Материал: Каталитическая изомеризация как способ повышения качества бензинов

) - с точки зрения обеспечения оптимальных рабочих характеристик катализатора в сырье не должна содержаться сера.

) - с точки зрения обеспечения оптимальных рабочих характеристик катализатора сырье должно быть сухим.

2.6 Влияние технологических параметров

.6.1 Температура в реакторе

Наиболее важным технологическим параметром, определяющим выход продуктов и степень конверсии определенного сырья, характеризующегося соотношением углеводородов С5-С6, является температура в реакторе.

При температуре выше 260ºС выигрыш, с точки зрения конверсии нормальных парафинов, небольшой, поскольку он ограничивается термодинамическим равновесием, в то время как выход продуктов уменьшается. При температуре ниже 245ºС скорость конверсии нормальных парафинов значительно уменьшается, в то время как выход углеводородов С5 и выше остается стабильным. Оптимальная температура в реакторе при неизмененных заданных эксплуатационных условиях должна быть между этими температурами.

Слои катализатора в реакторе установки «Хайзомер» могут работать при различных температурах:

В первом слое может быть выбрана относительно высокая средняя температура, так как в первом слое протекает реакция гидрирования (полностью) и большая часть реакций разрыва колец.

Во втором слое и последующих слоях (если они применяются) температура может быть оптимизирована с точки зрения получения максимального выхода изопарафиновых углеводородов в продукте в результате оптимального сочетания скоростей реакций (более высокие скорости реакций при более высоких температурах) и термодинамического равновесия (более высокое количество изопарафиновых углеводородов на суммарное количество парафинов при более низкой температуре).

Не допустимо снижение температуры сырья до температуры 210ºС, при которой происходит капиллярная конденсация, поскольку это может привести к быстрой деактивации катализатора из-за отложения на нем кокса.

Самая высокая температура достигается на выходе из слоя катализатора. Максимальная температура не должна превышать 285ºС.

На рисунке 2.1 показана активность конверсии С5 и С6 как функция рабочей температуры. Способность катализатора достигать конверсии, близкой к равновесной, доказывается незначительным увеличением активности при температуре свыше 250оС.

Рисунок 2.1 Зависимость активности катализатора HYSOPAR от температуры

2.6.2 Объемная скорость

Объёмная скорость на единицу массы (WHSV) определяется как соотношение часового расхода жидкого сырья в кг/час к общей массе катализатора в кг, то есть:

Этот параметр является непосредственной мерой жёсткости режима. При постоянном количестве катализатора объёмную скорость можно менять, только изменяя расход жидкого сырья.

При более низкой объёмной скорости на единицу массы, то есть при более низком расходе сырья, увеличивается количество активных центров на молекулу углеводорода и увеличивается время контактирования (то есть время пребывания потока в реакторе). При постоянной температуре это приводит к повышению конверсии и к небольшому увеличению степени гидрокрекинга, что влечёт за собой снижение выхода продукта. Для сохранения оптимальных условий необходимо понизить температуру в реакторе. Но только значительное изменение расхода сырья может потребовать регулирования температуры в реакторе.

При высокой объёмной скорости, для достижения определённой степени конверсии нормальных парафинов, необходима более высокая температура в реакторе, что влечёт за собой снижение выхода продукта.

Объемная скорость составляет 1,65 час-1.

2.6.3 Мольное соотношение «водород : углеводороды»

Для обеспечения стабильности катализатора парциальное давление водорода в реакторе установки «Хайзомер» всегда должно быть выше 9-10кг/см2. Этот критерий определяет минимальное мольное соотношение «водород : углеводороды» в комбинированном сырье, подаваемом в реактор. Мольное соотношение «водород : углеводороды» будет оказывать влияние на концентрацию реагирующих веществ на катализаторе. Прямым результатом этого является то, что увеличение кратности рециркуляции циркулирующего водородсодержащего газа будет снижать степень конверсии, поскольку высокое парциальное давление водорода будет снижать степень конверсии парафинов в олефины (начальный этап в цепочке реакций изомеризации), и за счет этого будет уменьшаться выход изомеров.

Для получения продукта при этой же степени конверсии при более высоком мольном соотношении «водород : углеводороды» температуру в реакторе нужно будет увеличивать, что, однако, приведет к некоторому уменьшению выхода углеводородов тяжелее С5.

Мольное соотношение «водород : углеводороды» составляет 1,5моль/моль.

2.6.4 Давление в реакторе

Влияние давления в реакторе на эффективность работы реактора (на выходы и на качество продуктов) при избыточном давлении в диапазоне 15-25 кг/см2 относительно небольшое. Принимая избыточное давление (в пределах границ технологической установки) для отходящего из сепаратора продуктов газа равным 25 кг/см2 и избыточное давление (в пределах границ технологической установки) для подаваемого на подпитку свежего водородсодержащего газа равным 25-35кг/см2, избыточное давление в сепараторе продуктов получается равным 26кг/см2. Учитывая суммарный перепад давления в контуре реактора, равный 4,5кг/см2, давление на выходе из реактора получается равным 27,2кг/см2.

Несомненно, эксплуатация реактора при более высоком давлении способствует снижению скорости образования кокса. Давление в реакторе обычно поддерживается на его проектном уровне (или как можно ближе к нему) и не рассматривается в качестве переменного технологического параметра.

3. Общая характеристика проектируемой секции изомеризации[2]

.1 Назначение секции

Секция изомеризации предназначена для производства высокооктанового изомеризата - компонента бензина с октановым числом 78,5÷87,5 (по исследовательскому методу) из низкооктановой фракции НК-75 °C путем каталитического превращения в среде водорода низкооктановых углеводородов с прямой цепью в изомеры. В основу технологического процесса выбран процесс изомеризации фракции С5-С6 «Хайзомер», разработанный компанией «Shell».

3.2 Выбор места строительства

В процессе изомеризации необходимо присутствие водорода. На момент разработки проекта на НПЗ нет мощностей, направленных на целевое производство водорода. Водородсодержащий газ (ВСГ) является попутным продуктом установки каталитического риформинга (установка ЛГ-35-11/300-95). В районе установки риформинга имеется свободное место для строительства секции, что позволит сократить расходы на подключение к энергоресурсам, водоснабжению, канализации. Также, площадь помещения операторной установки риформинга, является достаточной для размещения технологического персонала секции изомеризации. В связи с этими факторами секция изомеризации фракции С5 -С6 размещается на свободной от застройки территории северо-восточнее установки каталитического риформинга. Рельеф территории характеризуется колебанием отметок от 73,0 до 79,0 м, с общим уклоном на юго-запад. Нормативное значение ветрового давления для III ветрового района - 0.38 кПа, нормативное значение веса снегового покрова для II района - 0.7 кПа. По многолетним наблюдениям средняя температура наиболее холодной пятидневки -32°С, абсолютный минимум -43°С, абсолютный максимум +40°С. Глубина промерзания грунтов 2,68м. Согласно инженерно-геологическим изысканиям площадка расположена в благоприятных для строительства условиях. Район строительства не сейсмичный.

В конечном итоге, выбор места строительства установки обусловлен наличием дешёвой энергии, большого количества водных ресурсов, пара от котельных, наличием высококвалифицированных кадров: инженерно-технических работников, химиков-технологов, механиков, энергетиков, автоматчиков и т.д.

3.3 Обеспеченность сырьём и энергоресурсами

По данным НПЗ обеспеченность сырьём секции изомеризации составляет 140-160 тыс. тонн /год. Так как всё ещё остаётся потребность в низкооктановых автомобильных бензинах, по согласованию с руководством компании была выбрана производительность секции 108000 тонн/год по сырью. Число часов работы в году ~ 8000.

С введением в эксплуатацию новой котельной на НПЗ потребность секции в пароснабжении обеспечена полностью.

По данным НПЗ потребность секции в энергоресурсах (электроэнергия, вода оборотная, питьевая, пожарная), канализация и утилизация промышленных стоков - обеспечивается полностью.

3.4 Характеристика исходного сырья, материалов, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов, изготовляемой продукции

Данные раздела приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1 Характеристика сырья, материалов, реагентов, катализатора и продукции.

3.5 Материальный баланс секции

Материальный баланс секции изомеризации приведён в таблице 3.2

Таблица 3.2 Материальный баланс секции изомеризации