СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ C-C В НИЗШИЕ ОЛЕФИНЫ C-C Российский патент 2016 года по МПК C10G11/02 C10G11/04 B01J23/26 C07C4/06 C07C11/02 

Описание патента на изобретение RU2601864C1

Предлагаемое изобретение относится к нефтехимии, касается способа каталитического пиролиза углеводородной смеси C1-C4 в низшие олефины С24, которые могут быть использованы в процессах полимеризации, алкилирования и этерификации.

Важнейшей задачей нефте- и газоперерабатывающей промышленности является усовершенствование существующих способов каталитического пиролиза углеводородного сырья в низшие олефины С24 (Черных С.П., Адельсон С.В., Мухина Т.Н. //Нефтехимия. 1991. Т. 31. С. 688).

Современный способ производства низших олефинов осуществляется путем высокотемпературного пиролиза углеводородного сырья при температурах выше 850°С, что приводит к глубокому крекингу алканов с образованием кокса и вызывает необходимость периодической чистки реакторов. Поэтому поиск новых эффективных способов переработки углеводородов нефти, позволяющих снизить температуру и повысить селективность процесса по этилену и пропилену, уменьшить коксообразование, продолжает оставаться актуальной задачей (Васильева Н.А., Буянов Р.А. // Химия в интересах устойчивого развития. 2004. №12. С. 661. Шикарев В.В., Ханаев В.М., Соловьев Е.А. // Кинетика и катализ. 2014. Т. 55. №1. С. 90).

Известны три типа каталитических систем пиролиза легких углеводородов С14 в проточной системе:

- защитные пленочные полифосфатные покрытия, нанесенные на внутреннюю поверхность стального реактора, содержащие металлы II-III групп Периодической системы (Александров Ю.А., Шекунова В.М., Диденкулова И.И., Пищурова И.А. // ЖОХ. 2008. Т. 78. №10. С. 1662. Александров Ю.А., Шекунова В.М., Пищурова И.А., Диденкулова И.И., Цыганова Е.И. // ЖОХ. 2009. Т. 79. Вып. 6. С. 945);

- композиционные высокодисперсные материалы, модифицированные цинк-, фосфор-, кремнийорганическими соединениями и размещенные внутри проточного реактора (Александров Ю.А., Цыганова Е.И., Шекунова В.М., Диденкулова И.И. Патент РФ №2345973 (2006) // Б.И. 2009. №4. Александров Ю.А., Цыганова Е.И., Шекунова В.М., Диденкулова И.И. // ЖОХ. 2010. Т. 80. Вып. 4. С. 581);

- ультрадисперсные частицы металлов размером 100-500 нм, сформированные электровзрывным диспергированием монометаллических (Ag, Al, Cu, Fe, Ni, Ti, Pt, W, Mo) и биметаллических (Mo, Cu; Fe, Al; W, Ni; W, Pt) проводников (Шекунова B.M., Синяпкин Ю.Т., Диденкулова И.И., Цыганова Е.И., Александров Ю.А., Синяпкин Д.Ю. // Нефтехимия. 2013. Т. 53. №2. С. 107.

Известен катализатор для пиролиза углеводородного сырья в низшие олефины, способ его получения и способ каталитического пиролиза углеводородного сырья в низшие олефины (RU 2238142 С2, кл. B01J 23/02, B01J 21/04, B01J 21/10, B01J 37/04, B01J 37/34, C10G 11/04, опубл. 20.10.2004 г.). Катализатор пиролиза углеводородного сырья в низшие олефины представляет собой сформированные в процессе термообработки цементы структуры МеО·nAl2O3, где МеО - оксид Са, Mg, Sr или их смеси, a n - число от 1,0 до 6,0; содержит модифицирующий компонент, выбранный из по крайней мере одного оксида металлов I-IV А, В, VI В подгрупп Периодической системы элементов и в качестве упрочняющей добавки содержит оксиды бора или фосфора или их смеси и имеет следующий состав в пересчете на оксид, мас. %: оксид МеО или их смеси 10-40; модифицирующий компонент 0,1-10; оксид бора, фосфора или их смеси - 0,5-5,0; оксид алюминия остальное. Описан способ получения такого катализатора. Описан способ каталитического пиролиза углеводородного сырья в низшие олефины С24 на описанном катализаторе.

Недостатками данного способа получения олефиновых углеводородов являются невысокий выход олефинов С24, а также многокомпонентность и сложность воспроизведения цементного состава катализатора.

Известен катализатор для пиролиза углеводородного сырья в низшие олефины, способ его получения и способ каталитического пиролиза углеводородного сырья в низшие олефины (RU 2247599 С1, кл. B01J 21/04, B01J 21/10, B01J 23/02, B01J 23/16, B01J 37/04, B01J 37/08, C10G 11/04, опубл. 10.03.2005 г.) Катализатор представляет собой сформированные в процессе термообработки цементы структуры МеО·nAl2O3, где МеО - оксид II А группы Периодической системы элементов или их смеси, a n - число 1,0-6,0, содержит модифицирующий компонент, нанесенный на цементы методом пропитки, выбранный из по крайней мере одного оксида металла - магния, стронция, меди, цинка, индия, хрома, марганца или их смеси, упрочняющую добавку - оксид бора или фосфора или их смеси и имеет следующий состав, в пересчете на оксид, мас. %: оксид МеО или их смеси 10,0-40,0, модифицирующий компонент 1,0-15,0, оксид бора, фосфора или их смеси 0,5-5,0, оксид алюминия остальное. Катализатор получают сухим смешением соединений II А Периодической системы элементов или их смеси, соединений алюминия и упрочняющей добавки - соединений бора, фосфора или их смеси, с последующей механохимической обработкой в вибромельнице в течение 0,1-72 ч, формовкой катализаторной массы, сушкой и прокалкой 0,1-48 ч при 600-1200°С, с последующей пропиткой полученных цементов модифицирующим компонентом: соответствующими солями магния, стронция, меди, цинка, индия, хрома, марганца или их смеси в количестве 1,0-15,0 мас. %, с последующей сушкой и прокалкой при температуре 800-1000°С в течение 4-24 ч. Способ каталитического пиролиза углеводородного сырья в низшие олефины С24 ведут при 600-850°С, объемной скорости подачи углеводородного сырья 2-4 ч-1, массовом соотношении углеводородное сырье : водяной пар = 1:0,5-1 на указанном катализаторе, а в качестве углеводородного сырья используют прямогонную бензиновую фракцию 25-195°С или пропан-бутановую фракцию.

Недостатками данного способа являются сложность приготовления катализатора, невысокий выход индивидуальных олефинов С24 и образование кокса.

Известен способ пиролиза пропан-бутановой углеводородной смеси, (RU 2325425 С2, кл. C10G 9/00, опубл. 27.05.2008 г.), который предполагает формирование в проточном трубчатом кварцевом реакторе на поверхности металлической стружки, которой наполнен реактор, защитного пленочного керамического покрытия весом до 70-100 г/м2 поверхности и брутто-состава, мол. %: Р2О5 40-50, ZnO/CdO 50-40, и дополнительно примеси окислов железа, хрома и никеля, образующихся при термообработке покрытия. Формирование керамического пленочного покрытия осуществляют путем обработки поверхности металлической стружки, которой наполнен реактор, водными суспензиями или растворами соединений цинка, кадмия и фосфора ("золь-гель" метод), последующую сушку покрытия при 80-100°С и термообработку 250-450°С в течение 3-4 ч. Способ пиролиза пропан-бутановой углеводородной смеси состава, мол. %: пропан 76.2, бутан 17.5, этан 4.1, метан 2.3, осуществляют в реакторе, изготовленном из кварца, наполненного металлической стружкой (сталь 45Х25Н35БС) в присутствии предложенного пленочного керамического покрытия, нанесенного на поверхность стружки, при температуре 730-810°С, времени контакта 0,03-0,04 с. Выход этилена при этом составляет 53-64 мол. %.

Недостатками данного способа являются многокомпонентность и сложность воспроизведения состава пленочного покрытия катализатора. Кроме того, проведение пиролиза в проточном трубчатом кварцевом реакторе, заполненном обработанной металлической стружкой, представляет опасность ввиду хрупкости материала реактора, особенно при высоких температурах (730-810°С).

В задачу предлагаемого изобретения положено создание нового способа каталитического пиролиза углеводородной смеси С14 в низшие олефины С24.

Техническим результатом от использования изобретения является упрощение способа за счет упрощения формирования пленочного покрытия на носителе, повышение безопасности при высоком суммарном выходе олефинов, таких как этилен и пропилен, и низком коксообразовании.

Поставленная задача достигается тем, что способ каталитического пиролиза углеводородной смеси С14 в низшие олефины С24 проводимый в проточном стальном трубчатом реакторе при температуре 710-830°С, осуществляют в присутствии пиролитического хрома, сформированного в виде пленочного покрытия на поверхности алюмосиликатных зольных микросфер, при давлении, близком к атмосферному, скорости пропускания газовой смеси 25-100 мл/мин, времени контакта 0,67-17,0 с, значениях гетерогенного фактора 6,7-5,6·105 см-1; используют углеводородную смесь следующего состава, мас. %: метан - 0-2,0, этан - 0-4,1, пропан - 73,9-85,2, бутан - 9,1-13,5, i-бутан - 3,8-8,5; формирование в проточном трубчатом реакторе пленочного покрытия пиролитического хрома на поверхности алюмосиликатных зольных микросфер, осуществляют путем высокотемпературного распада паров бисаренхроморганической жидкости с общим содержанием хрома 15.5 мас. % на нагретой до температуры 420°С поверхности алюмосиликатных зольных микросфер; осаждение пиролитического хрома проводят в вакууме, с образованием при дальнейшем нагреве реактора ненасыщенного пара бисаренхроморганической жидкости; бисаренхроморганическую жидкость впрыскивают в реактор с предварительно подготовленными зольными микросферами в токе аргона в количестве 9-10 см3; используют алюмосиликатные зольные микросферы преимущественно размером 100-315 мкм; толщину пленочного покрытия пиролитического хрома задают в диапазоне 0.1-0.3 мкм.

В таблице 1 представлены характеристики пиролиза углеводородной смеси С14 в реакторе с алюмосиликатными зольными микросферами (2 г).

Предложенный способ каталитического пиролиза углеводородной смеси С14 в низшие олефины С24 осуществляют следующим образом.

В качестве катализатора используют пиролитический хром, сформированный в виде пленочного покрытия на поверхности алюмосиликатных зольных микросфер.

В качестве носителя используют рабочие отходы алюмосиликатных зольных микросфер Черепетской ГРЭС (ТУ 14.2-25595170-001-2003) следующего состава, масс. %: SiO2 - 62.0, Al2O3 - 27.0, K2O - 3.5, Fe2O3 - 3.1, СаО - 1.4, MgO - 1.2, TiO2 - 0.8, Na2O - 0.6, которые характеризуются низкой насыпной плотностью в интервале 0.32-0.68 г/см3, низкой теплопроводностью, высокой прочностью, инертностью к органическим растворителям, кислотам и щелочам.

Формирование катализатора в проточном трубчатом реакторе в виде пленочного покрытия пиролитического хрома на поверхности алюмосиликатных зольных микросфер осуществляют путем высокотемпературного распада паров бисаренхроморганической жидкости (далее ХОЖ) с общим содержанием хрома 15.5 мас. % на нагретой до температуры 420°С поверхности алюмосиликатных зольных микросфер. Покрытие пиролитического хрома проводят в вакууме, способ создания паровой фазы ХОЖ - неравновесный в статических условиях. В этом случае ХОЖ в количестве 9-10 см3 впрыскивают в токе аргона в реактор, содержащий предварительно подготовленные алюмосиликатные зольные микросферы. Далее реактор вакуумируют при комнатной температуре. При дальнейшем нагреве реактора ХОЖ полностью испаряется, образуя ненасыщенный пар, при разложении которого на поверхности зольных микросфер в таких условиях получают тонкие пленки пиролитического хрома, состоящие из хрома и карбидов хрома различного состава. В зависимости от условий осаждения можно задавать толщину покрытий в диапазоне 0.1-0.3 мкм.

Каталитический пиролиз углеводородной смеси С14 в низшие олефины С24 проводят в проточном стальном трубчатом реакторе при температуре 710-830°С, в присутствии пиролитического хрома, сформированного в виде пленочного покрытия на поверхности алюмосиликатных зольных микросфер, при давлении, близком к атмосферному, скорости пропускания газовой смеси 25-100 мл/мин, времени контакта 0,67-17,0 с, значениях гетерогенного фактора 6,7-5,6·105 см-1. При этом используют углеводородную смесь следующего состава, мас. %:

метан - 0-2,0,

этан - 0-4,1,

пропан - 73,9-85,2,

бутан - 9,1-13,5,

i-бутан - 3,8-8,5.

В качестве основных газофазных продуктов пиролиза углеводородной смеси в реакторе, внутри которого помещают алюмосиликатные зольные микросферы, покрытые пиролитическим хромом, получают метан, этан, этилен и пропилен, количество которых увеличивается с температурой (таблица 1).

Из данных таблицы 1 видно, что на выход продуктов при пиролизе углеводородной смеси влияют размеры зольных микросфер без покрытия: на сферах меньшего размера (100-160 мкм) конверсия и выходы олефинов (этилен, пропилен) выше, чем на сферах большего размера (>180 мкм). Однако при нанесении на поверхность алюмосиликатных зольных микросфер пиролитического хрома значительно лучший результат получают на зольных микросферах с размером 200-315 мкм. При этом наблюдают увеличение конверсии углеводородной смеси C1-C4, выхода этилена и пропилена, селективности по этилену в широком диапазоне температур (710-830°С). Отмечено снижение сажеобразования. Стоит отметить, что уменьшение количества катализатора с 2 г до 1 г снижает показатели его эффективности по выше перечисленным параметрам.

Использование в качестве носителя алюмосиликатных зольных микросфер, образующихся в результате более высокотемпературных процессов, чем процесс пиролиза, обеспечивает термостабильность катализатора при температурах пиролиза, увеличивает срок его эксплуатации, способствует повышению экологичности процесса (поскольку алюмосиликатные зольные микросферы являются отходами производства).

Формирование пленочного покрытия на поверхности зольных микросфер путем высокотемпературное разложения бисаренхроморганической жидкости в стальном реактор обеспечивает упрощение получения пленочного покрытия на поверхности носителя, что в целом упрощает способ и способствует повышению его безопасности.

Использование алюмосиликатных зольных микросфер с пленочным покрытием пиролитического хрома, сформированного на их поверхности, обеспечивает повышение суммарного выхода олефинов, таких как этилен и пропилен, снижает коксообразование.

Заявленное изобретение иллюстрируется примерами 1-6, уточняющими изобретение, не ограничивая его, представленными в Таблице 1.

Похожие патенты RU2601864C1

название год авторы номер документа
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ С1-С4 И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2015
  • Шекунова Валентина Михайловна
  • Объедков Анатолий Михайлович
  • Семенов Николай Михайлович
  • Цыганова Елена Ивановна
  • Филофеев Сергей Васильевич
  • Александров Юрий Арсентьевич
RU2603134C1
КАТАЛИЗАТОР ДЕГИДРИРОВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ C-C В ОЛЕФИНЫ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2020
  • Объедков Анатолий Михайлович
  • Семенов Николай Михайлович
  • Каверин Борис Сергеевич
  • Вилков Илья Владимирович
  • Кетков Сергей Юлиевич
  • Цыганова Елена Ивановна
  • Филофеев Сергей Васильевич
  • Сивков Виктор Николаевич
  • Некипелов Сергей Вячеславович
RU2769185C2
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ C-C, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ C-C В НИЗШИЕ ОЛЕФИНЫ C-C НА ЭТОМ КАТАЛИЗАТОРЕ 2015
  • Шекунова Валентина Михайловна
  • Цыганова Елена Ивановна
  • Филофеев Сергей Васильевич
  • Александров Юрий Арсентьевич
RU2574725C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗШИХ ОЛЕФИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ 2011
  • Шекунова Валентина Михайловна
  • Синяпкин Юрий Терентьевич
  • Диденкулова Ирина Ивановна
RU2468066C1
СПОСОБ ПИРОЛИЗА ПРОПАН-БУТАНОВОЙ УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ С ПОВЫШЕННЫМ ВЫХОДОМ ЭТИЛЕНА И БЕЗ ОБРАЗОВАНИЯ КОКСА 2005
  • Александров Юрий Арсентьевич
  • Диденкулова Ирина Ивановна
  • Шекунова Валентина Михайловна
RU2325425C2
КАТАЛИЗАТОР ПИРОЛИЗА ПРОПАН-БУТАНОВОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ В НИЗШИЕ ОЛЕФИНЫ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2005
  • Александров Юрий Арсентьевич
  • Диденкулова Ирина Ивановна
  • Шекунова Валентина Михайловна
  • Цыганова Елена Ивановна
  • Пищурова Ирина Анатольевна
RU2331473C2
КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЖИДКОФАЗНОГО АЛКИЛИРОВАНИЯ ИЗОБУТАНА ОЛЕФИНАМИ C-C В ЕГО ПРИСУТСТВИИ 2010
  • Хаджиев Саламбек Наибович
  • Герзелиев Ильяс Магомедович
RU2457902C2
КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ C/AlO И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2014
  • Ильинич Галина Николаевна
  • Квон Рэн Ил
  • Аюпов Артем Борисович
  • Романенко Анатолий Владимирович
RU2552634C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЛЕФИНОВ C-C ИЗ ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА 2013
  • Хаджиев Саламбек Наибович
  • Колесниченко Наталия Васильевна
  • Ежова Наталия Николаевна
  • Коростелева Ирина Геннадьевна
  • Яшина Ольга Владимировна
  • Хиврич Екатерина Николаевна
RU2547838C2
Способ приготовления кассетного катализатора пиролиза углеводородных фракций 2021
  • Абдрахманов Барей Альбертович
  • Бадикова Альбина Дарисовна
  • Гумерова Эльмира Фаиловна
  • Осипенко Евгений Вадимович
  • Сахибгареев Самат Рифович
  • Цадкин Михаил Авраамович
  • Шаяхметов Ульфат Шайхизаманович
RU2776847C1

Реферат патента 2016 года СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДНОЙ СМЕСИ C-C В НИЗШИЕ ОЛЕФИНЫ C-C

Предлагаемое изобретение относится к нефтехимии, касается способа каталитического пиролиза углеводородной смеси C1-C4 в низшие олефины С24, которые могут быть использованы в процессах полимеризации, алкилирования и этерификации. Способ каталитического пиролиза углеводородной смеси C1-C4 в низшие олефины С24 проводят в проточном трубчатом реакторе при температуре 710-830°С. Новым является то, что его осуществляют в присутствии пиролитического хрома, сформированного в виде пленочного покрытия на поверхности алюмосиликатных зольных микросфер, при давлении, близком к атмосферному, скорости пропускания газовой смеси 25-100 мл/мин, времени контакта 0,67-17,0 с, значениях гетерогенного фактора 6,7-5,6·105 см-1. Техническим результатом от использования изобретения является упрощение способа за счет упрощения формирования пленочного покрытия на носителе, повышение безопасности при высоком суммарном выходе олефинов, таких как этилен и пропилен, и низком коксообразовании. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 601 864 C1

1. Способ каталитического пиролиза углеводородной смеси C1-C4 в низшие олефины C2-C4, проводимый в проточном стальном трубчатом реакторе при температуре 710-830°C, отличающийся тем, что его осуществляют в присутствии пиролитического хрома, сформированного в виде пленочного покрытия на поверхности алюмосиликатных зольных микросфер, при давлении, близком к атмосферному, скорости пропускания газовой смеси 25-100 мл/мин, времени контакта 0,67-17,0 с, значениях гетерогенного фактора 6,7-5,6·105 см-1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют углеводородную смесь следующего состава, мас.%:
метан 0-2,0 этан 0-4,1 пропан 73,9-85,2 бутан 9,1-13,5 i-бутан 3,8-8,5

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование в проточном трубчатом реакторе пленочного покрытия пиролитического хрома на поверхности алюмосиликатных зольных микросфер, осуществляют путем высокотемпературного распада паров бисаренхроморганической жидкости с общим содержанием хрома 15.5 мас.% на нагретой до температуры 420°C поверхности алюмосиликатных зольных микросфер.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение пиролитического хрома проводят в вакууме, с образованием при дальнейшем нагреве реактора ненасыщенного пара бисаренхроморганической жидкости.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что бисаренхроморганическую жидкость впрыскивают в реактор с предварительно подготовленными зольными микросферами в токе аргона в количестве 9-10 см3.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют алюмосиликатные зольные микросферы преимущественно размером 100-315 мкм.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в зависимости от условий осаждения толщину пленочного покрытия пиролитического хрома задают в диапазоне 0.1-0.3 мкм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2601864C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗШИХ ОЛЕФИНОВ 1999
  • Бухаркин А.К.
  • Пустынникова О.Н.
  • Томенко К.Б.
RU2144055C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗШИХ ОЛЕФИНОВ 2000
  • Бухаркин А.К.
  • Калинин В.Н.
  • Крылов Б.С.
  • Кутовой А.И.
  • Макаров О.К.
  • Томенко К.Б.
RU2169167C1
KR 999304 B1, 08.12.2010.

RU 2 601 864 C1

Авторы

Шекунова Валентина Михайловна

Объедков Анатолий Михайлович

Семенов Николай Михайлович

Цыганова Елена Ивановна

Филофеев Сергей Васильевич

Александров Юрий Арсентьевич

Даты

2016-11-10Публикация

2015-11-17Подача