способ изомеризации пентана

Формула изобретения

Способ изомеризации пентана в изопентан на платиновом катализаторе ИП-62, отличающийся тем, что изомеризацию проводят при температуре 370-395°С, давлении 2,3-2,7 МПа, мольном соотношении водород:углеводород, равном (0,2-0,8):1, предпочтительно 0,5:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению продуктов изомеризации, в частности изопентана из пентана, и может найти широкое применение в промышленности синтетического каучука, в производстве основного мономера - изопрена. Изопентан является исходным сырьем в процессе дегидрирования изопентана в изопрен, как компонент высокооктановых автомобильных бензинов, как растворитель и т.д.

Известен способ получения изопентана из пентана на катализаторе ИП-62 с выходом целевого продукта не менее 49,5 вес.% на пропущенное сырье при температуре до 430°С и давлении в системе до 4,0 МПа [1]. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения изопентана изомеризацией нормального пентана, заключающийся в пропускании подготовленного и нагретого сырья через слой катализатора ИП-62 в присутствии водорода в мольном соотношении H₂:нC₅H₁₂ =(2-3):1, при температуре 360-430°С. Полученная таким образом смесь продуктов охлаждается и разделяется на газообразную водородосодержащую смесь, направляемую вновь в процесс изомеризации и изопентан - пентановую фракцию, направляемую на разделение путем ректификации [1].

Как видно из вышеописанного, данный процесс является высокотемпературным (до 430°С), энергоемким, при повышенном давлении (до 4,0 МПа), с использованием большого количества водорода, что делает процесс чрезвычайно взрывоогнеопасным.

Целью данного изобретения является подбор такого технологического процесса, чтобы при увеличенной в два раза нагрузке по сырью (пентана), добиться снижения расхода как сырья (водорода, пентана), так и энергоресурсов (топливного газа. электроэнергии, пром. воды), при снижении уровня взрывоогнеопасности.

Поставленная цель достигается на том же самом катализаторе ИП - 62 при изменении технологического процесса путем снижения мольного соотношения водород:пентан, снижения давления и температуры.

В производстве получения изопентана в результате увеличения нагрузки по сырью более чем в два раза [Проект Гипрокаучука “О наращении мощности на Стерлитамакском ЗАО “Каучук”] с 14000 кг/ч до 30000 кг/ч, не было выполнено наращение производительности компрессоров (поз.15), что не позволило увеличить массовую скорость процесса изомеризации с 1 до 1,5 ч^-1 и давление в системе до регламентной 4,0 МПа. А это не позволило выдерживать мольное соотношение водород - пентан (2-3):1, из-за чего снизился выход изопентана, который был доведен до нормы (49,5%) путем повышения температуры с 380°С до 405°С с увеличением энергетики. Все это вынуждало искать альтернативу существующему технологическому процессу.

В работе [2] показано влияние парциального давления пентана на скорость реакции изомеризации, показано влияние парциального давления водорода на глубину изомеризации пентана и показано влияние мольного соотношения водород:пентан на глубину изомеризации.

Следовательно, целесообразно вести процесс изомеризации пентана при возможно более низком мольном соотношении водород:пентан, допустимом с точки зрения сохранения стабильности катализатора; низкая кратность циркуляции газа должна также способствовать меньшему уносу изопентана с циркулирующим газом в зону реакции [2].

На основании проведенных исследований (опытов) был выбран новый способ, отличающийся от используемого в промышленности, а именно при удвоенной загрузке (с 14000 кг до 30000 кг).

1. Изменено мольное соотношение водород:пентан с (2-3):1 до (0,2-0,8) 0,5:1, что привело к снижению расхода водорода с 80 м³ до 30 м³ и менее на одну тонну получаемого изопентана.

2. Снижено рабочее давление в системе изомеризации с 3,5-4,0 МПа до 2,3-2,7 МПа.

3. Снижена температура в зоне реакции до 380°С при увеличении выхода изопентана на 1,0-3,5%, т.е. с 49,5% до 53% и более.

Согласно регламента процесс изомеризации происходит на платиновом катализаторе ИП-62 в три стадии. В начале идет отщепление водорода (дегидрирование) на металлической части катализатора, затем происходит рекомбинация (изомеризация) на кислотной основе на фторе и дальше происходит вновь восстановление (гидрирование). Присутствие избыточного водорода смещает реакцию дегидрирования в область гидрирования.

ПРИМЕР 1.

Согласно регламента процесс изомеризации проводился при следующих параметрах.

1. Сырье (пентан), кг/ч - 14 000

2. Циркулирующий H₂, общий (100%), м³/ч - 13600(10880)

3. Давление в системе, МПа - 3,4-4,0

4. Температура, °С - 360-430

5. Выход iC₅H₁₂, вес.% не менее - 49,5

6. Выход(С₁-С₄), вес.% - 1,5-2,0

7. Расход Н₂ на 1 тонну iC₅, м³ - 80

8. Мольное соотношение Н₂:нС₅ - (2-3):1

ПРИМЕР 2.

После увеличения нагрузки по сырью (1985 г.) более чем в 2 раза процесс изомеризации проводился при следующих параметрах.

1. Сырье (пентан), кг/ч - 30000

2. Циркулирующий Н₂, общий (100%), м³ /ч - 13600(9520)

3. Давление в системе, МПа - 2,8-3,2

4. Температура, °С - 375-420

5. Выход iC₅ H₁₂, вес.% не менее - 49,5-51

6. Выход (C ₁-С₄), вес.% - 1,4-1,8

7. Расход Н ₂ на 1 тонну iC₅, м³, - 50

8. Мольное соотношение Н₂:нС₅, - (1-1,9):1

ПРИМЕР 3. (предлагаемый оптимальный)

Изменив мольное соотношение Н₂:нC₅H₁₂=(0,2-0,8) 0,5:1, получили следующий технологический режим изомеризации.

1. Сырье (пентан), кг/ч - 30 000

2. Циркулирующий H₂, общий (100%), м³/ч - 5837 (4670)

3. Давление в системе, МПа - 2,3-2,7

4. Температура, °С - 370-395

5. Выход iC₅H₁₂ , вес.% не менее - 50,5-53,0

6. Выход (С₁-С ₄), вес.% - 1,0-1,4

7. Расход Н₂ на 1 тонну iC₅, м³ - 30 и менее

8. Мольное соотношение H₂: нС₅ - (0,2-0,8)0,5:1

Таким образом видно, что при снижении мольного соотношения в сторону уменьшения расхода водорода тем самым снижали энергетический потенциал системы изомеризации, а также снижался выход побочных (С₁-С₄) продуктов, при более высоком выходе изопентана. Предлагаемый способ отличается мольным соотношением, водород:пентан, давлением в системе изомеризации и температурой в зоне реакции. Использование данного технологического режима позволяет следующее.

1. За счет изменения мольного соотношения водород:пентан с (2-3):1 до (0,2-0,8), предпочтительно до 0,5:1, снизить расход водорода на выпуск 1 т изопентана более чем в 2 раза, т.е. с 80 м³ до 30 м³ и менее.

2. Снизить давление в системе изомеризации с 3,4-4,0 МПа до 2,3-2,7 МПа.

3. Снизить температуру в зоне реакции на 10-20°С при одновременном увеличении выхода изопентана с 49,5 вес.% до 50,5-53 вес.%, т.е. на 1,0-3,5 вес.%.

4. Снизить мольное содержание водорода в системе изомеризации в 4-6 раз, что позволяет уменьшить степень взрывоопасности процесса, т.е. перевести его в зону огнеопасности.

5. Снизить расход топливного газа как за счет снижения количества циркулирующего газа, так и за счет снижения температуры в зоне изомеризации.

6. Снизить расход электроэнергии, т.к. одним компрессором можно подавать циркулирующий газ одновременно на два блока изомеризации.

Приведенные фигуры 1-3 показывают:

фиг.1 - влияние мольного отношения Н₂:нС₅ на глубину изомеризации нормального пентана;

фиг.2 - влияние температуры на глубину изомеризации пентана;

фиг.3 - влияние парциального давления водорода на глубину изомеризации пентана.

Источники информации

1. Справочник нефтепереработчика. Л.: Химия, 1986, с.186-190 - прототип.

2. Н.Р.Бурсиан. Технология изомеризации парафиновых углеводородов. Л.: Химия, 1985.

3. Ч.Томас. Промышленные каталитические процессы и эффективные катализаторы. М.: Мир, 1973, с.28-32.