Изомеризация пентан-гексановой фракции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изомеризация пентан-гексановой фракции

Введение

Изомеризация - превращение одного изомера в другой. Изомеризация приводит к получению соединения с иным расположением атомов или групп, но при этом не происходит изменение состава и молекулярной массы соединения. В литературе изомеризацию часто называют перегруппировкой, в некоторых случаях, в соответствии с традицией, это именные реакции.

Исторически одним из первых принципиально важных примеров изомеризации было превращение неорганического вещества цианата аммония в органическое соединение мочевину, открытое в 1828 году немецким химиком Ф. Вёлером.

В наше время изомеризация широко используется в промышленности. Так, насыщенные углеводороды нормального строения при действии на них хлорида алюминия AlCl3 превращаются в углеводороды изостроения (например, бутан - в изобутан):

Эти превращения происходят при переработке нефтепродуктов и приводят, в частности, к получению бензинов с высоким октановым число.

Большая ценность процесса изомеризации заключается в том, что в качестве сырья используются низкооктановые компоненты - фракция н. к. - 62 °С и рафинаты каталитического риформинга. В этом сырье содержится в основном пентановая и гексановая фракции. Это сырье, а также фракции С5 и С6, получаемые с ГФУ, и ЦГФУ, изомеризуются в среде водорода в присутствии катализатора. Получают углеводороды со сравнительно высоким октановым числом изостроения. При изомеризации пентановой фракции получают продукт с более высоким октановым числом. Изомеризация н-пентана представляет интерес не только для нефтеперерабатывающей, но и для нефтехимической промышленности, так как изопентан дегидрированием можно превратить в изопрен - сырье для каучука. Таким образом, изомеризация может служить как для производства высокооктановых бензинов, так и для получения ценных синтетических каучуков.

1. Назначение процесса

каталитический изомеризация баланс

Ранние промышленные процессы изомеризации были предназначены для получения изобутана из н-пентана на хлористом алюминии при мягком температурном режиме (90…120?С). Изобутан далее алкилировали бутеленами и в результате получали изооктан.

Целевым назначением процессов каталитической изомеризации и современной нефтепереработке является получение высокооктановых изокомпонентов автобензинов или сырья нефтехимии, прежде всего изопентана для синтеза изопренового каучука.

Высокая эффективность процессов изомеризации заключается в том, что в качестве сырья используются низкооктановые компоненты нефти - фракции н.к. - 62 ?С и рафинаты КР, содержащие в основном н-пентаны и н-гексаны. Это сырье (а также фракции С5 и С6, получаемые с ГФУ) изомеризуется в среде водорода в присутствии бифункциональных катализаторов. Высокие детонационная стойкость и испаряемость продуктов изомеризации углеводородов С5 и С6 обусловливают их исключительную ценность в качестве низкокипящих высокооктановых компонентов неэтилированных автобензинов.

2. Сырьевая база

Факторы инвестиционной привлекательности процесса изомеризации легких бензиновых фракций

3. Продукты процесса и область их применения

Продуктами изомеризации пентан-гексановой фракции являются изомеризат Пенекса и гептановая фракция.

- Изомеризат Пенекса - смесь парафиновых углеводородов изостроения С5-С6. Применяется в качестве высооктанового компонента товарных бензинов.

- Гептановая фракция - смесь парафиновых и циклических углеводородов изостроения С6-С7. Применяется в смеси с изомеризатом в качестве высокооктанового компонента товарных бензинов, может использоваться в качестве сырья для установок каталитического риформинга.

4. Материальный баланс изомеризации пентан-гексановой фракции

Рисунок 1 - Материальный баланс установок изомеризации пентан-гексановой фракции

5. Основные параметры процесса

Температура. С повышением температуры скорость реакции изомеризации возрастает до ограничиваемого равновесием предела. Дальнейшее повышение температуры приводит лишь к усилению реакций ГК с образованием легких газов. При этом возрастает расход водорода, а выход изомеров снижается.

Давление. Хотя давление не оказывает влияние на равновесие реакции изомеризации н-парафинов, оно существенно влияет на кинетику целевых и побочных реакций процесса. Данные о влиянии давления на изомеризацию н-гексана при мольном соотношении H2:С6Н14=4:1 и постоянном времени контакта приведены ниже:

Как видно, повышение давления при прочих идентичных условиях снижает глубину, но повышает селективность изомеризации. Увеличение парциального давления водорода снижает скорость дезактивации катализатора в результате торможения коксообразования. Однако повышение давления свыше 4 Мпа не целесообразно, так как при этом коксообразование практически не меняется.

Объемная скорость подачи сырья. При постоянной степени превращения объемная скорость и температура оказывают антибатное влияние на скорость изомеризации. Для увеличения объемной скорости вдвое требуется повышение температуры процесса примерно на 8…11?С.

6. Технологическое и аппаратурное оформление процесса

Технологическая схема установки изомеризации представлена на рис.1.Установка изомеризации состоит из двух блоков -- ректификации и изомеризации. Блок ректификации предназначен для выделения из смеси сырья и изомеризата товарных продуктов -- изопентановой и изогексановой фракций, удаления из сырья углеводородов С4 и ниже, подготовки к переработке сырья секции изомеризации -- пентановой фракции. В блоке изомеризации осуществляется превращение пентана в изопентан.

Поступающее в блок ректификации свежее сырье смешивается со стабильным изомеризатом. Смесь разделяется в изопентановой колонне 3 на верхний продукт -- смесь изопентана и бутана и нижний продукт -- смесь н-пентана и гексанов. В колонне 11 ректификат колонны 3 делится на бутаны и изопентан. В колонне 17 остаток колонны 3 разделяется на н-пентановую фракцию, направляемую в блок изомеризации, и смесь гексанов, подаваемую в колонну 23. В 23 проводится разделение смеси гексанов на изогексан и н-гексан.

Конденсация и охлаждение верхних продуктов ректификационных колонн осуществляется в воздушных конденсаторах-холодильниках; теплота в нижнюю часть колонн подводится через кипятильники, обогреваемые паром.

Пентановая фракция, поступающая на блок изомеризации, забирается насосом 29 и подается на смешение с водородсодержащим газом. Смесь сырья и водородсодержащего газа нагревается в теплообменнике 30 и печи 31 до температуры реакции и поступает в реактор 32, где в присутствии алюмоплатинового катализатора происходит реакция изомеризации.

Газо-продуктовая смесь, выходящая из реактора, охлаждается в теплообменниках и холодильниках, после чего направляется на разделение в продуктовый сепаратор 35. Из 35 выходит циркулирующий водородсодержащий газ, который смешивается со свежим водородсодержащим газом, подвергается осушке цеолитами в адсорбере 46 и подается во всасывающую линию циркуляционного компрессора 47. Сжатый водородсодержащий газ смешивается с сырьем.

Нестабильный изомеризат из 35 нагревается до 85--90 °С в теплообменнике 36 и поступает в стабилизационную колонну 37. С верха 37 уходит жирный газ, с низа -- стабильный изомеризат, который направляется на блок ректификации.

Катализатор изомеризации периодически -- 1 раз в 5--6 мес. подвергается окислительной регенерации. Регенерация катализатора проводится так же, как на установках риформинга.

1, 6, 10, 14, 16, 20, 22--26, 28, 29, 40 -- насосы; 2 -- подогреватель; 3, 11, 17, 23, 37 -- колонны; 4, 12, IS, 24, 38 -- конденсаторы-холодильники; 5, 13, 19, 25, 39-- емкости; 7, 15, 21, 27, 41 -- кипятильники; 8, 9, 30, 36 -- теплообменники; 31 -- печь; 32 --реактор; 33, 34, 42--45 -- Холодильники; 35 -- сепаратор; 46 -- адсорбер; 47 -- компрессор; I -- сырьё; II -- свежий водородсодержащий газ; III -- бутаны; IV -- изопентан; V - изогексан; VI -- гексан; VII -- углеводородный газ.

Рис. 1 Технологическая схема процесса изомеризации

Заключение

Химические превращения, в результате которых структурные изомеры превращаются друг в друга, называется изомеризацией. Такие процессы имеют важное значение в промышленности. Так, например, проводят изомеризацию нормальных алканов в изоалканы для повышения октанового числа моторных топлив; изомеризуют пентан в изопентан для последующего дегидрирования в изопрен. Изомеризацией являются и внутримолекулярные перегруппировки, из которых большое значение имеет, например, перегруппировка Бекмана -- превращение циклогексаноноксима в капролактам (сырье для производства капрона).

Список используемых источников

1.Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. Первичная переработка нефти /Под ред. О.Ф. Глаголевой и В.М. Капустина. - М.: Химия, КолосС, 2006. - 400 с.: ил. - (Учебники для учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений)

2. Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А., Волошин Н.Д., Золотарёв П.А. Технологические расчёты установок переработки нефти. - М.: Химия, 1987 г. - 352 с.

3. Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. - М.: Химия, 2007 г. - 311 с.

4. Жоров Ю. М. Изомеризация углеводородов. Химия и технология. -

М.: Химия, 1983. - 304 с., ил

5.Изомеризация - техническая библиотека [Электронный ресурс]. - URL: https://revolution.allbest.ru/chemistry/00341426_0.html / (дата обращения: 26.11.2019).

Размещено на Allbest.ru