Способ выделения н-парафиновых углеводородов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Полоцкий государственный университет(72) Авторы Халил Валид БадрАбаев Генрих Николаевич Ткачев Сергей Михайлович(73) Патентообладатель Полоцкий государственный университет(57) Способ выделения н-парафиновых углеводородов из газо-сырьевой смеси путем их адсорбции при прохождении исходного сырья через слой адсорбента, включающий цеолит, и последующей десорбции полярным десорбентом, отличающийся тем, что цеолит послойно разбавляют фарфоровыми шарами, при этом степень разбавления уменьшается по ходу движения газо-сырьевого потока, и объемное соотношение цеолита и фарфоровых шаров в первом слое составляет 13, во втором слое - 12, в третьем слое - 11, в четвертом слое - 10.(56) Опыт пуска и эксплуатации адсорбционных комплексов производства жидких парафинов. Тематический обзор, сер. Нефтехимия и сланцепереработка. - М. ЦНИИТЭнефтехим, 1984. - С. 5-7. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М. Химия, 1984. - С. 542-544.1204610 А, 1986.1213020 А, 1986.4608061 , 1986.984401 , 1982. Способ выделения н-парафиновых углеводородов может найти применение в нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности, а также в практике научноисследовательских работ. В настоящее время в практике получения высокочистых н-парафиновых углеводородов используют парофазные адсорбционные процессы, основанные на применении в них в качестве адсорбентов синтетических цеолитов 5 А. Для десорбции н-парафинов из цеолитов часто используют полярные десорбенты, например газообразный аммиак 1. Недостатком известного технического решения является необходимость проведения процесса при повышенных температурах, связанная с тем, что на стадии адсорбции из-за протекания двух противоположных процессов - адсорбции на цеолите н-парафинов и десорбции из него полярного десорбента и отличия в теплотах их адсорбции температура в слое адсорбента значительно падает, а на стадии десорбции н-парафинов повышается. Максимальная разность температур в слое адсорбента в течение цикла работы адсорбера обычно составляет 65-70 К, при понижении температуры в слое цеолита могут наблюдаться проявления капиллярной конденсации углеводородов сырья, вследствие чего адсорбционные свойства адсорбента могут быть в значительной степени утрачены. Это вызывает необходимость повышения температуры в адсорбере и увеличения подачи газаразбавителя сырья 1. Известно применение в ряде каталитических короткоцикловых процессов для сглаживания температур по высоте слоя катализатора и между стадиями цикла инертного твердого теплоносителя. В этих случаях разбавление катализатора инертным твердым теплоносителем строго регламентируется и предназначено для снижения перепада температур в слое катализатора между эндотермической (крекинг, дегидрирование) и экзотермической (выжиг кокса, окисление катализатора) стадиями. В результате этого предотвращается преждевременная дезактивизация катализатора 2, 3. Наиболее близким технологическим решением к предлагаемому способу является модифицированный процесс Парекс 4. В этом процессе сырье в смеси с водородосодержащим газом-разбавителем в соотношении 3001 нм 3 ВСГ/м 3 сырья подают на стадии адсорбции в адсорбер (фиг. 1), заполненный цеолитом 5 А, высота слоя которого составляет около 9 м. Выходящий из адсорбера продукт - денормализат в смеси с водородосодержащим газом и некоторым количеством десорбента - аммиака, направляют на охлаждение и разделение. Выделенный денормализат выводят с установки, а смесь водородосодержащего газа(ВСГ) и аммиака подают на отмывку последнего водой. Отмытый от аммиака водородосодержащий газ возвращают на разбавление сырья, выделенный из водоаммиачного раствора аммиак направляют в общий поток циркулирующего десорбента - газообразного аммиака. После окончания стадии адсорбции в адсорбер подают десорбент и проводят десорбцию в две ступени. На первой ступени (так называемая стадия продувки) десорбентом из слоя цеолита 5 А отдуваются оставшиеся в нем углеводороды сырья и водородосодержащий газ. Полученную при этом смесь подают на охлаждение и разделение. Жидкий продукт стадии продувки или сбрасывают в денормализат, или возвращают в сырье установки, а газовый поток направляют в систему циркуляции десорбента. 2 5267 1 Далее проводят вторую ступень десорбции (собственно стадия десорбции н-парафинов), продолжая подавать в адсорбер десорбент. При этом на выходе из адсорбера получают десорбат в смеси с десорбентом. Этот поток охлаждают, разделяют. Десорбат направляют для дополнительной очистки от ароматических углеводородов на блок олеумной очистки, а десорбент возвращают в процесс. Недостатком данного способа является его высокая энергоемкость, которая складывается из затрат на компремирование и нагрев больших количеств газа-разбавителя сырья(соотношение 3001 нм 3 ВСГ/м 3 сырья) и десорбента. Повышенные энергозатраты связаны с тем, что в процессе протекания стадий адсорбции и десорбции может происходить капиллярная конденсация сырья и дезактивация цеолита. Для предотвращения этого возникает необходимость большого разбавления сырья водородосодержащим газом. Задачей предлагаемого изобретения является сокращение расхода газа-разбавителя и десорбента, затрат на их компремирование и нагрев и, как следствие, снижение энергопотребления на установке адсорбционного выделения н-парафиновых углеводородов методом Парекс. Поставленная задача решается тем, что в способе выделения н-парафиновых углеводородов из газо-сырьевой смеси путем их адсорбции при прохождении исходного сырья через слой адсорбента, включающий цеолит, и последующей десорбции полярным десорбентом, в отличие от прототипа, цеолит послойно разбавляют фарфоровыми шарами, при этом степень разбавления уменьшается по ходу движения газо-сырьевого потока, и объемное соотношение цеолита и фарфоровых шаров в первом слое составляет 13, во втором слое - 12, в третьем слое - 11, в четвертом слое - 10 Использование предлагаемого адсорбента в способе выделения н-парафиновых углеводородов приводит к уменьшению перепада температур в слое цеолита, исключается проявление капиллярной конденсации при сокращении количества водородосодержащего газа. На фиг. 1 приведен эскиз адсорбера установки Парекс для выполнения известного способа (прототипа), на фиг. 2 приведен эскиз адсорбера установки Парекс для выполнения предлагаемого способа. Способ проверен путем эксперимента с использованием математической модели процесса Парекс, разработанной в Полоцком государственном университете, и поясняется следующими примерами. Пример 1 (по прототипу). Адсорбер для выполнения способа-прототипа (фиг. 1) представляет собой корпус 1,имеющий внутри корзины с фарфоровыми шарами 2, слой цеолита 3 и слой фарфоровых шаров 4. Сырье - фракция дизельного топлива в количестве 95000 кг/ч в смеси с водородосодержащим газом-разбавителем в соотношении 3001 нм 3 ВСГ/м 3 сырья подают на стадии адсорбции с температурой 660 К в адсорбер (фиг. 1), заполненный цеолитом, высота слоя которого составляет около 9 м, а количество 65 т. Выходящий из адсорбера продукт - денормализат в смеси с водородосодержащим газом и некоторым количеством десорбента аммиака, направляют на охлаждение и разделение. Выделенный денормализат выводят с установки, а смесь водородосодержащего газа и аммиака подают на отмывку последнего водой. Отмытый от аммиака водородосодержащий газ возвращают на разбавление сырья,выделенный из водоаммиачного раствора аммиак направляют в общий поток циркулирующего десорбента - газообразного аммиака. После окончания стадии адсорбции в адсорбер подают десорбент в количестве 26483 кг/ч с температурой 650 К и проводят десорбцию в две ступени. На первой ступени(так называемая стадия продувки) десорбентом из слоя цеолита 5 А отдуваются оставшиеся в нем углеводороды сырья и водородосодержащий газ. Полученную при этом смесь подают на охлаждение и разделение. Жидкий продукт стадии продувки или направляют в денормализат, или возвращают в сырье установки, а газовый поток подают в систему циркуляции десорбента. 3 5267 1 Далее проводят вторую ступень десорбции (собственно стадия десорбции н-парафинов), продолжая подавать в адсорбер десорбент (газообразный аммиак). При этом на выходе из адсорбера получают десорбат в смеси десорбентом. Этот поток охлаждают и разделяют. Десорбат направляют для дополнительной очистки от ароматических углеводородов на блок олеумной очистки, а десорбент возвращают в общий поток циркулирующего десорбента. Максимальный перепад температур в слое цеолита в течение цикла находится в пределах 60-70 К. Чистота получаемых жидких парафинов составляет не менее 99,0 мас. ,степень извлечения н-алканов из сырья - свыше 85 мас. , межрегенерационный период эксплуатации цеолита 1 год, потребляемая электроэнергия - 10500 кВт/ч. Пример 2 (выполнение способа по предлагаемому изобретению). Адсорбер для выполнения способа по изобретению (фиг. 2) представляет собой корпус 1, имеющий внутри корзины с фарфоровыми шарами 2, слой 3 цеолита, разбавленного фарфоровыми шарами в соотношении 13, высотой 3 м, слой 4 цеолита, разбавленного фарфоровыми шарами в соотношении 12, высотой 3 м, слой 5 цеолита, разбавленного фарфоровыми шарами в соотношении 11, высотой 2 м, слой 6 неразбавленного цеолита высотой 3 м и слой 7 фарфоровых шаров. Сырье - фракция дизельного топлива в количестве 95 т в смеси с водородосодержащим газом-разбавителем в соотношении 201 нм 3 ВСГ/м 3 сырья подают на стадии адсорбции с температурой 670 К в адсорбер, заполненный цеолитом с фарфоровыми шарами в соответствии с предложенным способом (фиг. 2), высота слоя которых составляет 11 м, а количество цеолита 46 т. После окончания стадии адсорбции в адсорбер подают десорбент в количестве 16930 кг/ч с температурой 658 К и проводят десорбцию в две ступени так же, как и в примере 1. Максимальный перепад температур в слое цеолита в течение цикла находится в пределах 20-25 К. Чистота получаемых жидких парафинов составляет не менее 99,0 мас. ,степень извлечения н-алканов из сырья - свыше 85 мас. , межрегенерационный период эксплуатации цеолита 1 год, потребляемая электроэнергия - 6300 кВт/ч. Таким образом, изобретение обеспечивает решение поставленной задачи - снижение энергозатрат на промышленной установке на 40 за счет сокращения количества водородосодержащего газа с 3001 до 201 нм 3 ВСГ/м 3 сырья и десорбента с 26483 до 16930 кг/ч. Сравнительные показатели способа выделения н-парафиновых углеводородов известным и предлагаемым техническими решениями Наименование Ед. изм. Прототип Парекс Изобретение Сырье дизтопливо дизтопливо Максимальный перепад температуры К 60-70 20-25 в слое цеолита Количество десорбента кг/ч 26483 16930 3 Количество газа-разбавителя 300 20 нм ВСГ м 3 сырья Источники информации 1. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М. Химия, 1984. - С. 592. 2. Азангер Ф. Введение в нефтехимию. - М. Гостоптехиздат, 1961. - С. 47. 3. Гросс Т.Н. Математическое моделирование промышленных процессов получения диенов С 4-С 5 дегидрированием на фосфатных катализаторах. Автореф. дис.канд. - М.,1988. 4. Борисова Л.В., Болотов Л.Г., Кондратьева Г.А. и др. Опыт пуска и эксплуатации адсорбционных комплексов производства жидких парафиновТем. обзор, сер. нефтехимия и сланцепереработка. - М. ЦНИИТЭнефтехим, 1984. - С. 70 (прототип). 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.