Химия нефти и газа
Установка предназначена для алкилирования изобутана бутиленами в присутствии серной кислоты. Сырьем процесса служит бутан-бутиленовая фракция с газофракционирующей установки, в которой массовое соотношение изобутана к бутиленам составляет не менее 1,1:1. Сырьем может быть также смесь пропилена, бутиленов и амиленов с изобутаном.
В качестве продуктов процесса алкилирования получают авиационный и автомобильный алкилаты и отработанную фракцию, которая представляет собой в основном смесь пропана и м-бутана. Выход алкилата в расчете на олефины составляет 160— 180 % (масс.), соотношение между авиа- и авто-алкилатами колеблется от 0,95 : 0,05 до 0,90:0,10. Автоалкилат образуется в основном в результате побочной реакции при полимеризации олефинов.
Авиаалкилат плотностью при 20°С 698—715 кг/м3 и автоалкилат имеют следующий фракционный состав (разгонка по ГОСТ 2177—66), °С: Температура, °С Авиаалкилат Автоалкилат н. к 10 % 20 % 50% к.к. 47—57 75—87 83—90 100—104 150-170 170—175 173—188 174—176 177—198 205-301
При работе только на бутиленовом сырье октановое число авиаалкилата по исследовательскому методу достигает 99 (без ТЭС), при работе на смешанном олефиновом сырье оно составляет 92—96 (без ТЭС), а по моторному методу 90—94 (без ТЭС). Октановое число автоалкилата по исследовательскому методу равно 80—84 (без ТЭС); автоалкилат может служить компонентом дизельного топлива.
Основные секции установки следующие: подготовка сырья, алкилирование (реакторный блок), ректификация продуктов, поступающих из реакторного блока. В секции подготовки сырья проводится очистка углеводородных потоков от примесей. Наиболее распространенными примесями в сырье являются сероводород, меркаптаны и вода. Сероводород и меркаптаны обычно удаляются путем щелочной и водной промывки. В этой же секции очищаются продукты реакции от серной кислоты, в результате отстоя, а затем щелочной и водной промывки алкилата.
В реакторном блоке (секция алкилирования) проходит непосредственно процесс алкилирования. В секции ректификации разделяются продукты реакции и выделяются пропан, изобутан, н-бутан и пен-тан, который выходит вместе с авиа- и автоалкила-тами. Эта секция состоит из четырех ректификационных колонн: пропановой, служащей для отделения пропана от изобутана, изобутановой, в которой отделяются изобутан и пропан от остальных продуктов, бутановой, служащей для отделения н-бутана от алкилата — и колонны для вторичной перегонки, где разделяется смесь алкилатов.
Сырье из секции подготовки (на схеме не показана) подается насосом в холодильник, а затем равными порциями вводится параллельно в пять зон реактора. В первую зону реактора вводится циркулирующая и свежая серная кислота насосом и проходит последовательно все зоны реактора. Требуемая температура в реакторе поддерживается за счет испарения пропана и части изобутана. Пары пропана и изобутана по выходе из левой части реактора проходят через общий коллектор в правую, отстойную зону, откуда они поступают через сепаратор на прием компрессора. Сжатая часть паров охлаждается в холодильнике и образующийся конденсат отделяется в промежуточном приемнике. Отсюда часть сжиженной пропан-изобутановой фракции направляется в холодильник для охлаждения сырья, а основная часть поступает в колон-ну-депропанизатор. Из этой колонны сверху выходят пары пропана и направляются в конденсатор-холодильник и затем в приемник. Из аппарата часть пропана насосом подается на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения, а избыток отводится с установки. Колонна обслуживается кипятильником. Нижний продукт колонны — изобутан — поступает в кипятильник, далее в теплообменник, в котором охлаждающей средой является выходящая из реактора смесь продуктов реакции, и в холодильник, где используется в качестве хладагента. Продукты реакции, подаваемые насосом, проходят последовательно приемник, где осуществляется «защелачивание», затем приемник, где промываются водой. Отработанный раствор щелочи и промывная вода отводятся из приемников и снизу. Далее продукты реакции, пройдя теплообменник, где нагреваются жидким изобутаном (нижний продукт колонны ), поступают в колонну для выделения изобутана. С верха колонны отбирается изобутан, который после конденсации в аппарате воздушного охлаждения собирается в приемнике. Отсюда часть изобутана насосом подается на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения, а основная часть возвращается как рециркулят в реактор. Нижний продукт колонны по выходе из кипятильника подается насосом в колонну-дебутанизатор. Верхним продуктом колонны является н-бутан, который после конденсации в аппарате воздушного охлаждения собирается в приемнике. Отсюда часть н-бутана насосом подается на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения, и основная часть отводится с установки. Нижний продукт колонны после кипятильника подается насосом через паровой подогреватель в колонну вторичной перегонки. Верхним продуктом колонны является авиа-алкилат. Он конденсируется в аппарате воздушного охлаждения и собирается в приемнике. Отсюда часть авиаалкилата насосом подается на верхнюю тарелку колонны в качестве орошения, а основная часть выводится с установки. Нижний продукт колонны по выходе из кипятильника подается насосом в холодильник и выводится с установки. Теплоносителем для всех кипятильников установки является водяной пар давлением около 1 МПа.
Секция алкилирования (реактор) Температура, °С Давление, МПа Мольное отношение изобутан : бутилены Объемное соотношение между углеводородной и сернокислотной фазами Время контакта кислоты с сырьем, мин. 0-10 0,6-1,0 6 ÷ 12 1 ÷ 5 20-30
Секции ректификации Колонна 12 Колонна 18 Колонна 24 Колонна 31 Давление, МПа Температура, °С верха низа 1,6-1,7 40-45 85-100 0,7 45-50 95-100 0,4 45-50 130-140 0,12-0,13 100-110 200-220 Тип тарелок Колпачковые Желобчатые Число тарелок Расстояние между тарелками, м Диаметр колонны, м Высота колонны, м 40 0,5 1,6 27,5 80 0,5 3,0 50,1 40 0,5 1,6 26,7 20 0,6 1,8 19
В качестве побочных продуктов в процессе получается пропан и н-бутан, которые можно использовать в виде сжиженных газов, либо в качестве сырья для пиролиза с целью получения газа, богатого непредельными углеводородами, либо как сырье для нефтехимического синтеза.
В настоящее время за рубежом распространен процесс фто-ристоводородного алкилирования — производство высококачественного автомобильного алкилата взаимодействием пропилена, бутиленов и амиленов с изобутаном. Имеется 85 действующих, строящихся и проектируемых установок мощностью по продукту от 95 до 3340 мs/cy^. Процесс осуществляется при 32 °С и 0,7—0,8 МПа; давление должно быть таким, чтобы сохранить углеводороды и катализатор в жидкой фазе. Получаемый в результате процесса алкилат плотностью 697 кг/м3 при 20 °С имеет следующий фракционный состав (разгонка по Энглеру): н.к 10 50 90 к.к 39°С 80°С до 103°С до 111°С 169°С Октановое число по моторному методу 91—94 (без ТЭС). Реакция алкилирования протекает без побочных реакций даже при некотором повышении температуры. Несмотря на это преимущество, высокая летучесть фтористоводородной кислоты, высокая токсичность и коррозийность сдерживают широкое ее применение.
