Технологическая часть. 
Изомеризация бензиновых фракций

Химизм процесса [14]

Изомеризацией называют процесс превращения одних изомеров (соединений одинаковых по составу и молекулярной массе, но отличающихся по свойствам) в другие. В отличие от прочих термокаталитических процессов, каталитическая изомеризация протекает без изменения реакционного объёма системы. Поэтому изменение давления не сказывается на получении целевого продукта. Реакцию изомеризации желательно проводить при не высоких температурах, так как это способствует образованию более разветвлённых изомеров. Однако для интенсификации реакции процесс приходится вести при относительно высоких температурах. Схематично реакцию можно представить следующим образом:

вначале на металлических центрах катализатора происходит дегидрирование исходного парафина;

затем на кислотных центрах катализатора происходит взаимодействие олефина с протоном (протонизация) и изомеризация образовавшегося карбкатиона;

далее идёт депротонизация карбкатиона на металлических центрах катализатора с образованием олефина изомерного строения и его гидрирование до парафина со скелетом изомерного строения — целевого продукта.

Катализатору процесса изомеризации также свойственно закоксовываться, так как вначале происходит дегидрирование парафина на металлических центрах катализатора. Образовавшийся олефин на кислотных центрах катализатора превращается в карбкатион, который легко подвергается дальнейшей изомеризации либо полимеризуется. Для предотвращения этого процесс каталитической изомеризации углеводородных фракций бензинов так же, как и каталитический риформинг проводят под повышенным давлением водорода.

Основные составляющие сырья, влияющие на процесс изомеризации:

воздействие олефинов, циклических соединений, у.в. С₇+ и бутана — количество и типы олефиновых у.в. содержащихся во фракции С₅/С₆ с установки риформинга приемлемы, но потоки с высоким содержанием олефинов нельзя перерабатывать без предварительного гидрирования для насыщения этих компонентов. Вредное воздействие большого количества олефинов заключается в том, что они физически обволакивают катализатор после их полимеризации.

адсорбируются на катализаторе, снижая количество активных центров для изомеризации парафинов. При содержании бензола в исходном сырье более 5% масс. требуется дополнительный запас катализатора в реакторах. Насыщенные циклические у.в. потребляют значительное количество водорода в результате протекания экзотермической реакции, которая нежелательна для равновесия процесса изомеризации. Бензол быстро гидрируется и затем ведёт себя как эквивалентное количество циклогексана. Циклогексан и другие нафтеновые у.в. С₆ конвертируются в парафиновые у.в. С₆, что приводит к снижению октанового числа.

у.в. С₇⁺. В сырье установки «Пенекс» содержание у.в. С₇ и выше не должно быть более 3% масс. Парафиновые у.в. С₇+ легко подвергаются гидрокрекингу с образованием у.в. С₃ и С₄. Некоторая часть у.в. С₇+, которая не подвергалась гидрокрекингу, изомеризуется с получением смеси у.в. с более низким октановым числом по сравнению с продуктами получаемыми из у.в. С₅ и С₆. Нафтеновые у.в. С₇ оказывают такое же отрицательное воздействие, как и нафтеновые у.в. С₆.

Бутан. И более лёгкие парафины проходят через реактор без изменений, т.к. являются инертными относительно каталитической реакции. Обычно содержание бутанов не должно превышать 4% об. содержание в сырье примесей.

Присутствие в сырье серы приведёт к снижению активности катализатора. В этом случае для получения нужного соотношения продуктов необходима работа катализатора при более высокой температуре. После удаления серы по методике удаления серы из катализатора, катализатор постепенно восстанавливает свою активность. Необходимо также контролировать содержание в сырье примесей, являющихся ядом для катализатора. Ядами, необратимо отравляющими катализатор, являются соединения, которые оказывают на активность катализатора необратимое вредное воздействие. Для катализатора установки «Пенекс» такими соединениями являются вода, соединения азота, фториды, кислородсодержащие соединения.

Деактивация катализатора в результате воздействия таких соединений необратима. Примерно один килограмм кислорода в любой форме будет деактивировать 100 кг катализатора. Кислородсодержащие соединения вступают в химическую реакцию с активным хлором на катализаторе, который химически связан со структурой окиси алюминия во время производства катализатора.

Эти соединения реагируют с хлоридом в катализаторе или с HCl, содержащимся в рециркулирующем газе, с образованием солей, которые могут необратимо деактивировать катализатор: заблокировать активные центры катализатора, привести к потере хлоридов или к нарушению распределения потока из-за отложения солей.

Эти соединения также являются ядом, который отравляет катализатор необратимо. Приблизительно один кг этого соединения будет деактивировать 100 кг катализатора.

Катализатор может противостоять воздействию лишь определённого количества этих примесей, при повышении котрого катализатор необратимо деактивируется и подлежит замене.

Таблица 1. Максимально допустимые уровни содержания примесей

Наилучшей подготовкой сырья к процесс у изомеризации является его гидрогенизационное облагораживание — гидроочистка. Этим процессом из состава сырья удаляются нежелательные компоненты.

При работе в режиме получения высокооктанового компонента (установки, строящиеся на НПЗ) сырьем являються легкие прямогонные фракции, продукцией — изокомпонент, который направляется на смешение с катализатами риформинга и каталитического крекинга для получения высокооктановых бензинов. Нижеприводится характеристика сырья и продуктов установки изомеризации при переработкефракций НК-62°С (I) и НК-70°С (II).

При использовании первуй из этих фракцій изомеризации подвергается пентан, при использовании второй — пентан и гексан.