СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОПРЕНА Российский патент 1999 года по МПК C07C11/18 C07C5/333 

Изобретение относится к способу получения изопрена из изопентана, в частности к процессу дегидрирования изоамиленов в изопрен, и может быть использовано в производстве бутадиена.

Известны способы дегидрирования изоамиленов в изопрен на фосфатных и железоокисных катализаторах в присутствии водяного пара в одноступенчатых адиабатических реакторах. [Патент США 2442319, 2442320, оп. 1948; Авт. св. СССР 224492, оп. 1964; Авт. св. СССР 201335, oп. 1967]. Недостатком указанных способов является малая конверсия изоамиленов и селективность, повышенный расход водяного пара и других энергоресурсов.

Известен также способ дегидрирования изоамиленов в четырехслойном адиабатическом реакторе с промежуточной подачей пара на железоцинкхромовом катализаторе К-16. [Заявка ФРГ 1926625, оп. 1970].

Этот способ обеспечивает более высокую конверсию изоамиленов, однако приводит к повышенному расходу водяного пара, т.к. работа на пониженном разбавлении в первых ступенях приводит к снижению селективности процесса.

Способ дегидрирования в двухслойном реакторе с подачей всего пара на первый слой, хотя и улучшая распределение потоков контактного газа и несколько повышал селективность, также был энергоемок [А.С.СССР 780423, оп. 1980].

В силу указанных причин в промышленности процесс дегидрирования изоамиленов в изопрен в многоступенчатых реакторах до последнего времени не получил развития.

Доминирующее положение в отечественной и зарубежной промышленности заняли фосфатные катализаторы, дегидрирование на которых проводится в двух параллельно работающих одноступенчатых реакторах одной системы, с автоматическим переключением каждые 10-15 мин с режима контактирования на режим регенерации и продувки [П.А.Кирпичников и др. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука. - Л.: Химия, 1986, с.61].

Однако в последнее время при дегидрирования изоамиленов фосфатные катализаторы начали вытесняться новыми железоокисными катализаторами (К-24, К-28 и КИМ-1) [А.с. СССР 426412, оп. 1974].

Дегидрирование изоамиленов на этих катализаторах проводится непрерывно в одноступенчатых адиабатических реакторах при объемной скорости 70-130 час^-1, разбавлении сырья паром в соотношении 1:5,5-6 по весу, температуре 590-640^oC и при избыточном давлении в верхней части реактора 0,7-0,9 ати.

Как уже отмечалось, несмотря на ряд преимуществ, недостатком этого способа является пониженная конверсия и селективность процесса, а также повышенный расход энергоресурсов.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения изопрена дегидрированием изоамиленов на железоокисном катализаторе К-16 в односекционном адиабатическом реакторе при температуре 580-630^oC и разбавлении сырья водяным паром [С.К.Огородников, Г.С.Идлис. Производство изопрена. - Л.: Химия, 1973, с. 124]. Недостатками этого способа являются пониженная конверсия и селективность изоамиленов и высокий удельный расход изоамиленов.

Предлагаемый способ лишен указанных недостатков, т.к. позволяет повысить не только конверсию изоамиленов и снизить удельный расход водяного пара, но за счет общего снижения уровня температуры увеличить селективность процесса.

Задачей настоящего изобретения является снижение удельного расхода водяного пара, повышение конверсии изоамиленов и селективность процесса.

Поставленная задача решается описываемым способом, согласно которому дегидрирование изоамиленов проводят в двухступенчатом реакторе на железоокисном катализаторе с промежуточным перегревом контактного газа в межступенчатом перегревателе водяным паром, поступающего из первой секции однокамерной печи, с последующим перегревом этого пара во второй секции печи и подачей его вместе с перегретым сырьем на первую ступень дегидрирования, причем температура дегидрирования по ступеням реактора корректируется перепуском части пара, поступающего на первую секцию змеевиков в печи, на вторую секцию змеевиков. Исходя из теплового баланса реакторного блока соотношение поверхностей змеевиков в пароперегревательной печи составляет 5:3. Конверсия изоамиленов при дегидрировании на железоокисных катализаторах при объемной скорости 70-90 час^-1 выдерживается на уровне 34% в первой ступени реактора и 42% во второй.

На чертеже дана предлагаемая схема двухступенчатого дегидрирования.

По данному способу водяной пар из сети по линии 1 подают в змеевик 2 пароперегревательной печи, откуда с температурой 650-750^oC по линии 4 в межтрубное пространство межступенчатого перегревателя 5, где он отдает свое тепло контактному газу, поступающему из первой ступени дегидрирования на вторую. Из перегревателя 5 водяной пар по линии 6 возвращается в змеевики 7 пароперегревательной печи, где он снова перегревается до температуры 650-750^oC и подается по линии 8 в смеситель 9 для смешения с сырьем - изоамиленовой фракцией, поступившим по линии 10 в змеевики печи 11, а затем к смесителю по линии 12.

Смесь сырья и водяного пара направляется в первый по ходу радиальный реактор оксидирования 13, откуда контактный газ через межступенчатый перегреватель 5 направляется во второй реактор 14. Контактный газ из реактора 14 подают на узел охлаждения и конденсации по линии 15.

Корректировка заданной температуры дегидрирования по ступеням реактора осуществляется за счет перепуска части водяного пара, поступающего в первую секцию змеевиков печи, на вторую секцию по линии 14.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример N 1. (По прототипу). Дегидрирование изоамиленов в изопрен проводят по традиционной схеме в одноступенчатом адиабатическом реакторе на железоокисном катализаторе.

На дегидрирование подают изоамиленовую фракцию и получают контактный газ в количестве и по составу, представленному в табл. 1 (см. в конце описания).

На дегидрировании выдерживается следующий технологический режим.

1. Подача изоамиленовой фракции, сырье, т/ч - 7,0
2. Объемная скорость подачи сырья, час^-1 - 120
3. Разбавление сырья паром, т/т - 1:5,5
4. Температура, ^oC
верха - 620
низа - 580
5. Давление, кг/см²
верха - 0,7
низа - 0,3
При этом получены следующие выходы, мас. %
на пропущенные
и-C₅H₁₀ + и-C₅H₈ в сырье - 29,0
на разложенные
и-C₅H₁₀ + и-C₅H₈ в сырье - 79,2
Конверсия - 36,6
Несмотря на ряд преимуществ процесса дегидрирования на железоокисных по сравнению с фосфатными катализаторами, конверсия и селективность изоамиленов недостаточны, вследствие чего удельный расход водяного пара высок.

Пример N 2. По предлагаемому способу дегидрирование изоамиленов в изопрен проводится в двухступенчатом адиабатическом реакторе с промежуточным перегревом контактного газа на железоокисном катализаторе К-24. Перегретый водяной пар отдает свое тепло в межступенчатом перегревателе контактного газа и возвращается в печь для повторного перегрева, а затем поступает в составе шихты на дегидрирование. Необходимая температура дегидрирования регулируется перепуском пара, поступающего в печь в первую секцию змеевиков, на вторую.

На дегидрирование подается сырье и получается контактный газ в количестве и по составу, представленному в табл. 2 (см. в конце описания).

При дегидрировании на реакторном блоке выдерживался следующий технологический режим:
1. Подача сырья, т/ч - 7,0
2. Объемная скорость подачи сырья, час^-1 - 90
3. Разбавление сырья паром, т/т - 1:5,5
4. Температура, ^oC
1 ступень верха - 600
низа - 580
II ступень верха - 600
низа - 580
перепад температур, ^oC - 40
5. Давление, кг/м²
1 ступень верха - 0,7
низа - 0,55
II ступень - 0,5
низа - 0,3
перепад давления - 0,4
Выход изопрена и конверсия показаны в табл. 3 (см. в конце описания).

При работе реакторов дегидрирования по двухступенчатой схеме конверсия и селективность выше, а следовательно, удельный расход пара ниже, чем по одноступенчатой схеме.

Сопоставление работы одноступенчатых и двухступенчатых реакторов с промежуточным перегревом контактного газа в межступенчатом перегревателе при дегидрировании изоамиленов в изопрен на железоокисном катализаторе показана в табл. 4 (см. в конце описания).

Таким образом, при более низкой температуре дегидрирования двухступенчатая схема по сравнению с одноступенчатой обеспечивает увеличение выхода на пропущенные и-C₅H₁₀ + и-C₅H₈ на 5-6% абс., выхода на разложенные и-C₅H₁₀ + и-C₅H₈ в сырье на 2,8% абс. и снижение удельного расхода пара примерно на 20%.

Соответственно снижается расход других энергоресурсов и упрощается работа узла охлаждения и конденсации контактного газа.

Осуществление данной схемы удачно вписывается в реконструкцию действующих производств изопрена с параллельно работающими реакторами дегидрирования изоамиленов на фосфатных катализаторах при переводе их на последовательное двухступенчатое дегидрирование на железоокисных катализаторах с установкой межступенчатых перегревателей.

Описывается способ получения изопрена каталитическим дегидрированием изоамиленов в адиабатическом реакторе в присутствии железоокисного катализатора пои температуре 580-630^oC и разбавлении сырья водяным паром. Дегидрирование проводят в двухступенчатом реакторе при разбавлении сырья водяным паром в соотношении 1:5-6 по массе с промежуточным перегревом контактного газа первой ступени в межступенчатом перегревателе водяным паром, поступающим из первой секции однокамерной пароперегревательной печи, с последующим перегревом этого пара во второй секции пароперегревательной печи и подачей его вместе с сырьем в первую ступень реактора, причем температуру дегидрирования корректируют перепуском части пара, поступающего на первую секцию змеевиков пароперегревательной печи, на вторую секцию змеевиков. Технический результат - снижение удельного расхода водяного пара, повышение конверсии изоамиленов и селективности процесса. 2 з.п.ф-лы. 1 ил., 4 табл.

1. Способ получения изопрена каталитическим дегидрированием изоамиленов в адиабатическом реакторе в присутствии железоокисного катализатора при температуре 580 - 630^oC и разбавлении сырья водяным паром, отличающийся тем, что дегидрирование проводят в двухступенчатом реакторе при разбавлении сырья водяным паром в соотношении 1 : 5 - 6 по массе с промежуточным перегревом контактного газа первой ступени в межступенчатом перегревателе водяным паром, поступающим из первой секции однокамерной пароперегревательной печи, с последующим перегревом этого пара во второй секции пароперегревательной печи и подачей его вместе с сырьем на первую ступень реактора, причем температуру дегидрирования корректируют перепуском части пара, поступающего на первую секцию змеевиков пароперегревательной печи, на вторую секцию змеевиков. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение поверхностей секций змеевиков в пароперегревательной печи составляет 5 : 3. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что конверсия изоамиленов на железоокисных катализаторах при объемной скорости 70 - 90 ч^-1 выдерживается на уровне 34% в первой ступени реактора и 42% во второй.