CC BY
207
УДК 001(091); 665.733.5
Мадина Х. Магомадова (асс.)1, Марем Х. Магомадова (асс.)1, Л. Ш. Махмудова ( к.т.н., доц., зав. каф.)1, А. М. Сыркин 2
Совершенствование реакторов сернокислотного алкилирования
Грозненский государственный нефтяной институт,
кафедра химической технологии нефти и газа г. Грозный, ул. Клары Цеткин; тел. (8712) 22-31-20 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра общей и аналитической химии г. Уфа, ул. Космонавтов, 1/4; тел. (347) 243-16-32, e-mail: [email protected]
Madina Kh. Magomadova, Marem Kh. Magomadova, L. S. Makhmudova, A. M. Syrkin
Perfection of reactors for sulphuric acidi alkylation
Grozny State Petroleum Institute Clara Tsetkin Str, Grozny; Phone: (8712) 22-31-20 Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., Ufa, 450062, Russia; р^ (347) 2431632, e-mail: [email protected]
Рассмотрены типы реакторов, используемых для процесса сернокислотного алкилирования с целью получения высокооктановых компонентов бензинов.
Ключевые слова: алкилирование; алкилат; бензин; контакторный реактор; конструкция; серная кислота; струйный реактор.
В настоящее время алкилат становится важнейшим компонентом реформированных экологически чистых бензинов. Он является идеальным компонентом бензина, поскольку имеет высокие октановые числа по исследовательскому и моторному методам, низкое давление насыщенных паров, не содержит ароматических соединений, олефинов и серы.
Основной частью любой установки сернокислотного алкилирования является реакторное отделение. Его конструкция во многом определяет эффективность работы установки в целом.
Первые промышленные реакторы сернокислотного алкилирования относились к аппаратам емкостного типа с линейной скоростью потока 0.03—0.15 м/с 1. Эти реакторы представляли собой вертикальные или горизонтальные аппараты, работающие под давлением и обслуживавшиеся выносным циркуляционным насосом для эмульсии и трубчатым холодильником. При помощи насоса через реактор и холодильник непрерывно циркулировал большой поток кислотно-углеводородной эмульсии.
Дата поступления 16.02.09
Types of the reactors used for process of sulphuric acid alkylation with the purpose of reception of high octane components of gasolines are considered.
Key words: alkylation; alkylate; contact-reactor; design; gasoline; jet reactor; sulfuric acid.
На некоторых реакторах этого типа олефиновое сырье подавалось на всасывание циркуляционного насоса. При этом смешение завершалось еще до поступления эмульсии в реактор. Разложение эмульсии в реакторе предотвращали устройством многочисленных перфорированных перегородок. Часть реакторов емкостного типа была оборудована системой внутреннего охлаждения за счет испарения изобутана. В таких случаях отпадала необходимость в использовании трубчатого холодильника 2.
Усовершенствованной конструкцией вертикального реактора (рис. 1) явился горизонтальный аппарат с охлаждением потоком из реактора (рис. 2). Так же, как и в вертикальных реакторах, в нем имелся трубный пучок и пропеллерная мешалка, при помощи которой поддерживалась интенсивная внутренняя циркуляция эмульсии. Отличительные особенности его — охлаждение с помощью потока продуктов, отходящих из реактора, а также ин-жекционный ввод сырья и кислоты .
В контакторах вертикального и горизонтального типа сырье полностью диспергируется во всем объеме и вступает в весьма энергичное взаимодействие с чрезвычайно большим
такт и смешение, заменен внутренними циркуляционными пропеллерными мешалками большой производительности и низкого напора, погруженными в реакционные зоны для диспергирования изобутана в эмульсии за счет высокой скорости сдвига и изменения направления потока; это позволило уменьшить мощность, затрачиваемую на перемешивание.
Многочисленные зоны реакции объединены в общем корпусе в одном аппарате. Каждая зона содержит устройства для диспергирования эмульсии и подачи олефинового сырья и удаления паров и разделения кислотной и углеводородной фаз 2.
Значительный вклад в разработку реакторов горизонтального типа, был внесен ГрозНИИ по исходным данным которого ВНИИнефтемаш разработал серию реакторов этого типа (КСГ-2, КСГ-3) 3.
Рис.3. Схема горизонтального каскадного реактора
1—5 — секции реактора; 6, 7 — отстойные зона; 8 — мешалки; 9 — сепаратор.
В результате пуска этих контакторов в эксплуатацию существенно улучшились технологические условия процесса: увеличился выход алкилбензина, уменьшился выход тяжелых продуктов реакции, снизился удельный расход серной кислоты, уменьшилось содержание эфиров серной кислоты в продуктах реакции, значительно увеличилось октановое число алкилбензина по моторному методу.
Горизонтальный контактор типа КСГ-2 был разработан с целью интенсификации процесса алкилирования и для замены вертикальных реакторов с последующим переводом установок сернокислотного алкилирования на новую технологию, которая предполагала применение схемы двухконтурной циркуляции серной кислоты и снятие тепла из реакционной зоны за счет испарения продуктов реакции.
Особенностью этого аппарата являлось создание во внутреннем объеме интенсивной циркуляции потока, скорость которого в 250 раз выше скорости ввода сырья. Это обеспечивало
высокое соотношение изобутан:олефины, положительно влияло на эффективность теплопередачи и практически исключало возможность локального повышения температуры во всем реакционном объеме.
Кроме того, контактор КСГ-2 значительно превосходил вертикальный по производительности и числу оборотов импеллерного насоса, что позволяло снизить общую поверхность охлаждающего пучка и повысить производительность контактора КСГ-2 по алкилбензину в 3 раза по сравнению с вертикальным контак-
4
тором .
С целью повышения технико-экономических показателей установок сернокислотного алкилирования с вертикальными реакторами и аммиачной системой охлаждения, а также установки с емкостным каскадным реактором был разработан горизонтальный контактор КСГ-3.
В этом контакторе съем тепла реакции осуществлялся через теплоотводящую поверхность с применением в качестве хладагента продуктов реакции. Последние, выйдя из отстойника, поступали в сепаратор через тепло-обменный пучок для снятия тепла реакции частичным испарением углеводородов. В сепараторе изобутан разделялся на паровую и жидкую фазы. Паровая фаза компремировалась, депропанизировалась, охлаждалась и возвращалась в контактор. Жидкая фаза после теплообмена направлялась на ректификацию с возвратом изобутана в контактор.
Благодаря такому решению отношение изобутан:олефин составляло 10:1 против 4-5:1 на названных выше установках. Данное отношение обеспечивалось без дополнительной нагрузки на блок ректификации 5.
На отечественных установках сернокислотного алкилирования применяются реакторы двух типов, отличающиеся способом отвода выделяющегося тепла — охлаждением хладагентом через теплообменную поверхность и охлаждением за счет испарения избыточного изобутана. В первом случае в алкилаторе — контакторе вертикального или горизонтального типа (рис. 1, рис. 2), снабженном мощной мешалкой, имеются охлаждающие трубы, в которых хладагент испаряется, пары которого направляют затем в холодильную установку, где они снова превращаются в жидкость.
На современных установках сернокислотного алкилирования большой мощности применяют более эффективные реакторы второго типа — горизонтальные каскадные (рис. 3), в которых охлаждение реакционной смеси осуществ-
ляется за счет частичного испарения изобутана, что облегчает регулирование температуры 6.
Конструкции реакторов сернокислотного алкилирования с мешалками, разработанные несколько десятилетий назад, имеют ряд недостатков связанных со сложностями в эксплуатации из-за наличия длинных валов, уплотнений и подшипников. В реакторах со встроенным теплообменным пучком вибрация и коррозия труб создают еще большие сложности, чем приводы мешалок.
Литература
1. Дорогочинский А. З., Лютер А. В., Вольпова Е. Г. Сернокислотное алкилирование изопарафи-нов олефинами.— М.: Химия, 1970.— 216 с.
Новейшие достижения нефтехимии и нефтепереработки. /Под ред. К. А. Кобе, Дж. Дж. Мак-Кета,— М.: Гостоптехиздат, 1961.— 280 с. Байбурский В. Л., Хаджиев С. Н., Леонтьев А. С. Новейшие достижения в области производства алкилбензина и пути его развития. //Сборник научных трудов ГрозНИИ. Выпуск 35.— М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980.- С. 3. Шальковский Н. Г., Гордиенко Н. А., Рогож-кин Н. И., Саралидзе В. Л., Смирнов Н. П., Медем В. М. Опыт эксплуатации новых горизонтальных контакторов КСГ-2 на установках сернокислотного алкилирования. //Сборник научных трудов ГрозНИИ. Выпуск 40.- М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1986.- С. 90.
Хаджиев С. Н., Байбурский В. Л., Дейне-ко П. С., Груздев А. С., Тагавов И. Т. // Химия и технология топлив и масел.- 1986.- №5.- С. 9.
Ахметов С. А. Технологи глубокой переработки нефти и газа.- Уфа: Гилем, 2002.- 672 с.
2
3
4
5
6
