Леффлер Уильям. Переработка нефти

Подождите немного. Документ загружается.

82 Переработка нефти

подобраны катализаторы, которые ускоряют процесс и

позволяют упростить технологическое оборудование. В ка-

честве катализаторов обычно используют серную или фто-

ристоводородную кислоту. Процессы, проводимые в при-

сутствии этих кислот, в основном сходны

между'

собой,

но сернокислое алкилирование имеет гораздо более ши-

рокое распространение в промышленности, поэтому здесь

мы будем обсуждать только этот вариант.

Установка алкилирования состоит из семи основных

узлов, которые показаны на рисунке 8.2. Это — холо-

дильный аппарат, реакторы, узел отделения кислоты,

узел щелочной промывки и три ректификационных ко-

лонны.

Холодильный аппарат. Алкилирование в присутствии

серной кислоты протекает наиболее эффективно при тем-

пературах

4—5°С

(40°F). Таким образом, олефиновое сы-

рье (поток пропан-пропиленовой и/или

бутан-бутилено-

вой смеси с установки крекинга) смешивают с потоком

изобутана и с серной кислотой и подают в холодильную

VIII.

АЛКИЛИРОВАНИЕ 83

установку. Последняя работает при повышенном давле-

нии (3—12 атм), чтобы вещества находились в сжижен-

ном виде. В некоторых случаях охлаждение осуществляет-

ся непосредственно в реакторе.

Реакторы. Реакция алкилирования протекает достаточ-

но медленно и требует около

15—20

минут, поэтому ре-

акционная смесь проходит через целую систему больших

реакторов. Общий объем реакторов столь значителен, что

при однократном проходе через систему каждая молеку-

ла достаточно долго (приблизительно 15—20 минут) ос-

тается в реакционной зоне. При прохождении через реак-

торы жидкость периодически перемешивается, что обес-

печивает хороший контакт между олефинами, изобута-

ном и кислотой и, соответственно, эффективное проте-

кание реакции.

Узел отделения кислоты. Затем жидкость поступает в

сосуд без перемешивания, в котором кислота и углево-

дороды отделяются

друг

от друга как вода и масло. Угле-

водороды поднимаются вверх, а кислота опускается на

дно. После этого кислоту снова возвращают в процесс.

Узел отделения кислоты называют также кислотным от-

стойником.

Узел щелочной промывки. После отделения катализатора

углеводороды все же содержат следы кислоты, поэтому

их обрабатывают едким натром в специальном сосуде. Ед-

кий натр действует на углеводород так же, как

Alka-

Seltzer действует на Ваш желудок при несварении — то

есть нейтрализует кислоту. Вредные эффекты таким обра-

зом устраняются, и получается смесь углеводородов, го-

товая к разделению.

Ректификационные колонны. В трех стандартных ректи-

фикационных колоннах алкилат отделяется от насыщен-

ных газообразных углеводородов. Изобутан при этом воз-

вращается в процесс.

Выходы продуктов

Процесс алкилирования сопровождается рядом побоч-

ных реакций, некоторые из которых являются в большей

84 Переработка нефти

или меньшей степени нежелательными. Поскольку в сис-

теме формируются и реагируют разнообразные молеку-

лы, то образуются небольшие количества пропана, бута-

на и пентана, что не так плохо. Однако наряду с этим

получается большое количество смолы — вязкого корич-

невого вещества, представляющего собой сложную смесь

углеводородов. Эта смола обычно оседает вместе с кисло-

той и удаляется во время регенерации кислоты, перед

тем как та будет снова направлена в процесс.

Ниже приведен объемный материальный баланс по

пропиленовому и бутиленовому сырью.

Однако баланс по введенному в процесс сырью и вы-

ходам продуктов не показывает, какая часть пропана и

н-бутана выходит из реактора в неизменном виде. На

самом деле установка алкилирования обеспечивает ути-

лизацию значительных количеств индивидуальных про-

пана и бутана. Если эта установка по той или иной при-

чине остановлена, поток пропан-пропиленовой смеси

обычно направляется в топливную систему, и производ-

ство

LPG

(сжиженного нефтяного газа) значительно со-

кращается.

Параметры процесса

Оператор установки алкилирования должен контро-

лировать несколько основных параметров процесса, что-

VIII, АЛКИЛИРОВАНИЕ 85

бы не допустить побочных реакций. Последние могут ухуд-

шить качество алкилата и привести к снижению октано-

вого числа продукта и

его

цветового индекса и к повы-

шению давления насыщенного пара.

Температура реакции. При понижении температуры

серная кислота становится более вязкой и плохо смеши-

вается с сырьем. В результате олефины не вступают в

реакцию полностью. Повышение температуры приводит

к образованию других продуктов, помимо изогептана и

изооктана, что снижает качество алкилата.

Концентрация кислоты. Кислота, циркулирующая в

системе, неизбежно разбавляется водой, которая поступа-

ет вместе с олефинами, и, кроме того, в нее попадают

смолы. Когда концентрация кислоты снижается от 99% до

89%, кислоту сливают и направляют в узел регенерации.

Концентрация изобутана. В присутствии избытка изо-

бутана процесс более эффективен. Обычно технологичес-

кая схема содержит систему для рециркуляции изобутана.

Отношение изобутан : олефин колеблется от 5 : 1 до

15 : 1.

Объемная скорость подачи олефина. Качество получае-

мого алкилата может меняться в зависимости от времени

пребывания свежей порции олефинового сырья в реак-

торе.

Резюме. Что мы должны знать об алкилате? Во-пер-

вых, он имеет высокое октановое число. Во-вторых, он

характеризуется низким давлением насыщенного пара.

Поскольку мы еще не обсуждали получение автомобиль-

ного бензина, такие понятия, как октановое число и

давление насыщенного пара, по-видимому, имеют для

Вас мало смысла. Пока достаточно сказать, что эти каче-

ства полезны для компонентов бензина, и в этом и со-

стоит основная идея алкилирования: превращение

мало-

ценных газообразных компонентов крекинг-газа в цен-

ные компоненты бензина.

Установку алкилирования можно схематически пред-

ставить как систему, имеющую на входе пропилен, бути-

лен и изобутан, а на выходе — алкилат, наряду с пропа-

ном и н-бутаном. Чтобы Вы могли оценить место алкили-

86 Переработка нефти

1 — легкая фракция вакуумной перегонки;

2 — крекинг-бензин;

3 — легкий крекинг-газойль;

4 — тяжелый крекинг-газойль.

рования в общей системе нефтепереработки, на рисунке

8.3 показаны узлы нефтеперерабатывающего завода, ко-

торые мы рассмотрели выше, а также узел алкилирова-

ния. Удивительно, как быстро наша схема усложняется.

УПРАЖНЕНИЯ

1. Вставьте пропущенные слова.

а.

Алкилирование

— это процесс, обратный .

б. Катализатором алкилирования является

либо , в зависимости от выбранных условий.

VIII. АЛКИЛИРОВАНИЕ 87

в Пять основных узлов установки алкилирования — это"

г Алкилат состоит в основном из двух изопарафинов, а

именно и .

д. За счет высокого и

низкого , алкилат

представляет собой ценный

2. Крекинг-газ, поступающий на установку алкилирова-

ния, имеет следующий состав:

Пропан 0,15

Пропилен 0,25

Изобутан 0,10

н-Бутан 0,20

Бутилены

0.30

1,00

Если общий объем газа составляет 3000 бар./сут, а

выходы продуктов алкилирования соответствуют приве-

денным в этой главе, какой объем изобутана с установки

ГФУ насыщенного газа потребуется для процесса? Какие

продукты и в каком количестве будут получены?

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ

РИФОРМИНГ

Ничто так не требует реформирования,

как привычки других людей.

Марк Твен. «Простофиля Вильсон»

Установки каталитического риформинга являются в

настоящее время почти обязательным звеном нефтепере-

рабатывающего завода. Назначение этого процесса — по-

лучение высокоароматизированных бензиновых дистил-

лятов, которые используются в качестве высокооктано-

вого компонента или для выделения из них индивидуаль-

ных ароматических углеводородов: бензола, толуола, ксило-

лов. — Прим. ред.

Третье поколение процессов нефтепереработки было

вызвано к жизни повышением требований рынка к каче-

ству бензина. При этом качество бензина, как правило,

определяется его октановым числом, которое мы будем

обсуждать только в главе XII «Компаундирование бензи-

на». В 50-е и 60-е годы погоня за октановым числом была

доминирующим фактором в торговле бензином. Катали-

тический риформинг был предложен как один из спосо-

бов увеличения октанового числа. Чтобы понять эту гла-

ву, полезно иметь условную закладку на главе V, посвя-

щенной химическому составу нефти.

Химические реакции

В отличие от процессов, которые мы обсуждали до сих

пор, в процессе каталитического риформинга температу-

ры кипения веществ меняются очень незначительно. Из-

менение касается, в основном, химического состава.

IX. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РИФОРМИНГ 89

Сырьем для каталитического риформинга является, в

основном,

прямогонная

нафта и реже дистилляты вто-

ричного происхождения, например, бензин термическо-

го крекинга, коксования и гидрокрекинга. Эти фракции

обычно содержат высокие концентрации парафинов и

нафтенов. В процессе каталитического риформинга мно-

гие из этих компонентов превращаются в ароматические

соединения, которые имеют гораздо более высокие окта-

новые числа.

Ниже приведено типичное изменение состава нафты

в этом процессе:

При этом происходят в основном следующие полез-

ные химические реакции:

1. Парафины превращаются в изопарафины (реакция

изомеризации).

2. Парафины превращаются в нафтены (реакция цикли-

зации).

3. Нафтены превращаются в ароматику (реакция дегид-

рирования).

Протекают также некоторые побочные реакции:

1. Часть парафинов и нафтенов подвергается крекингу,

превращаясь при этом в углеводородные газы.

2. Часть нафтенов и ароматических углеводородов теряет

боковые цепи, которые при этом также превращаются

в углеводородные газы.

Самый важный момент, который следует запомнить, —

это то, что парафины и нафтены превращаются в аромати-

ческие соединения и некоторые изомеры, как показано на

рисунке 9.1.

90 Переработка нефти

IX. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РИФОРМИНГ 91