СПОСОБ ИЗОМЕРИЗАЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 2009 года по МПК C07C5/22 C07C9/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к изомеризации углеводородов. Более конкретно изобретение относится к изомеризации легких парафинов с использованием твердого катализатора и отделению более разветвленных парафинов от менее разветвленных парафинов путем фракционирования.

Предшествующий уровень техники

Для современных бензиновых двигателей требуется высокооктановый бензин. Ранее традиционным методом улучшения октанового числа было использование присадок, содержащих свинец. Поскольку свинцовые присадки были сняты с производства по экологическим причинам, повышение октановых чисел осуществляли с помощью других ароматических углеводородов с низким давлением паров. Ущерб, наносимый окружающей среде, связанный с испарением углеводородов с низкой упругостью паров, а также опасность для здоровья, которую представляет бензол, содержащийся в моторных топливах, привели к дальнейшим ограничениям, касающимся высокооктановых компаундирующих компонентов. В связи с этим существует все возрастающая потребность в перестройке структуры C₅ и С₆ углеводородов в компаундированном бензине с целью достижения высоких октановых чисел. Каталитическая изомеризация является широко используемым способом для такой модернизации.

Традиционный компаундированный бензиновый пул обычно включает C₄ и более тяжелые углеводороды с температурами кипения менее 205°С (395°F) при атмосферном давлении. Такой углеводородный ряд включает С₄-С₆ парафины и, в особенности, C₅ и С₆ нормальные парафины, которые характеризуются относительно низкими октановыми числами. Углеводороды С₄-С₆ особенно чувствительны к повышению октанового числа в результате добавления свинцовых присадок и в прошлом их модернизировали именно таким методом. В связи с возможным снятием с производства свинцовых присадок повышение октанового числа достигается с использованием изомеризации, обеспечивающей перестройку структуры парафиновых углеводородов в парафины с разветвленными цепочками, или с помощью реформинга, используемого для превращения С₆ и более тяжелых углеводородов в ароматические соединения. Нормальные C₅ углеводороды трудно конвертируются в ароматику, в связи с чем по установившейся практике такие относительно легкие углеводороды изомеризуют в соответствующие изопарафины, имеющие разветвленную углеродную цепочку. Хотя С₆ и более тяжелые углеводороды могут быть превращены в ароматические углеводороды в результате гидроциклизации, конверсия С₆ в ароматические углеводороды приводит к образованию веществ с высокой плотностью и увеличивает выход газа, причем оба эффекта приводят к уменьшению выхода жидких продуктов. Кроме этого вопросы, связанные с угрозой для здоровья, касающиеся использования бензола, вероятно приведут к общему ограничению использования бензола, а также ароматических углеводородов, которые рассматриваются как предшественники выброса бензола из выхлопной трубы. Таким образом, предпочтительно изменять структуру С₆ парафинов, пропуская их через установку изомеризации с получением С₆ изопарафинов. Следовательно, повышение октановых чисел может предусматривать использование процесса изомеризации для превращения С₆ или более низкокипящих углеводородов.

Эффлюент из зоны реакции изомеризации будет содержать, по меньшей мере, смесь более разветвленных и менее разветвленных парафинов, водород и легкие фракции, содержащие от одного до четырех углеродных атомов. Обычно водород отделяют в блоке сепарации продукта и рециркулируют в реактор изомеризации. Как правило, легкие фракции удаляют из желаемых продуктов изомеризации в блоке-стабилизаторе. Для дополнительного повышения октанового числа продуктов из зоны изомеризации нормальные парафины и иногда менее разветвленные изопарафины возвращают в зону изомеризации совместно с потоком исходных веществ с целью увеличения соотношения между менее разветвленными парафинами и более разветвленными парафинами, входящими в зону изомеризации. Известно множество способов обработки эффлюента из зоны изомеризации с целью регенерации нормальных парафинов и монометилизопарафинов для рециркуляции менее разветвленных парафинов в зону изомеризации.

Изомеры с относительно высоким октановым числом обычно отделяют от нормальных парафинов и монометилразветвленных парафинов с более низким октановым числом, используя для этого зону дистилляции, адсорбционного разделения или некоторые их комбинации. Общие решения, касающиеся разделения и рециркуляции C₅ и С₆ углеводородов в секции изомеризации, представлены и описаны в отрывке от страницы 5-49 до страницы 5-51 руководства The Handbook of Petroleum Refining Processes, изд. Robert A. Meyers, опубликованного McGraw-Hill Book Company (1986). Дистилляция является главным методом разделения желаемых высокооктановых изомеров и низкооктановых изомеров, причем низкооктановые изомеры могут возвращаться в зону изомеризации.

Другим способом разделения высокооктановых изомеров и низкооктановых изомеров является адсорбционное разделение в жидкой фазе. В таком способе поток из зоны изомеризации контактирует с твердым адсорбентом, обладающим селективностью по нормальным парафинам с целью осуществления селективной адсорбции нормальных парафинов, что позволяет выделять изопарафины в качестве высокооктанового продукта. Контактирование адсорбента, содержащего нормальные парафины, с десорбентом на стадии десорбции обеспечивает удаление нормальных парафинов из адсорбента с целью их рециркуляции в зону изомеризации. Оба потока, содержащие изо- и нормальные парафины, подвергают сепарации с целью выделения десорбента перед тем, как изопарафины выделяются в качестве продукта, а нормальные парафины возвращаются в зону изомеризации. Жидкофазную адсорбцию проводят в традиционных устройствах с движущимся слоем, описанных в US 2966528. Использование систем, имитирующих движущийся слой, для селективной адсорбции нормальных парафинов также известно и описано в US 3755144. Преимущество систем, имитирующих движущийся слой, заключается в улучшенном выделении и высокой чистоте адсорбированных и неадсорбированных компонентов эффлюента из зоны изомеризации для данного типа адсорбирующего материала.

Хорошо известны адсорбционные процессы с использованием парофазной адсорбции для разделения нормальных и разветвленных парафинов. Примеры таких процессов описаны в US 4709116 и US 4709117. В цитированных документах описывается использование множества сосудов с адсорбентом и стадий адсорбции и десорбции нормальных парафинов из эффлюента из зоны изомеризации. Кроме этого указывается, что одна или несколько стадий продувки или очистки свободного порового объема также способствует выделению углеводородных продуктов.

Последние достижения в области адсорбционного разделения включают адсорбенты и технологические схемы, предназначенные для разделения монометилпарафинов и диметилразветвленных парафинов. В US 4717784 и US 4804802 описываются способы изомеризации углеводородного сырья и использование комбинированных стадий адсорбционного разделения с целью образования рециркулирующих потоков нормальных и монометилразветвленных парафинов. В таких системах эффлюент из зоны изомеризации поступает в зону разделения на молекулярных ситах, которая содержит сито типа 5А и фериеритное молекулярное сито, которые адсорбируют нормальные и монометилразветвленные парафины соответственно. В US 4804802 описывается использование пара или водорода в качестве десорбента для десорбции нормальных и монометилразветвленных парафинов из секции адсорбции и отмечается, что пар или водород могут рециркулироваться совместно с нормальными и монометилразветвленными парафинами в зону изомеризации.

Другой способ выделения высокооктановых изомеров из низкооктановых изомеров и нормальных парафинов предусматривает проведение адсорбционной сепарации с последующей дистилляцией. В US 3755144 описывается способ изомеризации пентан/гексанового сырья и выделения нормальных парафинов из потока, выходящего из зоны изомеризации. Эффлюент из зоны изомеризации разделяют с использованием зоны сепарации на молекулярных ситах, которая включает средства для регенерации десорбента из потока, содержащего нормальные парафины, рециркулирующего в зону изомеризации. Поток экстракта, содержащий изопарафины, направляется в колонну-деизогексанизатор (deisohexanizer), в которой осуществляется выделение изопентана и диметилбутана в качестве потока сырья и образуется рециркулирующий поток изогексана, который возвращают в зону изомеризации.

Изобретение предусматривает способ изомеризации, в котором не применяется традиционная установка. Так, согласно изобретению устраняется необходимость в использовании колонны-стабилизатора для отделения легких фракций от желаемых продуктов изомеризации. Колонны-стабилизаторы традиционно используются в процессах изомеризации, см. патенты US 5146037, US 4831209, US 5705730 и US 5326926. Согласно изобретению эффлюент из реактора изомеризации направляют в сепаратор продукта с целью удаления и рециркуляции водорода, после чего направляют в зону разделения, включающую деизогексанизатор и в десорбер изомерата, в котором осуществляется выделение легких фракций, а также отделение высокооктанового продукта или бензиновой смеси от низкооктанового продукта с целью рециркуляции в зону изомеризации. Согласно изобретению устраняется необходимость в использовании дорогостоящей колонны-стабилизатора, причем функция стабилизатора осуществляется зоной изомеризации. Изобретение предусматривает способ изомеризации, характеризующийся пониженными капитальными затратами и пониженной стоимостью энергоснабжения за счет исключения колонны-стабилизатора.

Раскрытие сущности изобретения

Изобретение представляет собой способ изомеризации потока сырья, содержащего С₅-С₆ углеводороды, причем такой способ предусматривает загрузку водорода и сырья, содержащего, по меньшей мере, нормальные C₅-C₆ углеводороды в зону изомеризации и контактирование водорода и сырья с катализатором изомеризации в условиях изомеризации с целью повышения степени разветвленности углеводородов и образования эффлюента изомеризации, содержащего, по меньшей мере, нормальный пентан, нормальный гексан, метилбутан, диметилбутан и метилпентан. В качестве катализаторов изомеризации могут использоваться цеолиты или хлорированный алюмоплатиновый катализатор. Поток из зоны изомеризации подается в сепаратор продуктов с целью отделения потока, обогащенного водородом, от потока продуктов изомеризации. Поток изомеризованного продукта направляют в деизогексанизатор с целью разделения на поток бутана и легких фракций, поток изомеризата, содержащий высокооктановые изомеры, рециркулирующий поток, содержащий низкооктановые изомеры и поток тяжелых углеводородов, содержащий циклогексан и углеводороды, включающие семь или более углеродных атомов. Поток изомеризата направляется в колонну-десорбер с целью удаления бутана и легких фракций.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 изображает схему процесса согласно изобретению, в которой используется цеолитный катализатор изомеризации и деизогексанизатор-сепарационная зона. Поток, входящий в десорбер изомеризата, выводится в виде побочной фракции из колонны-деизогексанизатора, причем также показана необязательная камера охлаждения, расположенная на конденсаторе головного погона.

Фигура 2 изображает схему процесса изобретения, применяемую при использовании цеолитного катализатора изомеризации, которая включает деизогексанизатор-сепарационную зону. Поток, входящий в десорбер изомеризата, представляет собой часть рециркулирующего потока из верхнего конденсатора, поступающего в деизогексанизатор.

Фигура 3 схематически изображает часть одного из технических решений деизогексанизатор-сепарационной зоны.

Фигура 4 изображает схему процесса изобретения, применяемую при использовании хлорированного алюмоплатинового катализатора изомеризации, причем приведенная схема предусматривает использовании деизогексанизатор-сепарационной зоны.

Подробное раскрытие сущности изобретения

Авторы изобретения обнаружили, что изомеризация сырья, содержащего C₅ и С₆ углеводороды может быть успешно реализована с помощью более дешевой технологической схемы, чем та, что используется в промышленности в настоящее время. Если говорить более конкретно, то в процессе изомеризации с использованием твердого катализатора может не использоваться традиционная колонна-стабилизатор, и отделение легких фракций от изомеризованных продуктов, обычно осуществляемое в колонне-стабилизаторе, может проводиться в деизогексанизатор-сепарационной зоне. Если это необходимо, то низкооктановые метилпентаны и нормальный гексан могут рециркулироваться в зону изомеризации с целью повышения октанового числа. В общем случае, сырье, содержащее С₅-С₆ углеводороды, приводится в контакт с катализатором изомеризации в зоне изомеризации в условиях изомеризации, в результате чего увеличивается степень разветвления углеводородов и образуется эффлюент из зоны изомеризации, содержащий, по меньшей мере, водород, нормальный пентан, нормальный гексан, метилбутан, диметилбутан и метилпентан, а также легкие фракции. Эффлюент из зоны изомеризации вначале поступает в сепаратор продукта с целью вывода и необязательно рецикла водорода. Донные фракции, образовавшиеся в сепараторе продукта, содержащие продукты изомеризации и легкие фракции, направляются в зону разделения. В этой зоне происходит разделение потока на легкие фракции, рециркулирующий поток, С₇ ⁺ поток и поток продуктов изомеризации.

Сырье, которое может использоваться согласно изобретению, включает углеводородные фракции, обогащенные С₄-С₆ нормальными парафинами. Термин «обогащенный» обозначает поток, содержащий более 50% упомянутых компонентов. Один из видов такого сырья представляет собой потоки практически чистых нормальных парафинов, содержащих 4-6 углеродных атомов или смесь таких практически чистых нормальных парафинов. Другие виды пригодного сырья включают легкий газовый бензин, легкую нефть прямой гонки, конденсатный газойль, легкие рафинаты, легкий реформат, легкие углеводороды, сжиженные бутаны, а также прямогонные дистилляты с конечной точкой кипения 77°С (170°F), содержащие значительные количества С₄-С₆ парафинов. Сырьевой поток также может содержать низкие концентрации ненасыщенных углеводородов, а также углеводороды, содержащие более 6 углеродных атомов.

Водород смешивают с сырьем в количестве, обеспечивающем соотношение между водородом и углеводородом равное или меньшее 0,05 в эффлюенте из зоны изомеризации при работе без рецикла водорода. Установлено, что соотношение в эффлюенте между водородом и углеводородом порядка 0,05 или менее обеспечивает достаточный избыток водорода для проведения процесса. Хотя в ходе реакции изомеризации не происходит потребления чистого водорода, в зоне изомеризации реализуется потребление чистого водорода, на которое часто ссылаются как на потребность в стехиометрическом водороде, связанную с протеканием побочных реакций. Такие побочные реакции включают крекинг и диспропорционирование. Другие реакции, в которых также потребляется водород, включают насыщение олефинов и ароматических углеводородов. В случае сырья с низким содержанием ненасыщенных углеводородов потребность в стехиометрическом водороде удовлетворяется при молярном соотношении между водородом и углеводородами в отходящем потоке в интервале 0,01-10,0. Избыток водорода относительного стехиометрического количества для побочных реакций поддерживается в зоне реакции для обеспечения хорошей стабильности и конверсии в результате компенсации изменений в составе сырья, которые меняют потребность в стехиометрическом водороде.

Если соотношение между водородом и углеводородом превышает 0,10, это экономически нежелательно для реализации процесса изомеризации без рецикла водорода в зону изомеризации. При повышении количества водорода, выходящего из секции регенерации продукта, дополнительные количества C₄ и других углеводородных продуктов захватываются потоком топливного газа, выходящего из секции регенерации продукта. Стоимость потерянного продукта или дополнительные затраты на регенерационные средства для предотвращения потери продукта не оправдывают реализацию процесса без рецикла при соотношениях между водородом и углеводородом выше 0,10. Однако, при использовании режима с рециклом водорода, водород смешивают с сырьем в количестве, обеспечивающем соотношение между водородом и углеводородом в интервале 0,01-10,0 в потоке, выходящем из зоны изомеризации.

Водород может вводиться в сырьевую смесь любым способом, обеспечивающим необходимый контроль в случае добавления малых количеств водорода. Дозирующие и контролирующие устройства для таких целей хорошо известны специалисту в данной области техники. Согласно современной практике регулирующий клапан используют для дозированного добавления водорода в сырьевую смесь. Концентрация водорода в отходящем потоке или в одной из его фракций контролируется с помощью водородного контроллера, и установки для работы контрольного клапана соответствуют желаемой концентрации водорода. Концентрация водорода в эффлюенте рассчитывается на основе общих расходов эффлюента.

Эффлюент или экстракт из секции адсорбции приводится в контакт в зоне изомеризации с катализатором изомеризации. Каталитические композиции, которые могут использоваться в зоне изомеризации, включают традиционные катализаторы изомеризации, представляющие хлорированный алюмоплатиновый катализатор, кристаллические алюмосиликаты или цеолиты, а также другие твердые высококислотные катализаторы, такие как сульфатированный оксид циркония и модифицированный сульфатированный оксид циркония. Подходящие каталитические композиции такого типа характеризуются селективностью и значительной изомеризующей активностью в условиях проведения процесса.

Один из классов таких катализаторов включает кристаллические алюмосиликатные или кристаллические цеолитные катализаторы, которые представляют собой кристаллические цеолитные молекулярные сита с достаточно большим кажущимся диаметром пор, позволяющим адсорбировать неопентан. Желательно, чтобы молярное соотношение между оксидами кремния и алюминия, SiO₂:AI₂O₃, было больше 3, менее 60 и предпочтительно имело значение в интервале 15-30. Одна из форм такого цеолита содержит эквивалентное процентное количество катионов щелочного металла и содержит AIO₄ тетраэдр, который не связан с катионами щелочного металла, или не связан с катионами любого металла, либо связан с катионами двухвалентного или поливалентного металла. Как правило, молекулярное сито представляет собой морденитное молекулярное сито, обычно в кислотной форме или цеолит, который может быть переведен в кислотную форму. Катализаторы изомеризации такого типа подробно описаны в US 3442794 и US 3836597.

Цеолитный катализатор, используемый в изобретении, содержит благородный металл VIII группы, водородную форму кристаллического алюмосиликата и тугоплавкий неорганический оксид, причем каталитическая композиция имеет площадь поверхности, по меньшей мере, 580 м²/г. Значительные улучшения характеристик процесса изомеризации реализуются в том случае, когда площадь поверхности каталитической композиции составляет 580 м²/г или выше. Металл VIII группы вводится в каталитическую композицию для обеспечения гидрирующей/дегидрирующей функции, и предпочтительным металлом VIII группы является платина. Благородный металл VIII группы присутствует в количестве 0,01-5 мас.% от массы композиции, предпочтительно в количестве, по меньшей мере, 0,15 мас.%, но не выше 0,35 мас.%. Цеолитная каталитическая композиция также может содержать каталитически эффективное количество промотора, такого как олово, свинец, германий, кобальт, никель, железо, вольфрам, хром, молибден, висмут, индий, галлий, кадмий, цинк, уран, медь, серебро, золото, тантал, или одного или нескольких редкоземельных металлов и их смесей. Алюмосиликат в водородной форме может характеризоваться трехмерной или канальной пористой структурой элементарной ячейки. Трехмерные алюмосиликаты включают как синтетические, так и природные алюмосиликаты, такие как фожазиты Х-типа, Y-типа, ультрастабильный Y и т.п. L-тип, омега-тип и морденит могут служить примерами кристаллических алюмосиликатов с канальной пористой структурой. Одним из представителей этой группы является морденит, как природного, так и синтетического происхождения, в особенности с соотношением оксида кремния к оксиду алюминия, по меньшей мере, 16:1. Водородная форма алюмосиликата может присутствовать в количестве 50-95 мас.%, 75-95 мас.%, а неорганический тугоплавкий оксид может присутствовать в количестве 25-50 мас.%.

Другим подходящим катализатором изомеризации является твердый высококислотный катализатор, включающий сульфатированный носитель оксида или гидроксида металла IVB группы (IUPAC 4), предпочтительно оксида или гидроксида циркония, причем, по меньшей мере, первый компонент, представляющий собой лантаноид или иттрий, и, по меньшей мере, второй компонент, представляющий собой металл группы платины. Катализатор необязательно содержит неорганический оксидный связующий компонент, предпочтительно оксид алюминия. Катализатор такого типа подробно описан в US 6706659, и на содержание этого патента ссылаются в настоящем описании.

Носитель сильнокислотного катализатора может представлять собой оксид или гидроксид металла IVB группы (IUPAC 4). Согласно одному из вариантов элемент группы IVB группы представляет собой цирконий или титан. Сульфатная группа является компонентом материала носителя. Компонент лантаноидной серии вводится в композицию любым подходящим способом. Компонент лантаноидной серии может быть выбран из группы, состоящей из лантана, церия, празеодимия, неодима, прометия, самария, европия, гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия, эрбия, тулия, иттербия и лютеция. Подходящее количество компонента лантаноидной серии составляет 0,01-10 мас.%, в расчете на элемент, от количества катализатора. Компонент, представляющий собой металл платиновой группы, добавляют в каталитическую композицию любым известным способом, являющимся эффективным для катализатора изобретения, например пропиткой. Металл платиновой группы может быть выбран из группы, состоящей из платины, палладия, рутения, родия, иридия или осмия. Компонент, представляющий собой металл группы платины, может использоваться в количестве 0,01-2 мас.% в расчете на элемент.

Катализатор может быть необязательно связан с тугоплавким неорганическим оксидом. Количество связующего вещества, в том случае когда оно используется, обычно составляет 0,1-50 мас.%, предпочтительно 5-20 мас.% от количества готового катализатора. Носитель, сульфат, металлические компоненты и необязательный связующий материал могут смешиваться в любом порядке, являющимся эффективным для получения катализатора, используемого для изомеризации углеводородов. Примерами подходящих атомных соотношений между лантаноидом или иттрием и металлом группы платины для указанного катализатора могут служить соотношения 1:1, 2:1 или более; а также 5:1 или более. Катализатор может необязательно содержать третий компонент, представляющий железо, кобальт, никель, рений или их смеси. Так, например, железо может присутствовать в катализаторе в количествах 0,1-5 мас.% в расчете на элемент. Получение катализатора описано в патенте US 6706659 В1, на полное содержание которого ссылаются в настоящем документе без его воспроизведения. Согласно одному из вариантов изобретения твердый сильнокислотный катализатор изомеризации представляет собой сульфатированный оксид циркония или модифицированный сульфатированный оксид циркония.

Другая группа катализаторов изомеризации согласно изобретению представляет собой хлорированные алюмоплатиновые катализаторы. Алюминий предпочтительно присутствует в виде безводного гамма-оксида алюминия высокой чистоты. Такой катализатор может также содержать другие металлы группы платины. Термин «металлы группы платины» относится к благородным металлам, исключая серебро и золото, которые выбирают из группы, состоящей из платины, палладия, германия, рутения, родия, осмия и иридия. Указанные металлы обладают различной активностью и селективностью, причем, как установлено, платина наиболее пригодна для рассматриваемого процесса. Катализатор может содержать 0,1-0,25 мас.% платины. Другие металлы платиновой группы могут присутствовать в концентрации 0,1-0,25 мас.%. Платиновый компонент может существовать в конечной каталитической композиции в виде оксида или галогенида, а также в виде элементного металла. Установлено, что для проведения рассматриваемого процесса наиболее благоприятно наличие платинового компонента в восстановленном состоянии. Хлоридный компонент, который в данной области техники называют «комбинированным хлоридом», присутствует в количестве 2-10 мас.% в расчете на сухой материал носителя. Как было установлено, для проведения процесса особенно благоприятно использование хлорида в количестве более 5 мас.%. Неорганический оксид предпочтительно включает оксид алюминия и более предпочтительно - оксид гамма-алюминия, оксид эта-алюминия и их смеси.

Существует множество способов приготовления каталитических композиций и введения в них платинового металла и хлорида. Согласно способу, обеспечивающему наилучшие результаты при реализации способа изобретения, катализатор получают пропиткой материала носителя в результате контакта с водным раствором водно-растворимого разлагаемого производного металла группы платины. Для получения наилучших результатов пропитку проводят путем погружения материала носителя в раствор хлорплатиновой кислоты. Для этой цели также можно использовать растворы хлорплатината аммония, бромплатиновой кислоты или дихлорид платины. Использование производных хлорида платины имеет две функции: введение в катализатор платинового компонента и, по меньшей мере, небольшого количества хлорида. Дополнительные количества галогена могут вводиться в катализатор путем добавления или формирования хлористого алюминия на алюмоплатиновой каталитической основе. Другой способ повышения концентрации галогена в каталитическом композите заключается в использовании алюминиевого гидрозоля с образованием алюминиевого носителя, в результате чего носитель также содержит, по меньшей мере, часть хлорида. Кроме этого галоген может вводиться в носитель в результате контакта прокаленного носителя с водным раствором галоидной кислоты, такой как хлористый водород.

Хорошо известно, что высокохлорированные алюмоплатиновые катализаторы такого типа обладают высокой чувствительностью к серо- и кислородсодержащим соединениям. Поэтому при использовании таких катализаторов необходимо, чтобы сырье практически не содержало указанных соединений. Обычно требуется, чтобы концентрация серы не превышала 0,5 ч/млн. Присутствие серы в сырье приводит к временной дезактивации катализатора в результате отравления платины. Активность катализатора может быть восстановлена в результате удаления серы под воздействием потока горячего водорода или в результате понижения концентрации серы во входящем сырье до значения менее 0,5 ч/млн, в результате чего углеводород будет десорбировать серу, адсорбированную катализатором. Вода постоянно дезактивирует катализатор в результате смывания высокоактивного хлорида с поверхности катализатора и его замены неактивным гидроксидом алюминия. В этой связи вода, а также оксигенаты, особенно C₁-C₅ оксигенаты, способные разлагаться с образованием воды, должны присутствовать в очень низкой концентрации. В общем случае количество оксигенатов в сырье не должно превышать 0,1 ч/млн. Сырье может быть подвергнуто любой известной обработке, обеспечивающей удаление воды и соединений серы. Сера может удаляться из сырья путем гидроочистки. Для удаления воды из сырья могут использоваться разнообразные промышленные сушильные устройства. Специалисту в данной области также хорошо известные адсорбционные способы удаления серы и воды из углеводородных потоков.

Режимные параметры в зоне изомеризации выбираются таким образом, чтобы максимизировать продукцию изоалканов из сырьевых компонентов. Обычно температура в реакционной зоне имеют значение в интервале 40-235°С (100-455°F). Более низкие температуры обычно благоприятствуют образованию равновесных смесей изоалканов и нормальных алканов. Пониженные температуры особенно полезны при переработке сырья, состоящего из C₅ и С₆ алканов, поскольку пониженные температуры способствуют образованию равновесных смесей с наивысшей концентрацией наиболее разветвленных изоалканов. В том случае, когда сырье состоит преимущественно из C₅ и С₆ алканов подходящая температура имеет значение в интервале 60-160°С. В том случае, когда сырьевая смесь содержит значительное количество С₄-С₆ алканов, наиболее подходящая температура имеет значение в интервале 145-225°С. Давление в реакционной зоне может изменяться в широких пределах. При изомеризации С₄-С₆ парафинов может использоваться давление в интервале 700-7000 кПа абс. Согласно другим вариантам осуществления изобретения может использоваться давление в интервале 20-30 бар. Скорость потока, поступающего в реакционную зону, также может изменяться в широких пределах. Такие условия предусматривают использование среднечасовой скорости подачи жидкости в интервале 0,5-12 ч^-1, однако в некоторых случаях значения объемных скоростей составляют 1-6 ч^-1.

Поток, выходящий из зоны изомеризации, подвергают обработке с целью отделения желаемых изомеризованных продуктов от водорода, легких фракций, низкооктановых продуктов изомеризации, а также циклогексана и тяжелых углеводородов, содержащих 7 или более углеродных атомов. Технологическая схема не требует использования колонны-стабилизатора для отделения легких фракций от продуктов изомеризации. Специфика различных технических решений изобретения обсуждается ниже со ссылкой на фигуры.

Один из вариантов осуществления изобретения описывается со ссылкой на Фигуру 1. Ссылка на конкретную компоновку согласно изобретению не подразумевает ограничений описанными деталями. Более того Фигура 1 представляет собой схематическую иллюстрацию, и в ней не показаны некоторые элементы, используемые в процессе, такие как насосы, компрессоры, клапаны и рециркуляционные линии, которые хорошо известны специалисту в данной области.

Фигура 1 изображает три основных технологических зоны, зону изомеризации, зону сепарации продукта и зону фракционного разделения. Свежее сырье описанного выше типа вводится по линии 10 в зону изомеризации 14, содержащую цеолитный катализатор изомеризации. Зона изомеризации работает в ранее указанных условиях. Водород, подаваемый по линии 12, смешивается с сырьем, подаваемым в зону изомеризации, в количестве, обеспечивающем молярное соотношение между водородом и углеводородом в интервале 0,01-10,0 в эффлюенте из зоны изомеризации. При необходимости по линии 11 может подаваться дополнительный газ.

Зона изомеризации 14 показана, как однореакторная система. Изобретение не ограничивается зоной изомеризации конкретного типа. Может использоваться зона изомеризации любого типа, принимающая поток С₅-С₆ углеводородов с нормальной углеродной цепью или смесь углеводородов с нормальной и разветвленной цепочкой, обеспечивающая превращение прямоцепных углеводородов из сырьевой смеси в разветвленные углеводороды и разветвленных углеводородов в углеводороды с более высокой степенью разветвления, в результате чего образуется эффлюент, содержащий разветвленные и нормальные углеводороды. Альтернативный вариант осуществления изобретения предусматривает двухреакторную систему, согласно которому реакционная зона включает реакторы первой и второй стадий. При использовании системы из двух реакторов используемый катализатор распределяют между реакторами любым рациональным образом. Проведение реакции в двух реакторах не является обязательным, однако использование двух реакторов обеспечивает некоторые преимущества процесса. Использование двух реакторов и специальных клапанов обеспечивает частичную замену каталитической системы без отключения установки изомеризации. В течение короткого времени, когда может оказаться необходимой замена катализатора, весь поток реагентов может перерабатываться лишь в одном реакционном сосуде, при этом в другом сосуде производится замена катализатора. Использование двух реакционных зон также способствует поддержанию пониженных температур катализатора. Это происходит при протекании в первом реакторе любой экзотермической реакции, такой как гидрирование ненасыщенных соединений, причем оставшаяся часть реакции реализуется в конечном реакторе при более благоприятных температурных условиях. Так, например, относительно холодные смеси водорода и углеводородного сырья пропускаются через холодный теплообменник, который нагревает входящее сырье относительно эффлюента из конечного реактора. Поток из холодного теплообменника поступает в горячий теплообменник, где материал нагревается в сравнении с температурой эффлюента, выходящего из первого реактора. Частично нагретый материал из горячего теплообменника проходит через входной теплообменник, обеспечивающий дополнительное количество тепла для потока, и поступает в первый реактор. Эффлюент из первого реактора подается во второй реактор после прохождения через теплообменник с целью межстадийного охлаждения. Эффлюент из зоны изомеризации поступает из второго реактора, проходит через холодный теплообменник, как описано выше, и подается в сепарационные устройства.

Эффлюент из зоны изомеризации 16 поступает в сепаратор продуктов 18, в котором происходит разделение эффлюента из реакционной зоны на поток продукта 22, содержащий С₄ и более тяжелые углеводороды и верхний газовый поток 12, состоящий из водорода и более легких углеводородов, включающий С₃ и легкокипящие соединения. Эффлюент в линии 16 может вступать в теплообмен с сырьевым потоком 10 до поступления в сепаратор продуктов 18. Условия работы сепаратора продуктов предусматривают использование давления в интервале 689-4137 кПа абс. (100-600 фунт/дюйм²). В специальных вариантах осуществления изобретения используются давления в интервале 1379-3447 кПа абс. (200-500 фунт/дюйм²). Конструкции ректификационных колонн и сепарационных сосудов, подходящие для использования в качестве сепараторов продукта, хорошо известны специалисту в данной области техники. Сепаратор продукта может необязательно включать контур предварительного нагрева, из которого отводится поток продуктов С₄ ⁺ (не показан). Обогащенный водородом газовый поток поступает по линии 12 из сепаратора продуктов и подвергается рециркуляции с использованием рециркулирующего компрессора 20 для объединения с сырьем в линии 10. При необходимости, по линии 11 может вводиться дополнительное количество водорода. Как изображено на Фигуре 1, поток продукта 22 может обмениваться теплом с другими потоками перед поступлением в колонну-деизогексанизатор в зоне сепарации.

По традиции стабилизатор используется для удаления легких газов и бутана из потока продукта. Однако согласно изобретению поток продукта 22 направляется в колонну-деизогексанизатор 24. Обычно колонна-деизогексанизатор работает под давлением 138-1379 кПа абс. (20-200 фунт/дюйм²), предпочтительно 345-689 кПа абс. (50-100 фунт/дюйм²). Колонна-деизогексанизатор 24 выполняет многочисленные функции. Она обеспечивает верхний поток 26, содержащий легкие газы и бутан. При работе зоны фракционирования, в которой расположен деизогексанизатор 24, граница кипения для верхнего потока 26 выше точки кипения 2,3-диметилбутана и ниже точки кипения бутана. 2,3-Диметилбутан обладает более высоким октановым числом среди других диметилбутановых изомеров, а бутан считается чрезмерно легким углеводородом для использования в компаундированном бензине. В результате хорошее разделение между верхним потоком 26 и верхним боковым потоком 28 является весьма желательным для повышения октанового числа и уменьшения количества легкого материала. Количество бутана, отводимое из колонны-деизогексанизатора, будет изменяться в зависимости от количества бутана, поступающего на переработку.

Верхний поток может выделяться для последующей переработки или использоваться в качестве топливного газа. Верхний поток может направляться в верхний конденсатор 23 с целью образования потока 25 отходящего газа, содержащего в основном легкие газы и бутан, и рециркулирующего потока 27, содержащего C₅ ⁺ yглeвoдopoды. Рециркулирующий поток 27 направляют в колонну-деизогексанизатор 24. Поскольку часть C₅ ⁺ углеводородов может проходить через верхний конденсатор 23, на верхнем потоке 25 из конденсатора может быть предусмотрено необязательное охлаждающее устройство 29 с целью минимизации потерь C₅ ⁺ углеводородов.

Другой вариант минимизации потерь С₅ ⁺ углеводородов с верхним потоком 25 из конденсатора изображен на Фигуре 2, и он предусматривает необязательное использование испарительной камеры 19, расположенной между сепаратором продукта 18 и колонной-деизогексанизатором 24. Поток продукта из сепаратора по линии 22 вводится в испарительную камеру 19, где происходит удаление водорода и других газов в виде потока 21, выходящего сверху испарительной камеры. Оставшуюся часть потока 22 направляют в колонну-деизогексанизатор 24. Обычно используется охлаждающее устройство 29 или испарительная камера 19, однако возможно использованием обоих элементов.

Как показано на Фигуре 1, в колонне-деизогексанизаторе образуется верхний боковой поток 28, с высокой концентрацией нормального пентана, метилбутана и диметилбутанов, и нижний боковой С₆ рециркулирующий поток 30, содержащий нормальный гексан и монометилпентаны. Верхний боковой поток 28 также может содержать бутан и легкие газы. Углеводороды с относительно высоким октановым числом, нормальный пентан, метилбутан и диметилбутаны, содержащиеся в верхнем боковом потоке 28, могут выделяться из колонны-деизогексанизатора любым методом. Предпочтительно, чтобы верхний боковой поток 28 выходил сбоку одной колонны-деизогексанизатора 24. При использовании зоны фракционирования, в которой расположен деизогексанизатор 24, точка отсечки верхнего бокового потока 28 выше точки кипения 2,3-диметилбутана и ниже точки кипения 2-метилпентана. 2,3-Диметилбутан имеет наиболее высокое октановое число среди диметилбутановых изомеров, а 2-метилпентан характеризуется относительно низким октановым числом, более низким, чем 3-метилпентан. Таким образом, для максимизации октанового числа желательно хорошее разделение между нижним боковым потоком 30 и верхним боковым потоком 28. Поскольку 2,3-диметилбутан и 2-метилпентан имеют очень близкие температуры кипения, для максимизации их разделения используют деизогексанизатор.

В необязательном порядке, вместо верхнего бокового потока 28, часть потока 27 может направляться в десорбер изомеризата 34, как это изображено на Фигуре 2. В отсутствии верхнего бокового потока 28 нормальный пентан, метилбутан и диметилбутаны удаляются с верхним потоком 26 и проходят в верхний конденсатор 23. Нормальный пентан, метилбутан и диметилбутаны удаляются из верхнего конденсатора 23 в виде рециркулирующего потока 27. Рециркулирующий поток делят на две части, причем одну часть 29 направляют в десорбер изомеризата 34, а другую - в колонну-деизогексанизатор 24.

Возвращаясь к Фигуре 1, заметим, что относительно низкооктановые углеводороды, нормальный гексан и монометилпентаны могут быть выделены из зоны деизогексанизатора 24 любым методом. Предпочтительно, чтобы С₆ рециркулирующий поток 28 выходил в виде нижнего бокового потока 30 из одной колонны-деизогексанизатора 24. При использовании зоны фракционирования, в которой расположен деизогексанизатор 24, точка отсечки нижнего бокового потока 30 ниже точки кипения 2,3-диметилбутана и выше точки кипения 2-метилпентана. 2,3-Диметилбутан имеет наиболее высокое октановое число среди диметилбутановых изомеров, а 2-метилпентан характеризуется относительно низким октановым числом, более низким, чем 3-метилпентан. Таким образом, для максимизации октанового числа желательно хорошее разделение между нижним боковым потоком 30 и верхним боковым потоком 28. Поскольку 2,3-диметилбутан и 2-метилпентан имеют очень близкие температуры кипения, для улучшения разделения предназначен деизогексанизатор.

Для реализации процесса особенно важно значение точки отсечки нижнего бокового потока 30 в зоне деизогексанизатора 24. Это значение должно быть таким, чтобы обеспечивалась рециркуляция практически всего количества метилпентана и нормального гексана в зону изомеризации 16. Предпочтительно, чтобы зона деизогесагнизатора 24 работала при значении точки отсечки, соответствующем температуре кипения циклогексана. В пределах границы кипения циклогексана значительная его часть и весь метилциклопентан будут рециркулироваться в зону изомеризации.

Более тяжелые углеводороды выводятся из колонны-деизогексанизатора в виде потока тяжелых углеводородов 32. При использовании одной колонны-деизогексанизатора 24 такой поток тяжелых углеводородов отводится по линии 32. При использовании в качестве сырья нефти с полным интервалом кипения поток тяжелых углеводородов будет содержать С₇ ⁺ лигроин. Такой донный поток обычно используют в качестве сырья для зоны реформинга. Циклогексановая точка отсечки между нижним боковым потоком и потоком тяжелых углеводородов приводит к тому, что значительная часть циклогексана вводится в поток тяжелых углеводородов. Такая операция максимизирует образование ароматических углеводородов в нижнем потоке из зоны реформинга.

Верхний боковый поток 28, содержащий нормальный пентан, метилбутан и диметилбутаны, направляется в колонну отпаривания изомеризата 34 с целью удаления легких фракций. В колонне 34 для отпаривания изомеризата легкие фракции, включающие бутан и легкие газы, отделяют в виде верхнего потока из десорбера изомеризата 36, который может объединяться с верхним потоком 26 из колонны-деизогексанизатора. Наиболее желательные продукты изомеризации, нормальный пентан, метилбутан и диметилбутаны выводят из десорбера изомеризата в виде потока 38 продуктов изомеризации. Поток продукта отпаривания изомеризата может собираться или использоваться для компаундирования бензина или бензинового пула с получением, например, моторного топлива. Обычно колонна 34 для отпаривания изомеризата работает при давлении 138-1379 кПа абс. (20-200 фунт/дюйм²) или 345-689 кПа абс. (50-100 фунт/дюйм²).

Фигура 3 изображает другой вариант осуществления изобретения, в котором колонна отпаривания изомеризата и колонна-деизогексанизатор объединены в результате использования разделительной перегородки, в результате чего десорбер изомеризата представляет собой колонну внутри колонны. Как изображено на Фигуре 3, колонна 124 снабжена непроницаемой для жидкости перегородкой 125, которая определяет зону 134. Зона 134 функционирует в виде колонны внутри другой колонны. Перегородка образует две параллельных зоны фракционирования внутри колонны 124. Зона 134 определяется перегородкой, а оставшийся объем колонны 124 определяется как зона 123. Перегородка расположена необязательно по центру колонны, и две зоны фракционирования могут отличаться по сечению и форме. Две указанные зоны отделены друг от друга по высоте стенки, но сообщаются в верхней части колонны. Между двумя зонами фракционирования отсутствует прямой газовый или жидкостной поток, проходящий через перегородку, однако верхняя часть зоны 134 открыта во внутренний объем колонны, зону 123. Жидкость или пар не могут проходить под перегородку в нижней части зоны 134. Таким образом, пар и жидкость могут свободно передвигаться вокруг перегородки между двумя частями колонны только в верхних частях зон 123 и 134. Каждая из зон 123 и 134 может быть снабжена независимым ребойлером. На Фигуре 3 ребойлер 139 показан для зоны 134.

Поток, выходящий из зоны разделения продукта, содержит легкие газы, бутан, 2,3-диметилбутан, 2,2-диметилбутан, изопентан, 2-метилпентан, 3-метилпентан, метилциклопентан, циклогексан и С₇+. Для облегчения последующего обсуждения компоненты эффлюента из зоны разделения продуктов сгруппированы по температурам кипения, которые являются основным фактором для определения их поведения в колонне 124. Компоненты с наиболее низкими температурами кипения отмечены индексом А, и они состоят из легких газов и бутана. Компоненты с относительной низкими точками кипения обозначены как группа В, и они состоят из 2,3-диметилбутана, 2,2-диметилбутана и изопентана. Группа B содержит высокооктановые компоненты, являющиеся желаемыми продуктами процесса изомеризации. Компоненты со средним интервалом кипения отмечены как группа С, и они содержат 2-метилпентан и 3-метилпентан. Группа С содержит низкооктановые компоненты, которые могут рециркулироваться в зону изомеризации и не входят в состав конечного продукта. Компоненты группы С могут использоваться для других целей, таких как десорбция нормальных алканов в зоне адсорбции с переменным давлением. Сепарация и рециркуляция 2-метилпентана и 3-метилпентана приводит к образованию конечного продукта с достаточно высоким октановым числом. Компоненты с относительно высокими температурами кипения обозначены как группа D, и они состоят из метилциклопентана, циклогексана и C₇ ⁺. Группа D также может содержать высокооктановые компоненты, которые являются желаемыми продуктами процесса изомеризации в целом. Иногда поток, содержащий группу А, и поток, содержащий группу D, могут объединяться с получением конечного высокооктанового продукта процесса изомеризации.

Эффлюент из зоны разделения продукта вводится в объединенную колонну 124, включающую деизогексанизатор и десорбер изомеризата, в точке ниже перегородки 125. Компоненты группы А, компоненты группы В, а также часть компонентов группы С, присутствующие в эффлюенте из зоны разделения продукта, принудительно направляются в верхнюю часть зоны 123. Наименее летучие компоненты группы D концентрируются в виде донных жидкостей, которые удаляются из колонны 124 (как показано на Фигуре 1, линия 32). Такое разделение осуществляется в результате использования ребойлера (как показано на Фигуре 1, ребойлер 40), обеспечивающего подачу пара на дно неразделенной зоны фракционирования. Донная жидкость, обогащенная компонентами группы D, может удаляться или объединяться с потоком, обогащенным компонентами группы В из зоны 134 с образованием высокооктанового продукта процесса изомеризации. Компоненты группы С выводятся из зоны 123 в виде нижнего бокового потока (как показано на Фигуре 1, линия 30). Компоненты группы С могут рециркулироваться в зону изомеризации с целью получения компонентов с высоким октановым числом.

Верхний боковой поток 128 выводится из зоны 123 и подается в зону 134. Верхний боковой поток 128 содержит желаемые продукты изомеризации, компоненты группы С. Внутри зоны 134 желаемые продукты отделяются от легких газов и бутана, которые выводятся по линии 126. Поток, обогащенный метилбутаном и диметилбутаном, выводится по линии 138.

В верхней части колонны находится зона очистки, предназначенная для разделения компонентов группы А и компонентов группы В. Поток, обогащенный компонентами группы А, отводится сверху колонны по линии 126 и пропускается через верхний конденсатор (не показан) с образованием жидкости, собираемой в приемнике. Поток жидкой фазы компонентов группы А и группы В отводится из приемника и разделяется на первую часть, которая возвращается наверх разделяющей стенки фракционной колонны по линии 141, и вторую часть, которая выводится из процесса. Используемый термин «богатый» или «обогащенный» обозначает, что концентрация указанного соединения, смеси соединений или класса соединений выше 50, предпочтительно выше 75 мол.%.

На Фигуре 4 изображен еще один вариант осуществления изобретения. Фигура 4 изображает три основных операционных зоны, зону изомеризации, зону сепарации продукта и зону фракционного разделения. Свежее сырье, описанного выше типа, пропускается через сушилку 408, заполненную молекулярным ситом с целью удаления воды, и вводится по линии 410 в зону изомеризации 414, которая содержит хлорированный алюмоплатиновый катализатор изомеризации. Водород по линии 411 пропускается через сушилку 408, заполненную молекулярным ситом с целью удаления воды, и вводится в зону изомеризации 414. Зона изомеризации 414 работает при вышеобсужденных условиях. Водород, поступающий по линии 411, смешивается с сырьем для зоны изомеризации в количестве, обеспечивающем молярное соотношение водород: углеводород 0,01-10,0 в эффлюенте из зоны изомеризации.

Поскольку для работы реакционной зоны, содержащей хлорированный алюмоплатиновый катализатор, также требуется наличие небольшого количества хлорорганического промотора, органический хлорид инжектируют в поток сырья 410 по линии 413. Хлорорганический промотор используется для поддержания высокого содержания активного хлорида в катализаторе, поскольку низкие концентрации непрерывно отпариваются с катализатора потоком углеводорода. Концентрация промотора в зоне реакции поддерживается в интервале 30-300 ч/млн. Одним из примеров промотора может служить четыреххлористый углерод. Другие подходящие промоторы включают не содержащие кислорода, разлагаемые органические хлориды, такие как пропилдихлорид, бутилхлорид и хлороформ. Необходимость поддержания реагентов в сухом состоянии усиливается в присутствии органического хлорида, который превращается хлористоводородную кислоту. До тех пор пока технологические потоки находятся в сухом состоянии, наличие хлористого водорода не оказывает на них отрицательного влияния.

Зона изомеризации 414 показана в виде системы из двух реакторов, включающей реактор первой стадии и реактор второй стадии. Некоторые детали двухреакторной системы описаны выше. Изобретение не ограничивается конкретным типом зоны изомеризации. Зона изомеризации может относиться к любому типу, обеспечивающему прием потока C₅-С₆ нормальных углеводородов или смеси нормальных и разветвленных углеводородов и превращение прямоцепных углеводородов в сырьевой смеси в разветвленные углеводороды, а также превращение разветвленных углеводородов в более разветвленные соединения, в результате чего получают эффлюент, содержащий разветвленные и нормальные углеводороды.

Эффлюент из зоны изомеризации 416 пропускается через зону разделения, в которой расположена колонна-деизогексанизатор 424. Поток, выходящий из зоны изомеризации 416, может вступать в теплообмен с другими потоками, изображенными на Фигуре 4, до пропускания через колонну-деизогексанизатор 424 сепарационной зоны. В этом случае отпадает потребность в использовании зоны разделения продукта, поскольку не используется рецикл водорода. По традиции перед колонной-деизогексанизатором 424 используют стабилизатор с целью удаления легких газов, таких как хлористый водород и бутан из потока 416, выходящего из зоны изомеризации. Однако согласно изобретению эффлюент из зоны изомеризации 416 направляют в колонну-деизогексанизатор 424, не используя стабилизатор.

Колонна-деизогексанизатор 424 функционирует при описанных выше условиях с образованием четырех отдельных потоков, описанных выше. Верхний поток 526 содержит легкие газы, такие как хлористый водород и бутан, и после очистки может выделяться для дальнейшей переработки или использоваться в качестве топливного газа. Верхний поток может подаваться в верхний конденсатор 423 с целью образования потока отходящего газа 425, преимущественно содержащего легкие газы и бутан, и рециркулирующего потока 427, содержащего С₅ ⁺ углеводороды. Рециркулирующий поток 427 направляется в колонну-деизогексанизатор 424. Отходящий поток 425 направляют в газоочиститель 431, содержащий каустическую соду, с целью удаления хлорида, образовавшегося в безхлоридном отходящем потоке в линии 433. Поскольку часть C₅ ⁺ углеводородов может попадать в верхний конденсатор 423, на верхнем потоке из конденсатора 425 может располагаться необязательный холодильник 429, способствующий минимизации потерь C₅+ углеводородов.

Другой путь минимизации потерь С₅+ углеводородов с верхним потоком 25 из конденсатора заключается в использовании испарительной камеры (не показана), расположенной между зоной изомеризации 414 и колонной-деизогексанизатором 424. Поток, выходящий из зоны изомеризации по линии 416, поступает в испарительную камеру, из которой водород и другие газы отводятся в виде верхнего потока из испарителя. Оставшаяся часть потока 414 поступает в колонну-деизогексанизатор 424. Обычно используют холодильник 429 или испарительную камеру по отдельности, однако возможно их совместное использование.

Кроме этого в колонне-деизогексанизаторе 424 также образуется верхний боковой поток 428, содержащий высокую концентрацию нормального пентана, метилбутана и диметилбутанов, и нижний боковой С₆ рециркулирующий поток 430, содержащий нормальный гексан и монометилпентаны. Верхний боковой поток 428 также может содержать бутан и легкие газы. Относительно высокооктановые углеводороды, нормальный пентан, метилбутан и диметилбутаны в верхнем боковом потоке 428 могут быть выведены из колонны-деизогексанизатора 424 любым способом. Предпочтительно, чтобы верхний боковой поток 428 выходил в виде бокового потока из единственной колонны-деизогексанизатора 424. Верхний боковой поток 428 образуется, как описано ранее в пояснениях к Фигуре 1.

Относительно низкооктановые углеводороды, нормальный гексан и монометилпентаны могут выделяться из зоны деизогексанизатора любым способом, и их рециркулируют в зону изомеризации. Предпочтительно, чтобы С₆ рециркулирующий поток выходил в виде нижнего бокового потока 430 из единственной колонны-деизогексанизатора 424. Нижний боковой поток 430 образуется, как описано выше со ссылкой на Фигуру 1.

Более тяжелые углеводороды выводятся из колонны-деизогексанизатора в виде потока тяжелых углеводородов 432. При использовании одной колонны-деизогексанизатора 424 такой поток тяжелых углеводородов отводится по линии 432. При использовании в качестве сырья нефти с широким интервалом кипения поток тяжелых углеводородов будет содержать фракцию С₇+. Такой донный поток обычно используется в качестве сырья для зоны реформинга. Циклогексановая точка отсечения между нижним боковым потоком и потоком тяжелых углеводородов обеспечивает введение значительного количества циклогексана в поток тяжелых углеводородов. Такая операция будет максимизировать образование ароматических углеводородов в расположенной ниже зоне реформинга.

Верхний боковой поток 428, содержащий нормальный пентан, метилбутан и диметилбутаны, подается в колонну-десорбер изомеризата 434 с целью удаления легких фракций. В десорбере изомеризата 434 легкие фракции, включающие бутан и легкие газы, отделяются в виде верхнего потока изомеризата 436 из десорбера, который может объединяться с верхним потоком 426 из колонны-деизогексанизатора. Наиболее желательные продукты изомеризации, нормальный пентан, метилбутан и диметилбутаны удаляются из десорбера изомеризата в виде потока продукта изомеризации 438. Поток продукта изомеризации может быть собран или может использоваться для компаундирования бензина. Обычно условия работы колонны-десорбера изомеризата 434 предусматривают использование давления в интервале 138-1379 кПа абс. (20-200 фунт/дюйм²) или 345-689 кПа абс. (50-100 фунт/дюйм²).

В необязательном порядке, вместо верхнего бокового потока 428, часть потока 427 может направляться в десорбер изомеризата 434, как показано пунктирной линией 429. В отсутствие верхнего бокового потока 428 нормальный пентан, метилбутан и диметилбутаны отводятся в виде верхнего потока 426 и поступают в верхний конденсатор 423. Нормальный пентан, метилбутан и диметилбутаны выводят из верхнего конденсатора 423 с рециркулирующим потоком 427. Рециркулирующий поток 427 разделяют на две части, одну часть 429 подают в десорбер изомеризата 434, а остаток направляют в колонну-деизогексанизатор 424.

Вариант осуществления изобретения, изображенный на Фигуре 3, в котором колона отпаривания изомеризата и колонна-деизогексанизатор объединены друг с другом в результате использования перегородки так, что десорбер изомеризата выполняет функции колонны внутри колонны, может использоваться в том случае, когда катализатор представляет собой хлорированную алюмоплатину, как изображено на Фигуре 4, а также когда используется цеолитный катализатор, как на Фигурах 1 и 2. Приведенное выше описание Фигуры 3 применимо для вариантов осуществления изобретения, в которых используется хлорированный алюмоплатиновый катализатор и в которых колонна отпаривания изомеризата и колонна-деизогексанизатор соединены друг с другом использованием перегородки, в результате чего десорбер изомеризата выполняет функцию колонны внутри колонны.

Эффлюент из зоны изомеризации 414, проходящий по линии 416, содержит легкие газы, бутан, 2,3-диметилбутан, 2,2-диметилбутан, изопентан, 2-метилпентан, 3-метилпентан, метилциклопентан, циклогексан и C₇ ⁺. Как указано выше в дискуссионных целях, компоненты эффлюента из зоны разеделения продукта группируют в соответствии с их температурой кипения, являющейся главным фактором, определяющим их поведение в колонне 124. Компоненты с низшими точками кипения обозначают индексом А, и они включают легкие газы и бутан. Компоненты с относительно низкими температурами кипения относят к группе В, и они представляют собой 2,3-диметилбутен, 2,2-диметилббутан и изопентан. Группа В содержит высокооктановые компоненты, являющиеся желательными продуктами способа изомеризации в целом. Компоненты со средним значением температуры кипения входят в состав группы С, и они представляют собой 2-метилпентан и 3-метиллпентан. Группа С содержит компоненты с более низким октановым числом, которые могут рециркулироваться в зону изомеризации и не входят в состав конечного продукта. Компоненты группы С могут использоваться для других целей, например для десорбции нормальных алканов в зоне абсорбции с изменяющимся давлением. Отделение и рециркуляция 2-метилпентана и 3-метипентана приводит к получению конечного продукта с повышенным октановым числом. Компоненты с относительно высокими точками кипения отнесены к группе D, и они включают метилциклопентан, циклогексан и С₇ ⁺. Кроме этого группа D также может содержать высокооктановые компоненты, являющиеся желательными продуктами способа изомеризации. Иногда поток, содержащий компоненты группы А, и поток, содержащий компоненты группы D, могут быть объединены с получением конечного высокооктанового продукта изомеризации.

Как видно из Фигур 3 и 4, объединенная колонна 124 фигуры 3 заменяет систему из двух колонн, колонны 424 и 434 Фигуры 4. Эффлюент из зоны изомеризации 414 направляется по линии 416 и вводится в объединенную колонну 124, совмещающую деизогексанизатор и десорбер изомеризата, в точке ниже перегородки 125. Компоненты группы А, компоненты группы В и часть компонентов группы С, присутствующие в эффлюенте из зоны сепарации продукта, направляются в верхнюю часть зоны 123. Менее летучие компоненты группы D концентрируются в виде донной жидкости, которая отводится из колонны 124 (как показано на Фигуре 4, линия 432). Разделение осуществляется с использованием ребойлера (ребойлер 440 на Фигуре 4), обеспечивающего подачу пара в нижнюю часть неразделенной зоны фракционирования. Донная жидкость, обогащенная компонентами группы D, может отводиться или объединяться с потоком, обогащенным компонентами группы В, из зоны 134 с образованием высокооктанового продукта процесса изомеризации. Компоненты группы С выводятся из зоны 123 в виде нижнего бокового потока (линия 430 на фигуре 4). Компоненты группы С могут рециркулироваться в зону изомеризации с целью изомеризации с образованием компонентов с высоким октановым числом.

Верхний боковой поток 128 выводится из зоны 123 и поступает в зону 134. Верхний боковой поток 128 содержит желаемые продукты изомеризации, компоненты группы С. Внутри зоны 134 желаемые продукты отделяют от легких газов и бутана, которые отводятся по верхней линии 126. Поток, обогащенный метилбутаном и диметилбутаном, отводится по линии 138.

Наверху колонны находится зона очистки, предназначенная для отделения компонентов группы А от компонентов группы В. Поток, обогащенный компонентами группы А, удаляется сверху колонны по верхней линии 126 и пропускается через верхний конденсатор (не показан) с образованием жидкости, подаваемой в приемник. Поток жидкой фазы компонентов группы А и группы В выводится из приемника, и его разделяют на первую часть, которая возвращается наверх перегородки колонны фракционирования в виде потока через трубопровод для возврата флегмы 141, и вторую часть, которую удаляют из процесса.

Изобретение относится к способу изомеризации потока сырья, содержащего С₅-С₆ углеводороды, включающему: загрузку водорода и сырья, содержащего, по меньшей мере, нормальные C₅-С₆ углеводороды в зону изомеризации и контактирование водорода и сырья с катализатором изомеризации в условиях, способствующих увеличению степени разветвления углеводородов в сырьевом потоке и обеспечивающих образование вытекающего потока из зоны изомеризации, содержащего, по меньшей мере, бутан, нормальный пентан, нормальный гексан, метилбутан, диметилбутаны, метилпентаны и углеводороды, имеющие семь или более углеродных атомов, причем условия изомеризации включают температуру от 40° до 235°С и давление 70 кПа абс. до 7000 кПа абс.; пропускание вытекающего потока из зоны изомеризации через зону деизогексанизатора с целью разделения на четыре потока, поток, выходящий сверху зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, бутан, первый боковой поток из зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, метилбутан и диметилбутаны, второй боковой поток из зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, метилпентаны и нормальный гексан, и нижний поток из зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, углеводороды, состоящие из семи или более углеродных атомов; и подачу первого бокового потока из зоны деизогексанизатора в зону отпаривания изомеризата с целью отделения верхнего потока из десорбера изомеризата, содержащего, по меньшей мере, бутан, от потока продукта из зоны отпаривания изомеризата, содержащего метилбутан и диметилбутаны. Применение данного способа позволяет снизить капитальные затраты и снизить стоимость энергоснабжения за счет исключения колонны-стабилизатора. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ изомеризации потока сырья, содержащего С₅-С₆ углеводороды, включающий
загрузку водорода и сырья, содержащего, по меньшей мере, нормальные С₅-С₆ углеводороды, в зону изомеризации и контактирование водорода и сырья с катализатором изомеризации в условиях, способствующих увеличению степени разветвления углеводородов в сырьевом потоке и обеспечивающих образование вытекающего потока из зоны изомеризации, содержащего, по меньшей мере, бутан, нормальный пентан, нормальный гексан, метилбутан, диметилбутаны, метилпентаны и углеводороды, имеющие семь или более углеродных атомов, причем условия изомеризации включают температуру от 40 до 235°С и давлении 70 кПа абс до 7000 кПа абс;
пропускание вытекающего потока из зоны изомеризации через зону деизогексанизатора с целью разделения на четыре потока, поток, выходящий сверху зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, бутан, первый боковой поток из зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, метилбутан и диметилбутаны, второй боковой поток из зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, метилпентаны и нормальный гексан, и нижний поток из зоны деизогексанизатора, содержащий, по меньшей мере, углеводороды, состоящие из семи или более углеродных атомов; и
подачу первого бокового потока из зоны деизогексанизатора в зону отпаривания изомеризата с целью отделения верхнего потока из десорбера изомеризата, содержащего, по меньшей мере, бутан, от потока продукта из зоны отпаривания изомеризата, содержащего метилбутан и диметилбутаны.

2. Способ по п.1, в котором дополнительно пропускают эффлюент из зоны изомеризации через зону сепаратора продукта с целью отделения верхнего потока из зоны сепарации продукта, содержащего водород, от потока эффлюента из зоны изомеризации до пропускания эффлюента из зоны изомеризации через зону деизогексанизатора и рециркуляции верхнего потока из зоны сепарации продукта в зону изомеризации.

3. Способ по п.1, в котором зона отпаривания изомеризата определена перегородкой внутри зоны деизогексанизатора и представляет собой колонну внутри колонны.

4. Способ по п.1, в котором дополнительно рециркулируют второй боковой поток из зоны деизогексанизатора в зону изомеризации.

5. Способ по п.1, в котором вытекающий поток из зоны изомеризации подают в зону деизогексанизатора через промежуточную колонну, в которую он входит через первое входное отверстие, а первый боковой поток из зоны деизогексанизатора отводят в точке, находящейся выше первого входного отверстия, при этом второй боковой поток из зоны деизогексанизатора отводят в точке, расположенной ниже первого входного отверстия.

6. Способ по п.1, в котором вытекающий поток из зоны изомеризации содержит водород, который удаляют из вытекающего потока из зоны изомеризации перед подачей вытекающего потока из зоны изомеризации в зону деизогексанизатора и водород рециркулируют в зону изомеризации.

7. Способ по п.1, в котором дополнительно пропускают вытекающий поток из зоны изомеризации через испарительную камеру с целью отделения верхнего потока из испарительной камеры, содержащего бутан и низкокипящие углеводороды, а также газы, от вытекающего потока из зоны изомеризации перед подачей вытекающего потока из зоны изомеризации в зону деизогексанизатора.

8. Способ по п.1, в котором дополнительно пропускают верхний поток из зоны деизогексанизатора в приемник для отделения потока донного отстоя в приемнике, содержащего С5 и более высококипящие углеводороды, от потока, выходящего из верхней части приемника, содержащего С4 и более низкокипящие углеводороды, причем верхний поток из приемника охлаждают с целью минимизации количества С5 и более высококипящих углеводородов.

9. Способ по п.1, в котором зона изомеризации состоит из двух реакторов, причем поток сырья вначале подается в реактор, работающий при температуре в интервале 120-225°С, а эффлюент отводится из реактора, работающего при температуре в интервале 60-160°С.