CC BY
316
УДК 665.668
Н. В. Гаврилов 1, О. В. Дуров 1, Ю. Б.Сорокин 1, А. М. Сыркин 2
Оптимизация температурного режима процесса изомеризации установки Л 35/5 ОАО «Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез»
1 «ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез», 607650, Россия, Нижегородская область, г.Кстово; тел. (8312) 38-12-19 2 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 243-16-32
Установлена целесообразность обеспечения протекания всех экзотермических реакций в ведущем реакторе при одновременном снижении температуры изомеризации в ведомых реакторах в процессе изомеризации на установке Л 35/5. Показана возможность получения стабильного изомеризата с октановым числом на уровне 81-82 пункта по исследовательскому методу.
Ключевые слова: изомеризация, гидроочистка, катализатор, оптимизация, температурный режим, октановое число
Процесс изомеризации Пар-Изом на ката лизаторе LPI-100 фирмы ЮОП используется для повышения октанового числа фракции, выкипающей в пределах от начала кипения (н.к.) до 85 оС.
Гидроочистка этой фракции обеспечивалась на катализаторе Б-120. В течение 2002— 2004 гг. на этом катализаторе производилась гидроочистка фракции 85—180 оС, а с 2004 по 2005 гг. — гидроочистка реактивного топлива от меркаптановой серы.
Технологический режим реакторного блока гидроочистки фракции н.к. —85 оС и отпарной колонны гидрогенизата был следующим: расход сырья от 50 до 80 м3/ч, циркуляция водородсо-держащего газа (ВСГ) 5—6 тыс. нм3/ч, температура в реакторе гидроочистки 305—310 оС, давление 2.9 Мпа.
Отпарная колонна гидрогенизата эксплуатировалась в режиме полного орошения при давлении 0.55—0.65 МПа. Расход орошения в колонну регулировался подачей теплоносителя в термосифонный подогреватель. В летнее время кратность орошения в колонне вынужденно снижалась до 10—15 % на сырье из-за недостатка поверхности охлаждения паров колонны. В результате на блоке изомеризации увеличивается влажность, если с сентября по май она держится в пределах 3—8 ррм, то в июне-августе повышается до 15—20 ррм. Увеличение поверхности охлаждения паров колонны К-101а в октябре 2007 г. позволило уве-
Дата поступления 15.04.08
личить расход орошения до 30% на сырье. В результате влажность на блоке изомеризации снизилась до 2—3 ррм, а отбор газа из С-103а снизился на 1.5%.
Высокий перепад давления на реакторном блоке при производительности 80 м3/ч 1.5— 1.6 МПа возникает вследствие обвязки змеевика печи П-101а в один поток.
Технологический режим работы блока изомеризации следующий: расход сырья — 45—75 м3/ч, объемная скорость 2.0—2.4 ч-1, расход циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ) в тройник смешения 82000-87000 м3/ч, соотношение Н2/СН 6-6.5 моль/моль (1100-1200 нм3/м3). Содержание водорода в ЦВСГ блока изомеризации поддерживалось 90-92 % об. за счет подпитки ВСГ с установки ЛФ 35-21/1000 в количестве 2000-3000 нм3/ч. с концентрацией водорода 93% об. в свежем ВСГ. С ноября 2007 г. для подпитки используется ВСГ с установки ЛЧ 35-11/600 с концентрацией Н2 -73-75% об. Материальный баланс блока изомеризации приведен в табл. 1.
Работа колонны К-4 обеспечивает стабилизацию изомеризата при следующих условиях: температура верха 50-55 оС, температура низа 150-155 оС, давление верха 12.2 кгс/см2; давление низа 12.42 кгс/см2, кратность орошения 20-30 % (15-20 м3/ч), давление насыщенных паров продукта с низа колонны 98-107 кгс/см2. Из сепаратора в качестве верхнего продукта стабилизационной колонны выводился газ, состоящий в основном из пропана, бутана. Рефлюкс с установки практически не выводится. Октановое число изомеризата составляет 80-82 пункта по исследовательскому методу (ИМ).
Начальная температура входа в ведущий реактор Р-3 равна 165 оС. За счет гидрирования бензола, нафтеновых углеводородов и гидрокрекинга углеводородов С7+ перепад температур по реактору Р-3 составляет 18-22 оС. Температура входа в ведомый реактор Р-2 регулируется за счет охлаждения
Материальный баланс блока изомеризации
Таблица 1
Период работы Рефлюкс % об. Сухой газ, % об. Изоме-ризат, % об. Выход C5+ на реакт. блоке, % об. Изомеризат Н2 в ЦВСГ, % об
плотность при 15 оС упругость, кПа
15.02.06 -19.06.06 0.5 2.5 94.3 658.6 98.9 92.4
20.06.06 -20.08.07 1.8 3.5 95.5 95.8 659.7 95.7 93.2
21.08.07 -01.09.07 1.2 3.9 95.5 95.4 661.3 96.1 90.2
12.09.07 -17.09.07 0.0 3.6 95.4 95.9 660.9 98.4 91.7
18.09.07 -10.10.07 0.0 5.0 95.6 95.0 660.1 96.8 92.1
16.11.0716.12.07 0.1% 2.9 97.7 97.7 660.1 104.5 84.8
01.12.0707.02.08 0.0% 2.2 96.8 98.8 660.4 99.2 87.0
08.02.0802.03.08 0.0% 2.7 95.6 98.0 658.3 101.8 84.8
03.03.08 -12.03.08 0.0% 2.8 96.1 96.7 655.7 106.8 83.6
продукта из реактора Р-1 в теплообменнике Т-3 газосырьевой смесью, она поддерживается на уровне 165—166 оС. За счет протекания реакций температура на выходе из реактора Р-2 повышается на 4—6 оС. Для снижения температуры входа в реактор Р-1 подается поток ЦВСГ в количестве 2000-4000 м3/ч. В Р-1 газосырьевая смесь нагревается на 1-2 оС. В течение первого года эксплуатации температурный режим реакторного блока не менялся.
Учитывая, что для повышения степени изомеризации парафиновых углеводородов необходимо проводить процесс при более низких температурах, целесообразно переместить протекание всех экзотермических реакций в ведущий реактор и за счет охлаждения продукта из ведущего реактора добиться протекания реакций изомеризации в ведомых реакторах при низких температурах. Влияние повышения температуры в ведущем реакторе Р-3 на изменение качества изомеризата приведено на рис. 1.
Изменение температурного режима привело к увеличению октанового числа изомериза-та в среднем на 0.3 пункта.
Подъем температуры в ведущем реакторе Р-3 с 170 до 175 оС (11.09.07) привел к появлению отрицательного перепада температур в реакторе Р-1. Это указывает на смещение протекания реакций гидрокрекинга в ведущий реактор, в результате в ведомом реакторе Р-1 реакции изомеризации протекают при более низких температурах, при меньшем количестве в сырье циклических углеводородов С6 и тяжелых углеводородов С7+. Циклические
углеводороды более сильно адсорбируются на активных центрах катализатора и за счет этого снижают степень изомеризации парафиновых углеводородов. Изменение состава изомериза-та по слою катализатора до подъема температуры показано на рис. 2, а после оптимизации температуры — на рис. 3.
После подъема температуры изменение содержания циклогексана практически заканчивается в ведущем реакторе Р-3 (в сырье 5.6%, после Р-3 4.5%, после Р-1 — 4.2%), тогда как до изменения температуры содержание цик-логексана в Р-З практически не изменялось (5.1% в сырье, 5.2% после Р-3), а на выходе из Р-1 снижалось до 4.5%. Соответствующим образом изменяется Х-фактор (сумма циклических углеводородов: метилциклопентана, цик-логексана, бензола и углеводородов С7+).
Для определения степени изомеризации смешанного сырья C5—C6 используется показатель PIN — сумма соотношений (¿C5/C5P + 22DMB/C6P + 23DMB/C6P), измеряемая в % от равновесного.
Изменение PIN по высоте слоя катализатора при изменении температуры приведено в табл. 2.
Таблица 2
Изменение показателя PIN
PIN Температура входа в Р-3
170, оС 176, оС
Сырья 38.1 37.9
Изомеризата из Р-3 69.9 74.8
Изомеризата после Р-1 96.3 98.8
Рис. 1. Изменение состава изомеризата после подъема температур: 1 - температура выхода Р-3, оС; 2 - температура входа Р-3, оС; 3 - температура входа в реактор Р-1, оС; 4 - температура выхода из реактора Р-1, оС; 5 - ОЧ измеризата; 6 - Юз/суммы С5, % от равновесной в измеризате; 7 - ОЧ изомеризата после реактора Р-3; 8 - Ю5/суммы С5,в % от равновесной в изомеризате из Р-3; 9 - 22 ДМБ/СБ, % от равновесной; 10 - 23 ДМБ/СБ, % от равновесной
Подъем температуры в реакторе Р-3 за время эксплуатации составил 10 оС (с 165 до 175 оС). Изменение показателей работы установки показано в табл. 3.
Таким образом, более, чем двухлетняя эксплуатация установки Л 35/5 по изомериза-
ции фракции н.к.-85 оС подтвердила правильность выбора технологических решений, проведенных при реконструкции, стабильность показателей процесса. Октановое число изоме-ризата сохранилось на уровне 81-82 пункта по ИМ.
Рис. 2. Изменение состава катализата по длине слоя катализатора до оптимизации температур: 1 — температура в слое катализатора, оС; 2 — содержание метилциклопентана, % мас.; 3 — содержание циклогексана, % мас.; 4 — содержание С7+, % мас.; 5 — содержание бензола, % мас.; 6 — PIN; 7 — X-фактор, % мас.; 8 — IC5, % от равновесного; 9 — 23 ДМБ/С6, % от равновесного; 10 — 22 ДМБ/С6, % от равновесного
Рис. 3. Изменение состава изомеризата по слою катализатора после оптимизации температуры: 1 — температура в слое катализатора; 2 — содержание метилциклопентана, % мас.; 3 — содержание циклогексана, % мас.; 4 — содержание С7+, % мас.; 5 — содержание бензола, % мас.; 6 — PIN; 7 — X-фактор, % мас.; 8 — iC5/, % от равновесного; 9 — 23ДМБ/С6, % от равновесного; 10 — 23ДМБ/С6, % от равновесного
Основные показатели технологического режима блока изомеризации
А Н S 1 ч С Расход фракции НК-85, м3/ч Объемная скорость, ч-1 CD Ц д о Температура в реакторе Р-3,°С PS г 1 и U К ° Ц СП Температура в реакторе Р-2, °С PS Он а о К о я - 0J CN Темпера-тура в реакторе Р-1,°С PS Он а о К о я - и —1 СЧ К . СО и о я н \о
Период работы и ° н В & i О § а о s Он 14 И № а А ..." Д - § К | входа выхода Н Рч и Я Я я 3 £ а S - К входа выхода Н Рч и ^ Я pq н а а И Он а н т К входа выхода Н Рч и ^ Я pq Я „ а а Я Он а н т К Он S Н \ О со Я а • я я я и ОЧ расче 03 4 О
15.02.06 - 19.06.06 89 63.1 2.0 5.6 165 184 19 165 171 6 170 171 1 66.1 80.9 82.6
20.06.06 - 20.08.07 421 71.3 2.2 6.3 167 183 16 166 172 5 171 172 1 29.9 81.5 81.4
21.08.07 - 11.09.07 59 71.1 2.2 6.8 170 184 14 169 175 6 175 174 -1 25.8 81.2 80.9
12.09.07 - 17.09.07 6 74.9 2.3 6.1 173 190 17 169 175 6 174 172 -2 26.7 81.3 80.7
18.09.07 - 10.10.07 23 74.8 2.3 6.2 176 193 17 169 175 6 174 172 -2 27.9 81.5 81.2
16.11.07 - 16.12.07 30 77.9 2.4 5.7 165 179 14 159 164 4 163 160 -3 18.9 81.1 81.2
17.12.07 - 07.00.08 48 62.4 1.9 7.2 164 178 13 155 158 4 158 155 -3 18.5 81.2 80.9
8.02.08 - 02.03.08 28 56.8 1.8 8.1 169 183 14 160 164 4 163 160 -3 24.7 81.9 81.4
3.03.08 - 12.03.08 9 74.3 2.3 6.0 175 192 17 170 175 6 175 171 -4 27.4 82.2 81.9
