Способ изомеризации пентана
Использование: нефтехимия. Сущность: проводят изомеризацию пентана в изопентан на платиновом катализаторе ИП-62 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. Технический результат: повышение эффективности процесса, снижение затрат сырья, энергозатрат. 3 ил.
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 iC5H12, вес.% не менее - 49,5-51
6. Выход (C1-С4), вес.% - 1,4-1,8
7. Расход Н2 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-С4), 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.
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.
