Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Overview of gasoline isomerization technologies in the context of improving the quality of the isomerizate

Łukasz Pesta

Abstract

Thesis, "Overview of gasoline isomerisation technologies in the context of improving the quality of the isomerizate" refers to the process of isomerization, comparisons available on the market technologies and their role in the refining industry in term of quality of the final product. Theoretical part presents a detailed characterization and chemistry of light naphtha C5/C6 isomerization process - mainly on the basis of the Penex UOP process. The comparison concerns catalysts used in industry for their activity, working temperature, resistance to contaminants in the raw material and the hydrogen gas, selectivity and yield. These are the following catalysts: bifunctional catalyst Pt/Al2O3(Cl), bifunctional zeolite catalyst Pt/zeolite, bifunctional catalyst Pt/ZrO2-SO4. Thesis brought closer basic steps of isomerization reaction mechanism for example a catalyst based on a chlorinated alumina and zeolite catalyst, and subsequently the isomerization reactions, the opening of naphthenic rings, hydrogenation of benzene, isomerization of naphthenes, hydrocracking. Theoretical part also highlights available configurations of isomerization technologies leading corporations on the market: UOP and Axens. Moreover, configurations of different technologies were described and depicted in simplified diagrams, in the context of improving the quality of raw material to the isomerization reactor (eg. the configuration DIP/Penex), distillation of wide fractional isomerizate (eg. the configuration Penex/DIH) and also adsorption processes were highlighted. On the basis of literature and public information on the websites of companies licensing isomerization technologies, it was possible to compare the different configurations in term of the octane number of the final product. A better overview of these technologies would be possible by the analysis of process data. For a more detailed presentation of the isomerization process conducted in industry, the Isomerization plant in the PKN ORLEN S.A. was described and illustrated in diagrams. Another important issue are factors affecting the quality of isomerizate and ways to improve its quality. Effects of contaminants in the form of sulfur, nitrogen, water and oxygen compounds, metals and undesirable hydrocarbons contained in the raw material such as naphthenic, aromatic, olefinic, and C7+ hydrocarbons, were featured. Also the hydrodesulfurization process was characterized. The typical contaminants limitation in the raw material and the hydrogen gas in the Penex process was shown in the tables. Thesis also presents the impact of process variables, i.e.: temperature, pressure, LHSV, H2/HC. In the analytical part, by shared Isomerization plant process data by PKN ORLEN S.A., while attempting industrial change of basic configuration to simplified - without DIH column and using the results of laboratory analysis of individual streams, a comparison of these two cases in terms of quality of the final product, the impact on operating parameters and consumption of energy, was made. Based on theoretical and analytical part of the thesis, it was found that in the market there are a number of light naphtha C5/C6 isomerization technologies of differ operating configurations, applied catalysts, yield and quality of the final product. On the other hand it is impossible to identify the best technology, because its selection depends on local conditions, refinery needs and the composition of raw material. Depending on these factors, various installation configurations may be the best solution. The maximum possible isomerizate octane number (up to 92 units) can be achieved through the use of molecular sieves and/or columns preparing raw material/separating less octane components form the wide fractional izomerizate, which is not always economically justified. Therefore, more detailed conclusions can be obtained from the analysis of specific process data, taking into account the above conditions.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Łukasz Pesta (FCEMP) Łukasz Pesta,, Faculty of Civil Engineering, Mechanics and Petrochemistry (FCEMP)
Title in Polish
Przegląd technologii izomeryzacji benzyn w kontekście poprawy jakości izomeryzatu
Supervisor
Maciej Paczuski (FCEMP/IC) Maciej Paczuski,, The Institute of Chemistry (FCEMP/IC)Faculty of Civil Engineering, Mechanics and Petrochemistry (FCEMP)
Certifying unit
Faculty of Civil Engineering, Mechanics and Petrochemistry (FCEMP)
Affiliation unit
The Institute of Chemistry (FCEMP/IC)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
12-02-2016
Issue date (year)
2016
Reviewers
Lech Wilkanowicz (FCEMP/IC) Lech Wilkanowicz,, The Institute of Chemistry (FCEMP/IC)Faculty of Civil Engineering, Mechanics and Petrochemistry (FCEMP) Maciej Paczuski (FCEMP/IC) Maciej Paczuski,, The Institute of Chemistry (FCEMP/IC)Faculty of Civil Engineering, Mechanics and Petrochemistry (FCEMP)
Keywords in Polish
technologie izomeryzacji, izomeryzat, Penex, deizoheksanizer, liczba oktanowa badawcza, deizopentanizer, katalizatory, benzyna lekka C5/C6,liczba oktanowa motorowa, prężność par, jakość, instalacja Izomeryzacji, promotor katalizatora, temperatura robocza, ciśnienie reakcji, LHSV
Keywords in English
isomerization technologies, isomerizate, Penex, deisohexanizer, research octane numer, deisopentanizer, catalysts, light naphta C5/C6, motor octane numer, vapor pressure, quality, isomerization plant, catalyst promoter, working temperature, reaction pressure, LHSV
Abstract in Polish
Praca dyplomowa, „Przegląd technologii izomeryzacji benzyn w kontekście poprawy jakości izomeryzatu”, dotyczy procesu izomeryzacji, porównania dostępnych na rynku technologii i ich roli w przemyśle rafineryjnym pod względem jakości produktu finalnego. W części teoretycznej przedstawiono szczegółową charakterystykę oraz chemizm procesu izomeryzacji benzyny lekkiej C5/C6 – głównie na podstawie procesu Penex firmy UOP. Dokonano porównania katalizatorów stosowanych w przemyśle pod względem ich aktywności, temperatury roboczej, odporności na zanieczyszczenia zawarte w surowcu i gazie wodorowym, selektywności i wydajności. Są to następujące katalizatory: bifunkcyjny katalizator Pt/Al2O3(Cl), bifunkcyjny katalizator zeolitowy Pt/zeolit, bifunkcyjny katalizator Pt/ZrO2-SO4. W pracy przybliżono mechanizm podstawowych etapów reakcji izomeryzacji na przykładzie katalizatora na bazie chlorowanego tlenku glinu oraz katalizatora zeolitowego i kolejno reakcje izomeryzacji, otwarcia pierścieni naftenowych, uwodornienia benzenu, izomeryzacji węglowodorów naftenowych, hydrokrakingu. W części teoretycznej wyszczególniono również dostępne konfiguracje technologii izomeryzacji wiodących korporacji na rynku, tj. firm UOP i Axens. Ponadto, konfiguracje różnych technologii zostały opisane i zobrazowane na uproszczonych schematach, w kontekście poprawy jakości surowca do reaktorów izomeryzacji (np. konfiguracja DIP/Penex), zagospodarowania izomeryzatu szerokofrakcyjnego (np. konfiguracja Penex/DIH) oraz wyszczególniono procesy adsorpcyjne. Na podstawie danych literaturowych oraz informacji ogólnodostępnych na stronach internetowych firm licencjonujących technologie izomeryzacji, możliwe było dokonanie porównania poszczególnych konfiguracji pod względem liczby oktanowej gotowego produktu. W celu bardziej szczegółowego przedstawienia procesu izomeryzacji prowadzonego w przemyśle, opisano i zilustrowano na schematach instalację Izomeryzacji w Zakładzie Produkcyjnym PKN ORLEN S.A. w Płocku. Kolejnym istotnym zagadnieniem opisanym w pracy, są czynniki wpływające na jakość izomeryzatu oraz sposoby poprawy jego jakości. Określono wpływ zanieczyszczeń w postaci siarki, wody i związków tlenowych, azotu, metali ciężkich oraz niepożądanych węglowodorów zawartych w surowcu, takich jak: węglowodory naftenowe, aromatyczne, olefinowe oraz C7+. Scharakteryzowano proces hydroodsiarczania oraz ukazano typowe ograniczenia zanieczyszczeń w surowcu i gazie wodorowym na przykładzie procesu Penex. Określono także wpływ zmiennych procesowych, tj.: temperatury, ciśnienia, LHSV, stosunku H2/HC na przebieg procesu izomeryzacji. W części analitycznej pracy, dzięki udostępnieniu danych procesowych instalacji Izomeryzacji w Zakładzie Produkcyjnym PKN ORLEN S.A. w Płocku podczas próby przemysłowej zmiany konfiguracji podstawowej na uproszczoną, czyli z wyłączoną kolumną DIH oraz użyczeniu wyników analiz laboratoryjnych poszczególnych strumieni, dokonano porównania obu tych przypadków pod względem jakości produktu finalnego, wpływu na parametry operacyjne oraz zużycie mediów energetycznych. Na podstawie przedstawionej części teoretycznej oraz części analitycznej stwierdzono, że na rynku dostępnych jest wiele technologii izomeryzacji benzyny lekkiej C5/C6 różniących się pod względem konfiguracji pracy, stosowanego katalizatora oraz uzysku i jakości produktu finalnego. Natomiast niemożliwym jest wskazanie najlepszej technologii, ponieważ jej dobór zależy od lokalnych uwarunkowań i potrzeb rafinerii oraz od składu przerabianego surowca. Największy możliwy uzysk liczby oktanowej izomeryzatu (nawet do 92 jednostek) można osiągnąć poprzez zastosowanie systemu sit molekularnych i/lub kolumn przygotowujących surowiec/oddzielających niskooktanowe składniki z izomeryzatu szerokofrakcyjnego, co nie zawsze ma uzasadnienie ekonomiczne. Dlatego też bardziej szczegółowe wnioski można uzyskać na podstawie analizy konkretnych danych procesowych uwzględniających powyższe uwarunkowania.
File
  • File: 1
    253899_praca_dyplomowa.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 8131

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT4eb2ee9f99ab425d860ea02a1a5654c6/
URN
urn:pw-repo:WUT4eb2ee9f99ab425d860ea02a1a5654c6

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page