СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЛЕФИНОВ С-С И КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК C07C5/333 B01J23/26 B01J21/04 B01J23/04 B82B1/00 

Описание патента на изобретение RU2402514C1

Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к получению олефиновых и диеновых углеводородов дегидрированием парафиновых углеводородов.

Известно несколько способов проведения процессов дегидрирования парафиновых углеводородов. Наиболее распространенными процессами являются вакуумное дегидрирование и дегидрирование в кипящем слое (Sanfilippo D., Miracca I. // Catalysis Today. 2006. V.111, Issues 1-2. P.133). Во всех известных процессах в качестве сырья используются чистые парафиновые углеводороды.

Одной из основных проблем при дегидрировании являются термодинамические ограничения по конверсии парафинов. Для достижения высоких конверсий используют следующие приемы:

- повышают температуру реакции, но это приводит к снижению селективности;

- снижают давление процесса, как в вакуумном дегидрировании, что требует сложного оборудования;

- разбавляют сырье инертным газом, что приводит к снижению производительности.

Известен способ получения пропилена дегидрированием пропана на алюмохромовом катализаторе в кипящем слое (РФ 2127242, C07C 5/333, B01J 23/26, 10.03.1999). Недостатками способа являются низкие показатели активности и селективности.

Известен катализатор дегидрирования углеводородов с высокими показателями активности и селективности в реакции дегидрирования пропана или изобутана (РФ 2183988, B01J 23/26, C07C 5/333, 27.06.2002). Однако для производства катализатора используются очень высокие температуры - 1000-1100°С, и катализатор содержит платину, которая может теряться при эксплуатации катализатора в кипящем слое.

Известен способ дегидрирования парафиновых углеводородов С35 в кипящем слое на алюмохромовом катализаторе (РФ 2322290, C07C 5/333, B01J 23/26, 20.04.2008). Недостатком способа является недостаточно высокая активность и селективность в реакции дегидрирования пропана.

В этих изобретениях в качестве сырья используются индивидуальные углеводороды.

Известен способ дегидрирования смесей парафиновых углеводородов (CN 1110305, C10G 57/00, 18.10.1995), однако олефины не являлись целевым продуктом и не выделялись в виде индивидуальных соединений, а подавались в реактор высокоселективной каталитической олигомеризации для получения олигомера.

В изобретении (US 3474156, C07C 5/333, 21.10.1969) рассматривается получение длинноцепочечных н-олефинов (С620) дегидрированием смеси н-парафинов на алюмоплатиновых катализаторах. Изобретение не предусматривает получение легких олефинов.

Наиболее близким к предлагаемому решению является процесс дегидрирования смесей углеводородов (US 5220093, C07C 5/333, 15.06.1993). В данном изобретении рассматривается процесс превращения смеси легких парафинов в соответствующие олефины с применением методов пиролитического и каталитического дегидрирования и крекинга. Каталитическое и пиролитическое превращение смеси легких парафинов в олефины проводят при малых временах контакта (0,1-0,2 с), высоких температурах (600-870°С) с применением кипящего слоя катализатора. В качестве катализатора используются нанесенные на каолин, силикагель или оксид алюминия металлы платиновой группы Ni, Fe, Pt, Pd с добавками оксидов переходных металлов из ряда V, Cr, Mn, Sn, Pb. В качестве промотора применяется К2О. Недостатками данного способа являются применение высоких температур проведения реакции, что приводит к снижению селективности, и применение не самого эффективного катализатора для этого процесса.

Задачей изобретения является разработка каталитического процесса дегидрирования смесей парафиновых углеводородов С35 для получения нескольких ценных олефинов одновременно.

Технический результат - достигается более глубокая суммарная конверсия С35 парафинов в олефины; увеличивается суммарная селективность процесса по олефинам.

Задача решается процессом получения олефинов С35 дегидрированием парафиновых углеводородов, в котором в качестве сырья для процесса используют смесь парафиновых углеводородов С15, и процесс осуществляют в присутствии катализатора, содержащего оксид хрома, оксид щелочного металла, оксиды переходных металлов и носитель.

Смесь парафиновых углеводородов может содержать от двух до семи компонентов.

Содержание парафиновых углеводородов в смесях может находиться в интервале, мас.%:

CH4 3-25 C2H6 3-20 C3H8 30-75 n-C4H10 5-75 i-C4H10 5-75 n-C5H12 5-75 i-C5H12 5-75

Процесс проводят в кипящем слое катализатора при циркуляции катализатора по контуру реактор дегидрирования - реактор регенерации.

Температура проведения процесса находится в интервале 520-650°С, температура регенерации - 560-650°С, объемная скорость подачи сырья 300-800 ч-1, время дегидрирования 10-30 мин, время регенерации 5-30 мин, время продувки инертным газом между стадиями дегидрирование - регенерация - дегидрирование - 3-15 мин.

В качестве катализатора может быть использован катализатор, который содержит оксид хрома, оксид щелочного металла, оксиды переходных металлов, в качестве носителя он содержит наноструктурированное кислородсодержащее соединение алюминия общей формулы: Al2O3-x(ОН)x∗nH2O, где: х=0-0.28, n=0,03-1,8, состоящее из наноструктурированных первичных частиц размером 2-5 нм и характеризующееся разупорядоченной/дефектной слоистой структурой, близкой к структуре байерита.

Кислородсодержащее соединение алюминия общей формулы: Al2O3-x(OH)x∗nH2O получают в неравновесных условиях путем быстрой центробежной термоударной обработки гидроксида алюминия в насыщенных парах воды при повышенной температуре с последующим принудительным охлаждением полученного продукта. В качестве исходного гидроксида алюминия используют гидраргиллит (гиббсит) или байерит.

Катализатор содержит, мас.%: 8,0-23,0 оксида хрома Cr2O3; 0,05-5,0 оксида щелочного металла M2O; 0.1-5.0 оксида переходного металла M'O2, остальное носитель. Щелочной металл M выбран из ряда: Li, Na, K, Rb, Cs. Переходной металл M' выбран из ряда: Zr, и/или Ce, и/или U.

Катализатор представляет собой микросферы со следующим распределением частиц по размерам, мас.%.: <50 мкм - <30; 50-80 мкм - 20-30; 80-100 мкм - 15-25; 100-120 мкм - 15-20; 120-140 мкм - 10-15; >140 мкм <5.

Задача решается разбавлением основного сырья другим углеводородом или углеводородами, который (которые) также подвергается дегидрированию с образованием другого ценного олефина. При одинаковых температуре и давлении равновесная степень дегидрирования (реакционная способность) увеличивается в ряду парафинов с увеличением числа атомов углерода и степени разветвленности парафина (Weckhuysen В.М., Schoonheydt R.A.// Catalysis Today. 1999. V.51. №2. P. 223):

C2<<C3<<n-C4<i-C4<n-C5<i-C5.

Термодинамические расчеты дегидрирования модельных смесей углеводородов показывают, что существует сложное взаимное влияние компонентов на равновесный выход олефинов. Каждый из компонентов смеси одновременно может выполнять роль разбавителя, способствующего сдвигу равновесия дегидрирования других компонентов смеси в сторону целевого олефина, и роль дополнительного поставщика водорода в зону реакции, приводящего к сдвигу равновесия реакции дегидрирования влево. Суммарный вклад будет зависеть от того, какое место занимает один компонент по отношению к другому в ряду реакционной способности.

Каталитическую активность исследуют в реакции дегидрирования С35 парафиновых углеводородов или их модельных смесей, взятых в соотношениях, близких к соотношениям конкретных углеводородов в реальных ШФЛУ или ПНГ.

Каталитические эксперименты проводят на автоматизированном лабораторном стенде в проточных реакторах с кипящим или стационарным слоем катализатора циклами дегидрирования - регенерация. Температуру реакции варьируют в пределах 520-650°С, время анализа от начала реакции - 10 мин. Анализ исходной углеводородной смеси и продуктов реакции проводят в режиме on-line путем поворота крана пробоотборника. Анализ проводят хроматографическим методом на газовом хроматографе «ХРОМОС-1100» с пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой с SiO2 длиной 30 м.

Оценку каталитических характеристик катализатора проводят по выходу непредельных (ВП) на пропущенный парафин, выходу непредельных углеводородов на разложенный парафин (BP - селективность) и степени превращения парафина (X).

Ниже приведены используемые для расчета формулы.

, мас.%

где: Ci - массовая доля олефина в продуктах реакции, мас.%;

С0 - массовая доля парафина в исходном сырье, мас.%;

С - массовая доля парафина в продуктах реакции, мас.%.

, мас.%

где: CC4H10 - массовая доля изобутана в продуктах реакции, г.

Степень превращения парафина (изобутана) рассчитывают по формуле

, %

За результат испытания принимают среднее арифметическое измеренных показателей в трех последовательных циклах.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Проводят дегидрирование пропана, изобутана и их смеси состава: пропан - 43.1 мас.%, изобутан 56.9 мас.%, при температуре 560°С и постоянной объемной скорости 400 ч-1 в кипящем слое катализатора. Результаты представлены в таблице 1.

Пример 2.

Проводят дегидрирование пропана, изобутана и их смеси состава: пропан - 42.2 мас.%, изобутан 57.8 мас.%, при температуре 560-600°С при постоянной объемной скорости по индивидуальному углеводороду в кипящем слое катализатора. Результаты представлены в таблице 2.

Пример 3.

Проводят дегидрирование пропана и изобутана в смеси с метаном в кипящем слое катализатора. Результаты представлены в таблице 3.

Пример 4.

Проводят дегидрирование пропана в смеси с метаном в стационарном слое катализатора. Результаты представлены в таблице 4.

Пример 5.

Проводят дегидрирование пропана в смеси с метаном и этаном в стационарном слое катализатора. Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 1 Каталитические характеристики при дегидрировании пропана, изобутана и модельной пропан-бутановой смеси в кипящем слое на Cr2O3-Al2O3 катализаторе при постоянной объемной скорости входных газов и их смеси. Каталитические характеристики ∗) Состав исходного сырья Пропан - 99.9 мас.% Изобутан - 99.8% Пропан - 42.2 мас.% Изобутан - 57.8 мас.% Конверсия пропана, % 34.8 34.4 Выход пропилена, мас.% 31.0 31.0 Селективность по пропилену, мас.% - 89.0 90.0 Конверсия изобутана, % 55.0 57.3 Выход изобутилена, мас.% 51.5 53.6 Селективность по изобутилену, % - 93.4 93.5

Таблица 2 Каталитические характеристики при дегидрировании пропана, изобутана и модельной пропан-бутановой смеси в кипящем слое на Cr2O3-Al2O3 катализаторе при постоянной объемной скорости по изобутану и пропану Состав исходной смеси мас.% Объемная скорость, ч-1 Т, оС Каталитические характеристики i-C4H10 C3H8 ВП, мас.% BP, мас.% i-C4H8 C3H6 i-C4H8 C3H6 99.8 0.2 400 560 49.4 0.6 92.2 580 56.7 1.5 90.4 590 56.6 2.1 85.9 - 600 58.8 2.6 85.3 0 99.9 580 33.0 80.0 400 590 - 34.7 - 75.9 600 33.7 62.7 560 49.3 25.8 96.02 95.4 56.9 43.1 800 580 57.3 32.9 92.5 96.5 (400+400) 590 58.2 36.3 90.7 99.5 600 58.3 40.7 81.6 100.9

Таблица 3 Влияние разбавления метаном на каталитические характеристики в реакции дегидрирования пропана и изобутана в кипящем слое на Cr2O3-Al2O3 катализаторе Дегидрируемый парафин Состав смеси Объемная скорость, ч-1 Т, °С ВП, мас.% BP, мас.% Конверсия парафина, парафин метан % мас.% мас.% Пропан 99.9 0 400 580 33.0 80.0 39.1 560 31.0 89.0 34.8 73.3 26.7 800 580 41.8 88.5 47.2 560 34.0 88.5 38.4 Изобутан 99.8 0 400 580 57.0 90.5 63.0 560 51.0 92.1 55.4 78.3 21.6 800 580 64.1 91.0 70.4 560 55.0 90.8 60.5

Таблица 4 Влияние разбавления метаном на каталитические характеристики в реакции дегидрирования пропана на Cr2O3-Al2O3 катализаторе в стационарном слое при 590°С. Состав реакционной смеси, мас.% Каталитические характеристики C3H8 CH4 Выход пропилена, Селективность по пропилену, Конверсия пропана, мас.% мас.% % 99.9 - 42.9 90.8 47.3 71.7 28.36 48.9 91.2 53.6

Таблица 5 Каталитические характеристики дегидрирования метана - этан - пропановой смеси на катализаторе в стационарном слое Объемная скорость газа, ч-1 Состав исходной смеси, мас.% Т реакции, °С Каталитические характеристики CH4 C2H6 C3H8 CH4 C2H6 C3H3 ВП, мас.% BP, мас.% Х, % C3H6 C3H6 C3H8 300 300 600 12.1 22.3 65.6 578 42.3 91.5 46.2 590 45.5 87.9 51.7 600 47.5 84.1 56.4 600 600 600 18.1 33.1 48.7 579 45.3 92.1 49.2 590 49.0 88.8 55.2 600 51.2 85.6 59.8 300 300 1200 7.4 13.8 78.7 580 39.7 94.6 41.9 588 43.2 92.0 47.0 600 46.5 88.7 52.4 450 450 900 12.4 22.7 64.8 580 42.8 93.7 45.7 590 46.0 90.2 51.0 600 48.0 89.1 53.8

Проведенные эксперименты по дегидрированию модельных смесей С14 парафинов показывают, что если процесс дегидрирования необходимо направить в сторону получения бутенов, то целесообразно проводить дегидрирование смеси С34 парафинов или ШФЛУ, получая при этом дополнительно пропилен. Для направления процесса в сторону большего выхода пропилена наиболее эффективным будет использование для дегидрирования смеси метана и (или) этана с пропаном, ПНГ или его смеси с ШФЛУ, составленной в определенных пропорциях.

В обоих вариантах:

- достигается более глубокая суммарная конверсия С35 парафинов в олефины;

- увеличивается суммарная селективность процесса по олефинам;

- не требуется проведения двойного разделения углеводородов: до и после дегидрирования;

- увеличивается общее количество получаемого пропилена в товарном продукте, который при дегидрировании индивидуальных С45 парафинов является побочным продуктом крекинга. В настоящее время на промышленных установках дегидрирования пропилен из-за малого его содержания в смеси и нерентабельности выделения используется вместе с С12 углеводородами как топочный газ.

Похожие патенты RU2402514C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЛЕФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ C-C И КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2013
  • Котельников Георгий Романович
  • Качалов Дмитрий Васильевич
  • Сиднев Владимир Борисович
  • Кужин Анатолий Васильевич
  • Беспалов Владимир Павлович
  • Герасимова Ольга Валентиновна
  • Шуткин Андрей Сергеевич
RU2514426C1
КАТАЛИЗАТОР ДЕГИДРИРОВАНИЯ ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ C-C, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И СПОСОБ ДЕГИДРИРОВАНИЯ ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ C-C 2010
  • Молчанов Виктор Викторович
  • Пахомов Николай Александрович
  • Кашкин Виталий Николаевич
  • Немыкина Елена Ивановна
  • Чернов Михаил Павлович
  • Парахин Олег Афанасьевич
RU2448770C1
СПОСОБ ДЕГИДРИРОВАНИЯ С-С ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ 2008
  • Бусыгин Владимир Михайлович
  • Гильманов Хамит Хамисович
  • Бурганов Табриз Гильмутдинович
  • Сальников Александр Борисович
  • Ламберов Александр Адольфович
  • Егорова Светлана Робертовна
RU2373175C1
МИКРОСФЕРИЧЕСКИЙ КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ДЕГИДРИРОВАНИЯ ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ 2007
  • Парахин Олег Афанасьевич
  • Чернов Михаил Павлович
RU2349378C1
КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ПРОЦЕСС ДЕГИДРИРОВАНИЯ C-C-ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ОЛЕФИНЫ 2006
  • Молчанов Виктор Викторович
  • Пахомов Николай Александрович
  • Исупова Любовь Александровна
  • Балашов Владимир Александрович
  • Харина Ирина Валерьевна
  • Кашкин Виталий Николаевич
  • Парахин Олег Афанасьевич
  • Чернов Михаил Павлович
  • Печериченко Владимир Алексеевич
  • Александров Александр Викторович
  • Пестов Виталий Валентинович
RU2322290C1
КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ, ПРОЦЕСС ДЕГИДРИРОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО КАТАЛИЗАТОРА 2004
  • Пахомов Н.А.
  • Тихов С.Ф.
  • Буянов Р.А.
  • Бабенко В.С.
  • Садыков В.А.
  • Дятлова Ю.Н.
RU2256499C1
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ДЕГИДРИРОВАНИЯ ПАРАФИНОВЫХ С3-С5 УГЛЕВОДОРОДОВ 2019
  • Кашкин Виталий Николаевич
  • Парахин Олег Афанасьевич
  • Пестов Виталий Валентинович
  • Чемасова Светлана Валерьевна
  • Чернов Михаил Павлович
RU2698308C1
АЛЮМООКСИДНЫЙ НОСИТЕЛЬ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМООКСИДНОГО НОСИТЕЛЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЕГИДРИРОВАНИЯ C-C ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ НА ЭТОМ НОСИТЕЛЕ 2007
  • Ламберов Александр Адольфович
RU2350594C1
КАТАЛИЗАТОР ДЕГИДРИРОВАНИЯ ПАРАФИНОВЫХ И ИЗОПАРАФИНОВЫХ С-С УГЛЕВОДОРОДОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2021
  • Катаев Александр Николаевич
RU2772741C1
КАТАЛИЗАТОР ДЕГИДРИРОВАНИЯ C-C ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ 2019
  • Ламберов Александр Адольфович
  • Егорова Светлана Робертовна
RU2705808C1

Реферат патента 2010 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЛЕФИНОВ С-С И КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к получению олефиновых и диеновых углеводородов дегидрированием парафиновых углеводородов. Описан способ получения олефинов С35 дегидрированием парафиновых углеводородов в присутствии катализатора, содержащего оксид хрома, оксид щелочного металла, оксиды переходных металлов и носитель, в качестве сырья для процесса используют смесь парафиновых углеводородов C1-C5, смесь парафиновых углеводородов может содержать от двух до семи компонентов. Технический результат - достигается более глубокая суммарная конверсия С3-C5 парафинов в олефины; увеличивается суммарная селективность процесса по олефинам. 4 з.п. ф-лы, 5 табл.

Формула изобретения RU 2 402 514 C1

1. Способ получения олефинов С3-C5 дегидрированием парафиновых углеводородов в присутствии катализатора, содержащего оксид хрома, оксид щелочного металла, оксиды переходных металлов и носитель, отличающийся тем, что в качестве сырья для процесса используют смесь парафиновых углеводородов C1-C5.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь парафиновых углеводородов может содержать от двух до семи компонентов.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что содержание парафиновых углеводородов в смесях находится в интервале:
СН4 3-25 мас.%,
С2Н6 3-20 мас.%,
С3Н8 30-75 мас.%,
n-С4Н10 5-75 мас.%,
i-C4H10 5-75 мас.%,
n-C5H12 5-75 мас.%,
i-C5H12 5-75 мас.%.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что его проводят в кипящем слое катализатора при циркуляции катализатора по контуру реактор дегидрирования - реактор регенерации.

5. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что температура проведения процесса 520-650°С, температура регенерации 560-650°С, объемная скорость подачи сырья 300-800 ч-1, время дегидрирования 10-30 мин, время регенерации 5-30 мин, время продувки инертным газом между стадиями дегидрирование - регенерация - дегидрирование 3-15 мин.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2402514C1

КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ПРОЦЕСС ДЕГИДРИРОВАНИЯ C-C-ПАРАФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ОЛЕФИНЫ 2006
  • Молчанов Виктор Викторович
  • Пахомов Николай Александрович
  • Исупова Любовь Александровна
  • Балашов Владимир Александрович
  • Харина Ирина Валерьевна
  • Кашкин Виталий Николаевич
  • Парахин Олег Афанасьевич
  • Чернов Михаил Павлович
  • Печериченко Владимир Алексеевич
  • Александров Александр Викторович
  • Пестов Виталий Валентинович
RU2322290C1
US 5220093 A, 15.06.1993
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ДЕГИДРИРОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 1999
  • Борисова Татьяна Владимировна
  • Качкин Александр Васильевич
  • Макаренко Михаил Григорьевич
  • Мельникова Ольга Михайловна
  • Сотников Валерий Васильевич
RU2287366C1
Способ управления процессом дегидрирования парафиновых углеводородов 1981
  • Матвеев Михаил Григорьевич
  • Миронов Владимир Алексеевич
  • Осовский Евгений Львович
  • Гаврилов Геннадий Сергеевич
  • Горелик Наум Григорьевич
  • Щербань Георгий Трофимович
SU969699A1
US 4746643 А, 24.05.1988
WO 03106388 A1, 24.12.2003
Гидромеханический волновой генератор 1980
  • Галашевский Александр Николаевич
  • Марков Юрий Евгеньевич
  • Самсонович Семен Львович
  • Ушанов Юрий Иванович
  • Ястребцев Юлий Андреевич
  • Уринцев Семен Самойлович
  • Попков Евгений Федорович
  • Бобко Альбин Михайлович
  • Дунаев Сергей Викторович
  • Кустов Анатолий Николаевич
  • Николаев Валерий Федорович
SU885654A1

RU 2 402 514 C1

Авторы

Пахомов Николай Александрович

Молчанов Виктор Викторович

Кашкин Виталий Николаевич

Немыкина Елена Ивановна

Парахин Олег Афанасьевич

Носков Александр Степанович

Даты

2010-10-27Публикация

2009-04-01Подача