СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОПЕНТАН-ПЕНТАН-ГЕКСАНОВОЙ ФРАКЦИИ
METHOD OF SEPARATING ISOPENTANE-PENTANE-HEXANE FRACTION

Изобретение относится к способам вторичной переработки нефтепродуктов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в частности, в процессе изомеризации.
Известен способ разделения изопентан-пентан-гексановой фракции в процессе изомеризации, состоящий из блока разделения из четырех простых ректификационных колонн фракционирования исходного сырья - фракции НК-70ºС прямогонного бензина и продуктов реакции с выделением бутана, изопентана, пентана, изогексана и гексана, возвращением пентана в реактор в качестве рецикла, сепарации и стабилизации продуктов реакции в блоке обработки изомеризата из сепаратора и двух ректификационных колонн с возвращением изомеризата после смешения с исходным сырьем в первую ректификационную колонну блока разделения (Жоров Ю.М. Изомеризация углеводородов. Химия и технология. М.: Химия, 1983, 304 с.). Недостатками данного способа являются:
- необходимость использования большого количества фракционирующего оборудования (шесть ректификационных колонн, конденсаторов-холодильников и кипятильников, сепаратора), что приводит к существенным капитальным затратам на реализацию способа разделения и увеличению себестоимости конечных продуктов разделения;
- полученный в четвертой ректификационной колонне блока разделения гексан исходного сырья не подвергается изомеризации, что снижает выход ценного конечного продукта изогексана в процессе, поскольку в реакторе изомеризации измеризация пентана и гексана протекает совместно.
5
6
Известен также способ изомеризации углеводородов, содержащих более 15% мас. нормальных парафинов С-С, поступающих в реактор изомеризации с последующим разделением продуктов реакции в ректификационной колонне, при этом с верха колонны отводится низкокипящая фракция, содержащая диметилбутаны и легкие парафины, а с низа колонны отводится высококипящая фракция, содержащая нормальный гексан, метилпентаны, диметилбутаны и метилциклопентан, которая далее подается на селективно проницаемую мембрану, на которой формируется удерживаемая фракция с повышенной концентрацией метилциклопентана и диметилбутанов, а на выходной стороне мембраны получают продиффундировавшую фракцию, имеющую повышенную концентрацию нормального гексана и метилпентанов (патент на изобретение RU 2364583 С2, С07С 5/27, С07С 7/144, B01J 8/00, 20.08.2009). Недостатками данного способа являются:
- неэффективность и высокая стоимость процесса мембранного разделения для крупнотоннажных производств;
- отсутствие рецикла нормальных парафинов со стадии разделения в реактор изомеризации, что приводит к снижению выхода изопарафинов по отношению к потенциалу сырья;
- отсутствие извлечения изопентана из продуктов реакции.
Известен также способ получения высокооктановых компонентов бензина в процессе изомеризации сырья с концом кипения до 100ºС с его предварительным фракционированием, в котором получают сверху колонны углеводородные газы, содержащие сероводород, легкую изопентановую фракцию, содержащую растворенную воду и сернистые соединения, боковым погоном получают фракцию, обогащенную н-пентаном и изомерами гексана, и снизу колонны получают тяжелую фракцию. Фракцию, обогащенную н-пентаном и изомерами гексана, направляют на изомеризацию, продукты изомеризации подвергают ректификации во второй колонне, при этом сверху колонны отбирают легкую высокооктановую часть изомеризата, которую затем смешивают с легкой изопентановой фракцией, получаемой с верха первой ректификационной колонны, боковым погоном второй ректификационной колонны извлекают непрореагировавший н-пентан, возвращаемый в реактор в качестве рецикла, а снизу этой колонны получают тяжелую фракцию (патент на изобретение RU 2307820 С1, С07С 5/27, 10.10.2007). Недостатками данного способа являются:
- невозможность раздельного получения изопентана и изогексана высокой степени чистоты;
- загрязнение изопентановой фракции водой и сернистыми соединениями в результате смешения продуктов верха первой и второй ректификационных колонн.
3
4
Известен также способ разделения изопентан-пентан-гексановой фракции в процессе изомеризации, состоящий из первой ректификационной колонны подготовки сырья - фракции НК-85ºС прямогонного бензина, из которой дистиллятом отводится балластный продукт - фракция С-С, содержащаяся в сырье, боковой погон направляется на превращение пентанов и гексанов 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, которые направляется на разделение в третью ректификационную колонну депентанизации, из которой последовательно сверху вниз отводятся изопентан, пентановый рецикл и гексановая фракция, при этом продукты, выводимые сверху и снизу колонны, подвергаются смешению, а пентановый рецикл возвращается в реактор изомеризации (Оганесян С.А., Нападковский 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:
- невозможность раздельного получения изопентана и изогексана высокой степени чистоты;
- 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;
- отсутствие гибкости работы технологической схемы, так как по мере дезактивации катализатора в реакторе изомеризации интенсифицировать процесс изомеризации можно за счет повышения температуры, что приводит к увеличению выхода бутана и снижению четкости разделения в колонне дебутанизации, из-за чего в продукт, отводимый с низа колонны, попадает значительное количество бутана, загрязняющего далее изомеризат, отводимый из колонны депентанизации.
Целью настоящего изобретения является сокращение потребности в энергии, затрачиваемой в процессе изомеризации на выработку изопарафинов, расширение ассортимента продукции и обеспечение гибкости процесса и чистоты конечных продуктов.
Поставленная цель достигается тем, что в способе разделения изопентан-пентан-гексановой фракции в процессе изомеризации, состоящем из первой ректификационной колонны подготовки сырья, из которой дистиллятом отводится балластный продукт, содержащийся в сырье, остаток с низа ректификационной колонны направляется на превращение пентанов и гексанов в изомеры в реактор изомеризации; продукты изомеризации направляются во вторую ректификационную колонну дебутанизации, откуда сверху колонны отводится бутан, а снизу колонны отводится изомеризат, содержащий реакционный изомеры, полученные в процессе реакции, которые направляются на разделение в третью ректификационную колонну депентанизации, из которой последовательно сверху отводятся изопентан, пентановый рецикл и гексановая фракция, а пентановый рецикл возвращается в реактор изомеризации, в качестве исходного сырья предложено использовать фракцию 75-85ºС прямогонного бензина, в качестве балластного продукта с верха первой ректификационной колонны отводится содержащийся в сырье изопентан, реакционный изопентан отводится сверху третьей ректификационной колонны депентанизации в качестве дистиллята или первым боковым погоном, при этом в качестве дистиллята отводится избыточный бутан, вторым боковым погоном колонны депентанизации отводится пентан, направляемый в реактор изомеризации в качестве рецикла, снизу колонны депентанизации отводится смесь изогексана и нормального гексана, которая в качестве сырья подается в дополнительную четвертую ректификационную колонну деизогексанизации, из которой дистиллятом выводится изогексановая фракция, боковым погоном - гексановый рецикл, который отправляется на повторное превращение в реактор изомеризации, а остатком - вышекипящие компоненты.
Целесообразно также, чтобы при переработке сырья с соотношением пентан/изопентан 1:2 и более максимальный отбор чистого изопентана осуществлялся в первой ректификационной колонне, а при меньшем соотношении - в третьей ректификационной колонне.
На фиг.1 приведена схема, иллюстрирующая предлагаемый способ разделения изопентан-пентан-гексановой фракции в процессе изомеризации.
Исходное сырье - фракция 75-85ºС, содержащая изопентан, нормальный пентан, изогексан, нормальный гексан с примесью бутана и тяжелых углеводородов через рекуперативный теплообменник 2 поступает в первую ректификационную колонну 3, в которой сверху отводится в качестве дистиллята 4 балластный компонент исходного сырья изопентан с незначительной примесью бутана и нормального пентана, который может в дальнейшем использоваться в качестве товарного продукта. Снизу первой ректификационной колонны 3 отводится облагороженное сырье изомеризации 5, которое через теплообменник 6 поступает в реактор 7. В реакторе 7 в зависимости от типа катализатора при температуре до 250ºС и давлении до 10 МПа происходит изомеризация пентана и гексана и образование в качестве побочных продуктов бутана и тяжелых вышекипящих углеводородов, далее полученный изомеризат 20, пройдя через рекуперативный теплообменник 2 и нагрев при этом исходное сырье 1, поступает во вторую ректификационную колонну 8, в которой происходит дебутанизация изомеризата 20. Сверху колонны 8 отводится бутан 9, а дебутанизированный изомеризат 10 поступает в третью ректификационную колонну 11 - деизопентанизатор. В том случае если катализатор в реакторе 7 имеет высокую активность и процесс изомеризации проводится при низкой температуре, то образование бутана в реакторе 7 незначительно, и он практически полностью удаляется сверху ректификационной колонны 8; при этом сверху ректификационной колонны 11 отводится изопентан с потоком 12. При длительной работе катализатора в реакторе 7 его активность постепенно снижается, падение активности катализатора компенсируется повышением температуры в реакторе, при этом существенно ускоряются побочные реакции, образование бутана в реакторе 7 становится существенным и он уже не может практически полностью удаляться сверху ректификационной колонны 8, а частично выводится из колонны 8 с потоком 10. В этом случае во избежание загрязнения товарного изопентана, выводимого из колонны 11 бутаном, бутан выводят сверху колонны 11 с потоком 12, а товарный изопентан отводят из колонны 11 боковым погоном 13. Между вводом в колонну 11 дебутанизированного изомеризата 10 и выводом бокового погона 13 из колонны 11 отводится боковым погоном пентановая фракция 14, направляемая на рециркуляцию через теплообменник 6 в реактор 7. Снизу колонны 11 отводится депентанизированный продукт 15, поступающий в четвертую ректификационную колонну 16 - деизогексанизатор, сверху которой в качестве дистиллята отводится изогексан 17, снизу - тяжелые вышекипящие углеводороды 19 и сбоку боковым погоном 18 отводится гексановая фракция, направляемая на рециркуляцию через теплообменник 6 в реактор 7. Технологический режим первой и третьей ректификационных колонн 3 и 14 определяется содержанием изопентана в соответствующем сырье колонн 3 и 14: при переработке сырья 1 с соотношением пентан/изопентан 1:2 и более максимальный отбор чистого изопентана осуществляют в первой ректификационной колонне 3, а при меньшем соотношении - в третьей ректификационной колонне 14.
Положительные эффекты заявляемого изобретения заключаются в следующем:
- использование в качестве исходного сырья фракции 75-85ºС прямогонного бензина позволяет избежать поступления на установку балластного бутана, что сокращает теплоподвод на нагрев исходного сырья и позволяет использовать первую ректификационную колонну в качестве деизопентанизатора сырья;
- увеличить выход изопарафинов в расчете на исходное сырье;
- использование первой ректификационной колонны в качестве деизопентанизатора сырья позволяет получить товарный изопентан и уменьшить нагрузку на реактор изомеризации, что приводит к уменьшению размеров реактора и затрат теплоподвода на проведение реакций в связи с уменьшением объемного расхода сырья в реактор и отсутствием в нем балластного в данном случае сырьевого изопентана пропорционально содержанию изопентана в исходном сырье;
- обеспечивается гибкость работы установки изомеризации при дезактивации катализатора за счет смены вывода реакционного изопентана из третьей ректификационной колонны боковым погоном вместо его вывода в виде дистиллята;
- расширяется ассортимент товарной продукции - помимо изопентана вырабатывается изогексан;
- обеспечивается гибкость технологии в связи с возможным изменением концентрации изопентана в исходном сырье: при переработке сырья с соотношением пентан/изопентан 1:2 и более максимальный отбор чистого изопентана осуществляют в первой ректификационной колонне, а при меньшем соотношении - в третьей ректификационной колонне, что позволяет оптимально варьировать технологический режим в этих колоннах.
Сравнение предлагаемого способа и прототипа проводили путем математического моделирования процесса изомеризации с использованием программы PRO-II. Результаты расчетов по работе установки изомеризации производительностью по сырью 10 т/ч по прототипу и заявляемому изобретению приведены в табл.1-4. Во всех расчетах число теоретических тарелок в первой, второй и третьей ректификационных колоннах принято равным соответственно 68, 30 и 78 тарелкам, число теоретических тарелок в дополнительной четвертой ректификационной колонне - 89.
В табл.1 дана сводная характеристика всех потоков при разделении изопентан-пентан-гексановой фракции в процессе изомеризации по прототипу, показавшая, что выход целевого продукта изопентана чистотой 98% мас., выводимого в качестве дистиллята из третьей ректификационной колонны, составляет 27,45% мас. на сырье, снизу этой колонны выводится гексановая фракция в количестве 45,16% мас., содержащая только 56,46% мас. изогексана, которая может использоваться лишь как компонент бензина.
В табл.2 приведены основные параметры разделения изопентан-пентан-гексановой фракции в процессе изомеризации по заявляемому изобретению в условиях низкотемпературной изомеризации на активном катализаторе, полном выделении бутана во второй ректификационной колонне - дебутанизаторе и изопентана в качестве дистиллята первой и третьей ректификационных колонн. При этом чистота получаемого изопентана превышает 99% мас. Кроме того, в четвертой ректификационной колонне вырабатывается изогексан чистотой около 97% мас.
В табл.3 приведены основные параметры разделения изопентан-пентан-гексановой фракции в процессе изомеризации по заявляемому изобретению в условиях высокотемпературной изомеризации на малоактивном катализаторе, полном выделении бутана во второй и третьей ректификационных колоннах и изопентана в качестве дистиллята первой и бокового погона третьей ректификационных колонн. При этом чистота получаемого изопентана составляет 96,7% мас. Кроме того, в четвертой ректификационной колонне вырабатывается изогексан чистотой около 96,3% мас.
В табл.4 дано сопоставление всех вариантов расчета по прототипу и заявляемому изобретению со сравнением выходов и чистоты изопарафинов. По сравнению с прототипом суммарный выход изопентана при низкотемпературной изомеризации увеличивается в 2,1 раза с повышением чистоты изопентана до 99% мас. и с дополнительным получением изогексана высокой чистоты - 97%. При постепенной дезактивации катализатора и переходе к процессу высокотемпературной изомеризации отбор изопентана в третьей ректификационной колонне боковым погоном вместо дистиллята позволяет повысить его чистоту с 95,1% мас. до 97,8% мас., что свидетельствует об обеспечении гибкости работы установки изомеризации.
5
6
Увеличение отбора и чистоты изопарафинов, обеспечение гибкости работы установки по мере дезактивации катализатора делает целесообразным использование заявляемого изобретения «Способ разделения изопентан-пентан-гексановой фракции» при получении изопарафинов на установке изомеризации парафинов C-С.