Способ изомеризации углеводородов

Способ изомеризации углеводородов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к изомеризации углеводородов. Более конкретно изобретение относится к изомеризации легких парафинов с использованием твердого катализатора и отделению более разветвленных парафинов от менее разветвленных парафинов путем фракционирования.

Предшествующий уровень техники

Для современных бензиновых двигателей требуется высокооктановый бензин. Ранее традиционным методом улучшения октанового числа было использование присадок, содержащих свинец. Поскольку свинцовые присадки были сняты с производства по экологическим причинам, повышение октановых чисел осуществляли с помощью других ароматических углеводородов с низким давлением паров. Ущерб, наносимый окружающей среде, связанный с испарением углеводородов с низкой упругостью паров, а также опасность для здоровья, которую представляет бензол, содержащийся в моторных топливах, привели к дальнейшим ограничениям, касающимся высокооктановых компаундирующих компонентов. В связи с этим существует все возрастающая потребность в перестройке структуры C₅ и С₆ углеводородов в компаундированном бензине с целью достижения высоких октановых чисел. Каталитическая изомеризация является широко используемым способом для такой модернизации.

Традиционный компаундированный бензиновый пул обычно включает C₄ и более тяжелые углеводороды с температурами кипения менее 205°С (395°F) при атмосферном давлении. Такой углеводородный ряд включает С₄-С₆ парафины и, в особенности, C₅ и С₆ нормальные парафины, которые характеризуются относительно низкими октановыми числами. Углеводороды С₄-С₆ особенно чувствительны к повышению октанового числа в результате добавления свинцовых присадок и в прошлом их модернизировали именно таким методом. В связи с возможным снятием с производства свинцовых присадок повышение октанового числа достигается с использованием изомеризации, обеспечивающей перестройку структуры парафиновых углеводородов в парафины с разветвленными цепочками, или с помощью реформинга, используемого для превращения С₆ и более тяжелых углеводородов в ароматические соединения. Нормальные C₅ углеводороды трудно конвертируются в ароматику, в связи с чем по установившейся практике такие относительно легкие углеводороды изомеризуют в соответствующие изопарафины, имеющие разветвленную углеродную цепочку. Хотя С₆ и более тяжелые углеводороды могут быть превращены в ароматические углеводороды в результате гидроциклизации, конверсия С₆ в ароматические углеводороды приводит к образованию веществ с высокой плотностью и увеличивает выход газа, причем оба эффекта приводят к уменьшению выхода жидких продуктов. Кроме этого вопросы, связанные с угрозой для здоровья, касающиеся использования бензола, вероятно приведут к общему ограничению использования бензола, а также ароматических углеводородов, которые рассматриваются как предшественники выброса бензола из выхлопной трубы. Таким образом, предпочтительно изменять структуру С₆ парафинов, пропуская их через установку изомеризации с получением С₆ изопарафинов. Следовательно, повышение октановых чисел может предусматривать использование процесса изомеризации для превращения С₆ или более низкокипящих углеводородов.

Эффлюент из зоны реакции изомеризации будет содержать, по меньшей мере, смесь более разветвленных и менее разветвленных парафинов, водород и легкие фракции, содержащие от одного до четырех углеродных атомов. Обычно водород отделяют в блоке сепарации продукта и рециркулируют в реактор изомеризации. Как правило, легкие фракции удаляют из желаемых продуктов изомеризации в блоке-стабилизаторе. Для дополнительного повышения октанового числа продуктов из зоны изомеризации нормальные парафины и иногда менее разветвленные изопарафины возвращают в зону изомеризации совместно с потоком исходных веществ с целью увеличения соотношения между менее разветвленными парафинами и более разветвленными парафинами, входящими в зону изомеризации. Известно множество способов обработки эффлюента из зоны изомеризации с целью регенерации нормальных парафинов и монометилизопарафинов для рециркуляции менее разветвленных парафинов в зону изомеризации.

Изомеры с относительно высоким октановым числом обычно отделяют от нормальных парафинов и монометилразветвленных парафинов с более низким октановым числом, используя для этого зону дистилляции, адсорбционного разделения или некоторые их комбинации. Общие решения, касающиеся разделения и рециркуляции C₅ и С₆ углеводородов в секции изомеризации, представлены и описаны в отрывке от страницы 5-49 до страницы 5-51 руководства The Handbook of Petroleum Refining Processes, изд. Robert A. Meyers, опубликованного McGraw-Hill Book Company (1986). Дистилляция является главным методом разделения желаемых высокооктановых изомеров и низкооктановых изомеров, причем низкооктановые изомеры могут возвращаться в зону изомеризации.

Другим способом разделения высокооктановых изомеров и низкооктановых изомеров является адсорбционное разделение в жидкой фазе. В таком способе поток из зоны изомеризации контактирует с твердым адсорбентом, обладающим селективностью по нормальным парафинам с целью осуществления селективной адсорбции нормальных парафинов, что позволяет выделять изопарафины в качестве высокооктанового продукта. Контактирование адсорбента, содержащего нормальные парафины, с десорбентом на стадии десорбции обеспечивает удаление нормальных парафинов из адсорбента с целью их рециркуляции в зону изомеризации. Оба потока, содержащие изо- и нормальные парафины, подвергают сепарации с целью выделения десорбента перед тем, как изопарафины выделяются в качестве продукта, а нормальные парафины возвращаются в зону изомеризации. Жидкофазную адсорбцию проводят в традиционных устройствах с движущимся слоем, описанных в US 2966528. Использование систем, имитирующих движущийся слой, для селективной адсорбции нормальных парафинов также известно и описано в US 3755144. Преимущество систем, имитирующих движущийся слой, заключается в улучшенном выделении и высокой чистоте адсорбированных и неадсорбированных компонентов эффлюента из зоны изомеризации для данного типа адсорбирующего материала.

Хорошо известны адсорбционные процессы с использованием парофазной адсорбции для разделения нормальных и разветвленных парафинов. Примеры таких процессов описаны в US 4709116 и US 4709117. В цитированных документах описывается использование множества сосудов с адсорбентом и стадий адсорбции и десорбции нормальных парафинов из эффлюента из зоны изомеризации. Кроме этого указывается, что одна или несколько стадий продувки или очистки свободного порового объема также способствует выделению углеводородных продуктов.

Последние достижения в области адсорбционного разделения включают адсорбенты и технологические схемы, предназначенные для разделения монометилпарафинов и диметилразветвленных парафинов. В US 4717784 и US 4804802 описываются способы изомеризации углеводородного сырья и использование комбинированных стадий адсорбционного разделения с целью образования рециркулирующих потоков нормальных и монометилразветвленных парафинов. В таких системах эффлюент из зоны изомеризации поступает в зону разделения на молекулярных ситах, которая содержит сито типа 5А и фериеритное молекулярное сито, которые адсорбируют нормальные и монометилразветвленные парафины соответственно. В US 4804802 описывается использование пара или водорода в качестве десорбента для десорбции нормальных и монометилразветвленных парафинов из секции адсорбции и отмечается, что пар или водород могут рециркулироваться совместно с нормальными и монометилразветвленными парафинами в зону изомеризации.

Другой способ выделения высокооктановых изомеров из низкооктановых изомеров и нормальных парафинов предусматривает проведение адсорбционной сепарации с последующей дистилляцией. В US 3755144 описывается способ изомеризации пентан/гексанового сырья и выделения нормальных парафинов из потока, выходящего из зоны изомеризации. Эффлюент из зоны изомеризации разделяют с использованием зоны сепарации на молекулярных ситах, которая включает средства для регенерации десорбента из потока, содержащего нормальные парафины, рециркулирующего в зону изомеризации. Поток экстракта, содержащий изопарафины, направляется в колонну-деизогексанизатор (deisohexanizer), в которой осуществляется выделение изопентана и диметилбутана в качестве потока сырья и образуется рециркулирующий поток изогексана, который возвращают в зону изомеризации.

Изобретение предусматривает способ изомеризации, в котором не применяется традиционная установка. Так, согласно изобретению устраняется необходимость в использовании колонны-стабилизатора для отделения легких фракций от желаемых продуктов изомеризации. Колонны-стабилизаторы традиционно используются в процессах изомеризации, см. патенты US 5146037, US 4831209, US 5705730 и US 5326926. Согласно изобретению эффлюент из реактора изомеризации направляют в сепаратор продукта с целью удаления и рециркуляции водорода, после чего направляют в зону разделения, включающую деизогексанизатор и в десорбер изомерата, в котором осуществляется выделение легких фракций, а также отделение высокооктанового продукта или бензиновой смеси от низкооктанового продукта с целью рециркуляции в зону изомеризации. Согласно изобретению устраняется необходимость в использовании дорогостоящей колонны-стабилизатора, причем функция стабилизатора осуществляется зоной изомеризации. Изобретение предусматривает способ изомеризации, характеризующийся пониженными капитальными затратами и пониженной стоимостью энергоснабжения за счет исключения колонны-стабилизатора.

Раскрытие сущности изобретения

Изобретение представляет собой способ изомеризации потока сырья, содержащего С₅-С₆ углеводороды, причем такой способ предусматривает загрузку водорода и сырья, содержащего, по меньшей мере, нормальные C₅-C₆ углеводороды в зону изомеризации и контактирование водорода и сырья с катализатором изомеризации в условиях изомеризации с целью повышения степени разветвленности углеводородов и образования эффлюента изомеризации, содержащего, по меньшей мере, нормальный пентан, нормальный гексан, метилбутан, диметилбутан и метилпентан. В качестве катализаторов изомеризации могут использоваться цеолиты или хлорированный алюмоплатиновый катализатор. Поток из зоны изомеризации подается в сепаратор продуктов с целью отделения потока, обогащенного водородом, от потока продуктов изомеризации. Поток изомеризованного продукта направляют в деизогексанизатор с целью разделения на поток бутана и легких фракций, поток изомеризата, содержащий высокооктановые изомеры, рециркулирующий поток, содержащий низкооктановые изомеры и поток тяжелых углеводородов, содержащий циклогексан и углеводороды, включающие семь или более углеродных атомов. Поток изомеризата направляется в колонну-десорбер с целью удаления бутана и легких фракций.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 изображает схему процесса согласно изобретению, в которой используется цеолитный катализатор изомеризации и деизогексанизатор-сепарационная зона. Поток, входящий в десорбер изомеризата, выводится в виде побочной фракции из колонны-деизогексанизатора, причем также показана необязательная камера охлаждения, расположенная на конденсаторе головного погона.

Фигура 2 изображает схему процесса изобретения, применяемую при использовании цеолитного катализатора изомеризации, которая включает деизогексанизатор-сепарационную зону. Поток, входящий в десорбер изомеризата, представляет собой часть рециркулирующего потока из верхнего конденсатора, поступающего в деизогексанизатор.

Фигура 3 схематически изображает часть одного из технических решений деизогексанизатор-сепарационной зоны.

Фигура 4 изображает схему процесса изобретения, применяемую при использовании хлорированного алюмоплатинового катализатора изомеризации, причем приведенная схема предусматривает использовании деизогексанизатор-сепарационной зоны.

Подробное раскрытие сущности изобретения

Авторы изобретения обнаружили, что изомеризация сырья, содержащего C₅ и С₆ углеводороды может быть успешно реализована с помощью более дешевой технологической схемы, чем та, что используется в промышленности в настоящее время. Если говорить более конкретно, то в процессе изомеризации с использованием твердого катализатора может не использоваться традиционная колонна-стабилизатор, и отделение легких фракций от изомеризованных продуктов, обычно осуществляемое в колонне-стабилизаторе, может проводиться в деизогексанизатор-сепарационной зоне. Если это необходимо, то низкооктановые метилпентаны и нормальный гексан могут рециркулироваться в зону изомеризации с целью повышения октанового числа. В общем случае, сырье, содержащее С₅-С₆ углеводороды, приводится в контакт с катализатором изомеризации в зоне изомеризации в условиях изомеризации, в результате чего увеличивается степень разветвления углеводородов и образуется эффлюент из зоны изомеризации, содержащий, по меньшей мере, водород, нормальный пентан, нормальный гексан, метилбутан, диметилбутан и метилпентан, а также легкие фракции. Эффлюент из зоны изомеризации вначале поступает в сепаратор продукта с целью вывода и необязательно рецикла водорода. Донные фракции, образовавшиеся в сепараторе продукта, содержащие продукты изомеризации и легкие фракции, направляются в зону разделения. В этой зоне происходит разделение потока на легкие фракции, рециркулирующий поток, С₇ ⁺ поток и поток продуктов изомеризации.

Сырье, которое может использоваться согласно изобретению, включает углеводородные фракции, обогащенные С₄-С₆ нормальными парафинами. Термин «обогащенный» обозначает поток, содержащий более 50% упомянутых компонентов. Один из видов такого сырья представляет собой потоки практически чистых нормальных парафинов, содержащих 4-6 углеродных атомов или смесь таких практически чистых нормальных парафинов. Другие виды пригодного сырья включают легкий газовый бензин, легкую нефть прямой гонки, конденсатный газойль, легкие рафинаты, легкий реформат, легкие углеводороды, сжиженные бутаны, а также прямогонные дистилляты с конечной точкой кипения 77°С (170°F), содержащие значительные количества С₄-С₆ парафинов. Сырьевой поток также может содержать низкие концентрации ненасыщенных углеводородов, а также углеводороды, содержащие более 6 углеродных атомов.

Водород смешивают с сырьем в количестве, обеспечивающем соотношение между водородом и углеводородом равное или меньшее 0,05 в эффлюенте из зоны изомеризации при работе без рецикла водорода. Установлено, что соотношение в эффлюенте между водородом и углеводородом порядка 0,05 или менее обеспечивает достаточный избыток водорода для проведения процесса. Хотя в ходе реакции изомеризации не происходит потребления чистого водорода, в зоне изомеризации реализуется потребление чистого водорода, на которое часто ссылаются как на потребность в стехиометрическом водороде, связанную с протеканием побочных реакций. Такие побочные реакции включают крекинг и диспропорционирование. Другие реакции, в которых также потребляется водород, включают насыщение олефинов и ароматических углеводородов. В случае сырья с низким содержанием ненасыщенных углеводородов потребность в стехиометрическом водороде удовлетворяется при молярном соотношении между водородом и углеводородами в отходящем потоке в интервале 0,01-10,0. Избыток водорода относительного стехиометрического количества для побочных реакций поддерживается в зоне реакции для обеспечения хорошей стабильности и конверсии в результате компенсации изменений в составе сырья, которые меняют потребность в стехиометрическом водороде.

Если соотношение между водородом и углеводородом превышает 0,10, это экономически нежелательно для реализации процесса изомеризации без рецикла водорода в зону изомеризации. При повышении количества водорода, выходящего из секции регенерации продукта, дополнительные количества C₄ и других углеводородных продуктов захватываются потоком топливного газа, выходящего из секции регенерации продукта. Стоимость потерянного продукта или дополнительные затраты на регенерационные средства для предотвращения потери продукта не оправдывают реализацию процесса без рецикла при соотношениях между водородом и углеводородом выше 0,10. Однако, при использовании режима с рециклом водорода, водород смешивают с сырьем в количестве, обеспечивающем соотношение между водородом и углеводородом в интервале 0,01-10,0 в потоке, выходящем из зоны изомеризации.

Водород может вводиться в сырьевую смесь любым способом, обеспечивающим необходимый контроль в случае добавления малых количеств водорода. Дозирующие и контролирующие устройства для таких целей хорошо известны специалисту в данной области техники. Согласно современной практике регулирующий клапан используют для дозированного добавления водорода в сырьевую смесь. Концентрация водорода в отходящем потоке или в одной из его фракций контролируется с помощью водородного контроллера, и установки для работы контрольного клапана соответствуют желаемой концентрации водорода. Концентрация водорода в эффлюенте рассчитывается на основе общих расходов эффлюента.

Эффлюент или экстракт из секции адсорбции приводится в контакт в зоне изомеризации с катализатором изомеризации. Каталитические композиции, которые могут использоваться в зоне изомеризации, включают традиционные катализаторы изомеризации, представляющие хлорированный алюмоплатиновый катализатор, кристаллические алюмосиликаты или цеолиты, а также другие твердые высококислотные катализаторы, такие как сульфатированный оксид циркония и модифицированный сульфатированный оксид циркония. Подходящие каталитические композиции такого типа характеризуются селективностью и значительной изомеризующей активностью в условиях проведения процесса.

Один из классов таких катализаторов включает кристаллические алюмосиликатные или кристаллические цеолитные катализаторы, которые представляют собой кристаллические цеолитные молекулярные сита с достаточно большим кажущимся диаметром пор, позволяющим адсорбировать неопентан. Желательно, чтобы молярное соотношение между оксидами кремния и алюминия, SiO₂:AI₂O₃, было больше 3, менее 60 и предпочтительно имело значение в интервале 15-30. Одна из форм такого цеолита содержит эквивалентное процентное количество катионов щелочного металла и содержит AIO₄ тетраэдр, который не связан с катионами щелочного металла, или не связан с катионами любого металла, либо связан с катионами двухвалентного или поливалентного металла. Как правило, молекулярное сито представляет собой морденитное молекулярное сито, обычно в кислотной форме или цеолит, который может быть переведен в кислотную форму. Катализаторы изомеризации такого типа подробно описаны в US 3442794 и US 3836597.

Цеолитный катализатор, используемый в изобретении, содержит благородный металл VIII группы, водородную форму кристаллического алюмосиликата и тугоплавкий неорганический оксид, причем каталитическая композиция имеет площадь поверхности, по меньшей мере, 580 м²/г. Значительные улучшения характеристик процесса изомеризации реализуются в том случае, когда площадь поверхности каталитической композиции составляет 580 м²/г или выше. Металл VIII группы вводится в каталитическую композицию для обеспечения гидрирующей/дегидрирующей функции, и предпочтительным металлом VIII группы является платина. Благородный металл VIII группы присутствует в количестве 0,01-5 мас.% от массы композиции, предпочтительно в количестве, по меньшей мере, 0,15 мас.%, но не выше 0,35 мас.%. Цеолитная каталитическая композиция также может содержать каталитически эффективное количество промотора, такого как олово, свинец, германий, кобальт, никель, железо, вольфрам, хром, молибден, висмут, индий, галлий, кадмий, цинк, уран, медь, серебро, золото, тантал, или одного или нескольких редкоземельных металлов и их смесей. Алюмосиликат в водородной форме может характеризоваться трехмерной или канальной пористой структурой элементарной ячейки. Трехмерные алюмосиликаты включают как синтетические, так и природные алюмосиликаты, такие как фожазиты Х-типа, Y-типа, ультрастабильный Y и т.п. L-тип, омега-тип и морденит могут служить примерами кристаллических алюмосиликатов с канальной пористой структурой. Одним из представителей этой группы является морденит, как природного, так и синтетического происхождения, в особенности с соотношением оксида кремния к оксиду алюминия, по меньшей мере, 16:1. Водородная форма алюмосиликата может присутствовать в количестве 50-95 мас.%, 75-95 мас.%, а неорганический тугоплавкий оксид может присутствовать в количестве 25-50 мас.%.

Другим подходящим катализатором изомеризации является твердый высококислотный катализатор, включающий сульфатированный носитель оксида или гидроксида металла IVB группы (IUPAC 4), предпочтительно оксида или гидроксида циркония, причем, по меньшей мере, первый компонент, представляющий собой лантаноид или иттрий, и, по меньшей мере, второй компонент, представляющий собой металл группы платины. Катализатор необязательно содержит неорганический оксидный связующий компонент, предпочтительно оксид алюминия. Катализатор такого типа подробно описан в US 6706659, и на содержание этого патента ссылаются в настоящем описании.

Носитель сильнокислотного катализатора может представлять собой оксид или гидроксид металла IVB группы (IUPAC 4). Согласно одному из вариантов элемент группы IVB группы представляет собой цирконий или титан. Сульфатная группа является компонентом материала носителя. Компонент лантаноидной серии вводится в композицию любым подходящим способом. Компонент лантаноидной серии может быть выбран из группы, состоящей из лантана, церия, празеодимия, неодима, прометия, самария, европия, гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия, эрбия, тулия, иттербия и лютеция. Подходящее количество компонента лантаноидной серии составляет 0,01-10 мас.%, в расчете на элемент, от количества катализатора. Компонент, представляющий собой металл платиновой группы, добавляют в каталитическую композицию любым известным способом, являющимся эффективным для катализатора изобретения, например пропиткой. Металл платиновой группы может быть выбран из группы, состоящей из платины, палладия, рутения, родия, иридия или осмия. Компонент, представляющий собой металл группы платины, может использоваться в количестве 0,01-2 мас.% в расчете на элемент.

Катализатор может быть необязательно связан с тугоплавким неорганическим оксидом. Количество связующего вещества, в том случае когда оно используется, обычно составляет 0,1-50 мас.%, предпочтительно 5-20 мас.% от количества готового катализатора. Носитель, сульфат, металлические компоненты и необязательный связующий материал могут смешиваться в любом порядке, являющимся эффективным для получения катализатора, используемого для изомеризации углеводородов. Примерами подходящих атомных соотношений между лантаноидом или иттрием и металлом группы платины для указанного катализатора могут служить соотношения 1:1, 2:1 или более; а также 5:1 или более. Катализатор может необязательно содержать третий компонент, представляющий железо, кобальт, никель, рений или их смеси. Так, например, железо может присутствовать в катализаторе в количествах 0,1-5 мас.% в расчете на элемент. Получение катализатора описано в патенте US 6706659 В1, на полное содержание которого ссылаются в настоящем документе без его воспроизведения. Согласно одному из вариантов изобретения твердый сильнокислотный катализатор изомеризации представляет собой сульфатированный оксид циркония или модифицированный сульфатированный оксид циркония.

Другая группа катализаторов изомеризации согласно изобретению представляет собой хлорированные алюмоплатиновые катализаторы. Алюминий предпочтительно присутствует в виде безводного гамма-оксида алюминия высокой чистоты. Такой катализатор может также содержать другие металлы группы платины. Термин «металлы группы платины» относится к благородным металлам, исключая серебро и золото, которые выбирают из группы, состоящей из платины, палладия, германия, рутения, родия, осмия и иридия. Указанные металлы обладают различной активностью и селективностью, причем, как установлено, платина наиболее пригодна для рассматриваемого процесса. Катализатор может содержать 0,1-0,25 мас.% платины. Другие металлы платиновой группы могут присутствовать в концентрации 0,1-0,25 мас.%. Платиновый компонент может существовать в конечной каталитической композиции в виде оксида или галогенида, а также в виде элементного металла. Установлено, что для проведения рассматриваемого процесса наиболее благоприятно наличие платинового компонента в восстановленном состоянии. Хлоридный компонент, который в данной области техники называют «комбинированным хлоридом», присутствует в количестве 2-10 мас.% в расчете на сухой материал носителя. Как было установлено, для проведения процесса особенно благоприятно использование хлорида в количестве более 5 мас.%. Неорганический оксид предпочтительно включает оксид алюминия и более предпочтительно - оксид гамма-алюминия, оксид эта-алюминия и их смеси.

Существует множество способов приготовления каталитических композиций и введения в них платинового металла и хлорида. Согласно способу, обеспечивающему наилучшие результаты при реализации способа изобретения, катализатор получают пропиткой материала носителя в результате контакта с водным раствором водно-растворимого разлагаемого производного металла группы платины. Для получения наилучших результатов пропитку проводят путем погружения материала носителя в раствор хлорплатиновой кислоты. Для этой цели также можно использовать растворы хлорплатината аммония, бромплатиновой кислоты или дихлорид платины. Использование производных хлорида платины имеет две функции: введение в катализатор платинового компонента и, по меньшей мере, небольшого количества хлорида. Дополнительные количества галогена могут вводиться в катализатор путем добавления или формирования хлористого алюминия на алюмоплатиновой каталитической основе. Другой способ повышения концентрации галогена в каталитическом композите заключается в использовании алюминиевого гидрозоля с образованием алюминиевого носителя, в результате чего носитель также содержит, по меньшей мере, часть хлорида. Кроме этого галоген может вводиться в носитель в результате контакта прокаленного носителя с водным раствором галоидной кислоты, такой как хлористый водород.

Хорошо известно, что высокохлорированные алюмоплатиновые катализаторы такого типа обладают высокой чувствительностью к серо- и кислородсодержащим соединениям. Поэтому при использовании таких катализаторов необходимо, чтобы сырье практически не содержало указанных соединений. Обычно требуется, чтобы концентрация серы не превышала 0,5 ч/млн. Присутствие серы в сырье приводит к временной дезактивации катализатора в результате отравления платины. Активность катализатора может быть восстановлена в результате удаления серы под воздействием потока горячего водорода или в результате понижения концентрации серы во входящем сырье до значения менее 0,5 ч/млн, в результате чего углеводород будет десорбировать серу, адсорбированную катализатором. Вода постоянно дезактивирует катализатор в результате смывания высокоактивного хлорида с поверхности катализатора и его замены неактивным гидроксидом алюминия. В этой связи вода, а также оксигенаты, особенно C₁-C₅ оксигенаты, способные разлагаться с образованием воды, должны присутствовать в очень низкой концентрации. В общем случае количество оксигенатов в сырье не должно превышать 0,1 ч/млн. Сырье может быть подвергнуто любой известной обработке, обеспечивающей удаление воды и соединений серы. Сера может удаляться из сырья путем гидроочистки. Для удаления воды из сырья могут использоваться разнообразные промышленные сушильные устройства. Специалисту в данной области также хорошо известные адсорбционные способы удаления серы и воды из углеводородных потоков.

Режимные параметры в зоне изомеризации выбираются таким образом, чтобы максимизировать продукцию изоалканов из сырьевых компонентов. Обычно температура в реакционной зоне имеют значение в интервале 40-235°С (100-455°F). Более низкие температуры обычно благоприятствуют образованию равновесных смесей изоалканов и нормальных алканов. Пониженные температуры особенно полезны при переработке сырья, состоящего из C₅ и С₆ алканов, поскольку пониженные температуры способствуют образованию равновесных смесей с наивысшей концентрацией наиболее разветвленных изоалканов. В том случае, когда сырье состоит преимущественно из C₅ и С₆ алканов подходящая температура имеет значение в интервале 60-160°С. В том случае, когда сырьевая смесь содержит значительное количество С₄-С₆ алканов, наиболее подходящая температура имеет значение в интервале 145-225°С. Давление в реакционной зоне может изменяться в широких пределах. При изомеризации С₄-С₆ парафинов может использоваться давление в интервале 700-7000 кПа абс. Согласно другим вариантам осуществления изобретения может использоваться давление в интервале 20-30 бар. Скорость потока, поступающего в реакционную зону, также может изменяться в широких пределах. Такие условия предусматривают использование среднечасовой скорости подачи жидкости в интервале 0,5-12 ч^-1, однако в некоторых случаях значения объемных скоростей составляют 1-6 ч^-1.

Поток, выходящий из зоны изомеризации, подвергают обработке с целью отделения желаемых изомеризованных продуктов от водорода, легких фракций, низкооктановых продуктов изомеризации, а также циклогексана и тяжелых углеводородов, содержащих 7 или более углеродных атомов. Технологическая схема не требует использования колонны-стабилизатора для отделения легких фракций от продуктов изомеризации. Специфика различных технических решений изобретения обсуждается ниже со ссылкой на фигуры.

Один из вариантов осуществления изобретения описывается со ссылкой на Фигуру 1. Ссылка на конкретную компоновку согласно изобретению не подразумевает ограничений описанными деталями. Более того Фигура 1 представляет собой схематическую иллюстрацию, и в ней не показаны некоторые элементы, используемые в процессе, такие как насосы, компрессоры, клапаны и рециркуляционные линии, которые хорошо известны специалисту в данной области.

Фигура 1 изображает три основных технологических зоны, зону изомеризации, зону сепарации продукта и зону фракционного разделения. Свежее сырье описанного выше типа вводится по линии 10 в зону изомеризации 14, содержащую цеолитный катализатор изомеризации. Зона изомеризации работает в ранее указанных условиях. Водород, подаваемый по линии 12, смешивается с сырьем, подаваемым в зону изомеризации, в количестве, обеспечивающем молярное соотношение между водородом и углеводородом в интервале 0,01-10,0 в эффлюенте из зоны изомеризации. При необходимости по линии 11 может подаваться дополнительный газ.

Зона изомеризации 14 показана, как однореакторная система. Изобретение не ограничивается зоной изомеризации конкретного типа. Может использоваться зона изомеризации любого типа, принимающая поток С₅-С₆ углеводородов с нормальной углеродной цепью или смесь углеводородов с нормальной и разветвленной цепочкой, обеспечивающая превращение прямоцепных углеводородов из сырьевой смеси в разветвленные углеводороды и разветвленных углеводородов в углеводороды с более высокой степенью разветвления, в результате чего образуется эффлюент, содержащий разветвленные и нормальные углеводороды. Альтернативный вариант осуществления изобретения предусматривает двухреакторную систему, согласно которому реакционная зона включает реакторы первой и второй стадий. При использовании системы из двух реакторов используемый катализатор распределяют между реакторами любым рациональным образом. Проведение реакции в двух реакторах не является обязательным, однако использование двух реакторов обеспечивает некоторые преимущества процесса. Использование двух реакторов и специальных клапанов обеспечивает частичную замену каталитической системы без отключения установки изомеризации. В течение короткого времени, когда может оказаться необходимой замена катализатора, весь поток реагентов может перерабатываться лишь в одном реакционном сосуде, при этом в другом сосуде производится замена катализатора. Использование двух реакционных зон также способствует поддержанию пониженных температур катализатора. Это происходит при протекании в первом реакторе любой экзотермической реакции, такой как гидрирование ненасыщенных соединений, причем оставшаяся часть реакции реализуется в конечном реакторе при более благоприятных температурных условиях. Так, например, относительно холодные смеси водорода и углеводородного сырья пропускаются через холодный теплообменник, который нагревает входящее сырье относительно эффлюента из конечного реактора. Поток из холодного теплообменника поступает в горячий теплообменник, где материал нагревается в сравнении с температурой эффлюента, выходящего из первого реактора. Частично нагретый материал из горячего теплообменника проходит через входной теплообменник, обеспечивающий дополнительное количество тепла для потока, и поступает в первый реактор. Эффлюент из первого реактора подается во второй реактор после прохождения через теплообменник с целью межстадийного охлаждения. Эффлюент из зоны изомеризации поступает из второго реактора, проходит через холодный теплообменник, как описано выше, и подается в сепарационные устройства.

Эффлюент из зоны изомеризации 16 поступает в сепаратор продуктов 18, в котором происходит разделение эффлюента из реакционной зоны на поток продукта 22, содержащий С₄ и более тяжелые углеводороды и верхний газовый поток 12, состоящий из водорода и более легких углеводородов, включающий С₃ и легкокипящие соединения. Эффлюент в линии 16 может вступать в теплообмен с сырьевым потоком 10 до поступления в сепаратор продуктов 18. Условия работы сепаратора продуктов предусматривают использование давления в интервале 689-4137 кПа абс. (100-600 фунт/дюйм²). В специальных вариантах осуществления изобретения используются давления в интервале 1379-3447 кПа абс. (200-500 фунт/дюйм²). Конструкции ректификационных колонн и сепарационных сосудов, подходящие для использования в качестве сепараторов продукта, хорошо известны специалисту в данной области техники. Сепаратор продукта может необязательно включать контур предварительного нагрева, из которого отводится поток продуктов С₄ ⁺ (не показан). Обогащенный водородом газовый поток поступает по линии 12 из сепаратора продуктов и подвергается рециркуляции с использованием рециркулирующего компрессора 20 для объединения с сырьем в линии 10. При необходимости, по линии 11 может вводиться дополнительное количество водорода. Как изображено на Фигуре 1, поток продукта 22 может обмениваться теплом с другими потоками перед поступлением в колонну-деизогексанизатор в зоне сепарации.

По традиции стабилизатор используется для удаления легких газов и бутана из потока продукта. Однако согласно изобретению поток продукта 22 направляется в колонну-деизогексанизатор 24. Обычно колонна-деизогексанизатор работает под давлением 138-1379 кПа абс. (20-200 фунт/дюйм²), предпочтительно 345-689 кПа абс. (50-100 фунт/дюйм²). Колонна-деизогексанизатор 24 выполняет многочисленные функции. Она обеспечивает верхни