close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Струйный турбулентный контактор нового типа для сернокислотного алкилирования изобутана олефинами.

код для вставкиСкачать
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ Том 6 № 2 2016
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ / CHEMICAL TECHNOLOGY
Оригинальная статья / Original article
УДК 665.652.4.095
DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-2-71-75
СТРУЙНЫЙ ТУРБУЛЕНТНЫЙ КОНТАКТОР НОВОГО ТИПА
ДЛЯ СЕРНОКИСЛОТНОГО АЛКИЛИРОВАНИЯ ИЗОБУТАНА ОЛЕФИНАМИ
© М.А. Цадкин, А.Д. Бадикова
Башкирский государственный университет
Проведены испытания опытно-промышленного аппарата-контактора нового поколения, включенного в схему действующего промышленного производства на технологической установке сернокислотного алкилирования изобутана олефинами. Испытания показали, что применение нового
аппарата наряду с подготовкой эмульсии серной кислоты – изобутана – позволило получить алкилбензин регламентного качества. Существенными преимуществами нового аппарата перед
действующим промышленным контактором являются простота конструкции, значительное снижение металлоемкости, отказ от механического перемешивания.
Ключевые слова: алкилат, сернокислотное алкилирование, вертикальный струйный контактор.
Формат цитирования: Цадкин М.А., Бадикова А.Д. Струйный турбулентный контактор нового типа для
сернокислотного алкилирования изобутана олефинами // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. Т. 6, N 2. С. 71–75. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-2-71-75
JET TURBINE CONTACTOR OF THE NEW TYPE FOR THE SULPHURIC ACID
ALKYLATION BY OLEFINS
M.A. Tsadkin, A.D. Badikova
Bashkir State University
Successful tests of experimental industrial apparatus – a contactor of the modern generation included into
the scheme of working industrial manufacture in the technological plant of sulphuric acid isobutene alkylation
by olefins have been carried out. The tests have shown that the use of a new apparatus alongside with sulphuric acid emulsion-isobutene preparation allowed to get the alkylated benzine of regulatory quality. A substantial advantage of the new apparatus over the industrial contactor in operation is the structural simplicity,
an essential decrease of specific amount of metal, a refusal from mechanical mixing.
Key words: alkylate; sulphuric acid alkylation; vertical jet contactor
For citation: Tsadkin M.A., Badikova A.D. Jet turbine contactor of the new type for the sulphuric acid аlkylation by
olefins. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016, vol. 6, no 2, pp. 71-75. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-2-71-75 (in Russian)
ВВЕДЕНИЕ
Высокооктановый алкилбензин, получаемый в процессе сернокислотного алкилирования (СКА) изобутана олефинами, отвечает самым современным требованиям по повышению экологической безопасности применения
моторных топлив. Технологические же аспекты
процесса нуждаются в дальнейшей модернизационной доработке: актуальным направлением развития технологии СКА, безусловно,
является модернизация реакторного оборудования.
Замена объемных контакторов процесса
на малогабаритные аппараты струйного смешения способна упростить схему реакторного
блока технологических установок за счет отказа от энергоемкого перемешивания, а также от
аммиачного охлаждения реакторов; малые габариты оборудования существенно снижают
материалоемкость, повышают надежность аппаратурного оформления процесса.
В настоящей работе рассмотрены результаты испытаний нового турбулентного аппарата-контактора в промышленных условиях.
Важнейшими процессами в нефтепереработке и нефтехимии являются процессы полу-
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
71
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ Том 6 № 2 2016
чения высокооктановых компонентов авиационных и автомобильных бензинов, в частности,
процесс получения алкилбензина сернокислотным алкилированием изопарафинов олефинами. Техническому совершенствованию этого
процесса в мировой практике неизменно уделяется большое внимание. В модернизации классического
сернокислотного
алкилирования
можно выделить следующие направления: повышение эффективности смешения реагентов
для образования необходимой эмульсии углеводородов в серной кислоте; уменьшение энергозатрат на перемешивание; регулирование и
стабилизация теплового режима экзотермического процесса; упрощение конструкции реакторов-контакторов [1, 5, 7].
Всем этим актуальным направлениям отвечает трубчатый струйный турбулентный контактор. Смешение реагентов с образованием
эмульсин осуществляется в нем за счет кинетической энергии турбулентного течения высокоскоростных потоков реагентов [7] без применения механических перемешивающих устройств,
характерных для применяемых в настоящее
время объемных контакторов. Внутреннее устройство аппарата обеспечивает по всей длине
аппарата авторегенерацию турбулентных вихрей, поддерживающих состояние однородной
эмульсии и хороший контакт реагентов на протяжении всего процесса.
Отвод тепла экзотермического процесса
алкилирования (250 ккал/кг алкилата) осуществляется одним из самых совершенных способов – внутренним охлаждением за счет испарения части содержащегося в реакционной смеси
изобутана. Температура в аппарате определяется давлением в реакторе. При этом нет необходимости в использовании иного хладоагента
(аммиак, пропан, бутан) с циркуляцией его через теплообменники, расположенные внутри
реактора [5, 7].
Отсутствие трубных пучков охлаждения и
механических перемешивающих устройств значительно упрощает конструкцию контактора и повышает надежность его работы [2–4, 9, 11, 12, 15].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Опытно-промышленная установка с новым
струйным контактором испытана в составе
технологической схемы промышленной уста-
новки сернокислотного алкилирования ОАО
«Ново-Уфимский нефтеперерабатывающий завод» с использованием регламентного сырья и
реагентов, характеристики которых приведены
в табл. 1 [3, 4, 9, 15].
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Конструкция установки обеспечивает возможность осуществления технологических вариантов процесса. В частности, проведены испытания различных способов ввода реагентов: одновременное смешение в контакторе серной кислоты, изобутановой и бутан-бутиленовой фракций (ББФ); предварительное приготовление
эмульсии серной кислоты и изобутановой фракции и их смешение в контакторе с ББФ [12].
Задаваемые технологические параметры
в испытаниях варьировались в достаточно широких пределах. Так, объемное соотношение
было следующим:
– изобутан : олефины составляло (3–47) : 1;
– объемное соотношение серная кислота :
углеводороды – (0,28–2,00) : 1;
2
– давление в контакторе – 0,5–2,5 кгс/см ;
о
– температура – в интервале +3…+30 С.
3
– расход изобутана составил 0,38–1,11 м /ч;
3
– ББФ – 0,16–0,48 м /ч;
3
– серной кислоты – 0,38–1,13 м /ч.
Опытные образцы алкилатов отбирали из
пробоотборника, расположенного непосредственно за контактором, и после удаления легких
углеводородов (С3–С4) и отделения от кислотной фазы анализировали на соответствие основным показателям алкилбензина [5, 6, 8, 10,
13, 14]. Выход легкого алкилата (температура
о
конца кипения < 234 С) во всех испытаниях
составил не менее 80% от суммарного выхода
алкилата. Результаты испытаний приведены в
табл. 2. Рассмотрение представленных данных
позволяет заключить, что нет принципиальной
разницы в результатах испытаний с одновременным смешением реагентов в контакторе и с
предварительным приготовлением эмульсии
«серная кислота-изобутан». Очевидно, это является следствием оптимального гидродинамического режима работы контактора, обеспечивающего идентичные топохимические условия протекания реакций при любом способе
смешения реагентов.
Октановые числа опытных алкилатов (опреТаблица 1
Характеристика сырья и реагентов
Углеводородный состав
С3Н8
С4Н8
i-C4H10
н-С4Н10
ΣC5
72
Бутан-бутиленовая фракция, % масс.
1,7
18,7
64,7
14,0
0,9
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Изобутановая фракция, % масс.
2,9
16,3
62,9
17,3
0,6
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ Том 6 № 2 2016
Таблица 2
Результаты испытаний опытно-промышленного струйного контактора
сернокислотного алкилирования
Параметры процесса
№
пп
Расход исходных
реагентов, м3/ч
Изобутан
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,38
0,75
0,38
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
1,11
0,79
0,79
0,68
0,70
0,84
0,84
0,82
0,67
0,78
0,74
22
1,00
Давление,
кгс/см2
Температура,
К
Характеристика алкилата
Соотношение
Иодное
число,
гI2/100 г
H2SO4:
Изобууглево- тан:олен.к. 50%
дороды
фины
1. Алкилирование без предварительного смешения изобутана с серной кислотой
(подача олефинов в контактор – сверху)
0,75
0,48
1,1
285
0,60:1
10:1
19,00
312
420
0,75
0,24
0,6-0,7
279-281
0,76:1
10:1
1,05
329
392
0,75
0,24
0,8
278-283
0,76:1
10:1
2,87
311
393
0,75
0,24
0,5-0,7
278-280
0,76:1
10:1
1,89
313
391
0,75
0,24
0,6
278-281
0,76:1
10:1
5,40
331
389
0,75
0,24
1,1-1,4
281-290
0,76:1
12:1
10,90
315
390
0,75
0,24
1,2
285
0,76:1
16:1
13,00
316
434
0,50
0,24
2,5
303
0,80:1
4:1
6,81
313
431
1,00
0,48
0,7
279-280
0,8:1
6:1
5,50
331
395
1,13
0,16
2,0
295
2:1
14:1
0,88
314
411
2. Алкилирование с предварительным смешением изобутана с серной кислотой
(подача олефинов в контактор – сверху)
0,38
0,24
0,6
279
0,28:1
3:1
4,57
307
387
0,38
0,24
1,0
283
0,36:1
10,5:1
6,38
309
389
0,38
0,24
2,0
293
0,36:1
10,5:1
1,64
311
398
0,38
0,24
0,5
276
0,40:1
8,5:1
5,19
312
396
0,38
0,24
0,6
277
0,40:1
12:1
2,87
312
388
0,75
0,32
1,0
283
0,65:1
11:1
6,35
302
386
0,75
0,32
1,5
286
0,65:1
11:1
3,16
322
383
0,75
0,32
0,5
288
0,65:1
13:1
1,13
348
382
0,75
0,32
1,0
283
0,76:1
4:1
4,68
313
384
0,75
0,16
0,5
278
0,80:1
4,6:1
4,94
318
383
0,75
0,16
0,5
278
0,83:1
47:1
3,35
311
384
3. Алкилирование с предварительным смешением изобутана с серной кислотой
(подача олефинов в контактор – снизу)
1,60
0,60
1,4
283
1:1
9:1
0,50
314
379
H2SO4
ББФ*
делены по моторному методу) составляют 90,0–
91,8 пунктов и близки к показателям серийного
алкилата с октановым числом – 92–94 пункта по
моторному методу и температурой выкипания –
о
29–195 С.
Содержание 2,2,4-триметилпентана в опытных образцах (по данным хромато-масс-спектроскопии, прибор Finnigan 3410) превышает
14% масс.
Весьма характерным для опытных алкилатов оказывается повышенное иодное число, что
свидетельствует о большем, чем в промышленных образцах, содержании непредельных соединений в составе продуктов реакции. В серийных
алкилатах, отобранных непосредственно после
промышленного контактора и обработанных аналогично опытным образцам, йодные числа составили 0,32–0,05 г I2/100 г алкилата.
При этом не обнаруживается какой-либо
четкой зависимости между характеристикой непредельности и условиями испытаний, в частности, соотношением реагентов и температурой в
контакторе. Это свидетельствует об определенных особенностях протекания сернокислотного
к.к
Октановое
число,
пункт
(м.м.)
543
538
501
503
534
523
583
485
536
463
86,0
88,4
–
–
86,7
84,3
87,0
88,7
86,5
88,4
507
487
561
463
459
543
483
456
477
480
483
–
–
–
–
–
–
91,4
91,8
90,0
90,8
91,1
451
90,8
Фракционный
состав, К
алкилирования изопарафинов олефинами в
струйном турбулентном контакторе. Эти особенности требуют дальнейших исследований.
ВЫВОДЫ
В целом испытания подтвердили возможность проведения процесса алкилирования в
простом по конструкции струйном трубчатом аппарате и перспективу его промышленного использования.
Проведены успешные испытания опытнопромышленного аппарата контактора нового поколения, включенного в схему действующего
промышленного производства на технологической установке сернокислотного алкилирования
изобутана олефинами. Испытания показали, что
применение нового аппарата наряду с подготовкой эмульсии серной кислоты – изобутана – позволили получить алкилбензин регламентного
качества. Существенными преимуществами нового аппарата перед действующим промышленным контактором является простота конструкции, значительное снижение металлоемкости,
отказ от механического перемешивания.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
73
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ Том 6 № 2 2016
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Берлин А. А., Минскер К. С., Дюмаев К. М.
Сернокислотное алкилирование изобутана буНовые унифицированные энерго- и ресурсотиленами в трубчатом проточном реакторе //
сберегающие высокопроизводительные технолоХимия и химическая технология топлив и магии повышенной экологической чистоты на основе
сел. 2002. № 4. С.15–18.
трубчатых реакторов. М.: ОАО «НИИТЭХИМ»,
10. Магарил Р. 3. Теоретические основы хи1996. 164 с.
мических процессов переработки нефти. Л.: Хи2. Гимаев Р.Н., Прочухан Ю.А., Кудашева
мия, 1985. 280 с.
Ф.Х., Цадкин М.А., Сайфуллин Н.Р., Калимуллин
11. Навалихин П.Г., Бадикова А.Д., ПрочуМ.М., Навалихин П.Г., Максименко Ю.М., Бадихан Ю.А., Цадкин М.А., Сайфуллин Н.Р., Каликова А.Д. Способ получения компонентов момуллин М.М., Галиакбаров М.Ф., Гимаев Р.Н.,
торных топлив. Патент № 2122992, Российская
Кудашева Ф.Х., Ракитский В.М., Рахманов Р.Р.,
Федерация, 1998.
Теляшев Г.Г. Способ получения компонентов
3. Гимаев Р.Н., Кудашева Ф.Х., Цадкин М.А.,
моторных топлив. Патент № 2139842, РоссийБадикова А.Д. Опытно-промышленные испытания
ская Федерация,1996.
струйного контактора нового типа для процесса
12. Прочухан Ю.А., Гимаев Р.Н., Кудашева
сернокислотного алкилирования // Вестник БашФ.Х., Цадкин М.А., Навалихин П.Г., Сайфуллин
кирского университета. 1996. № 3 (I). С. 25–27.
Н.Р., Калимуллин М.М., Ракитский В.М., Бади4. Гимаев Р.Н., Прочухан Ю.А., Кудашева
кова А.Д. Устройство для получения высокоокФ.Х., Цадкин М.А., Бадикова А.Д. Струйный контанового компонента моторных топлив и блок
тактор нового поколения для процесса серноподачи серной кислоты. Патент № 2129042,
кислотного алкилирования // Химия и техн. топРоссийская Федерация, 1997.
лив и масел. 1998. № 5. С. 42–45.
13. Рыбак Б.М. Анализ нефти и нефтепро5. Годовская К. И., Рябина Л. В., Новик Е. Ю. и
дуктов. М.: Гостехиздат, 1962. 888 с.
др. Технический анализ. М.: Высш. шк., 1967. 414 с.
14. Смидович Е.В. Практикум по техноло6. ГОСТ 31803-2012. Серная кислота. Метогии переработки нефти. М.: Химия. 1978. 288 c.
дики анализа. М.: Стандартинформ, 2013. 23 с.
15. Цадкин М.А., Бадикова А.Д., Колесов
7. Дорогочинский А.3., Лютер А.В., ВольпоС.В., Кудашева Ф.Х., Гимаев Р.Н. Промышленва Е. Г. Сернокислотное алкилирование изоные испытания трубчатого турбулентного аппапарафинов олефинами. М.: Химия, 1970. 216 с.
рата-экстрактора в технологии экстрактивной
8. Исагулянц В.И., Егорова Г.М. Химия
очистки нефтяных масел // Известия вузов. Сер.
нефти. М.: Химия, 1965. 517 с.
Химия и химическая технология. 2003. Т. 46.
9. Колесов С.В., Цадкин М.А., Бадикова А.Д.,
Вып. 7. С. 118–121.
Рахманов Р.Р., Кудашева Ф.Х., Гимаев Р.Н.
REFERENCES
ja topliv i masel - Chemistry and engineering fuels
1. Berlin A.A., Minsker K.S., Djumaev K.M.
Novye unificirovannye jenergo- i resursosbereand oils, 1998, no. 5, pp. 42-45.
gajushhie vysokoproizvoditel'nye tehnologii povy5. Godovskaja K.I., Rjabina L.V., Novik E.Ju. i
shennoj jekologicheskoj chistoty na osnove trubdr. Tehnicheskij analiz [Technical analysis]. Moschatyh reaktorov [New unified energy- and highcow, Higher school, 1967. 414 p.
6. GOST 31803-2012. Metodiki analiza. Serperformance technologies with high environmental
naja kislota. [State Standart 31803-2012. Sulfuric
purity on the basis of the tubular reactor]. Moscow,
JSC "NIITEKHIM”, 1996. 164 p.
asid. Methods for analysis]. Moscow, Standartinform
2. Gimaev R.N., [et al.] Sposob poluchenija
Publ., 2013, 23 p.
komponentov motornyh topliv [Method of producing
7. Dorogochinskij A.3., Ljuter A.V., Vol'pova
E.G. Sernokislotnoe alkilirovanie izoparafinov olefincomponents of motor fuels]. Patent RF,no. 2122992,
ami [Sulfuric acid alkylation of isoparaffins by ole1998.
3. Gimaev R.N., Kudasheva F.H., Cadkin M.A.,
fins]. Moscow, Chemistry, 1970. 216 p.
8. Isaguljanc V.I., Egorova G.M. Himija nefti
Badikova A.D. Opytno-promyshlennye ispytanija
strujnogo kontaktora novogo tipa dlja processa
[Chemistry of oil]. Moscow: Chemistry, 1965. 517 p.
sernokislotnogo alkilirovanija [Pilot testing of jet con9. Kolesov S.V., Tsadkin M.A., Badikova A.D.,
tactor new type for the process of sulfuric acid alkylRakhmanov R.R., Kudasheva F.H., Gimaev R.N.
ation]. Vestnik Bashkirskogo Universiteta - Vestnik
Sernokislotnoe alkilirovanie izobutana butilenami v
Bashkir University, 1996, no. 3(I), pp. 25-28.
trubchatom protochnom reaktore [The sulfuric acid
4. Gimaev R.N., Prochuhan Ju.A., Kudasheva
alkylation of isobutane with butylenes in a tubular
flow reactor]. Himija i tehnologija topliv i masel F.H., Cadkin M.A., Badikova A.D. Strujnyj kontaktor
Chemistry and chem. Tech. fuels and oils, 2002,
novogo pokolenija dlja processa sernokislotnogo
alkilirovanija [Jet contactor new generation for the
no. 4, pp. 15-18.
process of sulfuric acid alkylation]. Himija i tehnologi10. Magaril R.3. Teoreticheskie osnovy himi74
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ Том 6 № 2 2016
cheskih processov pererabotki nefti [Theoretical
foundations of chemical processing of oil] Leningrad,
Chemistry, 1985. 280 p.
11. Navalikhin P.G., [et al.] Sposob poluchenija komponentov motornyh topliv [ A method of
producing components of motor fuels]. Patent RF,
no. 2139842, 1996.
12. Prochuhan Ju.A., [et al.] Ustrojstvo dlja
poluchenija vysokooktanovogo komponenta motornyh topliv i blok podachi sernoj kisloty [A device for
producing high-octane component of motor fuels and
the supplying of sulphuric acid]. Patent RF,
no. 2129042, 1997.
13. Rybak B.M. Analiz nefti i nefteproduktov
[Analysis of oil and oil products]. Moscow, Gostekh-
izdat, 1962. 888 p.
14. Smidovich E.V. Praktikum po tehnologi
pererabotki nefti [Workshop on the technology of oil
refining. Moscow, Chemistry. 1978, 288 p.
15. Tsadkin M.A., Badikova A.D., Kolesov
S.V., Kudasheva F.H., Gimaev R.N. Promyshlennye ispytanija trubchatogo turbulentnogo apparatajekstraktora v tehnologii jekstraktivnoj ochistki neftjanyh masel [Industrial tests of the tubular turbulent device-extractor in the technology of extractive
refining of petroleum oils]. News of higher education institutions. Serija himija i himicheskaja tehnologija – Izvestiya vuzov, ser. Chemistry and chem.
tech, 2003, v. 46, no.7, pp. 118-121.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Принадлежность к организации
AUTHORS’ INDEX
Affiliations
Михаил А. Цадкин
Башкирский государственный университет
450076, Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа,
ул. З. Валиди, 32
Д.т.н., профессор
tsadkin@yandex.ru
Michail A. Tsadkin
Bashkir State University
32, Z. Validy st., 450076 Ufa, Bushkortostan
Republic, Russia
Doctor of Engineering, Professor
tsadkin@yandex.ru
Альбина Д. Бадикова
Башкирский государственный университет
450076, Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа,
ул. З. Валиди, 32
Д.т.н., профессор
Badikova_albina@mail.ru
Albina D. Badikova
Bashkir State University
32, Z. Validy st., 450076 Ufa, Bushkortostan
Republic, Russia
Doctor of Engineering, Professor
Badikova_albina@mail.ru
Поступила 11.01.2016
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Received 11.01.2016
75
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
52
Размер файла
466 Кб
Теги
типа, турбулентных, контактов, нового, сернокислотного, алкилирование, изобутана, олефинами, струйные
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа