаратора, выход кубового продукта которой является выходом товарного продукта, а выход дистиллята - выходом сжиженных углеводородных газов, при этом блок каталитического риформинга включает три реактора (XuMuK.ru. Химическая энциклопедия. Каталитический риформинг. Рис.2, 3. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1922.html)
Разработанная технология принципиально позволяет сделать высокоэффективным именно малотоннажное производство высокооктановых бензинов, сократив при этом как капитальные затраты на сооружение установок, так и эксплуатационные расходы.
Технический результат полезной модели заключается в снижении материалоемкости и энергоемкости путем замены трех реакторов каталитического риформинга на один трубчатый реактор.
Технический результат достигается тем, что в установке для получения высокооктановых компонентов бензина, содержащей линию подачи сырья с аппаратом нагрева сырья, соединенную с входом блока очистки, соединенный с его выходом через аппарат нагрева сырья блок каталитического риформинга, выход которого соединен с входом сепаратора, выход водородсодержащего газа которого соединен с линией подачи сырья, колонну стабилизации, вход которой соединен с выходом жидкого продукта сепаратора, выход кубового продукта которой является выходом товарного продукта, а выход дистиллята - выходом сжиженных углеводородных газов, согласно предложению блок каталитического риформинга представляет собой трубчатый реактор одноступенчатого риформинга.
Кроме того, трубчатый реактор включает трубки с катализатором и средство нагрева. При этом средство нагрева представляет собой горелочные устройства.
Кроме того, блок очистки представляет собой блок адсорбционной очистки, включающий два адсорбера.
Кроме того, аппарат нагрева сырья представляет собой первый рекуперативный теплообменник, а на линии, соединяющей выход сепаратора с входом колонны стабилизации, установлен второй рекуперативный теплообменник для нагрева проходящего по этим линиям продукта.
При этом линия, соединяющая выход трубчатого реактора с входом сепаратора проходит через второй рекуперативный теплообменник для охлаждения риформата, а линия, соединенная с выходом товарного продукта колонны стабилизации, проходит через третий рекуперативный теплообменник для охлаждения товарного продукта.
Кроме того, на обеих указанных линиях после теплообменников установлены аппараты воздушного охлаждения.
На чертеже представлена принципиальная технологическая схема предложенной установки.
Принципиальная технологическая схема установки каталитического риформинга состоит из блока очистки сырья от сернистых соединений, блока каталитического риформинга газосырьевой смеси и блока стабилизации товарной высокооктановой фракции бензинов и сжиженных углеводородов. Особенностью предложенной установки является то, что реакция происходит в одной реакционной зоне путем постоянного поддержания температуры реакции превращения углеводородного сырья.
Блок 1 очистки сырья включает два адсорбера, входы которых соединены с линией 2 подачи сырья, а выходы - с блоком каталитического риформинга, представляющего собой трубчатый реактор 3 одноступенчатого риформинга. Выход реактора 3 соединен с входом сепаратора 4, выход водородсодержащего газа которого соединен с линией 2 подачи сырья. Выход жидкого продукта сепаратора 4 соединен со входом колонны 5 стабилизации, выход кубового продукта которой является выходом товарного продукта, а выход дистиллята - выходом сжиженных углеводородных газов.
На линии 2 подачи сырья установлен рекуперативный теплообменник 6, на линии, соединяющей сепаратор 4 с колонной 5 стабилизации -рекуперативный теплообменник 7. При этом линия, соединяющая выход трубчатого реактора 3 с входом сепаратора 4 проходит через рекуперативный теплообменник 6, а линия, соединенная с выходом товарного продукта колонны 5 стабилизации, проходит через рекуперативный теплообменник 7. На обеих указанных линиях после теплообменников 6 и 7 установлены аппараты 8 и 9 воздушного охлаждения.
Разработанный подход основан на производстве высокооктановых компонентов бензинов в расчете на одну реакционную зону с минимальным количеством оборудования, включающий предварительную подготовку сырья с целью очистки от сернистых соединений путем подбора поглощающих катализаторов. По мере насыщения катализатора, поглощающего сернистые соединения, его меняют на свежий, а отработанный катализатор отправляют на утилизацию.
Поставленная задача получения высокооктановых компонентов бензинов методом каталитического риформинга в одной реакционной зоне решается путем использования трубчатого реактора 3, где катализатор засыпается непосредственно в трубки реактора 3, а подвод тепла осуществляется при помощи горелок.
Установка функционирует следующим образом.
Бензиновая фракция 85÷130(150)°C, полученная на установке первичной перегонки нефти, нагревается в рекуперативном теплообменнике 6 до температуры 450°C и смешивается с водородсодержащим газом (ВСГ) с концентрацией водорода до 87%.
-1
Далее газосырьевая смесь направляется в блок 1 адсорбционной очистки от сернистых соединений и поступает с объемной скоростью 1,4 час и давлением 2,2 МПа в реакционную зону трубчатого реактора 3. Реакционная смесь проходит с равномерным перепадом через трубки реактора 3, в которых засыпан катализатор риформинга, где происходит газофазное превращение с прохождением характерных для процесса каталитического риформинга химических реакций (дегидрирование, дегидроциклизация, изомеризация, гидрокрекинг), преобразующих углеводородный состав бензиновых фракций. Реакции протекают в одну ступень с поглощением тепла и выделением избыточного количества ВСГ. Для поддержания требуемой для прохождения реакций температуры в трубчатом реакторе 3 организован огневой подогрев посредством горелочных устройств. Продукты реакции направляются в сепаратор 4, предварительно охладившись в теплообменнике 6 и аппарате 8 воздушного охлаждения, где из них выделяется ВСГ, который поступает обратно на циркуляцию в трубчатый реактор 3, а балансовый избыток выводится с установки и используется в качестве топливного газа. Нестабильный риформат из сепаратора 4 направляется через рекуперативный теплообменник 7, где нагревается отходящим потоком товарного риформата, в колонну 5 стабилизации. Для нагрева кубовой части колонны 5 стабилизации служит третий рекуперативный теплообменник 10. Кубовым продуктом колонны 5 стабилизации является товарный риформат с требуемым значением по октановому числу, которое в зависимости от температурного режима процесса каталитического риформинга может варьироваться до 98 пунктов по исследовательскому методу. Дистиллятом колонны 5 стабилизации являются товарные сжиженные углеводородные газы, которые выводятся с верха колонны 5, охлаждаются в аппарате 11 воздушного охлаждения и поступают в рефлюксную емкость 12, откуда насосом 13 подаются обратно в колонну 5 в качестве острого орошения, а балансовый избыток выводится с установки.
В качестве примера рассмотрим установку риформинга бензинов производительностью по сырью 30 тыс.т./год на катализаторе РБ-44У марки Ш.
Данный катализатор имеет следующие характеристики и параметры:
Показатели процесса
-1
- объемная скорость 1,4 час,
- давление на входе в риформинг 2,09 МПа,
- мольное отношение водород: сырье 5,5,
- температура на входе 495°C,
- среднеинтегральная температура процесса 463°C,
- концентрация водорода в ВСГ 87% об.
Свойства катализатора РБ-44У марки Ш
- содержание платины
0.25% масс.,
- содержание рения
0.50% масс.,
- диаметр шариков
1.6 мм,
- коэффициент прочности
1.4-1.6 кг/мм,
- насыпная плотность
0.72 г/см<sup>3</sup>,
- межрегенерационный цикл ожидаемый, лет:
При выработке риформата с 04 95-96
4,
При выработке риформата с 04 97-98
2,
Срок службы, лет
Гарантированный
7,
Ожидаемый
10
Рекомендуемые требования к сырью
- серы
0,5 ррм,
-азота
0,5 ррм,
- хлора
10 ррм,
- свинца и других металлов
1 ррв
Характеристика стабильного риформата
- октановое число, ИОЧ
97-98,
- МОЧ
86,5-87,
- содержание ароматических углеводородов 65,8% масс,
в том числе бензола
3,2,
- выход риформата
88,9% масс,
- выход водорода
2,7% масс.
В таблице 1 представлен групповой состав сырья, % масс.
Таблица 1
Н-парафины, сумма
20.59
В том числе C<sub>4</sub>
0.02
C<sub>5</sub>
0.24
C<sub>6</sub>
0.41
C<sub>7</sub>
10.86
C<sub>8</sub>
8.90
C<sub>9</sub>
0.16
Изопарафины, сумма
18.11
В том числе C<sub>5</sub>
0.18
C<sub>6</sub>
0.22
C<sub>7</sub>
7.23
C<sub>8</sub>
9.19
C<sub>9</sub>
1.29
Нафтены, сумма
53.34
В том числе C<sub>6</sub>
3.70
C<sub>7</sub>
29.53
C<sub>8</sub>
19.70
C<sub>9</sub>
0.41
Ароматика: сумма
7.96
В том числе C<sub>6</sub>
0.07
C<sub>7</sub>
4.60
C<sub>8</sub>
3.29
В таблице 2 представлен материальный баланс установки.
Таблица 2
Статьи баланса
Выход продукта
% масс
Кг/час
Взято: сырье
100
3750
Получено:
Водород
2.5
94
Метан
1.5
56
Этан
2.3
86
Пропан
3.1
116
Изобутан
2.8
105
Н-бутан
2.8
105
Катализат
85.0
3188
Статьи баланса
Выход продукта
% масс
Кг/час
Взято: сырье
100
3750
Получено:
ВСГ,
9.4
353
В т.ч. Водород
2.5
94
Сухой газ
1.9
70
Рефлюкс
3.7
139
Стаб. катализат
85.0
3188
В материальном балансе принято соотношение сухого газа к рефлюксу 2,0.
В таблице 3 представлен принятый углеводородный состав циркулирующего ВСГ.
Таблица 3
Компоненты
в % масс
в % мольн.
Получено:
Водород
26.5
85
Метан
12.3
5
Этан
23.1
5
Пропан
20.3
3
Изобутан
8.9
1
Н-бутан
8.9
1
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
0.281
Расчет реактора
Объем катализатора
p
к.p.
3
V=W/w=5.144/1.4=3.67 м
Масса катализатора
кат
p
н
G=V*d=3.67*720=2640 кг
Порозность катализатора
н
к
Е=1-d/d=1-0.72/1.2-0.4
н
к
При d=0.72 d=1.2
Тепловой расчет процесса риформинга
Из литературных данных по аналогичным процессам риформинга бензинов из газового конденсата:
Температура входа газосырьевой смеси в адиабатический реактор 495°C,
Суммарный перепад температуры по адиабатическим реакторам 177°C.
Температура газосырьевой смеси после сырьевого теплообменника на входе в трубчатый реактор принята 450°C
Тепловая нагрузка в трубчатом реакторе:
- для повышения температуры ГСС от 450 до 495°C
0.284 млн ккал/час
- для поддержания температуры эндотермической реакции (перепад температуры 177°C)
1.071 млн ккал/час
Суммарная нагрузка на трубчатый реактор
1.355 млн ккал/час
Гидравлический расчет реактора
Массовая скорость газосырьевой смеси при 495°C 6015 кг/час,
в том числе сырья
3750 кг/час
циркулирующего водородсодержащего газа
2265 кг/час
3
3
Объемная скорость газосырьевой смеси в реакторе составляет 1008 м/час или 0,28 м/сек.
2
Давление на входе в реактор 25 кг/смабс.
При диаметре Д трубок=150 мм или 0.15 м
тр
2
3
Объем 1 погонного метра трубок V=0,785*0,15*1=0,0177 м
Общая длина трубок с катализатором составит Lобщ=3.67/0,0177=207 м
Если принять длину трубок 4 м, то количество трубок составит 52 штуки.
Линейная скорость смеси в трубках при Д=0,15 м и L=4 м (52 трубки)составит
w=0,28/0,0177*52=0,304 м/сек
3
3
Предложенная установка реализует способ получения высокооктановых бензинов, включающий последовательную подачу в реакционную зону нагретой смеси углеводородного сырья и ВСГ, в которой происходит газофазное превращение углеводородного газа в реакторе 3 при постоянной температуре 463-495°C и давлении 2,0÷2,2 МПа. После реактора 3 происходит последующее охлаждение реакционной смеси в теплообменнике 6 потоком исходного сырья, окончательное охлаждение перед сепарацией, в процессе которой охлажденную реакционную смесь разделяют на ВСГ и нестабильный риформат. Далее нестабильный риформат поступает на стабилизацию с выделением сжиженных углеводородных газов и стабильной бензиновой фракции с высоким октановым числом, при этом ВСГ с содержанием водорода 87% (об.) возвращают обратно на реакцию с выводом балансового количества с установки. Выход гидрогенизата на предложенной установке равен 100% при кратности ВСГ 1600 нм/м сырья.