Alkylation ve Onun Yeri Refining

Alkylation birimleri düşük değerli ışık hidrokarbonları yüksek dereceden benzinli karışımlara dönüştürür. Alkylation reaksiyonunda, yüksek oktat sayısı (tipik olarak 92-96 n ve 90-94 P) ile birleştirir ve sıfır sulfur veya aromatik içerik üretmek için güçlü bir asit katalizörü varlığına sahiptir.

Modern alkylation birimleri, bu birimlerin verim ve ürün kalitesini en üst düzeye çıkarmak için tam olarak kontrol edilen koşullar altında çalışır: asit tüketimi ve çevresel etki. ancak, birçok rafineriler yaş nedeniyle altoptimal koşullarını çalıştırır, değişen yemstock kesintileri veya eski kontrol stratejileri.Bu birimlerin sistemik optimizasyonu önemli değer kilidini açabilir: daha yüksek octane varil verimler, azaltım maliyetleri, daha uzun katalizör yaşamı ve daha düşük emisyonlar.

Alkylation'ın Kimyası: Anahtar Tepkiler ve Side Reaksiyonları

Alkylation, daha yüksek karbon sayılı bir paraffin üretmek için bir olefin ile bir akorunma işlemine bir tepki vermek için eklenmiş bir reaksiyon ağıdır. birincil reaksiyon ağı karmaşıktır, karbocations ile genel stoichiometry şu:

C3H6 + i-C4H10 → C7H16 (hetanes ve isomerler)

Ancak, özellikle C8 alkylates, trimetiltilpentane (TMP) gibi, 100'ün üzerinde bir octane numarasına sahip olan ve asit destekli su kirliliğine karşı çıkan yüksek derecedenlanmış hidrokarbonlar oluşturur. Ancak, birçok rakip yan tepki meydana gelir: Daha ağır, düşük maliyetli malzemeye sahip olan polimerizasyon; daha düşük seviyeli hidrojen transferleri, daha düşük ortalar üreten hidrojen transferleri; ve asit-catalyzed siyonları.

Optimizasyon, yüksek isobutane-to-olefin oranını korumakla bu yan tepkileri bastırmaya odaklanır (tipik olarak 8:1 ila 15:1 tepki hızıyla veya HF birimleri için 40 °F-60°F-80°F), ve samimi asit-hidrokarbon kontaktları.En iyi koşullardan küçük sapmalar bile asit oranlarında orantısız olarak artabilir ve alkylate kaliteyi azaltır.

Beslenme Kalitesi ve Tedavi Tahminleri

Isobutane

Yüksek hacimlilık verimli elektylatma için gereklidir. Normal amaane ve propane reaktörde inert ama dilute the isobutane konsantrasyonu, isobutane-to-olefin oranını azaltır ve istenmeyen polimerizasyonunu teşvik eder. Birçok çift alkylation artırmak için üst düzey isomerizasyon birimleridir.Deisobutanizer sütunları n-ama en iyi şekilde çalıştırılmalıdır.

Olefin Quality ve Source

Olefin akışları genellikle sıvı katalitik çatlaklardan gelir ve çamurdan (FCC) birimleri, hamerler veya buharlı çatlakları içerir. Bu akışlar çeşitli miktarlar diolefins (amaadiene), parakaptanlar ve azot bileşikleri zehirleyen asit katalizörleri ve çamurdan arındırma reaktörleri oluşturan hidro-benzervasyon reaktörleri ve ısı değiştiricileri içerir.

Moisture ve Asit Yönetimi

Beslenmedeki Moisture güçlü asit katalizörleriyle tepki verir, korozyon ve asit konsantrasyon kaybına neden olur. HF alkylation birimleri için su, yüksek oranda karbon çelikine karşı yüksek derecede koreal asit birimlerine sahip olan bir HF-su karışımı oluşturur. Sulfuric asit birimleri daha az hassastır, ancak yine de asit yenileme gereksinimlerine yol açar.

Optimizasyon için Anahtar İşletim Paraları

Isobutane-to-Olefin Oran (I/O)

I/O oranı reaktör effluent en önemli parametre kontrol alkylate kalitesi kontrol ediyor. Yüksek oranlarda (above 10:1), bir gurbetçi ortanın olasılığı yüksek, tritiletanların oluşumuna destek oluyor. düşük oranlarda, olefin-olefin polimerizasyon hakimler, C9+ ağır alkyla düşük octane ilerleyici bir alan. anketler, 6:1'den 12:1'ye kadar yüksek bir araçla karşılaşmanızı önerir.

Reaksiyon Sıcaklık

Sıcaklık, alkylate kalitesi üzerinde doğrusal olmayan bir etkiye sahiptir. Düşük sıcaklıklar temel alkylament reaksiyonlarını polimerizasyon üzerinden destekler, daha yüksek derecede dallanmış isomerler üretir.HF birimleri için, tipik sıcaklıklar 40-60°F; çünkü sulfur asit birimleri, 50-80°F. 10°F artış, alkyla octaneyi 0,5-1.0 numaraya kadar azaltır, asit tüketimini de arttırır.

Asit Kuvveti ve Hidrokarbon Residence Zaman

Sulfurik asit birimleri için, 90-92'nin üzerindeki asit gücünü korumak kritiktir. Weaker asiti yan tepkileri hızlandırır, yenilenmiş maliyetleri artırır ve yenilebilir maliyetleri artırır. Asit-hidropozyumda zaman ayırın ve asit yenileme ile ağır uçarak. Rejimdeki Residence süresi yeterli olmalıdır (tipik olarak 10-30 dakika) aşırı tepkiye yol açarken, rezasyona yol açar.

Catalyst Seçimi ve Yönetimi: Sıvı vs. Katı Catalyst

Konvansiyonel Sıvı Asit Catalyst

Hidroflorik asit (HF) ve sulfurik asit (H2SO4) sürekli yenilenme endüstrisindeki işhorları olarak kalır. HF, yüksek stabilite ve daha düşük işletme maliyetleri sunar, ancak aşırı toksisitesi sıkı güvenlik düzenlemelerine yol açtı; Sulfuric asit daha az tehlikelidir, ancak ünite içinde daha büyük ekipman ve daha yüksek asit tüketimi gerektirir (0.1-0.2 lb sürekli regresyon maliyetinin% 15-25'i azaltabilir).

Katı asit Catalysts

Katı asit katalizörleri, sıvı asit tehlikelerini tamamen ortadan kaldırma potansiyeline sahiptir. Zeolitler, sulfated zirconia ve heteropoliacids yoğun olarak incelenmiştir.TheETHFLT:0ConExxonon IsoAlkylate process) ve korozyonu azaltmak için, ancak nümerik ve sulfurt katalizörlerinden dolayı metalleşmiştir.

Catalyst

Sıvı asit birimlerinde, antimony pentafluoride (HF için) veya özel organik teşvikler aktiviteyi artırabilir ve asit tüketimini azaltır. Ancak, bu katkılar pahalı ve yeni ayrılık sorunları tanıtabilir. En iyi katkı stratejisi, yemstock kompozisyonuna, asit gücüne ve ürün kalitesine bağlıdır.

Gelişmiş Süreç Kontrolü ve Gerçek Zamanlı Optimizasyon

Modern alkylation birimleri giderek daha fazla şekilde döşenmiştir:0.Örnek işlem kontrolü (APC)), model tahmin edilebilir kontrol (MPC) aynı anda birden fazla kısıtlamayı yönetmek için kullanılır - Ben /O oranı, sıcaklık profili, asit dolaşım oranı ve ürün işletme fiyatına göre, sönüllücretsiz işlem kontrolünü azaltır.

Optimizasyon için anahtar araçlama, online octane analizörleri (örneğin, yakın uçlu spektrometreler), asit konsantrasyon sensörleri ve bireysel olefin akışları için metre akır. Güvenilir ölçümler olmadan, optimizasyonlar tek bir online octane ödemeleri için ayda bir araya getiremedi.

Enerji optimizasyonu ve Heat Entegrasyonu

Alkylation reaktörleri son derece eski bir şekildedir: propylene alkylation için reaksiyon ısısı yaklaşık 160 kJ /mol ve ancak yaklaşık 85 kJ /mol için bu ısı tipik olarak ısıyı şarpertici veya deisobutanizer beslemeleri ile kaldırılır ve sonra geri dönüşüm ağlarında % 15–30 oranında tasarruf sağlar.

Ek olarak, yüksek verimli değişken frekans sürücüleri ile verimli elektrikli motorların değiştirilmesi (VFDs) geri dönüşüm kompresörleri elektrik maliyetlerini %20-40 oranında azaltabilir. Daha büyük birimler için, reaktör soğutma döngüsünden buhar üretimi, düşük basınçlı buhar tüketicileri yakınsa ekonomik olabilir.

Çevre ve Güvenlik Optimizasyonu

HF Alkylation Mession

HF alkylation birimleri, kazara bir salıverme sistemleri için potansiyel nedeniyle en yüksek güvenlik riskine karşı karşı karşıyadır. Mitigation sistemleri sadece su sprey perdeleri, HF algılama ağları ve hızlı asit çöp sistemleri içerir. Son düzenlemeler bazı rafinerileri sulfur asitine dönüştürmek veya yeni HF birimlerini mühendislerle birlikte inşa etmek için zorladı.

Sulfuric Unit Asit Rejenerasyon

Spent sulfuric asit genellikle yenilenmeden önce ağır hidrokarbonları kaldırmak için yapılan özel tesislerde üretilir ve daha sonra H2SO4'e yeniden şarj edilir.Yenileme işleminin kendisi enerji tasarrufu ünitesine izin verirken, regenerator kapasitede daha iyi bir şekilde çalışır.

Emisyon Kontrolü

Alkylation birimleri, depolama tanklarından (VOC) uçucu organik bileşikleri (VOC) yayıyor ve yakıtlar için gaz kurtarma sistemlerini ele geçirebilir ve her iki emisyon ve fayda maliyetlerini azaltır.EPA Refin ve olefin depolama tankları) Bu emisyonlar ile limitleri kesebilir ve iyileştirici olarak iyileştirmeye yardımcı olur.

Alkylation Unit Optimizasyonu Ekonomisi

Bir alkylation ünitesini optimize etmenin finansal yararları önemlidir. Tipik 10.000 bbl/gün elkylation ünitesi işleme ancakylen beslemesi, 1–2 octane numarası artışından yılda 10 milyon dolar daha büyük bir kazanç sağlar, asit tüketimi ve daha düşük enerji maliyetleri yüksek veya birim kullanım maliyeti 6-18 ay içinde yeniden yapılır.

Doğrudan maliyet tasarrufunın ötesinde, optimize edilmiş alkylate üretimi, daha düşük maliyetli olan dolumları karşılamak için rafineriler sağlar.S. Enerji Bilgi Yönetimi[FLT]

Vaka Çalışmaları: Alkylation Optimizasyonunda Başarı Hikayeleri

Vaka 1: Mid-Sized Refinery Yükselts I/O Control

Bir Gulf Coast, 12.000 bbl/gün HF alkylation ünitesinin pnömatik I/O oranı kontrollerini bir MPC tabanlı sistemle değiştirdi. Ünite 7:1'in I/O oranıyla, sık sık sık osilasyonlar ürün kalitesiyle birlikte çalıştırıldı.

Vaka 2: Katı Catalyst Retrofit Güvenlik Maliyetlerini azaltır

Avrupa rafinerisi, 30 milyon dolarlık bir sabit işlem sistemine ihtiyaç duyan HF depolama konusunda sıkı yeni düzenlemelerle karşı karşıya kaldı. Bunun yerine, tüm HF kullanımı, Haldor Topsøe) tarafından yapılan yüksek verimlere sahip olan 9RON'a kadar yüksek oranda artış gösterdi.

Sonraki on yıl, dijital ikizlerin ve makine öğreniminin APC'leri ayarlamasını görecek.Data-güdümlü modeller, kataltma oranları, optimal yenileme programları ve ısı değiştirici modellerinin belirlenmesi gibi bazı rafineriler, yenilenebilir kaynaklardan veya karbon yakalama işlemini gerçek zamanlı olarak analiz edebileceklerdir.

Sonuç: Sürekli Bir Fırsat

Bir alkylation ünitesinin optimize edilmesi, bir zaman etkinliği değildir, ancak daha düşük maliyetlerle sürekli bir üretim sürecine ve çevresel etki ilerleyici birimlerin belirlenmesi – beslenme kalitesi kontrol, hassas işletim parametre yönetimi, katalizör optimizasyonu, gelişmiş kontrol ve ısı entegrasyonu – haminers, ideal performansa daha yakın olabilir.