Используемые UOP реакторы и дистилляционные системы претерпели эволюционные изменения в процессе длительной эксплуатации пилотных установок, в результате инженерно-технических проработок и промышленной эксплуатации. Конструктивные решения для установки в целом разрабатывались опытным путем, в результате испытаний ряда образцов, что позволило достичь современных концепций в технологии алкилирования.
Реакторный блок установки HF-алкилирования
В конструкции реактора особый акцент необходимо расставлять на следующие моменты:
- отвод теплоты реакции;
- наличие большой площади контакта с кислотой:
- смешение;
- пропорция кислота/углеводороды;
- состав кислоты;
- ввод олефиносодержащего сырья.
Тщательные контроль перечисленных аспектов улучшает качество и увеличивает отбор товарного алкилата.
Для выбора определенной схемы системы реакций необходим тщательный учет производственных и экономических задач эксплуатирующей организации. Реакционная система UOP достигает оптимизации условий переработки за счёт подачи сырья посредством специальных распределителей, обеспечивающих требуемый контакт с непрерывным потоком кислоты. Нежелательные реакции минимизируются за счёт посточнного теплоотвода непосредственно из зоны реакции. Отвод теплоты из реакционной зоны имеет и другие положительные моменты, связанные с уменьшением пиковых показаний температур реакции и обеспечением эффективного использования имеющейся охлаждающей воды.
Блок регенерации кислоты установки HF-алкилирования
Методика внутренней регенерации кислоты почти полностью исключает потребность в регенераторах кислоты, что даёт возможность существенно уменьшить её потребление. Регенератор кислоты имеется в схемах UOP исключительно для пусковых операций или на случай переработки сырья с ненормально высокой концентрацией серы и/или воды. На большей части установок при штатной эксплуатации регенератор кислоты байпасируется.
При подключении регенератора в работу, побочный поток из отстойника кислоты через испаритель направляется обратно в регенератор кислоты, где поисходит его орошение изобутаном на верхней тарелке колонны. Источником нагрева в кубовой части регенератора (фракция С3 - С4) является перегретый поток изобутана поступающий из депропанизатора. На установке HF-алкилирования фракции С4 отгоночной средой для кислотного регенератора выступает побочный поток паров нижнего отгона колонны отпарки фторводорода. Регенерированная кислота объёдиняется с верхним парообразным погоном деизобутанизатора и направляется в холодильник.
Блок нейтрализации установки HF-алкилирования
Компанией UOP разработана секция нейтрализации, чтобы минимизировать количество потоков агрессивных веществ и нежелательных побочных продуктов. Сброс кислых паров в общезаводскую систему утилизации газов (факельный коллектор) абсолютно недопустим ввиду коррозионной активности и неприятных запахов, а также аспектов, связанных с охраной окружающей среды и промышленной безопасностью.
Система включает в себя:
- скруббер кислых газов;
- резервуар смешения с гидроксидом калия;
- циркуляционные насосы;
- резервуар регенерации щелочи.
К этой системе сброса подключаются все аппараты, имеющие сброс кислых паров/газов и перепускные клапаны. Газы двигаются восходящим потоком по скрубберу и взаимодействуют с циркулирующим раствором щелочи (KOH), которая нейтрализует плавиковую кислоту (HF). После щелочной нейтрализации кислоты газы могут быть без риска направлены в факельную систему НПЗ, желательно дополнительная водная промывка для удаления следов щелочи.
В регенерационном резервуаре щелочь (KOH) с определенной периодичность подвергается регенерации в результате реакции с известью с получением фторида кальция (CaF2) и КОН. CaF2 выпадает на дно резервуара в качестве осадка и поступает в нейтрализационный отстойник, где осуществляется переработка кислых сточных вод и незначительного количества кислоты, имеющегося в технологическом стоке. До поступления в канализационную систему НПЗ производится обработка всех сточных вод известью, для преобразования всех фторидов во фторид кальция.
Блок дистилляции установки HF-алкилирования
Блок дистилляции и фракционирования продуктов установки HF-алкилирования тоже подверглись значительным модификациям. В изобутановой колонне происходит отделение изобутана достаточно высокой чистоты, возвращаемого в реактор. Этот возвратный продукт почти свободен от кислоты, что позволяет минимизировать нежелательные побочные реакции с олефиносодержащим сырьем до его поступления в реактор. Небольшая ректификационная секция в верхней части деизобутанизатора современной конструкции обеспечивает лучшее отделение пропана.
Несмотря на то, что одна колонна высокого давления в состоянии выполнять совмещенные функции деизобутанизатора и депропанизатора, современная конфигурация UOP состоит из двух колонн - изобутановой и пропановой в силу следующих причин:
1. Каждая колонна может эксплуатироваться при оптимальном для нее давлении.
Например, в деизобутанизаторе при двухколонной компоновке повышается относительная летучесть продуктов, что позволяет уменьшить необходимое количество тарелок при улучшении фракционирования.
2. Подобная схема обладает значительно большей гибкостью:
- её легко переключить в режим эксплуатации с чистым бутиленом, потому что депропанизатор может быть использован для разделения сырья на С3 и С4
- двухколонная конструкция делает возможным применение боковой подачи сырья в изобутановую колонну, если необходимо подавать подпиточный изобутан, имеющий низкую чистоту;
- с её помощью есть возможность производства алкилата с низким давлением паров и боковой фракции изо-С4 высокой чистоты для изомеризации или смешения;
- подобная конструкция позволяет осуществлять чёткое фракционирование побочных продуктов.
3. Двухколонная компоновка позволяет при небольших дополнительных затратах существенно увеличить пропускную способность за счёт предварительного подогрева сырьевой смеси и применения бокового испарения.
4. Снижаются эксплуатационные затраты за счёт снижения расхода энергоносителей в силу следующих факторов:
- при понижении температуры реакции увеличивается октановое число алкилата;
- при прохладной погоде, чтобы получить заданное октановое число продукта установка может эксплуатироваться при меньшей пропорции изобутан/олефиновы, потому что это соотношение зависит от требований к продукту, а не к фракционированию.
5. Благодаря низкому давлению при двухколонной компоновке появляется возможность использования пара вместо печного обогрева, который необходим при одноколонной схеме:
- в большинстве случаев схема со стабилизирующим ребойлером применима даже при отборе боковых фракций;
- использование парового ребойлера может иметь существенное преимущество, если это имеет подтверждение балансом энергоносителей НПЗ, а также позволяет значительно сэкономить на инвестициях.
6. Двухколонная компоновка подтвердила свою функциональность на большом числе работающих установок, а ее гибкость подтверждена в ходе многочисленных трансформаций эксплуатируемых установок направленных на увеличение производительности.
7. Двухколонная компоновка нуждается в меньшей поверхности теплообмена для конденсации верхнего продукта, что сокращает капитальные затраты на холодильное оборудование.
8. Для промывки может быть использован чистый изобутан, в отличие от одноколонной схемы, где промывку приходится выполнять алкилатом. Чистый изобутан может быть направлен в хранилище, что позволит сократить время на пусковые и остановочные операции.
9. Несмотря на то, что при одноколонной компоновке нужно меньшее количество единиц оборудования, его металлоёмкость увеличивается вследствие большего рабочего давления и увеличения числа тарелок, что повышает общую стоимость в сравнении с двухколонной схемой.
10. Колонна регенерации не требует дорогостоящей системы верхнего продукта, а применение внутренней регенерации плавиковой кислоты (HF) снижает потребление кислоты.
11. Ввиду допустимости большего перепада температур охлаждающей воды её потребление для двухколонной компоновки составляет порядка 60% расхода для одноколонной схемы.
Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите ежедневно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.