Каталитическая изомеризация легких н- парафинов

Некоторые компоненты высокооктановых бензинов, и в первую оче-редь катализат риформинга, не могут быть использованы непосредственно в качестве товарного бензина из-за недостаточной концентрации легких фрак-ций. Поскольку риформингу подвергают обычно фракцию бензина с началом кипения от 85 до 105°С (а иногда и выше), протекающие при этом реакции гидрокрекинга не могут обеспечить требуемое стандартом содержание лег­ких фракций. С другой стороны, в тяжелых фракциях катализата содержатся ароматические углеводороды С₆ и выше (их температура кипения от 152 д₀ 176°С), способствующие повышению нагарообразования в двигателях. По­вышенное содержание ароматических углеводородов в бензинах приводит также к увеличению концентрации канцерогенных веществ в выхлопных га­зах двигателей.

Таким образом, добавление легких бензиновых фракций к бензинам риформинга, особенно полученным при жестком режиме, обеспечивает тре­буемый фракционный состав и снижает концентрацию нагарообразующих ароматических углеводородов. Естественно, что эти легкие компоненты должны обладать высоким октановым числом, близким к октановому числу бензина риформинга. Этому условию удовлетворяют легкие изопарафины. Изопентан и изогексаны могут быть получены методом каталитической изо­меризации.

Сущностью процесса изомеризации является каталитическое превра­щение легких парафинов нормального строения в соответствующие изопа­рафины.

Подвергая легкую фракцию изомеризации, можно повысить ее окта­новое число на 15-20 единиц за счет превращения н-парафинов в угле­водороды изостроения. Это хорошо видно на примере н-гексана; н-гексан имеет октановое число всего 30 и.м., а его изомеры характеризуются сле­дующими октановыми числами:

2-метилпентан - 80 2,2-диметилбутан - 99

3-метшшентан - 81 2,3-диметилбутан -104

Разработка и усовершенствование катализаторов платиновой группы, применяемых для риформинга, позволили использовать катализаторы этого типа и для процесса изомеризации. За счет применения платинового катали­затора оказалось возможным улучшить экономику процесса и повысить про­изводительность отдельных установок.

Основные факторы процесса. Термодинамически реакцию изомери­зации желательно проводить при низких температурах. Это способствует об­разованию более разветвленных изомеров. Поскольку углеводороды с раз­ветвленной цепью имеют более высокие октановые числа, то бензин получа­ется лучшего качества.

Исследование механизма изомеризации показало, что изомеры с двум* и тремя метальными группами образуются через стадию изомеров с одной метильной группой. Таким образом, при углублении процесса концентрация высокоразветвленных изомеров в продукте увеличивается, тем самым по­вышается его октановое число.

На современных промышленных установках для изомеризации н-пентана и н-гексана используют обычно бифункциональный катализатор, со­держащий платину или палладий на кислотном носителе (оксид алюминия, цеолит). Несмотря на высокую изомеризующую способность этих катализа­торов приходится вести процесс при относительно высоких температурах (350-400°С при изомеризации пентана). При этом давление равно 3-3,5 МПа, а объемная скорость подачи сырья составляет 1,5-2,0 ч"¹. Для подавления по­бочных реакций расщепления осуществляют циркуляцию водородсодержа-щего газа в объеме 900 м³ на 1 м³ жидкого сырья.

Изомеризацию н-пентана и н-гексана можно осуществлять как раз­дельно, так и в смеси. Во втором случае изомеризации подвергают легкий бензин с началом кипения 62°С. Хотя в этом случае достигается повышение октанового числа легкой части бензина в целом, раздельная изомеризация позволяет выбрать более селективные режимы процесса.

Технологическая схема установки. Технологическая схема установки изомеризации напоминает схему каталитического риформинга. Типовая схе­ма установки изомеризации представлена на рис. 4.6.

Исходная пентановая фракция поступает на изомеризацию с централь­ной газофракционирующей установки (ЦГФУ), схема которой рассмотрена в разделе 5.2.3. Сырье, подаваемое насосом 1, смешивается с водородсодер-жащим газом, нагревается в теплообменнике 3 и далее через змеевик трубча­той печи 4, поступает в реактор 2, заполненный катализатором. В начале ра­боты температура в реакторе примерно 380°С, а в конце вследствие некото­рого дезактивирования катализатора она поднимается до 430-450°С.

Парогазовая смесь продуктов реакции охлаждается и конденсируется в аппаратах воздушного охлаждения 5 и водяных конденсаторах-холодильни­ках 6. В газосепараторе 8 отделяется водородсодержащий газ, который, сме­шиваясь со свежим водородсодержащим газом, проходит адсорбер 9, запол­ненный цеолитами, для удаления влаги. Осушенный газ поступает на прием компрессора 7. Нестабильный изомеризат забирается с низа сепаратора 8, подогревается в теплообменнике 3 и подвергается стабилизации в колонне 10. Сверху колонны уходит углеводородный газ, а снизу стабильный изоме­ризат, направляемый на разделение на ЦГФУ.

Изопентан дополнительно извлекается гексановой фракцией, посту­пающей с ЦГФУ, в абсорбере 13. Насыщенный абсорбент возвращается для переработки на ЦГФУ.

Параметры процесса:

температура, °С 150-205

давление, МПа 1,5-3,0

объемная скорость подачи сырья, ч"¹ 3-5

октановое число сырья, и.м. 60-65

октановое число изомеризата, и.м. 85-90

Рис. 4.6. Технологическая схема установки изомеризации: 1-насос; Ъ реактор; 3-теплообменники; 4-печь; 5-аппараты воздушного охлажде­ния; 6-холодильник-конденсатор; 7-компрессор водородсодержащего газа; 8-сепаратор водородсодержашего газа; 9-адсорбер-осушитель га­за; 10-стабилизационная колонна; И-кипятильник; 12-сепаратор угле­водородного газа; 13-абсорбер изопентана; I-сырье, П-водород; Ill-вода; IV-сухой воздух для регенерации адсорбента; V-влажный воздух; VI-пар; VII-стабильный изомеризат; VIII-гексановая фракция (абсор­бент); IX-жирный газ; Х-насыщенный абсорбент

Процесс изомеризации приобретает в последнее время все большее значение. Это связано в первую очередь с запретом тетразтилсвинца и по­ступлением на переработку парафинистых нефтей.