НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Общие сведения о процессе Isomar компаний UOP

Процесс Isomar компании UOP предназначен для достижения максимального отбора индивидуального изомера ксилола из смеси ароматических изомеров С₈. С большей частотой процесс применяется для выработки p-ксилола, но может быть исопльзован и для максимизации выхода орто- или метаксилола. Компаунд ароматических изомеров C₈ с примерно одинаковым распределением пара-, орто-, метаксилолов и этилбензола называется общим термином суммарные ксилолы. В случае выработки p-ксилола суммарные ксилолы направляются на установку UOP Parex, где реализован процесс избирательной экстракции p-ксилольного изомера с концентрацией 99,9% масс. и отбором 97% масс. за один проход. Рафинат процесса Parex, практически не содержащий p-ксилола, затем подается на установку Isomar:

На установке Isomar восстанавливается почти изначальное распределение гомологов ксилола, фактически синтезируя дополнительный p-ксилол из имеющихся в наличии изомеров орто- и мета- конфигурации. Чтобы выделить дополнительно синтезированный p-ксилол, продукт установки Isomar направляется обратно на установку Parex, организуя тем самым рециркуляцию орто- и метагомологов, а также этилбензола до их полного превращения.

Химия процесса

Основные разновидности катализаторов изомеризации ксилола - катализаторы деалкилирования и изомеризации этилбензола. Основная функция каждого из катализаторов - восстановление равновесной смеси гомологов ксилола, а их воздействие на этилбензол в сырье имеет различный характер:

• катализатор деалкилирования этилбензола трансформирует его в полезный попутный продукт - бензол;
• катализатор изомеризации производит синтез дополнительного количества ксилолов.

UOP предлагает потребителям катализаторы изомеризации этилбензола I-9, I-210, I-400 и катализаторами деалкилирования I-300, I-330, которые:

• являются катализаторами двойного действия с уравновешенным диспергированием цеолитовых (кислотных) и металлических участков поверхности;
• имеют кислотные участки, выполняющие идентичную функцию изомеризации ксилолов.

Катализаторы I-9 и I-210 производят изомеризацию бензола до ксилолов через промежуточный синтез нафтена:

Изомеризация этилбензола происходит в следующей последовательности:

• этилбензол на металлическом центре трансформируется в этилциклогексан;
• на кислотном центре происходит изомеризация этилциклогексана до диметилциклогексана;
• на металлическом центре — диметилциклогексан дегидрируется до ксилола.

Так как реакция изомеризации этилбензола лимитирована равновесием, трансформация этилбензола обычно не превыгает 30 - 35% масс. за один проход. В типовом комплексе по производству ароматики, на котором эксплуатируется катализатор I-9, нафтены подаются обратно на установку Isomar через ксилольную колонну и на установку Parex, чтобы ингибировать реакции синтеза на установке Isomar, увеличив тем самым отбор p-ксилола.

В 2003 г. UOP внедрила в промышленном масштабе катализатор изомеризации этилбензола I-400, обеспечивающий улучшенную трансформацию этилбензола и повышенный отбор ксилола по сравнению с катализаторами I-9 и I-110 при более длительном сроке полезной эксплуатации катализатора между регенерациями.

Действие катализаторов I-300 и I-330 базируется на реакции деалкилирования этилбензола, при которой кислотный центр катализатора стимулирует отщепление этильного радикала от ароматического кольца:

Данная реакция не имеет ограничений со стороны равновесных условий, и трансформация этилбензола достигает 70% масс. и более за один проход. Ввиду отсутствия в этой реакции стадии синтеза промежуточного нафтена, в организации циркуляции нафтенов C₈ по циклу Parex-Isomar необходимость отсутствует.

Все катализаторы изомеризации ксилолов имеют предрасположенность к формированию в реакторе некоторого объёма побочных продуктов. Преобладающая часть сырья, направляемого в цикл Parex-Isomar, является возвратным потоком с установки Isomar. Типичный цикл Parex-Isomar проектируется с пропорцией рецикл/свежее сырьё на уровне 2,5/3,5. Как следствие, повышается доля формирующихся в реакции изомеризации побочных продуктов, а значит незначительное сокращение формирования побочных продуктов в реакторе Isomar позволит значительно увеличить общий выход.

Катализаторы процесса Isomar

Конкретное значение ожидаемого уровня формирования в процессе Isomar побочных продуктов определяется типом катализатора и параметрами процесса, но обычно укладывается в интервал 1,0 - 4,0% масс. за один проход сырьевого потока:

• минимальное значение интервала характерно для катализаторов I-100, I-210 и I-300;
• максимальное значение указано для катализатора I-9.

Нецелевые продукты представлены в основном ароматическими соединения, поэтому общая доля ароматики превышает 99% масс.

Корректный выбор катализатора изомеризации должен основываться на экономическом анализе функционирования всего комплекса в целом и определяется:

• конфигурацией комплекса по получению ароматических углеводородов;
• составом сырья;
• необходимой номенклатурой продуктов.

Фракция C₈ риформата стандартных бензиновых фракций имеет в своём составе около 15 - 17% масс. этилбензола, а в риформате из бензина пиролиза может достигать 30% масс. Катализатор изомеризации этилбензола, выполняющий преобразование этилбензола в ксилолы и уменьшающий долю получаемого побочного бензола, до максимума увеличивает выход p-ксилола в комплексе, являясь востребованным, когда основная задача - максимизация производства p-ксилола при ограниченном объёме сырья.

Кроме того, благодаря трансформации большего объёма этилбензола за один проход через установку изомеризации и устранения потребности в промежуточном циркулировании нафтена в цикле Parex-Isomar катализатор деалкилирования этилбензола может быть использован, чтобы устранить узкие места в эксплуатируемых установках Parex или кристаллизаторах.

В проектах современных комплексов по производству ароматики использование катализатора деалкилирования этилбензола снижает габариты ксилольной колонны и установок Parex и Isomar, необходимые для выработки заданного количества p-ксилола. Но подобное уменьшение размеров сопровождается снижением отбора p-ксилола, потому что весь этилбензол в сырье трансформируется в бензол, а не в дополнительный p-ксилол. Меньший отбор последнего приводит к необходимости увеличения расхода сырья, из-за чего увеличиваются габариты установок CCR Platforming, Sulfolane и Tatoray на входе комплекса, а также большей части фракционирующих колонн.

Катализаторы деалкилирования этилбензола I-300 и I-33О характеризуются высокой активностью, благодаря которой они могут эксплуатироваться при высоких скоростях движения, что даёт возможность уменьшения объёма загружаемого катализатора для обеспечения неизменной скорости переработки. В сравнении с их предшественником I-100, требуемый объём загрузки катализатора сокращается практически в 2 раза. В отличие от ряда других катализаторов деалкилирования этилбензола, I-300 и I-33О не нуждаются в постоянном инжектировании аммиака для обеспечения требуемых активности и избирательности. С 1999 г. катализатор I-300 загружен в десятки установок и демонстрирует достаточно стабильную производительность при регламентной продолжительности рабочего цикла без регенерации от 4 до 5 лет. Кроме того, он характеризуется улучшенной селективностью к бензолу в широком диапазоне расходных характеристик.