Изомеризация — превращение одного изомера в другой. Изомеризация приводит к получению соединения с иным расположением атомов или групп, но при этом не происходит изменение состава и молекулярной массы соединения. В литературе изомеризацию часто называют перегруппировкой, в некоторых случаях, в соответствии с традицией, это именные реакции.
Исторически одним из первых принципиально важных примеров изомеризации было превращение неорганического вещества цианата аммония в органическое соединение мочевину, открытое в 1828 году немецким химиком Ф. Вёлером.
В наше время изомеризация широко используется в промышленности. Так, насыщенные углеводороды нормального строения при действии на них хлорида алюминия AlCl3 превращаются в углеводороды изостроения (например, бутан — в изобутан):
Эти превращения происходят при переработке нефтепродуктов и приводят, в частности, к получению бензинов с высоким октановым число.
Большая ценность процесса изомеризации заключается в том, что в качестве сырья используются низкооктановые компоненты — фракция н. к. — 62 °С и рафинаты каталитического риформинга. В этом сырье содержится в основном пентановая и гексановая фракции. Это сырье, а также фракции С5 и С6, получаемые с ГФУ, и ЦГФУ, изомеризуются в среде водорода в присутствии катализатора. Получают углеводороды со сравнительно высоким октановым числом изостроения. При изомеризации пентановой фракции получают продукт с более высоким октановым числом. Изомеризация н-пентана представляет интерес не только для нефтеперерабатывающей, но и для нефтехимической промышленности, так как изопентан дегидрированием можно превратить в изопрен — сырье для каучука. Таким образом, изомеризация может служить как для производства высокооктановых бензинов, так и для получения ценных синтетических каучуков.
1. Назначение процесса
каталитический изомеризация баланс
Ранние промышленные процессы изомеризации были предназначены для получения изобутана из н-пентана на хлористом алюминии при мягком температурном режиме (90…120?С).
Изобутан далее алкилировали бутеленами и в результате получали изооктан.
Целевым назначением процессов каталитической изомеризации и современной нефтепереработке является получение высокооктановых изокомпонентов автобензинов или сырья нефтехимии, прежде всего изопентана для синтеза изопренового каучука.
Высокая эффективность процессов изомеризации заключается в том, что в качестве сырья используются низкооктановые компоненты нефти — фракции н.к. — 62 ?С и рафинаты КР, содержащие в основном н-пентаны и н-гексаны. Это сырье (а также фракции С5 и С6, получаемые с ГФУ) изомеризуется в среде водорода в присутствии бифункциональных катализаторов. Высокие детонационная стойкость и испаряемость продуктов изомеризации углеводородов С5 и С6 обусловливают их исключительную ценность в качестве низкокипящих высокооктановых компонентов неэтилированных автобензинов.
Промышленные процессы изомеризации
... сырье для каучука. Таким образом, изомеризация может служить как для производства высокооктановых бензинов, так и для получения ценных синтетических каучуков. Высокая детонационная стойкость и высокая испаряемость продуктов изомеризации углеводородов ... с ароматизированными компонентами. Если принять октановое число продукта изомеризации фракций углеводородов С5 -С6 за 98, то в указанных смесях ...
2. Сырьевая база
Факторы инвестиционной привлекательности процесса изомеризации легких бензиновых фракций
|
1 Сырьевая база |
На любом НПЗ имеется прямогонные пентан-гексановые фракции. Дополнительно-легкие фракции риформинга, гидроочистки, каткрекинга, гидрокрекинга. |
|
|
2 Содержание в продукте — бензола — ароматических углеводородов |
Отсутствие Отсутствие |
|
|
3 Фракционный состав |
Увеличивает долю автобензина выкипающего до 100 ?С |
|
|
4 Октановое число |
ИОЧ от 82 до 92 пунктов. Выравнивает октановые числа по фракционному составу автобензина |
|
|
5 Эксплуатационные затраты |
Самые низкие среди всех процессов получения высокооктановых неароматических автокомпонентов |
|
3. Продукты процесса и область их применения
Продуктами изомеризации пентан-гексановой фракции являются изомеризат Пенекса и гептановая фракция.
- Изомеризат Пенекса — смесь парафиновых углеводородов изостроения С5-С6. Применяется в качестве высооктанового компонента товарных бензинов.
— Гептановая фракция — смесь парафиновых и циклических углеводородов изостроения С6-С7. Применяется в смеси с изомеризатом в качестве высокооктанового компонента товарных бензинов, может использоваться в качестве сырья для установок каталитического риформинга.
4. Материальный баланс изомеризации пентан-гексановой фракции
|
Наименование сырья и продуктов |
Количество, тыс.т/год |
кг/ч |
%, масс |
|
|
Взято: |
||||
|
Стабильный гидрогенизат |
500,00 |
59523,8 |
97,7 |
|
|
Водородосодержащий газ |
11,7 |
1401,2 |
2,3 |
|
|
Итого взято |
517,7 |
6108,8 |
100,0 |
|
|
Получено: |
||||
|
Стабильный изомеризат |
478,5 |
54608,9 |
89,4 |
|
|
Углеводородный газ |
29,3 |
5013,75 |
4,7 |
|
|
Водосодержащий газ |
4,7 |
749,7 |
0,9 |
|
|
Потери |
5,2 |
711,45 |
1,0 |
|
|
Итого получено |
517,7 |
61083,8 |
100,0 |
|
Рисунок 1 — Материальный баланс установок изомеризации пентан-гексановой фракции
5. Основные параметры процесса
Температура. С повышением температуры скорость реакции изомеризации возрастает до ограничиваемого равновесием предела. Дальнейшее повышение температуры приводит лишь к усилению реакций ГК с образованием легких газов. При этом возрастает расход водорода, а выход изомеров снижается.
Давление. Хотя давление не оказывает влияние на равновесие реакции изомеризации н-парафинов, оно существенно влияет на кинетику целевых и побочных реакций процесса. Данные о влиянии давления на изомеризацию н-гексана при мольном соотношении H2:С6Н14=4:1 и постоянном времени контакта приведены ниже:
|
Давление, Мпа |
0,63 |
2,2 |
2,2 |
4,9 |
4,9 |
|
|
Температура,С |
316 |
316 |
344 |
318 |
34,5 |
|
|
Степень превращения, % мольн. |
60,7 |
32,0 |
65,6 |
14,5 |
33,5 |
|
|
Выход изогексанов, % мольн. |
49,8 |
31,3 |
59,2 |
13,1 |
31,0 |
|
|
Селективность |
0,82 |
0,98 |
0,90 |
0,91 |
0,93 |
|
Как видно, повышение давления при прочих идентичных условиях снижает глубину, но повышает селективность изомеризации. Увеличение парциального давления водорода снижает скорость дезактивации катализатора в результате торможения коксообразования. Однако повышение давления свыше 4 Мпа не целесообразно, так как при этом коксообразование практически не меняется.
Объемная скорость подачи сырья. При постоянной степени превращения объемная скорость и температура оказывают антибатное влияние на скорость изомеризации. Для увеличения объемной скорости вдвое требуется повышение температуры процесса примерно на 8…11?С.
6. Технологическое и аппаратурное оформление процесса
Технологическая схема установки изомеризации представлена на рис.1.Установка изомеризации состоит из двух блоков — ректификации и изомеризации. Блок ректификации предназначен для выделения из смеси сырья и изомеризата товарных продуктов — изопентановой и изогексановой фракций, удаления из сырья углеводородов С4 и ниже, подготовки к переработке сырья секции изомеризации — пентановой фракции. В блоке изомеризации осуществляется превращение пентана в изопентан.
Поступающее в блок ректификации свежее сырье смешивается со стабильным изомеризатом. Смесь разделяется в изопентановой колонне 3 на верхний продукт — смесь изопентана и бутана и нижний продукт — смесь н-пентана и гексанов. В колонне 11 ректификат колонны 3 делится на бутаны и изопентан. В колонне 17 остаток колонны 3 разделяется на н-пентановую фракцию, направляемую в блок изомеризации, и смесь гексанов, подаваемую в колонну 23. В 23 проводится разделение смеси гексанов на изогексан и н-гексан.
Конденсация и охлаждение верхних продуктов ректификационных колонн осуществляется в воздушных конденсаторах-холодильниках; теплота в нижнюю часть колонн подводится через кипятильники, обогреваемые паром.
Пентановая фракция, поступающая на блок изомеризации, забирается насосом 29 и подается на смешение с водородсодержащим газом. Смесь сырья и водородсодержащего газа нагревается в теплообменнике 30 и печи 31 до температуры реакции и поступает в реактор 32, где в присутствии алюмоплатинового катализатора происходит реакция изомеризации.
Газо-продуктовая смесь, выходящая из реактора, охлаждается в теплообменниках и холодильниках, после чего направляется на разделение в продуктовый сепаратор 35. Из 35 выходит циркулирующий водородсодержащий газ, который смешивается со свежим водородсодержащим газом, подвергается осушке цеолитами в адсорбере 46 и подается во всасывающую линию циркуляционного компрессора 47. Сжатый водородсодержащий газ смешивается с сырьем.
Нестабильный изомеризат из 35 нагревается до 85—90 °С в теплообменнике 36 и поступает в стабилизационную колонну 37. С верха 37 уходит жирный газ, с низа — стабильный изомеризат, который направляется на блок ректификации.
Катализатор изомеризации периодически — 1 раз в 5—6 мес. подвергается окислительной регенерации. Регенерация катализатора проводится так же, как на установках риформинга.
1, 6, 10, 14, 16, 20, 22—26, 28, 29, 40 — насосы; 2 — подогреватель; 3, 11, 17, 23, 37 — колонны; 4, 12, IS, 24, 38 — конденсаторы-холодильники; 5, 13, 19, 25, 39— емкости; 7, 15, 21, 27, 41 — кипятильники; 8, 9, 30, 36 — теплообменники; 31 — печь; 32 —реактор; 33, 34, 42—45 — Холодильники; 35 — сепаратор; 46 — адсорбер; 47 — компрессор; I — сырьё; II — свежий водородсодержащий газ; III — бутаны; IV — изопентан; V — изогексан; VI — гексан; VII — углеводородный газ.
Рис. 1 Технологическая схема процесса изомеризации
Заключение
Химические превращения, в результате которых структурные изомеры превращаются друг в друга, называется изомеризацией. Такие процессы имеют важное значение в промышленности. Так, например, проводят изомеризацию нормальных алканов в изоалканы для повышения октанового числа моторных топлив; изомеризуют пентан в изопентан для последующего дегидрирования в изопрен. Изомеризацией являются и внутримолекулярные перегруппировки, из которых большое значение имеет, например, перегруппировка Бекмана — превращение циклогексаноноксима в капролактам (сырье для производства капрона).
Список используемых источников
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/protsess-izomerizatsii-pentan-geksanovoy-fraktsii/
1.Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. Первичная переработка нефти /Под ред. О.Ф. Глаголевой и В.М. Капустина. — М.: Химия, КолосС, 2006. — 400 с.: ил. — (Учебники для учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений)
2. Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А., Волошин Н.Д., Золотарёв П.А. Технологические расчёты установок переработки нефти. — М.: Химия, 1987 г. — 352 с.
3. Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. — М.: Химия, 2007 г. — 311 с.
4. Жоров Ю. М. Изомеризация углеводородов. Химия и технология. —
М.: Химия, 1983. — 304 с., ил
5.Изомеризация — техническая библиотека [Электронный ресурс]. — URL: https:// /chemistry/00341426_0.html / (дата обращения: 26.11.2019).
