Инструменты пользователя

Инструменты сайта


courses:refining:алкилирование

Различия

Здесь показаны различия между выбранной ревизией и текущей версией данной страницы.

Ссылка на это сравнение

courses:refining:алкилирование [18.05.2016 19:56]
wikicat создано
courses:refining:алкилирование [19.05.2016 10:45] (текущий)
wikicat
Строка 1: Строка 1:
-.+====== Алкилирование ====== 
 + 
 +После того как был придуман каталитический крекинг,​ ученые обратили внимание на образующиеся при этом легкие фракцииГлавная задача состояла в том, чтобы по возможности увеличить количество бензиновой фракции. Однако пропилен и бутилен имеют слишком низкие температуры кипения и не остаются в бензине в растворенном состоянии. Поэтому был разработан процесс,​ обратный крекингу,​ который называется алкилирование,​ и суть которого состоит в превращении небольших молекул в крупные.((Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес»,​ 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).)) \\ 
 + 
 +{{:​courses:​refining:​устан_алкилирования.jpg?​300|}} {{:​courses:​refining:​установка_алкилирования1.jpg?​400|}}\\  
 + 
 +**Алкилирование** объединяет молекулы олефинов,​ полученные в результате каталитического крекинга,​ с молекулами изопарафинов с целью увеличения объёма и октанового числа смесей бензина. Олефины будут реагировать с изопарафинами в присутствии высоко активного катализатора,​ обычно **серной кислоты (H<​sub>​2</​sub>​SO<​sub>​4</​sub>​)** или **фтороводородной кислоты (HF)** (или хлорида алюминия),​ с целью создания парафиновых молекул с длинной разветвлённой цепочкой – **алкилатов** (изооктан) с исключительной антидетонационной стойкостью. Алкилат затем разделяется на фракции. Относительно низкие температуры реакции от 10 °C до 16 °C для H<​sub>​2</​sub>​SO<​sub>​4</​sub>,​ 27 °C до 0 °C для фтороводородной кислоты и 0 °C для хлорида алюминия контролируются и поддерживаются путём охлаждения. Алкилат применяют для увеличения детонационной стойкости бензинов.((Энциклопедия по безопасности и гигиене труда. В 4 т [Текст] / Ред. Д.М. Стеллман;​ Пер. с англ.; Междунар. орг. труда. - М.: М-во труда и социального развития РФ, 2001. Т. 3 : Химические материалы. Отрасли и профессии / Гл. ред. А.П.Починок. - 4-е изд. - М., 2001. - 1309 с.)) \\ 
 + 
 +Схема процесса алкилирования выглядит следующим образом:​ \\ 
 + 
 +{{:​courses:​refining:​схема_алкилирования.gif?​1000|}} \\ 
 + 
 +===== Химическая реакция ===== 
 + 
 +Для химика термин «алкилирование» относится к целому ряду реакций,​ однако для технолога-нефтепереработчика алкилирование означает взаимодействие пропилена или бутилена с изобутаном с образованием изопарафинов,​ которые называются **алкилатом**. \\ 
 + 
 +{{:​courses:​refining:​алкилирование_пропилена_и_бутилена.jpg?​400|}} \\ 
 +//​Алкилирование пропилена и бутилена (бутена-1)//​ \\ 
 + 
 +===== Технологический процесс ===== 
 + 
 +Изобутан и олефины могут взаимодействовать между собой при высоком давлении. В качестве катализаторов обычно используют серную или фтороводородную кислоту (жидкий фтористый водород).((Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес»,​ 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).)) Выбор этих веществ обусловлен их хорошей избирательностью,​ удобством обращения с жидким катализатором,​ относительной дешевизной,​ продолжительными циклами работы установок благодаря возможности регенерации или непрерывного восполнения активности катализатора. ((Смидович,​ Е. В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов : учебник для вузов по специальности «Химическая технология переработки нефти и газа» / Е. В. Смидович. - 4-е изд., стереотип.,​ перепечатка с третьего издания 1980 г. - Москва : Альянс,​ 2011. - 328 с.)) \\ 
 + 
 +При этом по совокупности каталитических свойств фтороводородная кислота (НF) более предпочтительна,​ чем Н<​sub>​2</​sub>​SО<​sub>​4</​sub>​. Процессы фтороводородного алкилирования характеризуются следующими основными преимуществами по сравнению с сернокислотным:​ 
 + 
 +  * меньший выход побочных продуктов;​ 
 + 
 +  * повышенный выход алкилата и более высокое его качество;​ 
 + 
 +  * меньший расход кислоты;​ 
 + 
 +  * более высокая температура процесса (25-40 °С) вместо 7-10 °С и т.д. \\ 
 + 
 +Однако большая летучесть и высокая токсичность фтороводорода ограничивают его более широкое применение в процессах алкилирования.((Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. - 672 с.)) \\ 
 + 
 +В связи с этим основные разработчики процесса и оборудования установок фтороводородного алкилирования - фирмы «UOP», «Phillips Petroleum»,​ «Техасо»,​ «Mobil» для повышения безопасности внедряют различные добавки для снижения летучести HF и возможности образования аэрозолей HF и их выбросов.((http://​enciklopediya-tehniki.ru/​tehnologiya-dobychi-gaza-i-nefti/​alkilirovanie.html)) \\ 
 + 
 +Установка алкилирования состоит из семи основных узлов: холодильный аппарат,​ реакторы,​ узел отделения кислоты,​ узел щелочной промывки и три ректификационных колонны. \\ 
 + 
 +{{:​courses:​refining:​установка_алкилирования_схема.jpg?​400|}} \\ 
 + 
 +**Холодильный аппарат**. Алкилирование в присутствии серной кислоты (H<​sub>​2</​sub>​SO<​sub>​4</​sub>​) протекает наиболее эффективно при температуре 4-5 °С. Таким образом,​ олефиновое сырьё (поток пропан-пропиленовой и/или бутан-бутиленовой смеси с установки крекинга) смешивают с потоком изобутана и с H<​sub>​2</​sub>​SO<​sub>​4</​sub>​ и подают в холодильную установку. Она работает при повышенном давлении (3-12 атм), чтобы вещества находились в сжиженном виде. В некоторых случаях охлаждение осуществляется непосредственно в реакторе. \\ 
 + 
 +**Реакторы**. Реакция алкилирования протекает медленно (около 15-20 минут),​ поэтому реакционная смесь проходит через целую систему больших реакторов. Общий объём реакторов столь значителен,​ что при однократном проходе через систему каждая молекула достаточно долго (около 15-20 минут) остаётся в реакционной зоне. При прохождении через реакторы жидкость периодически перемешивается,​ что обеспечивает хороший контакт между олефинами,​ изобутаном и кислотой и, соответственно,​ эффективное протекание реакции. \\ 
 + 
 +++++ Горизонтальные каскадные реакторы | 
 + 
 +На современных установках алкилирования большой мощности применяют горизонтальные каскадные реакторы,​ в которых охлаждение реакционной смеси осуществляется за счет частичного испарения изобутана,​ что облегчает регулирование температуры. Реактор представляет собой полый горизонтальный цилиндр,​ разделенный перегородками обычно на пять секций (каскадов) с мешалками,​ обеспечивающими интенсивный контакт кислоты с сырьем. Бутилен подводят отдельно в каждую секцию,​ вследствие чего концентрация олефина в секциях очень мала, это позволяет подавить побочные реакции. Серная кислота и изобутан поступают в первую секцию,​ и эмульсия перетекает через вертикальные перегородки из одной секции в другую. Предпоследняя секция служит сепаратором,​ в котором кислоту отделяют от углеводородов. Через последнюю перегородку перетекает продукт алкилирования,​ поступающий на фракционирование. Тепло реакции снимают частичным испарением циркулирующего изобутана и полным испарением пропана,​ содержащегося в сырье. Испарившийся газ отсасывают компрессором и после охлаждения и конденсации возвращают в реакционную зону. \\ 
 + 
 +{{:​courses:​refining:​каскадный_реактор_алкилирования.gif?​400|}} \\ 
 + 
 +//​Схема горизонтального каскадного реактора:​ 1–5 секции реактора;​ 6, 7 - отстойные зоны; 8 - мешалки;​ 9 – сепаратор.//​ ((Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. - 672 с.)) 
 +++++ 
 + 
 +**Узел отделения кислоты** //​(кислотный отстойник)//​. Затем жидкость поступает в сосуд без перемешивания,​ в котором кислота и УВ отделяются друг от друга как вода и масло. Углеводороды (УВ) поднимаются вверх, а кислота опускается на дно. После этого кислоту снова возвращают в процесс.((Леффлер Уильям Л. Переработка нефти. — 2-е изд., пересмотренное / Пер. с англ. — М.: ЗАО «Олимп-Бизнес»,​ 2004. — 224 с: ил. — (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).)) \\ 
 + 
 +**Узел щелочной промывки**. После отделения катализатора УВ всё же содержат следы кислоты,​ поэтому их обрабатывают едким натром((Гидроксид натрия (NaOH), едкая щёлочь)) в специальном сосуде. Едкий натр нейтрализует кислоту. Вредные эффекты таким образом устраняются,​ получается смесь углеводородов,​ готовая к разделению.\\ 
 + 
 +**Ректификационные колонны**. В трёх стандартных ректификационных колоннах алкилат отделяется от насыщенных газообразных УВ. Изобутан при этом возвращается в процесс.  
 + 
 +===== Выходы продуктов ===== 
 + 
 +Процесс алкилирования сопровождается рядом побочных реакций,​ некоторые из которых являются в большей или меньшей степени нежелательными. Поскольку в системе формируются и реагируют разнообразные молекулы,​ то образуются небольшие количества пропана,​ бутана и пентана. Однако наряду с этим получается большое количество смолы (вязкое коричневое вещество,​ представляющее собой сложную смесь углеводородов),​ которая обычно оседает вместе с кислотой и удаляется во время регенерации кислоты,​ перед тем как та будет снова направлена в процесс. \\ 
 + 
 +Установка алкилирования обеспечивает утилизацию значительных количеств индивидуальных пропана и бутана. Если эта установка по той или иной причине остановлена,​ поток пропан-пропиленовой смеси обычно направляется в топливную систему,​ и производство LPG (СУГ=сжиженного углеводородного газа) значительно сокращается. \\ 
 + 
 +===== Параметры процесса ===== 
 + 
 +//​Температура реакции//​. При понижении температуры серная кислота становится более вязкой и плохо смешивается с сырьём. 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 поступает вместе с олефинами,​ и, кроме того, в неё попадают смолы. Когда концентрация кислоты снижается от 99% до 89%, кислоту сливают и направляют в узел регенерации. \\ 
 + 
 +//​Концентрация изобутана//​. В присутствии избытка изобутана процесс более эффективен. Обычно технологическая схема содержит систему для рециркуляции изобутана. Отношение изобутан:​ олефин колеблется от 5:1 до 15:1. \\ 
 + 
 +//​Объёмная скорость подачи олефина//​. Качество получаемого алкилата может меняться в зависимости от времени пребывания свежей порции олефинового сырья в реакторе. \\ 
 + 
 +Резюмируя,​ скажем,​ что алкилат имеет высокое октановое число, характеризуется низким давлением насыщенного пара. Эти качества полезны для компонентов бензина,​ и в этом состоит основная идея алкилирования:​ превращение малоценных газообразных компонентов крекинг-газа в ценные компоненты бензина. \\ 
 + 
 +===== Разработка новых процессов алкилирования ===== 
 + 
 +Важнейшим достижением последних лет в производстве алкилатов являются новые процессы алкилирования на твердом катализаторе. Например,​ фирма «Haldor Topsoe» (Дания) разработала способ алкилирования в подвижном слое кислотного катализатора на твердом носителе,​ устраняющий основной недостаток алкилирования в неподвижном слое катализатора - трудность его регенерации при быстрой отработке. При этом возможен широкий диапазон изменения количества сырья, температура процесса от 0 до 15 °С, достигается высокий октановый индекс алкилата. \\ 
 + 
 +Фирма «Neste» (Финляндия) разработала промышленный процесс алкилирования на твердом катализаторе,​ который позволяет отказаться от используемых в настоящее время установок на опасных жидких катализаторах H<​sub>​2</​sub>​S0<​sub>​4</​sub>​ и HF, характеризующихся вредными отходами и опасными выбросами кислоты,​ требующих тщательной и дорогой утилизации. \\ 
 + 
 +Фирма «UOP» также создала процесс алкилирования «Alkylene» на твердом суперкислотном катализаторе. Новая технология обеспечивает непрерывное поддержание активности и селективности катализатора. Очищенное олефиновое сырье и циркулирующий изобутан смешиваются с реактивированным катализатором в нижней части лифт-реактора. Реагирующие компоненты и катализатор поднимаются по центральному стояку,​ в котором протекает алкилирование. Выйдя из лифт-реактора,​ катализатор отделяется от жидких углеводородов и медленно опускается в холодном кольцевом пространстве зоны реактивации вертикального реактора. Во взвешенный слой катализатора в зоне реактивации вводится изобутан в смеси с водородом. В зоне реактивации происходит практически полная регенерация катализатора. Часть недостаточно активированного катализатора направляется в отдельный аппарат для удаления водородом отложений полимеров на катализаторе. Полностью активированный катализатор поступает в нижнюю часть лифт-реактора.((http://​enciklopediya-tehniki.ru/​tehnologiya-dobychi-gaza-i-nefti/​alkilirovanie.html)) \\ 
 + 
 +===== Место алкилирования в общей системе нефтепереработки ===== 
 + 
 +Для того чтобы оценить место алкилирования в общей системе нефтепереработки,​ на следующем рисунке показаны узлы НПЗ, которые мы рассмотрели ранее, а также узел алкилирования.\\ 
 + 
 +{{:​courses:​refining:​процессы_нефтепереработки_до_алкилирования.jpg?​450|}} \\ 
 +//​Процессы нефтепереработки://​ \\ 
 +//1 – лёгкая фракция вакуумной перегонки;//​ \\ 
 +//2 – крекинг-бензин;//​ \\ 
 +//3 – легкий крекинг-газойль;//​ \\ 
 +//4 – тяжелый крекинг-газойль.//​ \\ 
 + 
 + 
 +===== Словарь ===== 
 + 
 +|алкилаты |alkylates | 
 +|алкилирование |alkylation | 
 +|детонационная стойкость бензина |detonation characteristics of gasoline | 
 +|исследовательское октановое число (ИОЧ) |research octane number (RON) | 
 +|каскадный реактор |cascade reactor | 
 +|кислотный отстойник |acid settler | 
 +|мешалка |agitator | 
 +|серная кислота |sulfuric acid | 
 +|смола |resin | 
 +|фтороводородная кислота |hydrofluoric acid | 
 +|щелочная промывка |caustic wash | 
 + 
 + 
 + 
 + 
 + 
 + 
 + 
 +[[dsp:​blogpage|Назад в блог]] 
 + 
 +{{tag>​Тема}} 
 + 
 +~~DISCUSSION|Комментарии переводчиков~~
courses/refining/алкилирование.txt · Последние изменения: 19.05.2016 10:45 — wikicat