RU2687491C1 - Method of producing isoprene on iron oxide catalysts in adiabatic reactor - Google Patents
Method of producing isoprene on iron oxide catalysts in adiabatic reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687491C1 RU2687491C1 RU2018139441A RU2018139441A RU2687491C1 RU 2687491 C1 RU2687491 C1 RU 2687491C1 RU 2018139441 A RU2018139441 A RU 2018139441A RU 2018139441 A RU2018139441 A RU 2018139441A RU 2687491 C1 RU2687491 C1 RU 2687491C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- isoamylenes
- stream
- temperature
- reactor
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N Isoprene Chemical compound CC(=C)C=C RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000013021 overheating Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 20
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 9
- QWTDNUCVQCZILF-UHFFFAOYSA-N isopentane Chemical compound CCC(C)C QWTDNUCVQCZILF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- BKOOMYPCSUNDGP-UHFFFAOYSA-N 2-methylbut-2-ene Chemical group CC=C(C)C BKOOMYPCSUNDGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N dimethyl butane Natural products CCCC(C)C AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000219873 Vicia Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 description 1
- 125000000383 tetramethylene group Chemical group [H]C([H])([*:1])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 229930195735 unsaturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C11/00—Aliphatic unsaturated hydrocarbons
- C07C11/12—Alkadienes
- C07C11/173—Alkadienes with five carbon atoms
- C07C11/18—Isoprene
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
- C07C5/32—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with formation of free hydrogen
- C07C5/327—Formation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds only
- C07C5/333—Catalytic processes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения изопрена из изопентана, в частности к процессу дегидрирования изоамиленов в изопрен, и может быть использовано на действующих производствах изопрена.The invention relates to a method for producing isoprene from isopentane, in particular to the process of dehydrogenating isoamylenes to isoprene, and can be used in existing isoprene production.
Одним из основных направлений улучшения технико-экономических показателей процесса дегидрирования изоамиленов является повышение конверсии и селективности. Повышения выхода изопрена в большинстве случаев достигают модифицированием катализатора дегидрирования (патенты РФ №1608917, опубл. 10.09.1996; №2116830, опубл. 10.08.1998; №2127633, опубл. 20.03.1999) или прибегают к различным техническим приемам с внесением изменений в оформление самой установки.One of the main directions of improving the technical and economic indicators of the process of dehydrogenation of isoamylenes is to increase conversion and selectivity. Increasing the yield of isoprene in most cases is achieved by modifying the dehydrogenation catalyst (RF patents №1608917, publ. 10.09.1996; №2116830, publ. 10.08.1998; №2127633, publ. 20.03.1999) or resort to various technical methods with changes in design of the installation itself.
Известно, что для получения удовлетворительных выходов изопрена процесс дегидрирования изоамиленов осуществляют в присутствии катализаторов при низком парциальном давлении изоамиленов и высокой температуре. Для снижения парциального давления изоамиленов процесс проводят при разбавлении большим количеством водяного пара, который одновременно является теплоносителем, а также уменьшает образование кокса на катализаторе [Башкатов Т.В., Жигалин Я.Л. Технология синтетических каучуков: Учебник для техникумов. 2-е изд., перераб. Л.: Химия, 1987. 360 с.].It is known that to obtain satisfactory isoprene yields, the process of dehydrogenating isoamylenes is carried out in the presence of catalysts at low partial pressure of isoamylenes and high temperature. To reduce the partial pressure of isoamylenes, the process is carried out at dilution with a large amount of water vapor, which is also a heat carrier, and also reduces the formation of coke on the catalyst [Bashkatov TV, Zhigalin Ya.L. Technology of synthetic rubbers: Textbook for technical schools. 2nd ed., Pererab. L .: Chemistry, 1987. 360 p.].
Известен способ получения изопрена каталитическим дегидрированием изоамиленов в адиабатическом реакторе в присутствии железооксидного катализатора при температуре 580-630°С и разбавлении сырья водяным паром, описанный в патенте РФ №2137741, опубл. 20.09.1999, МПК С07С 11/18 (1995.01), С07С 5/333 (1995.01). Согласно этому способу, дегидрирование проводят в двухступенчатом реакторе при разбавлении сырья водяным паром в массовом соотношении 1:5-6 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. При этом конверсия составляет 42,2%, содержание изопрена в контактном газе после первой ступени - 24 мас. %, а после второй ступени - 29 мас. %.A method of producing isoprene by catalytic dehydrogenation of isoamylenes in an adiabatic reactor in the presence of an iron oxide catalyst at a temperature of 580-630 ° C and dilution of the raw material with water vapor, described in the RF patent №2137741, publ. 09.20.1999, IPC SS 11/18 (1995.01), SS 07/333 (1995.01). According to this method, the dehydrogenation is carried out in a two-stage reactor when the raw material is diluted with steam in a mass ratio of 1: 5-6 with intermediate overheating of the contact gas of the first stage in the interstage superheater with water vapor coming from the first section of a single-chamber steam superheating furnace, followed by overheating of this steam into the second the section of the superheater and supplying it with the raw material to the first stage of the reactor, the temperature of dehydrogenation being corrected by transferring a part of the steam entering the n rvuyu section furnace superheater coil, the second coil section. In this case, the conversion is 42.2%, the content of isoprene in the contact gas after the first stage is 24 wt. %, and after the second stage - 29 wt. %
Недостатком этого способа является использование двух реакторов, что приводит к усложнению аппаратурного оформления процесса и к снижению производительности установки.The disadvantage of this method is the use of two reactors, which leads to the complexity of the hardware design process and reduce the performance of the installation.
Известен способ получения изопрена, описанный в АС СССР №134685, опубл. 1961, в котором для увеличения выхода изопрена и интенсификации процесса реакцию дегидрирования изоамиленов проводят последовательно в двух или более слоях катализатора с вводом перегретого пара частями перед вторым, третьим и т.д. слоями катализатора. В результате при использовании четырехступенчатой схемы получают до 33% выхода изопрена на пропущенные непредельные углеводороды.A known method of producing isoprene, described in the USSR AS No. 134685, publ. 1961, in which to increase the yield of isoprene and intensify the process, the reaction of the dehydrogenation of isoamylenes is carried out sequentially in two or more catalyst layers with the introduction of superheated steam in parts before the second, third, etc. catalyst layers. As a result, using a four-step scheme, up to 33% of the yield of isoprene on the missing unsaturated hydrocarbons is obtained.
Недостатком этого способа является использование нескольких ступеней дегидрирования, что приводит к усложнению процесса в целом, а также к увеличению энергозатрат.The disadvantage of this method is the use of several stages of dehydrogenation, which leads to the complication of the process as a whole, as well as to an increase in energy consumption.
Известен способ, описанный в тексте патента РФ №2186619, опубл. 10.08.2002, МПК С07С 11/18 (2000.01), в котором указано, что для реализации изобретения используют полупромышленный трехслойный адиабатический реактор с вводом перегретого водяного пара в каждый из слоев при температуре в верхней части слоя 600°С и суммарной объемной скорости подачи бутилена 345 ч-1 при разбавлении сырья паром в первом слое 1:5,5, во втором - 1:9,5 и в третьем - 1:12 моль/моль, что соответствует их массовым соотношениям 1:1,8, 1:3,1 и 1:3,9, соответственно. При этом селективность процесса составляет 84,2-85,3% при активности 37,2-45,6%).The known method described in the text of the patent of the Russian Federation No. 2186619, publ. 08/10/2002, IPC C07C 11/18 (2000.01), which states that a semi-industrial three-layer adiabatic reactor is used to implement the invention, with superheated water vapor being introduced into each of the layers at a temperature in the upper part of the layer of 600 ° C and the total butylene flow rate 345 h -1 when the raw material is diluted with steam in the first layer 1: 5.5, in the second 1: 9.5 and in the third 1:12 mol / mol, which corresponds to their mass ratios 1: 1.8, 1: 3 , 1 and 1: 3.9, respectively. In this case, the selectivity of the process is 84.2-85.3% with an activity of 37.2-45.6%).
Недостатком этого способа является то, что он предназначен только для применения в полупромышленном реакторе, так как при использовании верхних слоях катализатора низкого соотношения пароразбавления в промышленном реакторе с большим объемом катализатора будет происходить неполная газификация коксовых отложений, образующихся в процессе дегидрирования и, как следствие, недостаточная в указанных слоях саморегенерация катализатора.The disadvantage of this method is that it is intended only for use in a semi-industrial reactor, since when using the upper layers of the catalyst a low ratio of steam dilution in an industrial reactor with a large volume of catalyst will result in incomplete gasification of coke deposits formed in the process of dehydration and, as a result, insufficient in the specified layers of self-regeneration of the catalyst.
Известен способ получения изопрена на железооксидных катализаторах в адиабатическом реакторе дегидрированием изоамиленов с подачей перегретого водяного пара в слои катализатора (патент РФ №2580321, опубл. 10.04.2016, МПК С07С 11/18 (2006.01), С07С 5/333 (2006.01)). Согласно этому способу, подачу пара осуществляют одновременно двумя потоками, первый направляют на смешение с сырьем в массовом соотношении (4,02-5,7):1 перед подачей в реактор, а второй поток пара в количестве 5-33 мас. % от всей части поступающего в реактор перегретого пара направляют непосредственно в слой катализатора, причем температура пара, поступающего на смешение с сырьем, составляет 650-750°С, а температура пара, поступающего непосредственно в слой катализатора, 700-800°С, пар в катализаторный слой направляют через распределительное устройство, расположенное на высоте 5-95% от общей высоты катализаторного слоя, внешний диаметр которого соотносится с внутренним диаметром реактора как 0,5-0,98:1,0. При этом селективность процесса составляет 85,3-89,5% при активности 32,5-44,3%.A method of producing isoprene on iron oxide catalysts in an adiabatic reactor by dehydrating isoamylenes with the supply of superheated water vapor to the catalyst layers (RF Patent No. 2580321, publ. 04.04.2016, IPC C07C 11/18 (2006.01), C07C 5/333 (2006.01)). According to this method, the steam supply is carried out simultaneously in two streams, the first is sent for mixing with the raw material in a mass ratio (4.02-5.7): 1 before being fed into the reactor, and the second steam flow in the amount of 5-33 wt. % of the whole portion of superheated steam entering the reactor is sent directly to the catalyst bed, with the steam entering the mixing with the raw material being 650-750 ° C, and the steam entering the catalyst bed 700-800 ° C, the steam in the catalyst layer is directed through a distribution device located at a height of 5-95% of the total height of the catalyst layer, the outer diameter of which corresponds to the inner diameter of the reactor as 0.5-0.98: 1.0. The selectivity of the process is 85.3-89.5% with an activity of 32.5-44.3%.
Недостатком этого и всех вышеприведенных способов получения изопрена с вводом перегретого водяного пара в слои катализатора является то, что пар направляют непосредственно в катализаторный слой, в котором происходит его смешение с реакционными газами, что не позволяет экономически выгодно использовать тепловую энергию перегретого пара. Основной функцией подачи пара в нижние слои катализатора является обеспечение стабильного температурного режима процесса дегидрирования, температура которого снижается в среднем на 30-50°С при прохождении слоя катализатора, вследствие высокого эндотермического эффекта реакции дегидрирования изоамиленов.The disadvantage of this and all of the above methods for producing isoprene with the introduction of superheated water vapor into the catalyst layers is that the steam is sent directly to the catalyst layer, in which it mixes with the reaction gases, which does not allow economically beneficial use of thermal energy of superheated steam. The main function of steam supply to the lower layers of the catalyst is to ensure a stable temperature regime of the dehydrogenation process, the temperature of which decreases on average by 30-50 ° C during the passage of the catalyst layer, due to the high endothermic effect of the isoamylene dehydrogenation reaction.
Наиболее близким является способ получения изопрена каталитическим дегидрированием изоамиленов в адиабатическом реакторе в присутствии железооксидного катализатора при температуре 580-630°С и разбавлении сырья перегретым водяным паром (патент РФ №2556859, опубл. 20.07.2015, МПК С07С 11/18 (2006.01), С07С 5/333 (2006.01)). Способ характеризуется тем, что два потока водяного пара одновременно направляют на перегревание в печь с получением потоков перегретого пара с температурой 550-750°С, которые подают для смешения с изоамиленами в смеситель перед входом в верхнюю часть реактора, причем массовое соотношение между двумя потоками пара устанавливают равным 1,0:(1,0-1,3), а температуру преобладающего в массовом соотношении потока выдерживают на 40-100°С выше температуры потока, вводимого на смешение в меньшем количестве. Соотношение потоков изоамиленов и общего количества пара, подаваемого на смешение с изоамиленами, выдерживают на уровне 1:(5,0-7,0). В тексте патента указано, что поток перегретого водяного пара, вводимого на смешение в меньшем количестве, перед подачей в реактор охлаждают в теплообменнике на 40-100°С. При этом селективность процесса, в случае использования одноступенчатой схемы, составляет 87,2-90,1% при активности 35,2-38,2% и, в случае двухступенчатой схемы - селективность 88,1-88,2%) при активности 43,7-45,4%.The closest is a method of producing isoprene by catalytic dehydrogenation of isoamylenes in an adiabatic reactor in the presence of an iron oxide catalyst at a temperature of 580-630 ° C and the raw material is diluted with superheated steam (RF Patent No. 2556859, published on 07/20/2015, IPC C07C 11/18 (2006.01) C07C 5/333 (2006.01)). The method is characterized by the fact that two streams of water vapor are simultaneously directed to overheating in a furnace with obtaining superheated steam streams with a temperature of 550-750 ° C, which are fed for mixing with isoamylenes into the mixer before entering the upper part of the reactor, and the mass ratio between the two steam streams set equal to 1.0: (1.0-1.3), and the temperature prevailing in the mass ratio of the stream is maintained at 40-100 ° C above the temperature of the stream introduced for mixing in a smaller amount. The ratio of the flows of isoamylenes and the total amount of steam supplied for mixing with isoamylenes is kept at the level of 1: (5.0-7.0). The patent text states that the flow of superheated water vapor introduced into the mixing in a smaller amount, before being fed into the reactor, is cooled in a heat exchanger at 40-100 ° C. In this case, the selectivity of the process, in the case of a single-stage scheme, is 87.2-90.1% with an activity of 35.2-38.2% and, in the case of a two-stage scheme, the selectivity 88.1-88.2%) with an activity of 43 , 7-45.4%.
Недостатком этого способа является то, что он не позволяет экономически выгодно использовать тепловую энергию перегретого водяного пара для компенсации эндотермического эффекта реакции дегидрирования при прохождении изоамиленов через слой катализатора, так как оба потока пара вводят только в верхнюю часть реактора, а также полностью направляют их для смешения с изоамиленами. При этом указано, что добиваются улучшения смешивания изоамиленов с паром, за счет ввода пара в смеситель двумя потоками в соотношении 1,0:(1,0-1,3) и дополнительным охлаждением потока пара, используемого в меньшем количестве, на 40-100°С, что делает использование меньшего потока пара малорациональным, так как изоамилены направляют в реактор с температурой 450-500°С, при этом разница температур сырья и пара уже составляет 100-250°С. Кроме того, стадия перегревания пара, а затем последующего его охлаждения является нерациональной с точки зрения экономии энергетических ресурсов.The disadvantage of this method is that it does not allow economically advantageous to use the thermal energy of superheated water vapor to compensate for the endothermic effect of the dehydrogenation reaction when isoamylenes pass through the catalyst bed, since both steam flows only into the upper part of the reactor, and also completely direct them for mixing with isoamylenes. It is indicated that they are improving the mixing of isoamylenes with steam, by introducing steam into the mixer in two streams in a ratio of 1.0: (1.0-1.3) and additional cooling of the steam flow used in a smaller amount by 40-100 ° C, which makes the use of a smaller steam flow less rational, since isoamylenes are sent to a reactor with a temperature of 450-500 ° C, while the temperature difference between the raw materials and steam is already 100-250 ° C. In addition, the stage of overheating of the steam, and then its subsequent cooling, is irrational from the point of view of saving energy resources.
Технической задачей изобретения является повышение технико-экономических показателей процесса получения изопрена дегидрированием изоамиленов на железооксидных катализаторах в адиабатическом реакторе при одновременном снижении удельного расхода водяного пара и сохранении высокой активности и селективности процесса.An object of the invention is to improve the technical and economic indicators of the process of producing isoprene by dehydrogenating isoamylenes on iron oxide catalysts in an adiabatic reactor while simultaneously reducing the specific consumption of water vapor and maintaining high activity and selectivity of the process.
Для решения технической задачи предлагается способ получения изопрена на железооксидных катализаторах в адиабатическом реакторе дегидрированием изоамиленов при температуре 580-630°С в присутствии перегретого водяного пара, включающий одновременное перегревание двух потоков водяного пара с получением соответствующих потоков перегретого водяного пара с температурой 550-750°С и направление первого потока перегретого водяного пара на смешение с изоамиленами перед дегидрированием, при этом второй поток перегретого водяного пара в количестве 10-40 мас. % от поступающего в реактор пара направляют в змеевик, расположенный в слое катализатора на высоте 10-80% от общей высоты катализаторного слоя, и имеющий поверхность теплообмена, равную 5-95% от внутренней поверхности реактора, а поток водяного пара на выходе из змеевика подают на смешение с первым потоком водяного пара, направляемым на перегревание и смешение с изоамиленами. Второй поток перегретого водяного пара может быть направлен в змеевик с температурой на 15-150°С выше температуры первого потока перегретого водяного пара, направляемого на смешение с изоамиленами перед подачей в реактор. Дегидрирование изоамиленов возможно проводят в присутствии одного или нескольких железооксидных катализаторов, расположенных слоями с возрастающей активностью по направлению движения реакционных газов.To solve the technical problem, a method is proposed for producing isoprene on iron oxide catalysts in an adiabatic reactor by dehydrogenating isoamylenes at a temperature of 580-630 ° C in the presence of superheated water vapor, including simultaneous overheating of two streams of water vapor with obtaining corresponding flows of superheated water vapor with a temperature of 550-750 ° C and the direction of the first stream of superheated steam to be mixed with isoamylenes before dehydrogenation, with the second stream of superheated steam in amounts ve 10-40 wt. % of steam entering the reactor is directed to a coil located in the catalyst bed at a height of 10-80% of the total height of the catalyst layer and having a heat exchange surface equal to 5-95% of the inner surface of the reactor, and a stream of water vapor at the exit of the coil serves mixing with the first stream of water vapor, directed to overheating and mixing with isoamylenes. The second stream of superheated steam can be sent to a coil with a temperature of 15-150 ° C higher than the temperature of the first stream of superheated steam directed to be mixed with isoamylenes before being fed into the reactor. Dehydrogenation of isoamylenes may be carried out in the presence of one or more iron oxide catalysts arranged in layers with increasing activity in the direction of movement of the reaction gases.
В реакторе устанавливают трубчатый змеевик любой конфигурации, изготовленный, например, из стали марок 12Х18Н10Т или 20Х23Н18. Разницу между температурами второго и первого потоков перегретого водяного пара достигают, например, при помощи наиболее близкого расположения к горелкам печи трубопроводов, транспортирующих второй поток пара при его перегревании. В качестве катализаторов используют любые железооксидные катализаторы, например, ЖКД (ТУ 2173-163-05766801-2011) или КДОМ (ТУ 2173-134-05766801-2005). В качестве сырья для дегидрирования используют изоамиленовую фракцию, например, полученную в процессе дегидрирования изопентана следующего состава, в мас. %:A tubular coil of any configuration, made, for example, of steel grades 12X18H10T or 20X23H18, is installed in the reactor. The difference between the temperatures of the second and first streams of superheated water vapor is achieved, for example, by using the closest location to the burners of the furnace pipelines transporting the second steam flow when it is overheated. Any iron oxide catalysts are used as catalysts, for example, an LCD (TU 2173-163-05766801-2011) or KDOM (TU 2173-134-05766801-2005). The raw material for dehydrogenation is used isoamylene fraction, for example, obtained in the process of dehydrogenation of isopentane of the following composition, in wt. %:
сумма изоамиленов - не менее 75,0;the amount of isoamylenes is not less than 75.0;
изопрен - не более 2,0;isoprene - not more than 2.0;
н-амилены - не более 12,0;n-amylenes - not more than 12.0;
пентан - не более 12,0;pentane - no more than 12.0;
ДМФА - не более 0,02;DMF - not more than 0.02;
серосодержащие соединения - не более 0,002;sulfur-containing compounds - not more than 0.002;
хлорсодержащие - не более 0,0005.chlorine-containing - not more than 0.0005.
Отличительными признаками изобретения являются следующие:Distinctive features of the invention are the following:
- второй поток перегретого водяного пара в количестве 10-40 мас. % от поступающего в реактор пара направляют в змеевик, расположенный в слое катализатора на высоте 10-80% от общей высоты катализаторного слоя, и имеющий поверхность теплообмена, равную 5-95% от внутренней поверхности реактора;- the second stream of superheated steam in the amount of 10-40 wt. % of the steam entering the reactor is directed to a coil located in the catalyst bed at a height of 10-80% of the total height of the catalyst layer and having a heat exchange surface equal to 5-95% of the inner surface of the reactor;
- поток водяного пара на выходе из змеевика подают на смешение с первым потоком водяного пара, направляемым на перегревание и смешение с изоамиленами;- the stream of water vapor at the outlet of the coil is fed to the mixing with the first stream of water vapor directed to overheating and mixing with isoamylenes;
- второй поток перегретого водяного пара направляют в змеевик с температурой на 15-150°С выше температуры первого потока перегретого водяного пара, направляемого на смешение с изоамиленами перед подачей в реактор;- the second stream of superheated steam is directed to a coil with a temperature of 15-150 ° C higher than the temperature of the first stream of superheated steam directed to be mixed with isoamylenes before being fed into the reactor;
- дегидрирование изоамиленов проводят в присутствии одного или нескольких железооксидных катализаторов, расположенных слоями с возрастающей активностью по направлению движения реакционных газов.- dehydrogenation of isoamylenes is carried out in the presence of one or several iron oxide catalysts arranged in layers with increasing activity in the direction of movement of the reaction gases.
Предлагаемый способ получения изопрена на железооксидных катализаторах в адиабатическом реакторе дегидрированием изоамиленов, включающий одновременное перегревание двух потоков водяного пара с получением соответствующих потоков перегретого водяного пара с определенной температурой и направлением первого потока перегретого водяного пара на смешение с изоамиленами перед подачей в реактор, а также направлением второго потока перегретого водяного пара в определенном количестве от поступающего в реактор пара в змеевик, расположенный в слое катализатора на определенной высоте от общей высоты катализаторного слоя, и имеющий поверхность теплообмена, равную определенной величине от внутренней поверхности реактора, и с подачей потока водяного пара на выходе из змеевика на смешение с первым потоком водяного пара, направляемым на перегревание и смешение с изоамиленами, а также с проведением дегидрирования изоамиленов в присутствии одного или нескольких железооксидных катализаторов с определенным расположением слоев катализаторов, в зависимости от их активности не описан ни в одном известном источнике, что позволяет говорить о его «новизне». Данный способ также соответствует критерию «изобретательский уровень», так как позволяет при использовании новых отличительных признаков повысить технико-экономические показатели процесса получения изопрена дегидрированием изоамиленов на железооксидных катализаторах в адиабатическом реакторе при одновременном снижении удельного расхода водяного пара и сохранении высокой активности и селективности процесса.The proposed method of producing isoprene on iron oxide catalysts in an adiabatic reactor by dehydrogenating isoamylenes, including the simultaneous overheating of two streams of water vapor to obtain the corresponding streams of superheated steam with a certain temperature and the direction of the first stream of superheated steam to be mixed with isoamylenes before being fed into the reactor, as well as the second stream the flow of superheated steam in a certain amount from the steam entering the reactor in the coil, located in the catalyst bed at a certain height from the total height of the catalyst layer, and having a heat exchange surface equal to a certain value from the inner surface of the reactor, and supplying a stream of water vapor at the exit of the coil for mixing with the first stream of water vapor directed to overheating and mixing with isoamylenes , as well as carrying out the dehydrogenation of isoamylenes in the presence of one or several iron oxide catalysts with a specific arrangement of catalyst layers, depending on their activity, it is not dignity in any well-known source, which allows us to speak about its "novelty." This method also meets the criterion of "inventive step", as it allows, when using new distinctive features, to increase the technical and economic indicators of the process of isoprene production by dehydrogenating isoamylenes on iron oxide catalysts in an adiabatic reactor while simultaneously reducing the specific consumption of water vapor and maintaining the high activity and selectivity of the process.
«Промышленная применимость» иллюстрируется описанием примеров реализации способа по предлагаемому изобретению, представленному на чертеже."Industrial applicability" is illustrated by the description of examples of implementation of the method according to the invention, shown in the drawing.
Пример 1. Дегидрирование изоамиленов в изопрен осуществляют в адиабатическом реакторе 3 на железооксидном катализаторе ЖКД (ТУ 2173-163-05766801-2011) при температуре 625°С в присутствии перегретого водяного пара. Первый поток водяного пара в количестве 4000 кг/ч и температурой 150°С подают на смешение с потоком водяного пара на выходе из змеевика 4 в количестве 8000 кг/ч и температурой 650°С, полученную смесь в количестве 12000 кг/ч направляют на перегревание в печь 1 и получают первый поток перегретого водяного пара с температурой 650°С. Второй поток водяного пара в количестве 8000 кг/ч и температурой 150°С подают на перегревание в печь 1 и получают второй поток перегретого водяного пара с температурой 665°С, которая выше на 15°С температуры первого потока перегретого водяного пара. Поток изоамиленов в количестве 3000 кг/ч и температурой 80°С подают в печь 1 для нагрева до 500°С и направляют в смеситель 2, расположенный непосредственно перед реактором 3, на смешение с первым потоком перегретого водяного пара (12000 кг/ч), что соответствует их массовому соотношению 1:4,0. Второй поток перегретого водяного пара в количестве 8000 кг/ч, что соответствует 40 мас. % от поступающего в реактор 3 пара (20000 кг/ч) направляют в змеевик 4, расположенный в слое катализатора на высоте 80% от общей высоты катализаторного слоя, и имеющий поверхность теплообмена, равную 5% от внутренней поверхности реактора 3. Поток водяного пара на выходе из змеевика 4 с температурой 650°С подают на смешение с первым потоком водяного пара, направляемым на перегревание и смешение с изоамиленами. Изоамилены подают на верхний слой катализатора с объемной скоростью 70 ч-1. При этом селективность процесса составляет 88,7% при активности 37,5%.Example 1. The dehydrogenation of isoamylenes in isoprene is carried out in an
Пример 2. Дегидрирование изоамиленов в изопрен осуществляют в адиабатическом реакторе 3 при температуре 630°С в присутствии перегретого водяного пара на железооксидном катализаторе ЖКД (ТУ 2173-163-05766801-2011), расположенного слоями с возрастающей активностью партий указанного катализатора по направлению движения реакционных газов. Первый поток водяного пара в количестве 14667 кг/ч и температурой 150°С подают на смешение с потоком водяного пара на выходе из змеевика 4 в количестве 1833 кг/ч и температурой 725°С, полученную смесь в количестве 16500 кг/ч направляют на перегревание в печь 1 и получают первый поток перегретого водяного пара с температурой 650°С. Второй поток водяного пара в количестве 1833 кг/ч и температурой 150°С подают на перегревание в печь 1 и получают второй поток перегретого водяного пара с температурой 750°С, которая выше на 100°С температуры первого потока перегретого водяного пара. Поток изоамиленов в количестве 3000 кг/ч и температурой 80°С подают в печь 1 для нагрева до 500°С и направляют в смеситель 2, расположенный непосредственно перед реактором 3, на смешение с первым потоком перегретого водяного пара (16500 кг/ч), что соответствует их массовому соотношению 1:5,5. Второй поток перегретого водяного пара в количестве 1833 кг/ч, что соответствует 10 мас. % от поступающего в реактор 3 пара (18333 кг/ч) направляют в змеевик 4, расположенный в слое катализатора на высоте 45% от общей высоты катализаторного слоя, и имеющий поверхность теплообмена, равную 95% от внутренней поверхности реактора 3. Поток водяного пара на выходе из змеевика 4 с температурой 725°С подают на смешение с первым потоком водяного пара, направляемым на перегревание и смешение с изоамиленами. Изоамилены подают на верхний слой катализатора с объемной скоростью 70 ч-1. При этом селективность процесса составляет 88,4% при активности 38,2%.Example 2. The dehydrogenation of isoamylenes into isoprene is carried out in an
Пример 3. Дегидрирование изоамиленов в изопрен осуществляют в адиабатическом реакторе 3 при температуре 580°С в присутствии перегретого водяного пара на железооксидных катализаторах ЖКД (ТУ 2173-163-05766801-2011) и КДОМ (ТУ 2173-134-05766801-2005), расположенного слоями с возрастающей активностью партий указанных катализаторов по направлению движения реакционных газов. Первый поток водяного пара в количестве 8571 кг/ч и температурой 150°С подают на смешение с потоком водяного пара на выходе из змеевика 4 в количестве 6429 кг/ч и температурой 680°С, полученную смесь в количестве 15000 кг/ч направляют на перегревание в печь 1 и получают первый поток перегретого водяного пара с температурой 550°С. Второй поток водяного пара в количестве 6429 кг/ч и температурой 150°С подают на перегревание в печь 1 и получают второй поток перегретого водяного пара с температурой 700°С, которая выше на 150°С температуры первого потока перегретого водяного пара. Поток изоамиленов в количестве 3000 кг/ч и температурой 80°С подают в печь 1 для нагрева до 560°С и направляют в смеситель 2, расположенный непосредственно перед реактором 3, на смешение с первым потоком перегретого водяного пара (15000 кг/ч), что соответствует их массовому соотношению 1:5,0. Второй поток перегретого водяного пара в количестве 6429 кг/ч, что соответствует 30 мас. % от поступающего в реактор 3 пара (21429 кг/ч) направляют в змеевик 4, расположенный в слое катализатора на высоте 10% от общей высоты катализаторного слоя, и имеющий поверхность теплообмена, равную 60% от внутренней поверхности реактора 3. Поток водяного пара на выходе из змеевика 4 с температурой 680°С подают на смешение с первым потоком водяного пара, направляемым на перегревание и смешение с изоамиленами. Изоамилены подают на верхний слой катализатора с объемной скоростью 70 ч-1. При этом селективность процесса составляет 90,2% при активности 35,7%.Example 3. The dehydrogenation of isoamylenes in isoprene is carried out in an
Направление в змеевик второго потока перегретого водяного пара в количестве менее 10 мас. % и более 40 мас. % от поступающего в реактор пара не приводит к заметному увеличению активности и селективности процесса дегидрирования.The direction in the coil of the second stream of superheated steam in an amount less than 10 wt. % and more than 40 wt. % of steam entering the reactor does not lead to a noticeable increase in the activity and selectivity of the dehydrogenation process.
Расположение змеевика в слое катализатора на высоте менее 10% и более 80% от общей высоты катализаторного слоя является нерациональным и не приводит к увеличению активности и селективности процесса дегидрирования.The arrangement of the coil in the catalyst bed at a height of less than 10% and more than 80% of the total height of the catalyst layer is irrational and does not lead to an increase in the activity and selectivity of the dehydrogenation process.
Уменьшение поверхности теплообмена змеевика менее 5% от внутренней поверхности реактора не приводит к увеличению активности и селективности процесса дегидрирования, а увеличение указанного показателя более 95% приводит к значительному увеличению металлоемкости и, следовательно, затрат, несоизмеримых с незначительным улучшением эффективности дегидрирования.Reducing the heat exchange surface of the coil less than 5% of the inner surface of the reactor does not increase the activity and selectivity of the dehydrogenation process, and an increase in this indicator of more than 95% leads to a significant increase in metal consumption and, therefore, costs that are incommensurable with a slight improvement in the efficiency of dehydrogenation.
Проведение процесса дегидрирования изоамиленов в присутствии одного или нескольких железооксидных катализаторов, расположенных слоями с возрастающей активностью по направлению движения реакционных газов, и направление в змеевик второго потока перегретого водяного пара с температурой на 15-150°С выше температуры первого потока перегретого водяного пара, направляемого на смешение с изоамиленами перед подачей в реактор, также способствуют повышению активности и селективности. В первом случае положительный эффект достигают за счет компенсации снижения активности процесса в нижних слоях катализатора вследствие эндотермического градиента температуры по катализаторному слою, во втором случае положительный эффект получают за счет обеспечения стабильного температурного режима процесса дегидрирования.Carrying out the process of dehydrogenation of isoamylenes in the presence of one or several iron oxide catalysts arranged in layers with increasing activity in the direction of movement of the reaction gases, and sending a second stream of superheated steam with a temperature of 15-150 ° C above the temperature of the first stream of superheated steam into the coil mixing with isoamylenes before feeding into the reactor also contributes to increased activity and selectivity. In the first case, a positive effect is achieved by compensating for the decrease in the activity of the process in the lower layers of the catalyst due to the endothermic temperature gradient over the catalyst layer, in the second case, the positive effect is obtained by ensuring a stable temperature regime of the dehydrogenation process.
Таким образом, способ по заявляемому изобретению позволяет повысить технико-экономические показатели процесса получения изопрена дегидрированием изоамиленов на железооксидных катализаторах в адиабатическом реакторе, за счет подачи перегретого водяного пара как на смешение с изоамиленами, так и в змеевик с определенной поверхностью теплообмена и расположенный в слое катализатора на определенной высоте (в отличие от прототипа, в котором все количество пара смешивают с изоамиленами), а также подаче потока водяного пара на выходе из змеевика на смешение с потоком водяного пара, направляемого на перегревание и смешение с изоамиленами. Благодаря более рациональному использованию энергии парового потока, по сравнению с прототипом, и происходит снижение удельного расхода водяного пара на величину, приблизительно равную половине количества пара, подаваемого в змеевик, при этом процесс дегидрирования в заявляемом изобретении приближен к изотермическому с обеспечением градиента температуры по высоте катализаторного слоя для протекания процесса дегидрирования с высокой активностью и селективностью, не ниже уровня прототипа.Thus, the method according to the present invention allows to improve the technical and economic indicators of the process of producing isoprene by dehydrogenating isoamylenes on iron oxide catalysts in an adiabatic reactor, by supplying superheated water vapor both to mixing with isoamylenes and to a coil with a specific heat exchange surface and located in the catalyst bed at a certain height (unlike the prototype, in which the entire amount of steam is mixed with isoamylenes), as well as the flow of water vapor at the outlet of the serpent vetch for mixing with the stream of steam directed towards the superheating and mixing with isoamylenes. Thanks to a more rational use of the energy of the steam flow, as compared with the prototype, the specific steam consumption is reduced by approximately half the amount of steam supplied to the coil, while the dehydrogenation process in the claimed invention is close to isothermal, providing a temperature gradient along the height of the catalyst layer for the process of dehydrogenation with high activity and selectivity, not below the level of the prototype.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018139441A RU2687491C1 (en) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | Method of producing isoprene on iron oxide catalysts in adiabatic reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018139441A RU2687491C1 (en) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | Method of producing isoprene on iron oxide catalysts in adiabatic reactor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2687491C1 true RU2687491C1 (en) | 2019-05-14 |
Family
ID=66578723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018139441A RU2687491C1 (en) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | Method of producing isoprene on iron oxide catalysts in adiabatic reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2687491C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4479025A (en) * | 1982-11-22 | 1984-10-23 | Uop Inc. | Alkylaromatic hydrocarbon dehydrogenation process |
| SU1453819A1 (en) * | 1986-10-01 | 1996-12-20 | Научно-производственное объединение по разработке и внедрению нефтехимических процессов "Леннефтехим" | Method of synthesis of isoprene, isobutylene and formaldehyde |
| RU2102370C1 (en) * | 1996-02-20 | 1998-01-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр по нефтехимическим технологиям" | Method of preparation of isoprene |
| US20170217857A1 (en) * | 2009-09-22 | 2017-08-03 | Fina Technology, Inc. | Offgas Stream Direct Contact Condenser |
-
2018
- 2018-11-07 RU RU2018139441A patent/RU2687491C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4479025A (en) * | 1982-11-22 | 1984-10-23 | Uop Inc. | Alkylaromatic hydrocarbon dehydrogenation process |
| SU1453819A1 (en) * | 1986-10-01 | 1996-12-20 | Научно-производственное объединение по разработке и внедрению нефтехимических процессов "Леннефтехим" | Method of synthesis of isoprene, isobutylene and formaldehyde |
| RU2102370C1 (en) * | 1996-02-20 | 1998-01-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр по нефтехимическим технологиям" | Method of preparation of isoprene |
| US20170217857A1 (en) * | 2009-09-22 | 2017-08-03 | Fina Technology, Inc. | Offgas Stream Direct Contact Condenser |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12031095B2 (en) | Integrated thermal cracking and dehydrogenation process for olefin production | |
| US10035740B2 (en) | Multi-stage oxidative dehydrogenation process with inter-stage cooling | |
| TWI618692B (en) | Method and reaction equipment for preparing dimethyl ether and olefin from methanol | |
| CN103965002B (en) | The oxidative dehydrogenation processes of lower carbon number hydrocarbons | |
| CN103030493B (en) | Method for preparing ethylene and acetylene from ethane | |
| CN105542859B (en) | Technology for recycling biomass and producing high-quality fuel gas by using waste heat of blast furnace slag | |
| CN103708991B (en) | A kind of technique utilizing fixed-bed reactor to produce propylene | |
| CN101734990B (en) | A method for producing ethylene by steam cracking in a tubular cracking furnace | |
| AU2018360335A1 (en) | Controlling carbon dioxide output from an ODH process | |
| RU2687491C1 (en) | Method of producing isoprene on iron oxide catalysts in adiabatic reactor | |
| CN103980080A (en) | Preparation method of xylene by alkylation of mixed crude benzene and methanol | |
| CN109761736A (en) | Naphtha and ethane cracking sequentially separate the method coupled with PDH | |
| CN106831288B (en) | The MTP method of mixed alcohol side entry feed | |
| CN110052222A (en) | A kind of process of cold shock formula mercury-free catalysis VCM synthesis | |
| CN110511109A (en) | A method and device for continuously producing ethylene from ethane | |
| CN104043456B (en) | Oxidative dehydrogenation of propane catalyst, preparation method and its usage | |
| CN106986736B (en) | A kind of hydrocarbon production technique and hydrocarbon production device | |
| EP4457313A1 (en) | Autothermal cracking of hydrocarbons | |
| CN110183301B (en) | Methanol-to-propylene system and method for using the same for start-up feeding | |
| CN210163383U (en) | Light hydrocarbon humidification steam distribution system | |
| RU2696137C1 (en) | Method of producing butadiene by oxidative dehydrogenation followed by direct dehydration | |
| CN209254706U (en) | A kind of alkylation reaction device cold shock system | |
| CN101870632A (en) | Method for producing low-carbon olefin | |
| JPH0634734U (en) | Equipment for internal chemical reaction | |
| CN112110785A (en) | Process for preparing butadiene through oxidative dehydrogenation of butylene |