КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ДЕГИДРИРОВАНИЯ ИЗОАМИЛЕНОВ В ИЗОПРЕН Российский патент 2002 года по МПК B01J21/00 B01J21/02 B01J21/04 B01J21/06 B01J21/08 B01J21/20 B01J21/12 B01J23/86 C07C11/18 

Изобретение относится к химической, нефтехимической промышленности и может быть использовано для проведения гетерогенно-каталитических реакций, в частности для дегидрирования изоамиленов в изопрен.

Известно использование на предприятиях, производящих полимерные материалы, каучуки в многотоннажном производстве мономеров, катализаторов дегидрирования, в состав которых в значительном количестве входят оксиды и соли металлов. В частности, промышленный катализатор К-16 имеет в своем составе, мас. %: CrO₃ - 0,5; Cr₂O₃ - 5-6; ZnO - 2-4; Fe₂O₃ - 15-17; ZnGr₂O₄ - 45-50; FeCr₂O₄ - 20-25 /Шадрин Л.П. Автореф. канд. диссертации. Институт катализа СО АН СССР, 1968. Шадрин Л.П., Буянов Р.А. Промышленность синтетического каучука, 3, 10. М.:ЦНИИТЭНефтехим, 1968/. Таким образом катализатор состоит в основном из хромитов, цинка и железа, имеющих структуру шпинелей. Не связанные в шпинель окислы железа, хрома и цинка находятся в высокодисперсном состоянии. Структура и химический состав катализатора наряду со многими другими свойствами оказывают непосредственное влияние на его рабочие характеристики.

Активность катализатора К-16 в течение одного рабочего цикла существенно изменяется. В лабораторном изотермическом реакторе при температуре 600^oС, объемной скорости 1000 ч^-1 и мольном разбавлении 10:1 активность за 6 часов дегидрирования изменяется , как показано в табл.1 /Тюряев И.Я. Физико-химические и технологические основы получения дивинила из бутана и бутилена. М.-Л.:Химия, 1966/.

Аналогичным образом изменяются выходы и в адиабатическом реакторе. Например, в полупромышленном трехслойном реакторе с вводом водяного пара в каждый из слоев при температуре в верхней части каждого слоя 600^oС и суммарной объемной скорости подачи бутилена 345 ч^-1 при разбавлении водяным паром в первом слое 5,5:1, во втором - 9,5:1 и в третьем - 12:1 моль/моль получены показатели, приведенные в табл.2.

Как следует из данных табл.1 и 2, первый час работы катализатора характеризуется низкой избирательностью, что является одним из недостатков катализатора К-16.

Второй недостаток катализатора К-16 - сравнительно небольшой срок службы: до 1800 часов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению - прототипом - является промышленный катализатор марки К-24И /Технологический регламент производства катализатора К-24И. Акционерное общество "Каучук", Стерлитамак, 1996/, имеющий следующий химический состав, мас.%: Cr₂O₃ - 2,0-6,0; Fe₂O₃ - 63,0-70,0; Zr₂O₃ - 1,0-2,0; Al₂O₃ - 1,0-2,0; K₂CO₃ - 20,0-28,0; CsNO₃ - 1,0-3,0; K₂SiO₃ - 1,0-3,0 или цемент (ПЦ-500) - 3,5-5,0. Активность и селективность катализатора К-24И определялась на лабораторной установке в изотермических условиях по стандартным методикам.

Согласно лабораторным данным активность катализатора К-24И (выход изопрена на пропущенное сырье) составила Х=38,5 мас.%, селективность (выход изопрена на разложенное сырье) γ = 85 мас.% (табл.3).

Недостатком катализатора К-24И является недостаточно высокая активность в реакции дегидрирования изоамиленов. Повышение активности данного катализатора позволило бы повысить эффективность производства изопрена в целом.

Изобретение решает задачу повышения активности катализатора гетерогенно-каталитических реакций.

Указанная задача решается тем, что катализатор для дегидрирования изоамиленов в изопрен на основе промышленного катализатора К-24И, содержащего Cr₂O₃, Fe₂O₃, ZrO₂, Al₂O₃, K₂CO₃, CsNO₃, K₂SiO₃ или цемент, дополнительно содержит отработанный катализатор производства изопрена при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Отработанный катализатор производства изопрена - 10 - 60
Промышленный катализатор К-24И - Остальное
причем отработанный катализатор является отходом производства изопрена и содержит Al₂O₃, Cr₂O₃, K₂О, SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Al₂O₃ - 69 - 77
Cr₂O₃ - 12 - 15
K₂О - 2 - 5
SiO₂ - 9 - 11
Предлагаемый катализатор готовят механическим смешением компонентов в указанных соотношениях до образования однородной пасты с последующей формовкой, сушкой и активацией.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Для приготовления катализатора используют промышленный катализатор марки К-24И, содержащий Cr₂O₃, Fe₂O₃, ZrO₂, Al₂O₃, K₂CO₃, CsNO₃, K₂SiO₃ или цемент, который перемешивают с 10 мас.% отработанного катализатора производства изопрена известного химического состава, мас.%: Al₂O₃ - 69-77; Cr₂O₃ - 12-15, К₂О - 2-5, SiO₂ - 9-11 до образования однородной пасты с последующей формовкой, сушкой и активацией.

Последующие примеры аналогичны примеру 1 и представлены в табл. 3.

Полученные катализаторы испытывались на активность и селективность при дегидрировании изоамиленов в изопрен при объемной скорости подачи сырья W = 1 ч^-1, температуре 600^oС и разбавлении водяным паром 1:15 моль. Результаты испытаний представлены также в табл. 1.

Из табл. 3 видно, что предлагаемый катализатор для проведения гетерогенно-каталитических реакций не уступает по основным показателям известному катализатору К-24И, а по активности при дегидрировании изоамиленов превышает прототип на 5 мас.%.

Наряду с повышением активности предлагаемого катализатора изобретение позволяет решать и экологические проблемы, а именно снизить образование твердых отходов (отработанных катализаторов).

Предлагаемый катализатор может быть использован на предприятиях синтетического каучука в производстве мономеров, в частности при проведении реакций дегидрирования изоамиленов в изопрен.

Изобретение относится к химической, нефтехимической промышленности и может быть использовано для дегидрирования изоамиленов в изопрен. Описан катализатор для дегидрирования изоамиленов в изопрен на основе промышленного катализатора К-24И, содержащего Cr₂O₃, Fe₂O₃, ZrO₂, Al₂O₃, K₂CO₃, CsNO₃,
K₂SiO₃ или цемент, дополнительно содержащий отработанный катализатор производства изопрена при следующем соотношении компонентов, мас.%: отработанный катализатор производства изопрена 10-60; промышленный катализатор К-24И остальное. Причем предлагаемый катализатор содержит отработанный катализатор производства, включающий Al₂O₃, Cr₂O₃, K₂O, SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас. %: Al₂O₃ 69,0-77,0; Cr₂O₃ 12,0-15,0; K₂O 2,0-5,0; SiO₂ 9,0-11,0. Технический результат - повышение активности катализатора. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Катализатор для дегидрирования изоамиленов в изопрен на основе промышленного катализатора К-24И, содержащего Cr₂O₃, Fe₂O₃, ZrO₂, Al₂O₃, K₂CO₃,
CsNO₃, K₂SiO₃ или цемент, отличающийся тем, что он дополнительно содержит отработанный катализатор производства изопрена при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Отработанный катализатор производства изопрена - 10 - 60
Промышленный катализатор К-24И - Остальное
2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что он содержит отработанный катализатор производства изопрена, включающий Al₂O₃, Cr₂O₃, K₂O, SiO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al₂O₃ - 69,0 - 77,0
Cr₂O₃ - 12,0 - 15,0
K₂O - 2,0 - 5,0
SiO₂ - 9,0 - 11,0в