УСТАНОВКА КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООКТАНОВОГО БЕНЗИНА Российский патент 1996 года по МПК B01J8/06 C10G35/04 

Изобретение относится к комплексным устройствам для каталитической переработки углеводородного, спиртово-эфирного сырья в неэтилированные высокооктановые бензины; в зависимости от природы сырья возможно также получение дизельных и остаточных фракций. Установка может быть использована как в составах химкомбинатов, НПЗ, ГПЗ и пр. на объектах добычи и первичной переработки нефти и газового конденсата, так и в самостоятельной эксплуатации. На установке возможна переработка нефтей и газовых конденсатов, прямогонных и вторичных бензиновых фракций, конденсатов попутных газов, углеводородных компрессатов, рафинатов процесса риформинга, газовых бензинов, олефинсодержащих газов (газов пиролиза, дегидрирования и т.п.), сивушных масел и других спиртово- и эфирсодержащих фракций и т.п.

Известна установка каталитического крекинга углеводородного сырья тяжелых нефтяных фракций [1] содержащая каталитический реактор, регенератор, ректификационные колонны, печь, электрофильтр, котел-утилизатор, емкости, топку под давлением, насосы, воздуходувку, пневмоподъемник. Углеводородное сырье на установке перерабатывают в движущемся слое катализатора, продуктами переработки являются: высокооктановый бензин, газойль и углеводородные газы. Основными недостатками установки каталитического крекинга являются: организация движущегося слоя катализатора, что усложняет аппаратурное оформление установки и повышает расход катализатора вследствие его абразивного износа; сырьем процесса являются тяжелые нефтяные фракции с температурой начала кипения 300^оС и выше, что делает практически невозможным переработку углеводородных фракций, выкипающих до 200^оС.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка цеоформинга, предназначенная для каталитической переработки прямогонных фракций газового конденсата в неэтилированные высокооктановые бензины [2] Установка цеоформинга содержит ректификационные колонны для фракционирования сырья и продуктов реакции, конденсаторы, сепараторы, пароподогреватели и теплообменники, каталитические реакторы со стационарным слоем катализатора, печь для нагрева и испарения сырья. Узлы фракционирования сырья и продуктов реакции работают в непрерывном режиме, а реакторы в режиме реакция-регенерация. Целевым продуктом установки является неэтилированный высокооктановый бензин, побочными продуктами углеводородные газы и остаточная (> 185^оС) фракция.

Основными недостатками данной установки являются: ограничение по сырьевой базе (переработка углеводородов, выкипающих только в области температур кипения бензина); производство на установке только одного целевого продукта бензина, дизельное топливо при этом производить нельзя; на установке не предусмотрена возможность получения газа для регенерации катализатора, что делает невозможным ее самостоятельную эксплуатацию; сложность регулирования температурных режимов работы аппаратов установки.

Сущность изобретения заключается в том, что установка каталитического получения высокооктанового бензина содержит технологически обвязанные: ректификационные колонны, сепараторы, теплообменники, подогреватели, холодильники, конденсаторы, емкости и реакторно-тепловые блоки (РТБ). Реакторно-тепловой блок представляет собой (фиг. 1) ряд аппаратов, объединенных в один циркуляционный газоход, в котором по ходу движения газа-теплоносителя расположены следующие функциональные устройства: теплогенератор, представляющий собой цилиндрическую футерованную топку со смесителем дымовых газов; реактор вертикальный аппарат кожухотрубчатого типа; подогреватель теплообменный аппарат змеевикового типа; испаритель вертикальный кожухотрубчатый аппарат; дымосос. Установка может содержать несколько реакторно-тепловых блоков, работающих параллельно. В зависимости от вида сырья установка может не содержать или содержать 1-4 ректификационные колонны для фракционирования сырья, где может происходить разделение исходного, например, углеводородного сырья на бензиновую, дизельную и остаточную (> 260^оС) фракции. Кроме того установка может содержать узел приготовления из дымовых газов для регенерации катализатора.

На фиг. 1 представлена схема реакторно-теплового блока; на фиг. 2 принципиальная схема установки каталитического получения высокооктанового бензина из углеводородного сырья, имеющего температуру конца кипения выше 300^оС (например, из газового конденсата или нефти).

В данном варианте установка содержит технологически обвязанные: ректификационные колонны 1, 2, 3 и 4; емкости 5, теплообменники и подогреватели 6, холодильники и конденсаторы 7, емкости-сепараторы и сепараторы 8, печь 9, реакторно-тепловые блоки (РТБ-1, -2). Каждый реакторно-тепловой блок содержит циркуляци- онный газоход 10; по ходу движения газа которого расположены: теплогенератор 11, реактор 12 со стационарным слоем катализатора, подогреватель 13, испаритель 14, дымосос 15. На схеме показаны материальные технологические потоки: исходное сырье I, углеводородные газы II, бензиновая фракция сырья III, отбензиненное сырье IV, дизельная фракция V, остаточная фракция сырья (фракция > 260^оС) VI, продукты реакции VII, жидкий катализат VIII, стабильный катализат IX, высокооктановый бензин Х, остаточная фракция катализата (фракция > 160^оС) XI, воздух XII, газообразный теплоноситель XIII, охлажденный теплоноситель XIV, избыточный теплоноситель XV, регенерирующий (активирующий) газ XVI, отработавший регенерирующий (активирующий) газ XVII.

Установка работает следующим образом.

Сырье I (стабильный газовый конденсат или нефть) из сырьевой емкости 5 подают в ректификационную колонну 1, технологически обвязанную теплообменной (6, 7) и сепарирующей (8) аппаратурой. В колонне 1 происходит разделение сырья с выделением верхом колонны сырьевой бензиновой фракции III, выкипающей до 120-200^оС, а кубом колонны отбензиненное сырье IV. Отбензиненное сырье IV подают в ректификационную колонну 2, технологически обвязанную теплообменной (6, 7, 9) и емкостной (5) аппаратурой. В колонне 2 происходит разделение сырья с выделением верхом колонны дизельной фракции V, выкипающей в интервале 120-320^оС, а кубом колонны остаточной (> 260^оС) фракции (мазут) VI, являющихся конечными продуктами, производимыми на установке.

Бензиновую фракцию сырья III, выделенную в колонне 1, направляют в один из реакторно-тепловых блоков, работающий в режиме проведения каталитического процесса РТБ-1 (другой РТБ-2 работает в режиме или активации, или регенерации катализатора), первоначально в испаритель 14, где подогревают, испаряют и перегревают до 350-450^оС. Из испарителя 14 перегретое сырье направляют в трубное пространство каталитического реактора 12, в котором находится стационарный слой катализатора. На катализаторе в результате протекания реакций разрыва С-С связи углеводородов сырья, изомеризации, алкилирования, ароматизации и пр. при температуре реакции 320-480^оС и избыточном давлении происходит деструктивное превращение низкооктановых компонентов сырья в высокооктановые и газообразные углеводороды.

После реактора 12 продукты реакции VII охлаждают, конденсируют и разделяют в сепараторе 8 с выделением углеводородных газов II и жидкого катализата VIII. Жидкий катализат VIII направляют в ректификационную (стабилизационную) колонну 3, технологически обвязанную теплообменной аппаратурой (6, 7) и сепаратором 8, где происходит стабилизация жидкого катализата (удаление растворенных газов). Низом колонны 3 отводят стабильный катализат IX, который направляют в ректификационную колонну 4, технологически обвязанную теплообменной аппаратурой (6, 7) и сепаратором 8. Верхом колонны 4 отбирают бензиновую фракцию (выкипающую до 205^оС), которую охлаждают, конденсируют, отделяют от остаточных углеводородных газов и отводят с установки в качестве целевого продукта высокооктанового бензина Х. Низом колонны 4 отбирают остаточную (> 160^оС) фракцию катализата XI, которую или отводят с установки в качестве побочного продукта, или смешивают с остаточной фракцией исходного сырья VI.

При работе РТБ-1 в режиме получения бензина РТБ-2 работает в режиме или активации (воздухом) "свежего", или регенерации (регенерирующим газом с определенным содержанием кислорода) работавшего в режиме получения бензина катализатора. Указанные газы XVI подают в РТБ-1 в трубчатку змеевика подогревателя 13, где они подогреваются до заданной температуры (в зависимости от режима активации или регенерации катализатора). Нагретый газ из подогревателя 13 РТБ-1 поступает в РТБ-2 в трубное пространство реактора 12, где происходит процесс регенерации (активации) катализатора. После реактора 12 отработанные газы направляют в трубное пространство испарителя 14, а затем сбрасывают XVII на "свечу" или в атмосферу через демпферную емкость.

Использование предлагаемой установки позволяет обеспечить поддержание и регулирование температурных режимов работы функциональных узлов каждого реакторно-теплового блока (в системе: реактор 12, подогреватель 13, испаритель 14) за счет циркуляции газообразного теплоносителя XIII-XIV, циркулирующего по газоходу 10 (фиг. 1). Теплоносителем является образующаяся в смесителе теплогенератора 11 смесь дымовых газов, получаемых при сжигании угловодородного топлива II в топке теплогенератора 11, с циркулирующим охлажденным теплоносителем XIV. Рабочий теплоноситель из теплогенератора 11 по газоходу 10 поступает последовательнo: в межтрубное пространство реактора 12, в подогреватель 13, а затем в межтрубное пространство испарителя 14, где охлаждается за счет нагрева соответствующих материальных потоков. Часть охлажденного теплоносителя XIV поступает на дымосос 15 для рециркуляции по газоходу 10, а избыточное его количество XV сбрасывается через дымовую трубу.

На предлагаемой установке каталитического получения высокооктанового бензина возможна переработка как углеводородного сырья, так и кислородсодержащих соединений (эфиров, спиртов, и т. п.). В зависимости от исходного сырья, при одной и той же конструкции реакторно-теплового блока установка может не содержать, а может и содержать от 1 до 4 ректификационных колонн для разделения сырья. Так, например, при переработке метанола-сырца или рафината риформинга, или углеводородных газов пиролиза, дегидрирования установка не содержит колонн для разделения сырья; при переработке нефти установка может содержать 4 колонны для фракционирования нефти с выделением прямогонного бензина, керосина, дизельной фракции и мазута.

П р и м е р 1. На установке каталитического получения высокооктанового бензина (фиг. 2) сырье I стабильный газовый конденсат фракционного состава, ^оС: н.к. 34, 10 об. 73, 50% 121, 90% 271, 96% 301, к.к. 345^оС, подают насосом из сырьевой емкости через теплообменник, где нагревают до 170^оС, в ректификационную колонну 1. В колонне 1 при давлении 0,4 МПа происходит разделение исходного сырья I с выделением верхом колонны при 120^оС 60,0 мас. бензиновой фракции и кубом колонны при 180^оС 40,0% отбензиненного конденсата IV. Дистиллят колонны 1 охлаждают и конденсируют в конденсаторе и направляют в емкость-сепаратор, где происходит отделение остаточных углеводородных газов II от жидкого дистиллята. Из сепаратора часть охлажденного дистиллята направляют в колонну 1 в качестве холодного орошения, а балансовую часть бензиновую фракцию сырья III (фракция 35-140^оС) направляют в один из двух реакторно-тепловых блоков на каталитическую переработку в высокооктановый бензин. Отбензиненный конденсат (фракция 140-360^оС), отбираемый с куба колонны 1, частично подогревают в подогревателе до 240^оС и возвращают в нижнюю секцию колонны 1 в качестве "горячей струи", а балансовую часть через теплообменник, где нагревают до 300^оС, подают в ректификационную колонну 2.

В колонне 2 при давлении 0,2 МПа происходит разделение отбензиненного конденсата с выделением верхом колонны при 260^оС 30,5 мас. дизельной фракции V и кубом колонны при 320^оС 9,5% остаточной фракции сырья VI. Дистиллят колонны 2 охлаждают и конденсируют в конденсаторе и направляют в рефлюксную емкость, откуда часть охлажденного дистиллята направляют в колонну 2 в качестве холодного орошения, а балансовую часть дизельную фракцию V (фракция 140-280^оС с цетановым числом 45) отводят с установки в качестве конечного продукта дизельного топлива. Часть кубового продукта колонны 2 (фракция 280-345^оС) направляют в печь, где нагревают до 350^оС и возвращают в колонну 2 в качестве "горячей струи", а балансовую часть охлаждают и отводят с установки в качестве продукта VI.

Бензиновую фракцию газового конденсата III, выделенную верхом колонны 1 для дальнейшей каталитической переработки в высокооктановый бензин и имеющую октановое число ОЧ 67 ММ, полают насосом под давлением 1,0-1,2 МПа в реакторно-тепловой блок РТБ-1. В РТБ-1 сырье III подают первоначально в трубное пространство испарителя 14, где нагревают, испаряют и перегревают до 350^оС, а затем в трубное пространство реактора 12. В реакторе 12 со стационарным слоем катализатора при температуре реакции примерно 350^оС, давлении 1,0-1,2 МПа и весовой скорости подачи сырья 2 ч^-1, на цеолитсодержащем катализаторе ИК-30 происходит превращение сырьевой фракции III. Катализатор содержит 30 мас. Al₂O₃ и 70% цеолита со структурой ZSM-11 состава 0,04Na₂O·Al₂O₃x xFe₂O₃·52SiO₂. Продукты реакции VII охлаждают, конденсируют в соответствующей теплообменной аппаратуре и направляют в емкость-сепаратор для отделения газообразных продуктов реакции II от жидкого катализата VIII.

Жидкие продукты реакции (катализат) VIII из сепаратора отбирают насосом и направляют через теплообменник, где нагревают до 120^оС, в ректификационную колонну 3, где под давлением 0,8 МПа происходит их стабилизация (выделение растворенных газов). Верхом колонны 3 при 70^оС отбирают легкую бензиновую фракцию, которую охлаждают, конденсируют в конденсаторе и подают в емкость-сепаратор для отделения углеводородных газов II; жидкий дистиллят возвращают в колонну 3 в качестве холодного орошения. Низом колонны 3 при 140^оС отбирают стабильный катализат IX, часть которого подогревают в теплообменнике до 170^оС и направляют в нижнюю секцию колонны 3 в качестве "горячей струи", а балансовую часть подают через подогреватель, где догревают до 150^оС, в ректификационную колонну 4, где под давлением 0,15 МПа происходит разделение катализата с выделением бензиновой фракции (фракция 35-195^оС) и остаточной фракции (фракция > 195^оС). С верха колонны 4 при температуре 140^оС отбирают пары бензиновой фракции, которые охлаждают, конденсируют в соответствующей теплообменной аппаратуре и направляют в емкость-сепаратор для отделения остаточных газов II. Часть бензина направляют в колонну 4 в качестве холодного орошения, а балансовую часть Х отводят с установки в качестве целевого продукта неэтилированного высокооктанового бензина с ОЧ77,6 ММ. Низом колонны 4 при 200^оС отводят остаточную фракцию катализата XI, выкипающую в пределах 160-300^оС, которую частично направляют через подогреватель, где догревают до 240^оС, в колонну 4 в качестве "горячей струи", а балансовую часть отводят с установки.

Углеводородные газы II, выделяемые в сепараторах, отводят в коллектор углеводородных газов, и они могут быть использованы как в качестве продукта установки, так и в качестве углеводородного топлива в теплогенераторах 11 и в печи для энергообеспечения установки.

Поддержание температурных режимов работы каждого реакторно-теплового блока обеспечивают за счет принудительной, под действием дымососа 15, циркуляции по газоходу 10 газообразного теплоносителя XIII-XIV. Теплоноситель XIII с температурой 600-650^оС получают путем сжигания в топке теплогенератора 11 смеси углеводородных газов II с воздухом XII с последующим смешением в смесителе теплогенератора 11 образовавшихся дымовых газов с циркулирующим по газоходу 10 охлажденным теплоносителем XIV. Рабочий теплоноситель из теплогенератора 11 по газоходу 1, поступает последовательно: в межтрубное пространство реактора 12, в подогреватель 13, а затем в межтрубное пространство испарителя 14, где охлаждается за счет нагрева соответствующих материальных потоков. Охлажденный до примерно 200^оС теплоноситель поступает частично на дымосос 15 для рециркуляции по газоходу 10, а избыточное его количество XV сбрасывают через дымовую трубу.

При работе РТБ-1 в режиме получения бензина РТБ-2 работает в режиме или активации (воздухом) "свежего" или регенерации (регенерирующим газом с определенным содержанием кислорода) работавшего в режиме получения бензина катализатора. При регенерации катализатора в РТБ-2 регенерирующий газ XVI подают в РТБ-1 в трубчатку змеевика подогревателя 13, где он нагревается до 500-520^оС. Нагретый регенерирующий газ XVI из подогревателя 13 РТБ-1 поступает в трубное пространство реактора 12 РТБ-2, где происходит процесс регенерации катализатора регулируемый отжиг коксовых отложений. После реактора 12 отработанные газы направляют в трубное пространство испарителя 14, а затем сбрасывают XVII на "свечу" или в атмосферу через демпферную емкость. При этом в межтрубное пространство реактора 12 для снятия тепла реакции горения кокса дымососом 15 подают атмосферный воздух, который циркулирует по газоходу 10, и избыточное его количество сбрасывается через дымовую трубу.

В результате переработки стабильного газового конденсата на установке каталитического получения высокооктанового бензина указанным способом, из исходного сырья в целом образуется, мас. неэтилированного бензина типа А-76 48,6; дизельного топлива 30,5; остаточной фракции > 160^оС 11,0 (в т.ч. кубовый остаток колонны 2 9,5 и кубовый остаток колонны 4 1,5) и углеводородных газов 9,9.

П р и м е р 2. Аналогичен примеру 1. В результате переработки стабильного газового конденсата на установке каталитического получения высокооктанового бензина указанным способом при температуре реакции 400^оС из исходного сырья в целом образуется, мас. неэтилированный высокооктановый бензин типа АИ-93 (фракция 35-195^оС с октановыми числами 85,4 ММ и 93,8 ИМ) 38,2; дизельное топливо 30,5; остаточная фракция, выкипающая выше 160^оС 11,5 (в т.ч. кубовые остатки колонны 2 9,5 и колонны 4 2,0) и углеводородные газы 19,8.

П р и м е р 3. На установке каталитического получения высокооктанового бензина сырье метанол-сырец (содержание воды 7%) насосом отбирают из сырьевой емкости и подают под давлением 0,2 МПа в трубное пространство испарителя реакторно-теплового блока, где нагревают, испаряют и перегревают до примерно 380^оС, а затем направляют в трубное пространство реактора. В реакторе при температуре реакции примерно 380^оС, давлении примерно 0,2 МПа и весовой скорости подачи сырья примерно 2 ч^-1 на стационарном слое цеолитсодержащего катализатора ИК-28 происходит превращение сырья (метанола) в углеводороды и воду. Катализатор содержит 70 мас. цеолита со структурой ZSM-5 состава 0,03Na₂O·Al₂O₃·0,3Fe₂O₃·86SiO₂, 30 мас. Al₂O₃ и модифицирован 3% La³⁺. Продукты реакции охлаждают, конденсируют в соответствующей теплообменной аппаратуре и направляют в емкость-сепаратор для разделения газообразных продуктов реакции, жидких углеводородов (катализата) и воды. Вода из емкости-сепаратора отбирается с нижнего слоя и отводится с установки.

Жидкие продукты реакции (катализат) из емкости-сепаратора отбирают насосом с верхнего слоя и далее перерабатывают аналогично примеру 1. Поддержание температурных режимов работы реакторно-теплового блока установки осуществляется аналогично примеру 1.

В результате переработки метанола-сырца на описанной установке каталитического получения высокооктанового бензина указанным способом из исходного сырья в целом образуется, мас. вода 47,7; углеводородные газы 19,1; остаточная фракция > 185^оС 1,7; высокооктановый бензин типа АИ-93 (с октановым числом 94 ИМ) 31,5. Выход на углеводородные продукты: углеводородных газов 36,6% остаточной фракции 3,2% высокооктанового бензина 60,2 мас.

Использование: нефтехимия. Сущность изобретения: установка каталитического получения высокооктанового бензина содержит ректификационные колонны, устройство каталитической переработки сырья и обеспечения теплом последних, теплообменную, емкостную и сепарирующую аппаратуру. Устройство каталитической переработки и обеспечения последних теплом выполнены в виде реакторно-тепловых блоков, каждый из которых представляет из себя циркуляционный газоход, состоящий из последовательно расположенных по ходу движения газообразного теплоносителя теплогенератора, реактора кожухотрубчатого типа, подогревателя, кожухотрубного испарителя и дымососа. Установка можит дополнительно содержать узел получения регенерирующего газа из дымового газа реакторно-теплового блока. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТАНОВКА КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКООКТАНОВОГО БЕНЗИНА, содержащая ректификационные колонны, устройства каталитической переработки сырья и обеспечения теплом последних, технологически обвязанные с колоннами и устройствами каталитической переработки, теплообменную, емкостную и сепарирующую аппаратуру, отличающаяся тем, что устройства каталитической переработки и обеспечения последних теплом выполнены в виде реакторно-тепловых блоков, каждый из которых представляет собой циркуляционный газоход, состоящий из последовательно расположенных по ходу движения газообразного теплоносителя теплогенератора, реактора кожухотрубчатого типа, подогревателя, кожухотрубного испарителя и дымососа. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что, с целью проведения окислительной регенерации катализатора, она дополнительно содержит узел получения регенерирующего газа из дымового газа реакторно-теплового блока.