RU2622294C2 - Device for alkylation of isobutane with olefins on solid catalyst - Google Patents

Device for alkylation of isobutane with olefins on solid catalyst Download PDF

Info

Publication number
RU2622294C2
RU2622294C2 RU2015137321A RU2015137321A RU2622294C2 RU 2622294 C2 RU2622294 C2 RU 2622294C2 RU 2015137321 A RU2015137321 A RU 2015137321A RU 2015137321 A RU2015137321 A RU 2015137321A RU 2622294 C2 RU2622294 C2 RU 2622294C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reaction
sections
section
column
solid catalyst
Prior art date
Application number
RU2015137321A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015137321A (en
Inventor
Николай Васильевич Кузичкин
Николай Васильевич Лисицын
Дмитрий Андреевич Сладковский
Петр Алексеевич Зернов
Кирилл Вадимович Семикин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" (СПбГТИ(ТУ))
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" (СПбГТИ(ТУ)) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" (СПбГТИ(ТУ))
Priority to RU2015137321A priority Critical patent/RU2622294C2/en
Publication of RU2015137321A publication Critical patent/RU2015137321A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2622294C2 publication Critical patent/RU2622294C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/54Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by addition of unsaturated hydrocarbons to saturated hydrocarbons or to hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring with no unsaturation outside the aromatic ring
    • C07C2/56Addition to acyclic hydrocarbons
    • C07C2/58Catalytic processes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/584Recycling of catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the device for alkylating isobutane with olefins on solid catalyst in form of distillation column, containing rectification sections and reaction sections with solid catalyst which have feeding channel and overflow pocket linked with rectification sections. The device is characterised by that it is additionally provided with unit for alternative switching the reaction sections from operating mode to catalyst regeneration mode, wherein the feed channel of reaction sections is connected to upper part of the column and the overflow pocket, connected to rectification section located below the section, providing power to reaction section. The tests carried out on laboratory unit showed, that when using the disclosed method, the total heat costs are 2.4 GJ/ton of alkylate, which is 14% less compared to analog. Also, the method allows reducing the content of relatively heavy C5+ hydrocarbons in reaction section feed by more than 40%.
EFFECT: allows to reduce pressure in distillation column relative to reactor pressure, which requires installation of pumps and throttling valves on return line of reaction products to the column.
6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а именно к устройствам для получения высокооктановых компонентов бензина.The invention relates to the field of oil refining and petrochemical industries, and in particular to devices for producing high-octane gasoline components.

Алкилирование представляет собой реакцию парафина, обычно изопарафинов, с олефином в присутствии сильной кислоты, которая производит парафины с более высоким октановым числом, чем у исходных веществ, и которые кипят в диапазоне температур кипения бензина. При этом алкилирование изобутана бутенами относится к числу наиболее важных процессов получения высококачественных бензинов в современной нефтепереработке, так как в отличие от получения бензина крекингом высокомолекулярных нефтяных фракций, таких как газойль или остаточные нефтепродукты, получаемый целевой продукт данного процесса - алкилат обладает низким давлением насыщенных паров, характеризуется отсутствием соединений серы, кислорода, азота. К тому же алкилированный бензин содержит незначительное количество ароматического компонента, что более благоприятно с точки зрения окружающей среды.Alkylation is the reaction of paraffin, usually isoparaffins, with an olefin in the presence of a strong acid, which produces paraffins with a higher octane rating than the starting materials, and which boil in the gas temperature boiling range. At the same time, isobutane alkylation with butenes is one of the most important processes for producing high-quality gasolines in modern oil refining, because unlike the production of gasoline by cracking high molecular weight oil fractions, such as gas oil or residual oil products, the target product of this process, alkylate, has a low saturated vapor pressure, characterized by the absence of sulfur compounds, oxygen, nitrogen. In addition, alkylated gasoline contains a small amount of aromatic component, which is more favorable from an environmental point of view.

Процесс алкилирования изобутана является каталитическим. Традиционный процесс промышленного алкилирования основан на использовании в качестве катализаторов процесса серной или фтористоводородной кислот. При этом реакцию проводят в реакторе, где углеводородные реагенты диспергированы в кислотной фазе (RU 2313991, 2006).The isobutane alkylation process is catalytic. The traditional industrial alkylation process is based on the use of sulfuric or hydrofluoric acids as catalysts. The reaction is carried out in a reactor where hydrocarbon reactants are dispersed in the acid phase (RU 2313991, 2006).

Основными недостатками использования этих кислот в качестве катализаторов являются высокий удельный расход ингредиентов, токсичность, коррозионная активность и образование трудно утилизируемых отходов при общемировом масштабе производства алкилата, превышающем 70 млн т\год, высокая вероятность возникновения экологических катастроф заставляют искать иные более надежные варианты получения алкилатов.The main disadvantages of using these acids as catalysts are the high specific consumption of ingredients, toxicity, corrosion activity and the formation of difficult to recycle waste with a global scale of alkylate production exceeding 70 million tons / year, the high probability of environmental catastrophes leading to the search for other more reliable options for producing alkylates.

В настоящее время ведутся интенсивные разработки экологически безопасных процессов алкилирования изобутана олефинами, которые основаны на использовании твердых катализаторов (RU 2313991, 2006; RU 2306175, 2007; US 5672798,1997; US 5986158,1999). Исследования в области твердых гетерогенных катализаторов алкилирования направлены на поиск систем, работающих в температурном интервале 20-120°C, не содержащих токсических компонентов, стабильность действия которых была бы сопоставима с традиционными жидкими катализаторами и соответствующим технологическим оборудованием. Перспективными катализаторами алкилирования являются твердые кислотные катализаторы, такие как цеолиты, галоиды металлов в комбинации с неорганическими солями, а также льюисовские или бренстедовские кислоты, нанесенные на неорганические и органические носители, к которым также относятся сульфатированные оксиды металлов и перфторированные полимеры.Currently, intensive development of environmentally friendly processes for the alkylation of isobutane with olefins, which are based on the use of solid catalysts (RU 2313991, 2006; RU 2306175, 2007; US 5672798,1997; US 5986158,1999), is underway. Research in the field of solid heterogeneous alkylation catalysts is aimed at finding systems operating in the temperature range of 20-120 ° C that do not contain toxic components whose stability would be comparable to traditional liquid catalysts and the corresponding technological equipment. Promising alkylation catalysts are solid acid catalysts such as zeolites, metal halides in combination with inorganic salts, and Lewis or Brønsted acids supported on inorganic and organic carriers, which also include sulfated metal oxides and perfluorinated polymers.

Так, известен процесс алкилирования с использованием льюисовских кислот - галоидов металлов 3-В группы, нанесенных на оксид элемента 3-B или 4-A группы, модифицированных никелем (1-5 мас. %) или металлом подгруппы платины (0.1-1 мас. %), добавками щелочных (щелочноземельных) металлов в количестве 1-10 мас. % (US 3318820; US 5849977; US 6103947). Показано, что добавление в исходную реакционную смесь хлористых углеводородов увеличивает стабильность и селективность катализатора, при этом возникает необходимость очистки продуктов от хлористого водорода и непревращенных хлорпарафинов.Thus, the alkylation process using Lewis acids is known - halogens of metals of the 3-B group, deposited on the oxide of an element of the 3-B or 4-A group, modified with nickel (1-5 wt.%) Or a metal of the platinum subgroup (0.1-1 wt. %), additives of alkaline (alkaline earth) metals in an amount of 1-10 wt. % (US 3318820; US 5849977; US 6103947). It is shown that the addition of chloride hydrocarbons to the initial reaction mixture increases the stability and selectivity of the catalyst, and there is a need to purify products from hydrogen chloride and unconverted chloroparaffins.

В качестве катализаторов алкилирования обычно используют широкопористые высокомодульные цеолиты бета, ZSM, МСМ, USY (US 4384161; US 6844479), в частности, обработанные соединениями редкоземельных элементов (La, Ce) и модифицированные переходными металлами (Cr, Mo, W, Cu, Zn, Ga, Sn, Pb) или металлами 8 группы, обладающими гидрирующей функцией (US 5705729). Процесс проводится при температуре 100°C, отношении изобутан/олефин выше 500, и дозировании в сырье алкилирования водорода в количестве 0,2/1 по отношению к олефину, что позволило достигнуть стабильности работы более 30 ч при скорости подачи бутиленов 0,06 ч-1 л, конверсии бутиленов около 100% и конечной селективности по C8 около 65%.Widely porous, high-modulus zeolites beta, ZSM, MSM, USY (US 4384161; US 6844479), in particular, treated with rare-earth compounds (La, Ce) and modified with transition metals (Cr, Mo, W, Cu, Zn, are usually used as alkylation catalysts) , Ga, Sn, Pb) or Group 8 metals having a hydrogenation function (US 5705729). The process is carried out at a temperature of 100 ° C, the ratio of isobutane / olefin above 500, and dosing of hydrogen in the feed in an amount of 0.2 / 1 with respect to the olefin, which allowed to achieve stability of more than 30 hours at a feed rate of butylenes of 0.06 hours - 1 L, butylene conversion of about 100% and final C 8 selectivity of about 65%.

Известно использование широкопористых цеолитов, модифицированных льюисовскими кислотами (BF3, SbF5, AlCl3) (US 4384161). Введение в состав цеолитов льюисовских кислот позволяет увеличить активность цеолитов и селективность по C8, снизить отношение изобутан/олефин до значений 3-20, а также увеличить скорость подачи бутиленов до значений 2,5-5 г/гкат⋅чIt is known to use wide-porous zeolites modified with Lewis acids (BF 3 , SbF 5 , AlCl 3 ) (US 4384161). The introduction of Lewis acids into zeolites makes it possible to increase zeolite activity and C 8 selectivity, reduce the isobutane / olefin ratio to 3-20, and also increase the feed rate of butylenes to 2.5-5 g / g cat ⋅ h

Недостатками цеолитных катализаторов алкилирования помимо низкой стабильности являются более высокие температуры проведения процесса, необходимость использования более высоких отношений изобутан/олефин, дезактивация катализатора, вызываемая коксованием.The disadvantages of zeolite alkylation catalysts in addition to low stability are higher process temperatures, the need to use higher isobutane / olefin ratios, and catalyst deactivation caused by coking.

Известны способы алкилирования (US 6583330), где в качестве катализаторов используются гетерополикислоты, нанесенные на носители с развитой поверхностью и большим объемом пор, например, система, включающая фосформолибденовую или фосфорвольфрамовую кислоты, нанесенные на оксид циркония, силикаты или алюмосиликаты, модифицированные металлом подгруппы платины. При температурах до 200°C, скоростях подачи бутиленов 0,02-2 г/гкат⋅ч и отношениях изобутан/олефин от 3 до 50 в течение одного пробега было получено 15,7 галкилатакат при конечной конверсии олефинов не менее 99,8%. После 95 ч проведения процесса алкилат содержал 80-90% фракции С8 с концентрацией ТМП не менее 80%.Known alkylation methods (US 6,583,330), where heteropoly acids supported on carriers with a developed surface and a large pore volume are used as catalysts, for example, a system comprising phosphormolybdenum or phosphor tungsten acids supported on zirconia, silicates or aluminosilicates modified with platinum subgroup metal. At temperatures up to 200 ° C, butylene feed rates of 0.02-2 g / g cat ⋅ h and isobutane / olefin ratios of 3 to 50, 15.7 g of alkylate / g cat was obtained during one run at a final conversion of olefins of not less than 99.8%. After 95 hours of the process, the alkylate contained 80-90% of the C 8 fraction with a TMP concentration of at least 80%.

Недостатком катализаторов на основе нанесенных гетерополикислот, помимо их высокой стоимости и сложности изготовления, является сложность регенерации, так как их структура разрушается при длительном высокотемпературном нагревании.The disadvantage of catalysts based on supported heteropoly acids, in addition to their high cost and manufacturing complexity, is the complexity of regeneration, since their structure is destroyed by prolonged high-temperature heating.

Восстановление активности дезактивированного твердого гетерогенного катализатора осуществляют, как правило, путем замены исходного сырья реформатом, подаваемым с объемной скоростью 2-3 ч-1 при температуре 130-150°C в течение 4-6 ч и дополнительно насыщенным водородом под давлением 5 МПа (RU 2384366, 2010; RU 2313991, 2006).The restoration of the activity of a deactivated solid heterogeneous catalyst is carried out, as a rule, by replacing the feedstock with a reformate supplied with a space velocity of 2-3 h -1 at a temperature of 130-150 ° C for 4-6 h and additionally saturated with hydrogen under a pressure of 5 MPa (RU 2384366, 2010; RU 2313991, 2006).

Алкилат, полученный с применением твердых катализаторов, по качеству не уступает алкилату, полученному в традиционных процессах. Главной сложностью на пути широкого промышленного использования твердых катализаторов в процессе алкилирования является их быстрая дезактивация, которую связывают с побочным образованием высокомолекулярных углеводородов, блокирующих пористую структуру и поверхностные активные центры катализатора. Кроме того, в этих процессах каталитическая система не связана с системами разделения и тепловой эффект реакции не находит полезного применения, хотя блок разделения продуктов реакции несет на себе значительную часть капитальных и эксплуатационных затрат.Alkylate obtained using solid catalysts is not inferior in quality to the alkylate obtained in traditional processes. The main difficulty in the widespread industrial use of solid catalysts in the alkylation process is their rapid deactivation, which is associated with the side formation of high molecular weight hydrocarbons that block the porous structure and surface active sites of the catalyst. In addition, in these processes, the catalytic system is not connected with separation systems and the thermal effect of the reaction does not find useful application, although the separation unit of the reaction products carries a significant part of capital and operating costs.

Для повышения эффективности процесса предлагаются различные модификации реакторов и оборудования, применяемых в процессе алкилирования (US №№3496996; 3839487; 2091917; 2472578). Однако наиболее широко используемый способ смешения катализатора и реагентов состоит в использовании различных устройств из лопаток, лопастей, крыльчаток и тому подобного, которые сильно перемешивают и смешивают компоненты друг с другом (US №№3759318; 4075258; 5785933).To improve the efficiency of the process, various modifications of reactors and equipment used in the alkylation process are proposed (US No. 3496996; 3839487; 2091917; 2472578). However, the most widely used method of mixing the catalyst and reagents is to use various devices of blades, blades, impellers and the like, which strongly mix and mix the components with each other (US No. 3759318; 4075258; 5785933).

Наиболее перспективным оборудованием для данного процесса является оборудование для проведения процесса реакционно-ректификационного типа [Buchold, Н. et al. Lurgi Eurofuel - a new alkylation process. Proceedings of the 17th World Petroleum Congress, Brazil. 2002]. При его осуществлении катализатор распределен по тарелкам ректификационной колонны. В верхней части аппарата происходит отбор образующихся в процессе легких газов С13; в средней части - фракции суммарных бутанов; нижним продуктом является высокооктановый алкилат.The most promising equipment for this process is equipment for carrying out the process of reactive distillation type [Buchold, N. et al. Lurgi Eurofuel - a new alkylation process. Proceedings of the 17th World Petroleum Congress, Brazil. 2002]. In its implementation, the catalyst is distributed over the plates of a distillation column. In the upper part of the apparatus, the formation of light gases С 13 ; in the middle part - total butane fractions; the lower product is high octane alkylate.

Недостатком предлагаемой технологической схемы является необходимость использования менее эффективного катализатора, обладающего высокой устойчивостью к процессам коксования, т.к. быстрая замена катализатора в такой установке невозможна из-за технологических ограничений пусков и остановок оборудования.The disadvantage of the proposed technological scheme is the need to use a less efficient catalyst with high resistance to coking processes, because rapid replacement of the catalyst in such an installation is impossible due to technological limitations of starts and stops of the equipment.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемом решению в отношении устройства является устройство, представляющее собой ректификационную колонну для осуществления химических реакций (EA 201491445, 2014), которая содержит реакционную зону, которая включает в себя по меньшей мере две каталитических секции, причем каждая секция имеет питающий канал и переливной карман, который одновременно служит питающим каналом для следующей секции, так что жидкость из каждой секции поступает в переливной карман этой секции и через него попадает в нижнюю часть следующей секции, причем реакционная зона выполнена с возможностью отведения газообразных продуктов каждой секции, минуя остальные секции, причем переливной карман последней по ходу жидкости секции является открытым с возможностью свободного истечения жидкой фазы, а над питательным карманом первой по ходу жидкости секции расположено распределительное устройство, обеспечивающее подачу жидкой фазы в первую по ходу жидкости секцию.The closest in technical essence to the proposed solution in relation to the device is a device that is a distillation column for chemical reactions (EA 201491445, 2014), which contains a reaction zone, which includes at least two catalytic sections, each section having a feed channel and overflow pocket, which simultaneously serves as a supply channel for the next section, so that fluid from each section enters the overflow pocket of this section and through it enters the bottom part of the next section, and the reaction zone is configured to divert the gaseous products of each section, bypassing the remaining sections, the overflow pocket of the last section along the liquid is open with the possibility of free flow of the liquid phase, and a switchgear is located above the feeding pocket of the first section along the liquid providing the supply of the liquid phase in the first section along the liquid section.

Недостатком указанного аппарата является то, что продукты реакции попадают на тарелку, расположенную ниже точки отбора питания реактора, что приводит к тому, что на тарелки, с которых ведется отбор питания для реакционной секции, попадаются относительно тяжелые компоненты алкилата (углеводороды C5+), которые затем поступают на катализатор. Так как алкилирование углеводородов C5+ ведет к образованию более тяжелых компонентов, чем алкилирование изобутана, то это приводит к увеличению скорости дезактивации катализатора. Кроме того, предлагаемое расположение катализатора внутри ректификационной колонны не позволяет эффективно проводить периодическую регенерацию катализатора.The disadvantage of this apparatus is that the reaction products fall on a plate located below the power supply point of the reactor, which leads to the fact that relatively heavy components of alkylate (C 5 + hydrocarbons) are trapped on the plates from which power is taken for the reaction section which then enter the catalyst. Since the alkylation of C 5 + hydrocarbons leads to the formation of heavier components than the alkylation of isobutane, this leads to an increase in the rate of deactivation of the catalyst. In addition, the proposed location of the catalyst inside the distillation column does not allow effective periodic regeneration of the catalyst.

Технической задачей, решаемой авторами, являлась оптимизация работы устройства за счет увеличения срока эксплуатации катализатором путем обеспечения оптимальных условий регенерации.The technical problem solved by the authors was to optimize the operation of the device by increasing the life of the catalyst by ensuring optimal conditions for regeneration.

Технический результат достигается тем, что устройство в виде ректификационной колонны, содержащее ректификационные секции и реакционные секции с твердым катализатором, имеющие питающий канал, связанный с верхней частью колонны, и переливной карман, связанный с ректификационной секцией, расположенной ниже секции, обеспечивающей питание реакционной секции, дополнительно снабжено блоком попеременного переключения реакционных секций из рабочего режима в режим регенерации катализатора. При этом блок попеременного переключения реакционных секций состоит из нагревателя регулирующего потока, клапанов-регуляторов давления и запорной арматуры, установленных на линии между верхней ректификационной секцией колонны и реакторными секциями.The technical result is achieved by the fact that the device in the form of a distillation column containing distillation sections and reaction sections with a solid catalyst having a feed channel connected to the upper part of the column and an overflow pocket connected to a distillation section located below the section providing power to the reaction section, additionally equipped with a unit for alternately switching the reaction sections from the operating mode to the catalyst regeneration mode. In this case, the alternating switching unit of the reaction sections consists of a control flow heater, pressure control valves and shutoff valves installed on the line between the upper distillation section of the column and the reactor sections.

Наряду с вышеизложенным, заявляемое устройство может дополнительно включать блок стабилизации алкилата и выделения смеси, преимущественно содержащей н-бутан.Along with the foregoing, the inventive device may further include an alkylate stabilization unit and isolating a mixture mainly containing n-butane.

Оптимальным вариантом выполнения устройства является вынесение реакционных секций из корпуса колонны.The optimal embodiment of the device is the removal of the reaction sections from the column body.

Твердый катализатор может быть помещен в контейнер, например, в виде трубки, или в иное аналогичное приспособление.The solid catalyst may be placed in a container, for example, in the form of a tube, or other similar device.

Принципиальная схема установки приведена на фиг. 1, где введены следующие обозначения используемых устройств:A schematic diagram of the installation is shown in FIG. 1, where the following designations of the devices used are introduced:

1 - ректификационная колонна;1 - distillation column;

2, 3 - реакционные секции;2, 3 — reaction sections;

4 - холодильник-конденсатор;4 - refrigerator-condenser;

5 - емкость орошения;5 - irrigation capacity;

6 - насос;6 - pump;

7 - нагреватель-испаритель ректификационной колонны;7 - heater-evaporator distillation column;

8 - блок стабилизации алкилата и выделения н-бутана;8 - block stabilization of alkylate and the allocation of n-butane;

9, 10 - запорная арматура для переключения режима «реакция/регенерация» реактора 2;9, 10 - shutoff valves for switching the reaction / regeneration mode of the reactor 2;

11, 12 - запорная арматура для переключения режима «реакция/регенерация» реактора 3;11, 12 - shutoff valves for switching the reaction / regeneration mode of the reactor 3;

13, 14 - клапаны-регуляторы давления в реакторе 3;13, 14 - pressure control valves in the reactor 3;

15, 16 - клапаны-регуляторы давления в реакторе 2;15, 16 - pressure control valves in the reactor 2;

17 - нагреватель регенерирующего потока.17 - regenerative flow heater.

Рассматриваемый процесс может осуществляться с использованием любого твердого катализатора, который обладает стабильностью и проявляет требуемую активность и селективность в реакциях алкилирования парафинов олефинами. Примерами катализаторов являются кислотные катализаторы, включающие цеолиты, выбранные из группы X, Y, ZSM-20, EMT и их комбинаций с введением мультиметаллических материалов, или промотированные сульфатно-циркониевые катализаторы.The process in question can be carried out using any solid catalyst that is stable and exhibits the required activity and selectivity in paraffin alkylation reactions with olefins. Examples of catalysts are acid catalysts, including zeolites selected from the group X, Y, ZSM-20, EMT and their combinations with the introduction of multimetal materials, or promoted sulfate-zirconium catalysts.

Реакционные секции работают попеременно в режиме «реакции» и «регенерации». По меньшей мере, одна реакционная секция работает в режиме «реакции», т.е. на данную секцию поступает смесь жидких парафинов и олефинов при температуре 40-80°C и происходит реакция алкилирования.The reaction sections operate alternately in the "reaction" and "regeneration" mode. At least one reaction section operates in a “reaction” mode, i.e. this section receives a mixture of liquid paraffins and olefins at a temperature of 40-80 ° C and an alkylation reaction occurs.

Секции, находящиеся в режиме «регенерации», подвергаются двухстадийной регенерации: «умеренной» регенерацией растворенным водородом в жидких парафинах при температуре 90-160°C и регенерацией водородсодержащим газом при повышенных температурах 200-250°C.Sections that are in the “regeneration” mode undergo two-stage regeneration: “moderate” regeneration with dissolved hydrogen in liquid paraffins at a temperature of 90-160 ° C and regeneration with a hydrogen-containing gas at elevated temperatures of 200-250 ° C.

Время работы секций в стадиях «реакции» и «регенерации» определяется устойчивостью катализатора к образованию высокомолекулярных отложений (кокса) на поверхности катализатора, которые блокируют активные центры и снижают его активность. Так, на стадию «реакции» может приходиться от 5 до 24 часов. На стадию «умеренной» регенерации требуется от 12 до 48 часов, а на стадию регенерации водородсодержащим газом от 1 до 5 часов.The operating hours of the sections in the stages of the “reaction” and “regeneration” are determined by the resistance of the catalyst to the formation of high molecular weight deposits (coke) on the surface of the catalyst, which block active centers and reduce its activity. So, at the stage of the "reaction" may occur from 5 to 24 hours. The stage of “moderate” regeneration requires from 12 to 48 hours, and the stage of regeneration with a hydrogen-containing gas from 1 to 5 hours.

Устройство работает следующим образом. Олефиновое сырье (18) подается непосредственно в поток парафинового питания реакционных секций (19), находящихся на стадии «реакции». Парафиновое сырье (20) подается в ректификационную колонну (1) ниже тарелок возврата потоков из реакционных секций. В случае использования парафинового сырья с содержанием изобутана более 90% мас. поток парафинового сырья подается непосредственно в линию (19) подачи питания реакционных секций. Смесь парафинов и олефинов (21) подается в реакционные секции, работающие в режиме «реакции». В приведенной на фиг. 1 принципиальной схеме реактор (3) работает в режиме «реакции», а реактор (2) в режиме «регенерации». Для смены режима работы реакционных секций предлагается использовать запорные клапаны (9-12). Так, для работы реактора (3) в режиме «реакции» клапан (12) пропускает через себя поток, а клапан (10) находится в закрытом состоянии. Таким образом, смесь парафинов и олефинов (21) через клапан (12) поступает в линию подачи питания (22) реактора (3). При работе реактора (2) в режиме «реакции» клапан (10) открывается и смесь (21) через линию 37 и клапан (10) поступает в линию подачи питания (38) реактора (2).The device operates as follows. The olefin feed (18) is fed directly to the paraffin feed stream of the reaction sections (19) that are in the “reaction” stage. Paraffin feed (20) is supplied to the distillation column (1) below the plates for returning flows from the reaction sections. In the case of using paraffin raw materials with an isobutane content of more than 90% wt. the paraffin feed stream is fed directly to the feed line of the reaction sections. A mixture of paraffins and olefins (21) is fed into the reaction sections operating in the “reaction” mode. In the FIG. 1, the reactor (3) operates in the “reaction” mode, and the reactor (2) in the “regeneration” mode. It is proposed to use shut-off valves (9-12) to change the operating mode of the reaction sections. So, to operate the reactor (3) in the “reaction” mode, the valve (12) passes a stream through itself, and the valve (10) is in the closed state. Thus, the mixture of paraffins and olefins (21) through the valve (12) enters the power supply line (22) of the reactor (3). When the reactor (2) is in the “reaction” mode, the valve (10) opens and the mixture (21) through line 37 and the valve (10) enters the power supply line (38) of the reactor (2).

В реакторе (3) происходит алкилирование парафинов олефинами с образованием углеводородов с длиной цепи более 5 атомов углеводорода, которые впоследствии являются высокооктановыми компонентами алкилата.In the reactor (3), paraffins are alkylated with olefins to form hydrocarbons with a chain length of more than 5 hydrocarbon atoms, which are subsequently high-octane alkylate components.

Жидкие продукты (23) реактора (3) через клапан-регулятор уровня и давления (14) поступают в линию подачи жидких продуктов реакционных секций (24) в ректификационную колонну (1). Газообразные продукты (25) реакционной секции (3) через клапан-регулятор давления (13) поступают в линию подачи газообразных продуктов реакционных секций (26) в ректификационную колонну (1).The liquid products (23) of the reactor (3) through the level and pressure control valve (14) enter the line for supplying the liquid products of the reaction sections (24) to the distillation column (1). Gaseous products (25) of the reaction section (3) through the pressure control valve (13) enter the supply line of gaseous products of the reaction sections (26) to the distillation column (1).

Газообразные продукты (26) реакционных секций поступают выше, чем жидкие продукты реакционных секций (24), но ниже точки отбора парового потока (27) из ректификационной колонны (1).The gaseous products (26) of the reaction sections are higher than the liquid products of the reaction sections (24), but lower than the point of extraction of the vapor stream (27) from the distillation column (1).

Углеводородные пары (27), выходящие с верха колонны (1) с температурой 40-80°C, охлаждаются и практически полностью конденсируются в холодильнике (4) и парожидкостная смесь (28) поступает в сепаратор (5), являющийся емкостью орошения. Неконденсируемые при взятых условиях (температуре и давлении) углеводороды и примеси водорода (29) выводятся из сепаратора сверху и могут быть направлены на выделение изобутана, который затем должен возвращаться в процесс (на схеме не показано).Hydrocarbon vapors (27) leaving the top of the column (1) with a temperature of 40-80 ° C are cooled and almost completely condensed in the refrigerator (4) and the vapor-liquid mixture (28) enters the separator (5), which is the irrigation capacity. Hydrocarbons and hydrogen impurities (29) that are non-condensable under the given conditions (temperature and pressure) are removed from the separator from above and can be directed to the isolation of isobutane, which then must be returned to the process (not shown in the diagram).

Жидкость (30) из сепаратора (5), содержащая более 75% изобутана, насосом (6) преимущественно подается в линию парафинового питания реакционных секций (31) и частично на орошение ректификационной колонны, потоком (32). Насос (6) также предназначен для возможности работы реакционных секций (2,3) с давлением выше, чем в колонне (1).The liquid (30) from the separator (5), containing more than 75% of isobutane, is pumped (6) mainly to the paraffin supply line of the reaction sections (31) and partially to the distillation column by flow (32). The pump (6) is also designed to allow the reaction sections (2,3) to work with a pressure higher than in the column (1).

Поток парафинового питания реакционных секций (31) является «рециклом» изобутана в реакционные секции, для чего происходит его ветвление на поток (33), используемый для приготовления смеси парафинов и водорода для регенерации катализатора, и поток (19), используемый для приготовления смеси парафинов и олефинов для проведения реакции алкилирования. Соотношение расхода потока (19) к расходу потока (33) составляет от 10/1 до 100/1.The paraffin feed stream of the reaction sections (31) is a “recycle” of isobutane into the reaction sections, for which it is branched into a stream (33) used to prepare a mixture of paraffins and hydrogen for catalyst regeneration, and a stream (19) used to prepare a mixture of paraffins and olefins for carrying out the alkylation reaction. The ratio of flow rate (19) to flow rate (33) is from 10/1 to 100/1.

Поток парафинов (33), содержащий преимущественно изобутан, смешивается с водородсодержащим газом так, чтобы массовая концентрация водорода составляет более 0,5%. Смесь жидкого изобутана и водорода (35) нагревается в нагревателе (17) до температуры 90-250°C для проведения процесса регенерации катализатора. В рассматриваемой принципиальной схеме реактор (2) работает в режиме «регенерации», поэтому клапан (9) является открытым, а клапан (11) закрытым. Таким образом, нагретый поток (36) поступает через клапан (9) в линию подачи питания (38) реактора (2). При работе реактора (3) в режиме «регенерации» клапан (11) открывается и смесь (36) через линию (39) и клапан (11) поступает в линию подачи питания (22) реактора (2).The paraffin stream (33), containing predominantly isobutane, is mixed with a hydrogen-containing gas so that the mass concentration of hydrogen is more than 0.5%. A mixture of liquid isobutane and hydrogen (35) is heated in a heater (17) to a temperature of 90-250 ° C to carry out the catalyst regeneration process. In the considered circuit diagram, the reactor (2) operates in the “regeneration” mode, therefore, the valve (9) is open and the valve (11) is closed. Thus, the heated stream (36) enters through the valve (9) into the power supply line (38) of the reactor (2). When the reactor (3) is in the “regeneration” mode, the valve (11) opens and the mixture (36) passes through the line (39) and the valve (11) enters the power supply line (22) of the reactor (2).

При проведении процесса регенерации в реакционных секциях происходит гидрокрекинг высокомолекулярных соединений, адсорбированных на поверхности катализатора, с образованием преимущественно парафиновых углеводородов C5+ и легких углеводородных газов C1-C3.During the regeneration process in the reaction sections, hydrocracking of high molecular weight compounds adsorbed on the surface of the catalyst occurs, with the formation of predominantly paraffinic hydrocarbons C 5 + and light hydrocarbon gases C 1 -C 3 .

Жидкие продукты (40) реакционной секции (2) через клапан-регулятор уровня и давления (16) поступают в линию подачи жидких продуктов реакционных секций (24) в ректификационную колонну (1). Газообразные продукты (41) реакционной секции (2) через клапан-регулятор давления (15) поступают в линию подачи газообразных продуктов реакционных секций (26) в ректификационную колонну (1).The liquid products (40) of the reaction section (2) through the level and pressure control valve (16) enter the supply line of the liquid products of the reaction sections (24) to the distillation column (1). Gaseous products (41) of the reaction section (2) through the pressure control valve (15) enter the supply line of gaseous products of the reaction sections (26) to the distillation column (1).

Внизу ректификационной колонны (1) преимущественно концентрируются углеводороды C5+ и н-бутан. Кубовая жидкость (42) преимущественно отправляется на испарение (43) в испарителе (7) и частично выводится из ректификационного процесса потоком (44). Испаритель (7) предназначен для создания восходящего потока углеводородных паров по колонне (1), таким образом, нагретый и частично или полностью испаренный поток (45) из испарителя (7) поступает в ректификационную колонну (1).At the bottom of the distillation column (1), hydrocarbons C 5 + and n-butane are predominantly concentrated. The bottom liquid (42) is mainly sent for evaporation (43) in the evaporator (7) and partially removed from the distillation process by a stream (44). The evaporator (7) is designed to create an upward flow of hydrocarbon vapors through the column (1), thus, the heated and partially or completely vaporized stream (45) from the evaporator (7) enters the distillation column (1).

Поток (44) представляет собой нестабильный алкилат и содержит не более 35% н-бутана и не более 5% масс изобутана. Для стабилизации алкилата и соответствующего выделения компонентов C4-C5 поток (44) может направляться на стадию стабилизации алкилата (8), которая осуществляется ректификацией. На стадии (8) выделяется смесь (46), содержащая преимущественно н-бутан, и товарный алкилат (47), являющийся целевым продуктом алкилирования.Stream (44) is an unstable alkylate and contains not more than 35% n-butane and not more than 5% by weight of isobutane. To stabilize the alkylate and the corresponding separation of the components of C 4 -C 5 stream (44) can be directed to the stage of stabilization of the alkylate (8), which is carried out by distillation. At the stage (8), a mixture (46) is released, which contains mainly n-butane, and commodity alkylate (47), which is the target alkylation product.

Проведенные испытания на лабораторной установке показали, что при использовании заявляемого способа суммарные затраты теплоты составляют 2.4 ГДж на тонну алкилата, что на 14% меньше по сравнению с реакционно-ректификационным способом, где реакционные секции располагаются внутри колонны между тарелками или секциями насадки. Также способ позволяет снизить содержание относительно тяжелых углеводородов C5+ в питании реакционной секции на более чем 40%.Tests in a laboratory setup showed that when using the proposed method, the total heat consumption is 2.4 GJ per ton of alkylate, which is 14% less compared to the reaction-distillation method, where the reaction sections are located inside the column between the plates or nozzle sections. Also, the method allows to reduce the content of relatively heavy C 5 + hydrocarbons in the feed of the reaction section by more than 40%.

Октановое число алкилата (МОЧ) составляет 91.5, давление насыщенных паров составило 850 мм рт.ст.The octane number of the alkylate (MOC) is 91.5; the saturated vapor pressure is 850 mm Hg.

Химические превращения в реакционных секциях предпочтительно проводятся в жидкости. Температура проведения реакции алкилирования 40-100°C, более предпочтительно 60-80°C. Давление, требуемое для того, чтобы углеводороды находились в жидкой фазе, предпочтительно 600-1500 кПа. Объемная скорость по олефину от 0,2 до 10 грамм олефина на грамм катализатора в час. Соотношение парафин/олефин в потоке питания реактора от 5/1 до 100/1, предпочтительно от 10/1 до 15/1.Chemical transformations in the reaction sections are preferably carried out in a liquid. The temperature of the alkylation reaction is 40-100 ° C, more preferably 60-80 ° C. The pressure required for the hydrocarbons to be in the liquid phase, preferably 600-1500 kPa. The olefin space velocity is from 0.2 to 10 grams of olefin per gram of catalyst per hour. The paraffin / olefin ratio in the reactor feed stream is from 5/1 to 100/1, preferably from 10/1 to 15/1.

Сырьем для настоящего способа служит олефиновое сырье, содержащее более 20% масс. олефинов C3-C5, предпочтительнее бутены, и изобутановое сырье, содержащее более 50% масс. изобутана.The raw material for this method is an olefin feed containing more than 20% of the mass. olefins C 3 -C 5 , preferably butenes, and isobutane feedstock containing more than 50% of the mass. isobutane.

Ректификационная колонна служит для выделения смеси углеводородов С4 из продуктов реакции алкилирования и последующей ее подачи в реакционные секции. В кубе колонны преимущественно концентрируются углеводороды C5+, а содержание н-бутана составляет не более 35% мас., изобутана не более 5% мас.A distillation column serves to isolate a mixture of C4 hydrocarbons from the products of the alkylation reaction and its subsequent supply to the reaction sections. C 5 + hydrocarbons are predominantly concentrated in the cube of the column, and the content of n-butane is not more than 35% wt., Isobutane not more than 5% wt.

Другим преимуществом выносных реакционных секций является возможность снижения давления в ректификационной колонне по отношению к давлению в реакторе, для чего потребуется установка насосов и дросселирующих клапанов на линии возврата продуктов реакции в колонну.Another advantage of the external reaction sections is the ability to reduce the pressure in the distillation column relative to the pressure in the reactor, which will require the installation of pumps and throttling valves on the return line of the reaction products to the column.

Claims (6)

1. Устройство для алкилирования изобутана олефинами на твердом катализаторе в виде ректификационной колонны, содержащее ректификационные секции и реакционные секции с твердым катализатором, которые имеют питающий канал и переливной карман, связанные с ректификационными секциями, отличающееся тем, что дополнительно снабжено блоком попеременного переключения реакционных секций из рабочего режима в режим регенерации катализатора, причем питающий канал реакционных секций связан с верхней частью колонны, и переливной карман, связанный с ректификационной секцией, расположенной ниже секции, обеспечивающей питание реакционной секции.1. A device for the alkylation of isobutane with olefins on a solid catalyst in the form of a distillation column, containing distillation sections and solid catalyst reaction sections that have a feed channel and an overflow pocket connected to the distillation sections, characterized in that it is additionally equipped with an alternating switching unit for the reaction sections from operating mode in the regeneration mode of the catalyst, and the feed channel of the reaction sections is connected with the upper part of the column, and an overflow pocket associated with distillation section located below the section that provides power to the reaction section. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок попеременного переключения реакционных секций состоит из нагревателя регулирующего потока, клапанов-регуляторов давления и запорной арматуры, установленных на линии между верхней ректификационной секцией колонны и реакторными секциями.2. The device according to claim 1, characterized in that the alternating switching unit of the reaction sections consists of a control flow heater, pressure control valves and shutoff valves installed on the line between the upper distillation section of the column and the reactor sections. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство дополнительно включает блок стабилизации алкилата и блок выделения смеси, преимущественно содержащей н-бутан.3. The device according to claim 1, characterized in that the device further includes an alkylate stabilization unit and a unit for isolating the mixture, mainly containing n-butane. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что реакционные секции вынесены из корпуса колонны.4. The device according to claim 1, characterized in that the reaction sections are removed from the column body. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что твердый катализатор помещен в контейнер.5. The device according to claim 1, characterized in that the solid catalyst is placed in a container. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что твердый катализатор помещен в контейнер в виде трубки.6. The device according to p. 5, characterized in that the solid catalyst is placed in a container in the form of a tube.
RU2015137321A 2015-09-01 2015-09-01 Device for alkylation of isobutane with olefins on solid catalyst RU2622294C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015137321A RU2622294C2 (en) 2015-09-01 2015-09-01 Device for alkylation of isobutane with olefins on solid catalyst

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015137321A RU2622294C2 (en) 2015-09-01 2015-09-01 Device for alkylation of isobutane with olefins on solid catalyst

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015137321A RU2015137321A (en) 2017-03-07
RU2622294C2 true RU2622294C2 (en) 2017-06-14

Family

ID=58454202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015137321A RU2622294C2 (en) 2015-09-01 2015-09-01 Device for alkylation of isobutane with olefins on solid catalyst

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2622294C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2679624C1 (en) * 2017-12-18 2019-02-12 Акционерное общество "Газпромнефть - Московский НПЗ" (АО "Газпромнефть-МНПЗ") Solid acid alkylation unit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2303024C2 (en) * 2002-08-15 2007-07-20 Каталитик Дистиллейшн Текнолоджиз Paraffin alkylation process (variations), isoparaffin alkylation process, and alkylate production process (variations)
WO2011028317A2 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Uop Llc Slurry column gasoline alkylation using gas phase olefin injection
EA201491445A1 (en) * 2012-02-13 2014-11-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Ррт" RECTIFICATION COLUMN FOR IMPLEMENTATION OF CHEMICAL REACTIONS

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2303024C2 (en) * 2002-08-15 2007-07-20 Каталитик Дистиллейшн Текнолоджиз Paraffin alkylation process (variations), isoparaffin alkylation process, and alkylate production process (variations)
WO2011028317A2 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Uop Llc Slurry column gasoline alkylation using gas phase olefin injection
EA201491445A1 (en) * 2012-02-13 2014-11-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Ррт" RECTIFICATION COLUMN FOR IMPLEMENTATION OF CHEMICAL REACTIONS

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2679624C1 (en) * 2017-12-18 2019-02-12 Акционерное общество "Газпромнефть - Московский НПЗ" (АО "Газпромнефть-МНПЗ") Solid acid alkylation unit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015137321A (en) 2017-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2011283198B2 (en) Hydrodechlorination of ionic liquid-derived hydrocarbon products
RU2194691C2 (en) Method of preparing saturated oligomers and motor fuel production process
AU2011279678B2 (en) Startup procedures for ionic liquid catalyzed hydrocarbon conversion processes
TWI377190B (en) Preparation of alkylation feed
US8153854B2 (en) Gasoline alkylate RVP control
US9302199B2 (en) Alkylation process with recycle of hydrogen and recovery of hydrogen chloride
US9254450B2 (en) Alkylation process unit comprising a fractionation unit for separating hydrogen gas and hydrogen chloride
KR20140041809A (en) Catalytic dechlorination processes to upgrade feedstock containing chloride as fuels
US4783567A (en) HF alkylation process
CN105152840A (en) Process for refining C-4 hydrocarbon fluid
CN102614916B (en) Preparation method of high-acidity fluorination resin catalyst used for alkylating of isobutane and butene
EP0320094A2 (en) A process containing HF alkylation and selective hydrogenation
US20160009612A1 (en) Benzene alkylation using acidic ionic liquids
CN105985800B (en) A kind of alkylation of solid acid catalysis
US20120149957A1 (en) Apparatus and process for oligomerizing one or more hydrocarbons
RU2622294C2 (en) Device for alkylation of isobutane with olefins on solid catalyst
US6849773B2 (en) Process for the utilization of refinery C4 streams
EP0593477A1 (en) Isoparaffin/olefin alkylation
US20090101545A1 (en) Method for Desulfurising Olefin Motor Gasoline
WO2012078438A2 (en) Process for separating at least one oligomerized effluent
CN101962311B (en) Method and device for increasing service life of extractant in hydrofining process of crude benzene
RU2679624C1 (en) Solid acid alkylation unit
CN103958448B (en) Operate for making the mixed phase of the maximized butylene metathesis method of production of propylene
CN1148615A (en) Method for removing sulfolane in hydrocarbon

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180902