УСТАНОВКА КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООКТАНОВОГО БЕНЗИНА Российский патент 1995 года по МПК C10G35/04 

Изобретение относится к комплексным устройствам для каталитической переработки бензиновых фракций нефтей и газовых конденсатов и может быть использовано в составе нефте- и газоперерабатывающих заводов, на объектах первичной переработки углеводородного сырья для получения высокооктанового неэтилированного бензина.

Основным сырьем для производства высокооктановых бензинов являются прямогонные бензиновые фракции нефтей и газовых конденсатов, имеющие низкие октановые числа. Повышение октановых чисел для получения неэтилированных бензинов производят путем переработки сырья различными термическими и каталитическими процессами (термокрекинг, каталитический крекинг, риформинг и др.) на соответствующих установках.

Известна типовая установка каталитического риформинга прямогонных бензинов на платиновом катализаторе [1]
Сущность процесса заключается в обогащении продукта ароматическими углеводородами за счет дегидрогенизации шестичленных нафтеновых и дегидроциклизации нормальных парафиновых углеводородов. Используемый катализатор весьма чувствителен к присутствию в сырье серы, азота и других вредных компонентов, поэтому установка включает блок гидроочистки сырья, предшествующий блоку риформинга. Блок риформинга включает четыре реактора (три ступени риформинга), трехсекционную печь, систему охлаждения катализата, сепараторы высокого и низкого давления. Установка включает также блок стабилизации катализата.

Для обеспечения теплом эндотермического процесса ароматизации углеводородов в установке предусмотрена циркуляция осушенного на цеолитах водородсодержащего газа.

Установка потребляет сырье, электроэнергию, охлажденную воду, дихлорэтан, инертный газ. Продуктами переработки сырья являются стабильный катализат (целевой продукт), стабильная головная фракция, сухой газ, избыточный водородсодержащий газ.

Установка сложна по технологическому процессу, так как основной процесс каталитического риформинга дополнен гидроочисткой сырья, а также системой обработки и циркуляции водородсодержащего газа. Установка насыщена технологическим оборудованием вспомогательных процессов, а также подключена к внешним источникам охлаждающей воды, дихлорэтана, инертного газа.

Известна установка для каталитической переработки прямогонных бензиновых фракций газового конденсата в высокооктановые топлива [2] В ней при повышенных температурах на цеолитсодержащем катализаторе ИК-28 протекают процессы дегидрирования нафтеновых, изомеризации, циклизации и фрагментации нормальных парафиновых углеводородов. В результате этих превращений в составе получаемых бензинов преобладают изопарафиновые и ароматические углеводороды и октановые числа продукта повышаются по сравнению с сырьем на 12,4-22,9 пункта по моторному методу.

Установка включает стабилизационную колонну сырья, соединенную с холодильником и сепаратором дистиллята, пароподогревателями сырья и кубового продукта, печь, два реактора, рекуперативные теплообменники, а также двухколонную систему фракционирования катализата. В одном из реакторов в течение 200-350 ч идет процесс риформинга сырья до потери активности катализатора. После этого реактор, отработавший в режиме реакции переключается на регенерацию, а отрегенерированный реактор включается в работу в режиме реакции. Таким образом при циклической работе реакторов достигается непрерывный процесс переработки сырья.

Окислительная регенерация катализатора обычно осуществляется за 75-100 ч до полного восстановления каталитической активности. Период, составляющий разницу во времени продолжительности реакции и продолжительности регенерации, реактор и катализатор находятся в горячем резерве.

От установки отводят углеводородный газ, целевой продукт высокооктановый бензин и широкую фракцию углеводородов, используемую в качестве компонента дизельного или котельного топлива.

Недостатком приведенного аналога является неэффективное использование катализатора и реактора, вследствие длительной выдержки в горячем резерве.

Наиболее близкой к предлагаемому комплексному устройству по своей технической сущности и достигаемому эффекту является установка каталитического получения бензина из углеводородного сырья [3]
Установка содержит ректификационные колонны сырья и продуктов реакции, соединенные с конденсаторами и сепараторами дистиллятов, два реакторно-тепловых блока, каждый из которых включает реакторный блок с испарителем, теплогенератор и дымосос, соединенный между собой в указанной последовательности по тракту газового теплоносителя и образующие циркуляционный газоход. На участке газохода между реакторным блоком и дымососом установлен патрубок для отвода избыточного отработанного газового теплоносителя. Установка содержит также рекуперативный теплообменник и узел приготовления регенерирующего газа из избыточного отработанного газового теплоносителя. Каждый реакторный блок установки содержит смонтированные в газоходе последовательно по ходу движения газового теплоносителя перегреватель испаренного сырья, каталитический реактор, заполненный цеолитсодержащим катализатором, испаритель сырья, подогреватели кубового продукта колонны, подогреватель сырья. К установке подведены сырье и электроэнергия. Продуктами переработки сырья являются высокооктановый бензин, а также дизельная фракция, широкая фракция тяжелых ароматических углеводородов, водородсодержащий углеводородный газ, которые утилизируются.

Избыточный газовый теплоноситель дымовые газы, полученные от сжигания топливного газа в теплогенераторах проходят полностью или частично через узел приготовления регенерирующего газа и удаляются в атмосферу.

Основным недостатком выбранного прототипа является неэффективное использование катализатора и оборудования.

Недостаток обусловлен тем, что в цикле работы катализатора имеется продолжительная стадия выдержки катализатора, а также реактора, перегревателя и испарителя в горячем резерве. Кроме того, техническое решение по прототипу предусматривает для каждого каталитического реактора собственный реакторно-тепловой блок с перечисленным выше оборудованием. Причем снижение потребляемой тепловой мощности испарителя, перегревателя и реактора, выведенных на регенерацию или в горячий резерв, требует снижения тепловой мощности теплогенератора, т.е. неэффективного его использования.

Целью изобретения является повышение эффективности использования катализатора и оборудования установки.

Цель достигается тем, что в установке, содержащей дымосос, теплогенератор, реакторный блок, испаритель, соединенные последовательно по ходу газового теплоносителя и образующие циркуляционный газоход, патрубок отбора отработанного газового теплоносителя на газоходе между испарителем и дымососом, теплообменник, конденсатор и сепаратор продуктов реакции, ректификационную колонну, соединенную с теплообменником, холодильником кубового продукта, конденсатором и сепаратором дистиллятов, узел приготовления регенерирующего газа, реакторный блок выполнен в виде проточного газохода и разделен продольными перегородками на каналы, в каждом из которых последовательно по ходу газового теплоносителя размещены затвор, каталитический реактор, перегреватель, затвор, при этом в перегородках на участке между реакторами и перегревателями выполнены перепускные окна и установка дополнительно содержит распределитель испаренного сырья и регенерирующего газа, соединенный с узлом приготовления регенерирующего газа, коллектором сырья и перегревателями. Установка дополнительно содержит испарители сырья, соединенные по охлаждаемой среде с соответствующими реакторами и по охлажденной среде с коллектором продуктов реакции и коллектором отработанного регенерирующего газа.

Основными преимуществами предлагаемого изобретения являются:
повышение эффективности использования катализатора, так как после завершения окислительной регенерации в одном из реакторов он без отстоя в режиме горячего резерва включается в работу в режиме реакции, а другой реактор, отработавший в режиме реакции до снижения активности катализатора, переключается на регенерацию. Поэтому при равных объемах загрузки катализатора производительность предлагаемой установки будет значительно выше производительности установки, выполненной по описанному прототипу;
повышение эффективности использования оборудования, так как перегреватель и реактор, выведенные на работу в режиме регенерации, не пребывают длительное время в режиме горячего резерва, а после завершения регенерации включаются сразу в работу в режиме реакции. Теплогенератор работает в постоянном тепловом режиме и, в отличие от технического решения по прототипу, не требует снижения тепловой мощности при отключении одного из реакторов на регенерацию. Кроме того, уменьшено количество теплогенераторов и дымососов;
повышение стабильности состава готового продукта, так как несмотря на изменение состава катализата от каждого реактора в зависимости от продолжительности его работы в режиме реакции и являющемся свойством катализатора, в любой момент времени в работе находятся несколько реакторов с различным уровнем потери активности катализатора, и готовый продукт, являясь смесью продуктов реакции от разных реакторов имеет усредненный состав.

Известны технические решения, в которых требуемая производительность технологического процесса достигается параллельной работой нескольких идентичных технологических линий меньшей мощности. В предлагаемом техническом решении этот же прием использован для выравнивания производительности совокупного процесса по расходуемому сырью и получаемому продукту при нестабильной работе (в цикле реакция-регенерация) каждой технологической линии, размещенной в каналах реакторного блока. При этом по сравнению с прототипом повышается эффективность использования катализатора и оборудования за счет исключения отстоя в горячем резерве. Указанная последовательность расположения затворов в каналах и положение перепускных окон в перегородках между каналами позволяют раздельно регулировать потоки газового теплоносителя при постоянной тепловой мощности через реакторы и через перегреватели в соответствии с режимами их работы (реакция или регенерация). Это решение позволяет уменьшить число находящихся в работе теплогенераторов и дымососов по сравнению с прототипом. Положение реактора по ходу движения газового теплоносителя, предшествующее положению перегревателя, обусловлено тем, что эндотермическая реакция ароматизации углеводородного сырья обеспечивается теплом преимущественно через стенку трубчатого пучка реакторов при высоком среднем температурном напоре между горячим теплоносителем и преобразуемом на катализаторе сырьем, а величины температурного напора между подохлажденным в реакторах теплоносителем и испаренным сырьем достаточно для перегрева сырья до температуры начала каталитической реакции. Это техническое решение позволяет использовать поверхность трубного пучка реакторов в качестве теплообменной при сокращении теплообменной поверхности перегревателя. Включение в состав установки распределителя испаренного сырья и регенерирующего газа, соединенного указанным образом, позволяет синхронизировать и автоматизировать работу узла приготовления регенерирующего газа и многоканального реакторного блока, что повышает эффективность использования оборудования и существенно упрощает управление установкой. Включение в состав установки дополнительных испарителей, соединенных указанным образом, дает возможность понизить технологические энергозатраты за счет рекуперации тепла катализата и отработанного регенерирующего газа. Таким образом предлагаемое техническое решение имеет существенные отличия от известных решений и прототипа.

Работоспособность предлагаемого технического решения и достижимость положительного эффекта подтверждается тем, что в решении полностью воспроизводятся условия работы катализатора по превращению сырья, отработанные на пилотных установках.

На чертеже приведена принципиальная схема установки каталитического получения высокооктанового бензина.

На схеме изображены сырье 1, испарители 2 и 3, распределитель газов 4, реакторный блок 5, перегреватели 6, реакторы 7, затворы 8 и 9, перегородки 10, окна 11, коллектор катализата 12, теплообменник 13, воздушный холодильник-конденсатор 14, сепаратор 15, колонна 16, воздушный холодильник-конденсатор 17, сепаратор 18, холодильник 19, дымосос 20, теплогенератор 21, узел приготовления регенерирующего газа 22, дымовые газы 23, коллектор топливного газа 24, коллектор отработанного регенерирующего газа 25,готовый продукт 26, избыточный топливный газ 27, патрубок отбора отработанного газового теплоносителя 28.

Установка предусматривает проведение процесса риформинга сырья в стационарном слое цеолитсодержащего катализатоpа типа ЦВМ, устойчивого к содержанию серы в сырье, и работает следующим образом. Сырье 1 испаряют в испарителях 2 и 3, разделяют на несколько равных потоков в распределителе газов 4 и направляют на переработку в реакторный блок 5.

Реакторный блок, представляющий собой проточный газоход, разделен продольными перегородками 10 с окнами 11 на несколько каналов. В каждом канале размещены затвор 8, реактор 7, перегреватель 6, затвор 9. Количество каналов определяют из отношения продолжительности полного цикла (реакция плюс регенерация) работы катализатора на сырье конкретного состава к продолжительности периода регенерации в часах с округлением до целого числа в большую сторону. Исходные данные для вычисления количества каналов получают из результатов лабораторных исследований. Обычно количество каналов равно четырем-пяти, из них один канал работает в режиме регенерации, остальные в режиме реакции. После завершения регенерации в одном из каналов его включают в работу в режиме реакции, а канал, в котором катализатор отработал в режиме реакции до потери активности, переключают на регенерацию.

Размещенными в реакторном блоке 5 поворотными затворами 8 и 9 управляют потоками газового теплоносителя в каналах. Подачу теплоносителя в канал, выведенный на регенерацию, перекрывают затвором 8 и весь теплоноситель проходит через затворы и реакторы остальных каналов. Подохлажденный в реакторах теплоноситель распределяют уже по всем каналам при помощи переточных окон 11 в перегородках 10, регулируя потоки затворами 9. Через перегреватель канала, выведенного на регенерацию, пропускают теплоноситель в количестве, достаточном для нагрева в нем регенерирующего газа до заданных температур. Остальной теплоноситель пропускают через перегреватели каналов, работающих в режиме реакции.

Реакторы 7 представляют собой теплообменники, трубное пространство которых заполнено катализатором и через канализатор пропускают поток перегретого сырья. В межтрубном пространстве движется горячий теплоноситель.

Перегреватели 6 многоходовые трубчатые теплообменники, в трубном пространстве которых нагревается до заданных температур испаренное сырье. В межтрубном пространстве движется теплоноситель.

Испаренное сырье из распределителя 4 поступает в перегреватели 6 и затем в реакторы 7. На активной поверхности катализатора идут процессы ароматизации, изомеризации, дегидроциклизации, алкилирования углеводородов. Полученный катализат сначала охлаждают в испарителях 2, затем объединяют коллектором катализатора 12 в один поток и, пропуская через рекуперативный теплообменник 13, охлаждают, подогревая поток сырья колонны 16. Окончательное охлаждение катализата происходит в воздушном холодильнике-конденсаторе 14, из которого газожидкостный поток поступает в сепаратор 15. Жидкую фазу катализата направляют через теплообменник 13 в колонну 16 на стабилизацию. Дистиллят колонны охлаждают в воздушном конденсаторе 17 и разделяют пофазно в сепараторе 18. Часть жидкой фазы возвращают в колонну на орошение, а остальное подают на смешение с охлажденным в воздушном холодильнике 19 кубовым продуктом колонны. Полученная смесь готовый продукт 26 высокооктановый бензин.

Отсепарированные газы из сепараторов 15 и 18 поступают в коллектор топливного газа 24, из которого часть газа подают в теплогенератор 21 на сжигание, а избыточный топливный газ 27 отводят с установки и утилизируют.

При сжигании топливного газа в теплогенераторе 21 и смешении продуктов сгорания с циркулирующим газовым теплоносителем получают горячий теплоноситель, который подают в реакторный блок. Проходя через трубные пучки реакторов, перегревателей и испарителя 3, теплоноситель охлаждается, после чего избыточную часть теплоносителя отводят через патрубок 28 в узел приготовления регенерирующего газа 22, а остальное поступает на циркуляцию через дымосос 20 на смешение в теплогенератор 21.

Теплогенератор представляет собой вихревую топку, футерованную изнутри огнеупорным кирпичом. Топливный газ или резервное топливо (например, сырье или газ) сжигают при подаче дутьевого воздуха с коэффициентом расхода α 1,01. Выходящие из топки продукты сгорания смешиваются в вихревом смесителе с циркулирующим газом, образуя горячий теплоноситель, направляемый далее по циркуляционному газоходу. В теплогенератор подают на дожигание отработанный регенерирующий газ из коллектора 25.

В узле приготовления регенерирующего газа 22 путем специальной обработки отработанного теплоносителя готовят сначала инертную основу регенерирующего газа, а затем регенерирующий газ с заданной концентрацией кислорода. Полученный газ, пропуская через распределитель 4, направляют в соответствующий перегреватель и далее в реактор на регенерацию катализатора. Отработанный регенерирующий газ охлаждают в одном из испарителей 2 и по коллектору 25 отводят на дожигание в теплогенератор.

В таблице приведен тепловой баланс расчетного режима установки производительностью 17 тыс. т в год по сырью и 13,5 тыс.т. в год по готовому продукту.

П р и м е р. Углеводородное сырье прямогонный нефтяной стабильный бензин следующего фракционного состава, ^оС: н.к. 59; 10% выкипает до 81; 30% до 97; 60% до 119; 90% до 156; 95% до 168; к.к 180^о, и имеющий октановое число по моторному методу 54.2, подают на установку под давлением 1,1 МПа. В испарителях 2 и 3 сырье испаряют и объединенным потоком с температурой 320^оС подают в распределитель газов 4. В нем испаренное сырье разделяют на три равных потока и направляют в три перегревателя 6 реакторного блока 5, работающие в режиме реакции. В перегревателях испаренное сырье нагревают до температуры 480^оС и подают в три реактора 7. На активной поверхности загруженного в реакторы цеолитсодержащего катализатора типа ЦВМ при объемной скорости 2 ч^-1, давлении 1,05 МПа, при подводе тепла через стенки трубного пучка, идут процессы превращения предельных углеводородов преимущественно в ароматические соединения с образованием водорода и низких углеводородов. Эндотермическая реакция ароматизации обеспечивается теплом от газового теплоносителя, движущегося по циркуляционному газоходу за счет перепада давления, создаваемого дымососом 20. Горячий теплоноситель с температурой 600^оС готовят в теплогенераторе 21 путем смешения продуктов сжигания топливного газа (коэффициент расхода воздуха α 1,01) с отработанным газовым теплоносителем, имеющим температуру 380^оС. После прохождения реакторов 7 температура теплоносителя снижается до 505^оС, после перегревателей 6 445^оС, после испарителя 3 380^оС.

Полученный в реакторах 7 катализат с температурой 472^оС охлаждают до 300^оС в трех испарителях 2 и объединенным потоком направляют через теплообменник 13 и воздушный холодильник конденсатор 14 в сепаратор 15. Жидкую фазу катализата из сепаратора отводят в колонну 16 через теплообменник 13, подогревая до 200^оС. Газовую фазу катализата отводят из сепаратора в коллектор топливного газа 24. Давление в сепараторе 0,95 МПа поддерживают регулятором давления, установленном на линии отвода газовой фазы из сепаратора в коллектор топливного газа.

В колонне 16 идет процесс стабилизации жидкой фазы. Температура низа колонны 185^оС, верха колонны 125^оС. Дистиллят охлаждают в воздушном холодильнике-конденсаторе 17 до 45^оС и направляют в сепаратор 18. Часть жидкой фазы из сепаратора направляют на орошение колонны, а остальное на смешение с кубовым продуктом колонны, охлажденным в воздушном холодильнике 19, получая готовый продукт высокооктановый бензин 26. Газовую фазу из сепаратора 18 через регулятор давления в узле стабилизации удаляют в коллектор топливного газа 24. Давление в колонне 0,8 МПа.

Готовый продукт отводят с установки через автоматический регулятор расхода, связанный с прибором контроля уровня в кубовой части колонны.

Избыточный газовый теплоноситель с температурой 380^оС отводят из циркуляционного газохода через патрубок 28, установленный между испарителем 3 и дымососом 20, в узел приготовления регенерирующего газа 22. В нем из части избыточного газового теплоносителя готовят регенерирующий газ с заданным содержанием кислорода (от 0,2 до 21 об.) для продувки системы инертным газом и окислительной регенерации катализатора. Остальной охлажденный до 120^оС избыточный газовый теплоноситель удаляют в атмосферу.

Полученный регенерирующий газ распределителем газов 4 направляют в один из перегревателей 6 реакторного блока 5. В перегревателе регенерирующий газ нагревают до 380-500^оС (в зависимости от стадии регенерации) и направляют в соответствующий реактор, выведенный на регенерацию. При этом соответствующий затвор 8 закрыт, а затвор 9 регулирует расход газового теплоносителя через трубный пучок перегревателя, обеспечивая нагрев регенерирующего газа до указанных температур. После отдувки газообразных углеводородов из перегревателя и реактора начинают отжиг углеводородов (кокса), зафиксированных на катализаторе в процессе каталитической реакции. При этом концентрацию кислорода постепенно повышают до 21 об. Период регенерации, включающий отдувку углеводородов, окислительную регенерацию катализатора, отдувку окисляющего газа из системы инертом, составляет около 80 ч. За этот период восстанавливают активность катализатора. После регенерации реактор включат в работу в режиме реакции, а реактор, отработавший в режиме реакции 240 ч до потери активности катализатора, переключают на регенерацию. Продувочные газы и отработанный регенерирующий газ удаляют через коллектор 25 на дожигание.

В результате описанных действий в установке в режиме реакции работают три реактора и один реактор находится на регенерации. При этом полученный продукт имеет следующий фракционный состав, ^оС: н.к. 41; 10% выкипает до 74; 30% до 106; 60% до 142; 90% до 183; 95% до 200; к.к 205. Октановое число продукта по моторному методу 86,0, по исследовательскому методу 93,3. Выход готового продукта 80% Побочный продукт водородсодержащий углеводородный газ с содержанием водорода дo 60-65 об.

Использование: нефтехимия. Сущность изобретения: установка высокооктанового бензина из бензиновых фракций нефтей и газовых конденсатов содержит дымосос, теплогенератор, реакторный блок, испаритель, соединенные последовательно по ходу газового теплоносителя и образующие циркуляционный газоход, патрубок отбора отработанного газового теплоносителя на газоходе между испарителем и дымососом теплообменник, конденсатор и сепаратор продуктов реакции, ректификационную колонну, узел приготовления регенерационного газа. Реакторный блок выполнен в виде проточного газохода и разделен продольными перегородками на каналы, в каждом из которых последовательно по ходу газового теплоносителя размещены затвор, каталитический реактор, перегреватель, затвор. В перегородках на участке между реакторами и перегревателями выполнены перепускные окна. Установка содержит распределитель испаренного сырья и регенерирующего газа соединенный с узлом приготовления регенерирующего газа, коллектором сырья и перегревателем. Установка может содержать испарители сырья, соединенные по охлаждаемой среде с реакторами, по охлажденной среде с коллектором продуктов реакции и коллектором отработанного регенерирующего газа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

1. УСТАНОВКА КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООКТАНОВОГО БЕНЗИНА из бензиновых фракций нефтей и газовых конденсатов, содержащая дымосос, теплогенератор, реакторный блок, испаритель, соединенные последовательно по ходу газового теплоносителя и образующие циркуляционный газоход, патрубок отбора отработанного газового теплоносителя на газоходе между испарителем и дымососом, теплообменник, конденсатор и сепаратор продуктов реакции, ректификационную колонну, соединенную с теплообменником, холодильником кубового продукта, конденсатором и сепаратором дистиллятов, узел приготовления регенерирующего газа, отличающаяся тем, что реакторный блок выполнен в виде проточного газохода и разделен продольными перегородками на каналы, в каждом из которых последовательно по ходу газового теплоносителя размещены затвор, каталитический реактор, перегреватель, затвор, при этом в перегородках на участке между реакторами и перегревателями выполнены перепускные окна, установка дополнительно содержит распределитель испаренного сырья и регенерирующего газа, соединенный с узлом приготовления регенерирующего газа, коллектором сырья и перегревателями. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит испарителя сырья, соединенные по охлаждаемой среде с соответствующими реакторами и по охлажденной среде с коллектором продуктов реакции и коллектором отработанного регенерирующего газа.