CC BY
98
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ / CHEMICAL TECHNOLOGY Оригинальная статья / Original article УДК 665.652.4.095
DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-2-71 -75
СТРУЙНЫЙ ТУРБУЛЕНТНЫЙ КОНТАКТОР НОВОГО ТИПА
ДЛЯ СЕРНОКИСЛОТНОГО АЛКИЛИРОВАНИЯ ИЗОБУТАНА ОЛЕФИНАМИ
© М.А. Цадкин, А.Д. Бадикова
Башкирский государственный университет
Проведены испытания опытно-промышленного аппарата-контактора нового поколения, включенного в схему действующего промышленного производства на технологической установке сернокислотного алкилирования изобутана олефинами. Испытания показали, что применение нового аппарата наряду с подготовкой эмульсии серной кислоты - изобутана - позволило получить ал-килбензин регламентного качества. Существенными преимуществами нового аппарата перед действующим промышленным контактором являются простота конструкции, значительное снижение металлоемкости, отказ от механического перемешивания.
Ключевые слова: алкилат, сернокислотное алкилирование, вертикальный струйный контактор.
Формат цитирования: Цадкин М.А., Бадикова А.Д. Струйный турбулентный контактор нового типа для сернокислотного алкилирования изобутана олефинами // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. Т. 6, N 2. С. 71-75. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-2-71-75
JET TURBINE CONTACTOR OF THE NEW TYPE FOR THE SULPHURIC ACID ALKYLATION BY OLEFINS
M.A. Tsadkin, A.D. Badikova
Bashkir State University
Successful tests of experimental industrial apparatus - a contactor of the modern generation included into the scheme of working industrial manufacture in the technological plant of sulphuric acid isobutene alkylation by olefins have been carried out. The tests have shown that the use of a new apparatus alongside with sulphuric acid emulsion-isobutene preparation allowed to get the alkylated benzine of regulatory quality. A substantial advantage of the new apparatus over the industrial contactor in operation is the structural simplicity, an essential decrease of specific amount of metal, a refusal from mechanical mixing. Key words: alkylate; sulphuric acid alkylation; vertical jet contactor
For citation: Tsadkin M.A., Badikova A.D. Jet turbine contactor of the new type for the sulphuric acid а^^ш by olefins. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016, vol. 6, no 2, pp. 71-75. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-2-71-75 (in Russian)
ВВЕДЕНИЕ
Высокооктановый алкилбензин, получаемый в процессе сернокислотного алкилирования (СКА) изобутана олефинами, отвечает самым современным требованиям по повышению экологической безопасности применения моторных топлив. Технологические же аспекты процесса нуждаются в дальнейшей модерни-зационной доработке: актуальным направлением развития технологии СКА, безусловно, является модернизация реакторного оборудования.
Замена объемных контакторов процесса
на малогабаритные аппараты струйного смешения способна упростить схему реакторного блока технологических установок за счет отказа от энергоемкого перемешивания, а также от аммиачного охлаждения реакторов; малые габариты оборудования существенно снижают материалоемкость, повышают надежность аппаратурного оформления процесса.
В настоящей работе рассмотрены результаты испытаний нового турбулентного аппарата-контактора в промышленных условиях.
Важнейшими процессами в нефтепереработке и нефтехимии являются процессы полу-
чения высокооктановых компонентов авиационных и автомобильных бензинов, в частности, процесс получения алкилбензина сернокислотным алкилированием изопарафинов олефи-нами. Техническому совершенствованию этого процесса в мировой практике неизменно уделяется большое внимание. В модернизации классического сернокислотного алкилирования можно выделить следующие направления: повышение эффективности смешения реагентов для образования необходимой эмульсии углеводородов в серной кислоте; уменьшение энергозатрат на перемешивание; регулирование и стабилизация теплового режима экзотермического процесса; упрощение конструкции реакторов-контакторов [1, 5, 7].
Всем этим актуальным направлениям отвечает трубчатый струйный турбулентный контактор. Смешение реагентов с образованием эмульсин осуществляется в нем за счет кинетической энергии турбулентного течения высокоскоростных потоков реагентов [7] без применения механических перемешивающих устройств, характерных для применяемых в настоящее время объемных контакторов. Внутреннее устройство аппарата обеспечивает по всей длине аппарата авторегенерацию турбулентных вихрей, поддерживающих состояние однородной эмульсии и хороший контакт реагентов на протяжении всего процесса.
Отвод тепла экзотермического процесса алкилирования (250 ккал/кг алкилата) осуществляется одним из самых совершенных способов - внутренним охлаждением за счет испарения части содержащегося в реакционной смеси изобутана. Температура в аппарате определяется давлением в реакторе. При этом нет необходимости в использовании иного хладоагента (аммиак, пропан, бутан) с циркуляцией его через теплообменники, расположенные внутри реактора [5, 7].
Отсутствие трубных пучков охлаждения и механических перемешивающих устройств значительно упрощает конструкцию контактора и повышает надежность его работы [2-4, 9, 11, 12, 15].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Опытно-промышленная установка с новым струйным контактором испытана в составе технологической схемы промышленной уста-
новки сернокислотного алкилирования ОАО «Ново-Уфимский нефтеперерабатывающий завод» с использованием регламентного сырья и реагентов, характеристики которых приведены в табл. 1 [3, 4, 9, 15].
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Конструкция установки обеспечивает возможность осуществления технологических вариантов процесса. В частности, проведены испытания различных способов ввода реагентов: одновременное смешение в контакторе серной кислоты, изобутановой и бутан-бутиленовой фракций (ББФ); предварительное приготовление эмульсии серной кислоты и изобутановой фракции и их смешение в контакторе с ББФ [12].
Задаваемые технологические параметры в испытаниях варьировались в достаточно широких пределах. Так, объемное соотношение было следующим:
- изобутан : олефины составляло (3-47) : 1;
- объемное соотношение серная кислота : углеводороды - (0,28-2,00) : 1;
- давление в контакторе - 0,5-2,5 кгс/см2;
- температура - в интервале +3...+30 оС.
- расход изобутана составил 0,38-1,11 м3/ч;
- ББФ - 0,16-0,48 м3/ч;
- серной кислоты - 0,38-1,13 м /ч.
Опытные образцы алкилатов отбирали из
пробоотборника, расположенного непосредственно за контактором, и после удаления легких углеводородов (С3-С4) и отделения от кислотной фазы анализировали на соответствие основным показателям алкилбензина [5, 6, 8, 10, 13, 14]. Выход легкого алкилата (температура конца кипения < 234 оС) во всех испытаниях составил не менее 80% от суммарного выхода алкилата. Результаты испытаний приведены в табл. 2. Рассмотрение представленных данных позволяет заключить, что нет принципиальной разницы в результатах испытаний с одновременным смешением реагентов в контакторе и с предварительным приготовлением эмульсии «серная кислота-изобутан». Очевидно, это является следствием оптимального гидродинамического режима работы контактора, обеспечивающего идентичные топохимические условия протекания реакций при любом способе смешения реагентов.
Октановые числа опытных алкилатов (опре-
Таблица 1
Характеристика сырья и реагентов
Углеводородный состав Бутан-бутиленовая фракция, % масс. Изобутановая фракция, % масс.
С3Н8 1,7 2,9
С4Н8 18,7 16,3
64,7 62,9
н-С4Н10 14,0 17,3
0,9 0,6
Таблица 2
Результаты испытаний опытно-промышленного струйного контактора сернокислотного алкилирования
Па эаметры п роцесса Характеристика алкилата
№ Расход исходных реагентов, м3/ч Дав- Темпе- Соотношение Иодное Фракционный Октановое число, пункт (м.м.)
пп Изо-бутан ление, ратура, Н28О4: Изобу- число, состав, К
42804 ББФ* кгс/см2 К углеводороды тан:оле-фины г/г/100 г н.к. 50% к.к
1. Алкилирование без предварительного смешения изобутана с серной кислотой (подача олефинов в контактор - сверху)
1 0,75 0,75 0,48 1,1 285 0,60 :1 10 :1 19,00 312 420 543 86,0
2 0,75 0,75 0,24 0,6-0,7 279-281 0,76 :1 10 :1 1,05 329 392 538 88,4
3 0,75 0,75 0,24 0,8 278-283 0,76 :1 10 :1 2,87 311 393 501 -
4 0,75 0,75 0,24 0,5-0,7 278-280 0,76 :1 10 :1 1,89 313 391 503 -
5 0,75 0,75 0,24 0,6 278-281 0,76 :1 10 :1 5,40 331 389 534 86,7
6 0,75 0,75 0,24 1,1-1,4 281-290 0,76 :1 12 :1 10,90 315 390 523 84,3
7 0,75 0,75 0,24 1,2 285 0,76 :1 16 :1 13,00 316 434 583 87,0
8 0,38 0,50 0,24 2,5 303 0,80 :1 4 :1 6,81 313 431 485 88,7
9 0,75 1,00 0,48 0,7 279-280 0,8:1 6 :1 5,50 331 395 536 86,5
10 0,38 1,13 0,16 2,0 295 2:1 14 :1 0,88 314 411 463 88,4
2. Алкилирование с предварительным смешением изобутана с серной кислотой (подача олефинов в контактор - сверху)
11 1,11 0,38 0,24 0,6 279 0,28 :1 3 :1 4,57 307 387 507 -
12 0,79 0,38 0,24 1,0 283 0,36 :1 10,5 :1 6,38 309 389 487 -
13 0,79 0,38 0,24 2,0 293 0,36 :1 10,5 :1 1,64 311 398 561 -
14 0,68 0,38 0,24 0,5 276 0,40 :1 8,5 :1 5,19 312 396 463 -
15 0,70 0,38 0,24 0,6 277 0,40 :1 12 :1 2,87 312 388 459 -
16 0,84 0,75 0,32 1,0 283 0,65 :1 11 :1 6,35 302 386 543 -
17 0,84 0,75 0,32 1,5 286 0,65 :1 11 :1 3,16 322 383 483 91,4
18 0,82 0,75 0,32 0,5 288 0,65 :1 13 :1 1,13 348 382 456 91,8
19 0,67 0,75 0,32 1,0 283 0,76 :1 4 :1 4,68 313 384 477 90,0
20 0,78 0,75 0,16 0,5 278 0,80 :1 4,6 :1 4,94 318 383 480 90,8
21 0,74 0,75 0,16 0,5 278 0,83 :1 47 :1 3,35 311 384 483 91,1
3. Алкилирование с предварительным смешением изобутана с серной кислотой (подача олефинов в контактор - снизу)
22 1,00 1,60 0,60 1,4 283 1 1 9:1 0,50 314 379 451 90,8
делены по моторному методу) составляют 90,091,8 пунктов и близки к показателям серийного алкилата с октановым числом - 92-94 пункта по моторному методу и температурой выкипания -29-195 оС.
Содержание 2,2,4-триметилпентана в опытных образцах (по данным хромато-масс-спек-троскопии, прибор Р1пп1дап 3410) превышает 14% масс.
Весьма характерным для опытных алкила-тов оказывается повышенное иодное число, что свидетельствует о большем, чем в промышленных образцах, содержании непредельных соединений в составе продуктов реакции. В серийных алкилатах, отобранных непосредственно после промышленного контактора и обработанных аналогично опытным образцам, йодные числа составили 0,32-0,05 г 12/100 г алкилата.
При этом не обнаруживается какой-либо четкой зависимости между характеристикой непредельности и условиями испытаний, в частности, соотношением реагентов и температурой в контакторе. Это свидетельствует об определенных особенностях протекания сернокислотного
алкилирования изопарафинов олефинами в струйном турбулентном контакторе. Эти особенности требуют дальнейших исследований.
ВЫВОДЫ
В целом испытания подтвердили возможность проведения процесса алкилирования в простом по конструкции струйном трубчатом аппарате и перспективу его промышленного использования.
Проведены успешные испытания опытно-промышленного аппарата контактора нового поколения, включенного в схему действующего промышленного производства на технологической установке сернокислотного алкилирования изобутана олефинами. Испытания показали, что применение нового аппарата наряду с подготовкой эмульсии серной кислоты - изобутана - позволили получить алкилбензин регламентного качества. Существенными преимуществами нового аппарата перед действующим промышленным контактором является простота конструкции, значительное снижение металлоемкости, отказ от механического перемешивания.
1. Берлин А. А., Минскер К. С., Дюмаев К. М. Новые унифицированные энерго- и ресурсосберегающие высокопроизводительные технологии повышенной экологической чистоты на основе трубчатых реакторов. М.: ОАО «НИИТЭХИМ», 1996. 164 с.
2. Гимаев Р.Н., Прочухан Ю.А., Кудашева Ф.Х., Цадкин М.А., Сайфуллин Н.Р., Калимуллин М.М., Навалихин П.Г., Максименко Ю.М., Бади-кова А.Д. Способ получения компонентов моторных топлив. Патент № 2122992, Российская Федерация, 1998.
3. Гимаев Р.Н., Кудашева Ф.Х., Цадкин М.А., Бадикова А.Д. Опытно-промышленные испытания струйного контактора нового типа для процесса сернокислотного алкилирования // Вестник Башкирского университета. 1996. № 3 (I). С. 25-27.
4. Гимаев Р.Н., Прочухан Ю.А., Кудашева Ф.Х., Цадкин М.А., Бадикова А.Д. Струйный контактор нового поколения для процесса сернокислотного алкилирования // Химия и техн. топ-лив и масел. 1998. № 5. С. 42-45.
5. Годовская К. И., Рябина Л. В., Новик Е. Ю. и др. Технический анализ. М.: Высш. шк., 1967. 414 с.
6. ГОСТ 31803-2012. Серная кислота. Методики анализа. М.: Стандартинформ, 2013. 23 с.
7. Дорогочинский А.3., Лютер А.В., Вольпо-ва Е. Г. Сернокислотное алкилирование изо-парафинов олефинами. М.: Химия, 1970. 216 с.
8. Исагулянц В.И., Егорова Г.М. Химия нефти. М.: Химия, 1965. 517 с.
9. Колесов С.В., Цадкин М.А., Бадикова А.Д., Рахманов Р.Р., Кудашева Ф.Х., Гимаев Р.Н.
КИЙ СПИСОК
Сернокислотное алкилирование изобутана бу-тиленами в трубчатом проточном реакторе // Химия и химическая технология топлив и масел. 2002. № 4. С.15-18.
10. Магарил Р. 3. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. Л.: Химия, 1985. 280 с.
11. Навалихин П.Г., Бадикова А.Д., Прочухан Ю.А., Цадкин М.А., Сайфуллин Н.Р., Кали-муллин М.М., Галиакбаров М.Ф., Гимаев Р.Н., Кудашева Ф.Х., Ракитский В.М., Рахманов Р.Р., Теляшев Г.Г. Способ получения компонентов моторных топлив. Патент № 2139842, Российская Федерация,1996.
12. Прочухан Ю.А., Гимаев Р.Н., Кудашева Ф.Х., Цадкин М.А., Навалихин П.Г., Сайфуллин Н.Р., Калимуллин М.М., Ракитский В.М., Бадикова А.Д. Устройство для получения высокооктанового компонента моторных топлив и блок подачи серной кислоты. Патент № 2129042, Российская Федерация, 1997.
13. Рыбак Б.М. Анализ нефти и нефтепродуктов. М.: Гостехиздат, 1962. 888 с.
14. Смидович Е.В. Практикум по технологии переработки нефти. М.: Химия. 1978. 288 а
15. Цадкин М.А., Бадикова А.Д., Колесов С.В., Кудашева Ф.Х., Гимаев Р.Н. Промышленные испытания трубчатого турбулентного аппарата-экстрактора в технологии экстрактивной очистки нефтяных масел // Известия вузов. Сер. Химия и химическая технология. 2003. Т. 46. Вып. 7. С. 118-121.
REFERENCES
1. Berlin A.A., Minsker K.S., Djumaev K.M. Novye unificirovannye jenergo- i resursosbere-gajushhie vysokoproizvoditel'nye tehnologii povy-shennoj jekologicheskoj chistoty na osnove trub-chatyh reaktorov [New unified energy- and highperformance technologies with high environmental purity on the basis of the tubular reactor]. Moscow, JSC "NIITEKHIM", 1996. 164 p.
2. Gimaev R.N., [et al.] Sposob poluchenija komponentov motornyh topliv [Method of producing components of motor fuels]. Patent RF,no. 2122992, 1998.
3. Gimaev R.N., Kudasheva F.H., Cadkin M.A., Badikova A.D. Opytno-promyshlennye ispytanija strujnogo kontaktora novogo tipa dlja processa sernokislotnogo alkilirovanija [Pilot testing of jet contactor new type for the process of sulfuric acid alkyl-ation]. Vestnik Bashkirskogo Universiteta - Vestnik Bashkir University, 1996, no. 3(I), pp. 25-28.
4. Gimaev R.N., Prochuhan Ju.A., Kudasheva F.H., Cadkin M.A., Badikova A.D. Strujnyj kontaktor novogo pokolenija dlja processa sernokislotnogo alkilirovanija [Jet contactor new generation for the process of sulfuric acid alkylation]. Himija i tehnologi-
ja topliv i masel - Chemistry and engineering fuels and oils, 1998, no. 5, pp. 42-45.
5. Godovskaja K.I., Rjabina L.V., Novik E.Ju. i dr. Tehnicheskij analiz [Technical analysis]. Moscow, Higher school, 1967. 414 p.
6. GOST 31803-2012. Metodiki analiza. Sernaja kislota. [State Standart 31803-2012. Sulfuric asid. Methods for analysis]. Moscow, Standartinform Publ., 2013, 23 p.
7. Dorogochinskij A.3., Ljuter A.V., Vol'pova E.G. Sernokislotnoe alkilirovanie izoparafinov olefin-ami [Sulfuric acid alkylation of isoparaffins by olefins]. Moscow, Chemistry, 1970. 216 p.
8. Isaguljanc V.I., Egorova G.M. Himija nefti [Chemistry of oil]. Moscow: Chemistry, 1965. 517 p.
9. Kolesov S.V., Tsadkin M.A., Badikova A.D., Rakhmanov R.R., Kudasheva F.H., Gimaev R.N. Sernokislotnoe alkilirovanie izobutana butilenami v trubchatom protochnom reaktore [The sulfuric acid alkylation of isobutane with butylenes in a tubular flow reactor]. Himija i tehnologija topliv i masel -Chemistry and chem. Tech. fuels and oils, 2002, no. 4, pp. 15-18.
10. Magaril R.3. Teoreticheskie osnovy himi-
cheskih processov pererabotki nefti [Theoretical foundations of chemical processing of oil] Leningrad, Chemistry, 1985. 280 p.
11. Navalikhin P.G., [et al.] Sposob poluche-nija komponentov motornyh topliv [ A method of producing components of motor fuels]. Patent RF, no. 2139842, 1996.
12. Prochuhan Ju.A., [et al.] Ustrojstvo dlja poluchenija vysokooktanovogo komponenta motor-nyh topliv i blok podachi sernoj kisloty [A device for producing high-octane component of motor fuels and the supplying of sulphuric acid]. Patent RF, no. 2129042, 1997.
13. Rybak B.M. Analiz nefti i nefteproduktov [Analysis of oil and oil products]. Moscow, Gostekh-
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Михаил А. Цадкин
Башкирский государственный университет 450076, Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. З. Валиди, 32 Д.т.н., профессор [email protected]
Альбина Д. Бадикова
Башкирский государственный университет 450076, Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. З. Валиди, 32 Д.т.н., профессор [email protected]
Поступила 11.01.2016
izdat, 1962. 888 p..
14. Smidovich E.V. Praktikum po tehnologi pererabotki nefti [Workshop on the technology of oil refining. Moscow, Chemistry. 1978, 288 p.
15. Tsadkin M.A., Badikova A.D., Kolesov S.V., Kudasheva F.H., Gimaev R.N. Promyshlen-nye ispytanija trubchatogo turbulentnogo apparata-jekstraktora v tehnologii jekstraktivnoj ochistki nef-tjanyh masel [Industrial tests of the tubular turbulent device-extractor in the technology of extractive refining of petroleum oils]. News of higher education institutions. Serija himija i himicheskaja tehnolo-gija - Izvestiya vuzov, ser. Chemistry and chem. tech, 2003, v. 46, no.7, pp. 118-121.
AUTHORS' INDEX Affiliations
Michail A. Tsadkin
Bashkir State University
32, Z. Validy st., 450076 Ufa, Bushkortostan
Republic, Russia
Doctor of Engineering, Professor
Albina D. Badikova
Bashkir State University
32, Z. Validy st., 450076 Ufa, Bushkortostan
Republic, Russia
Doctor of Engineering, Professor
Received 11.01.2016
