Способ пиролиза алканов



Способ пиролиза алканов
Способ пиролиза алканов
Способ пиролиза алканов

 


Владельцы патента RU 2593371:

Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" (RU)

Изобретение относится к способу пиролиза алканов, включающему ввод потока газообразных алканов С24 в трубу пиролиза, внешний обогрев трубы с нагревом потока алканов стенками трубы, ввод одного или нескольких ограниченных в поперечном сечении пучков излучения в поток алканов. При этом в реакционную смесь дополнительно вводят углеводороды с одной или большим числом двойных -С=С- связей и/или СО2, диапазон давлений алканов находится в интервале от 0,1 до 10 атм при плотности мощности излучения лазера в реакционной среде выше 10 Вт/см2, температура реакционной среды около стенок трубы не превышает 900°С; расстояние между границей пучка излучения лазера и стенкой трубы лежит в диапазоне 0,1 см - 10 см. Использование предлагаемого способа позволяет повысить уровень конверсии C2-C4. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к способу пиролиза алканов C2-C4 с получением этилена, пропилена, бутилена, водорода и непредельных углеводородов и может найти широкое применение в химической и нефтехимической промышленности.

Этилен и пропилен являются базовыми продуктами нефтехимии, а этилен наиболее крупнотоннажный продукт нефтегазохимии. Пропилен широко востребован в современной экономике, в частности как мономер для производства пластмасс. В настоящее время наиболее распространенным процессом получения низших олефинов из углеводородного сырья является пиролиз в трубчатых печах.

Известен способ пиролиза в этановых печах [Т.Н.Мухина, Н.Л. Барабанов, С.Е. Бабаш, В.А. Меньщиков, Г.Л. Аврех. Пиролиз углеводородного сырья. М., Химия, 1987, 240 с., стр. 166-168]. К составу этанового сырья предъявляются следующие требования: содержание этана не менее 96%, этилена и пропилена не более 4,5%, отсутствие углеводородных полимеров. Пиролиз этана ведут при температурах 830-850°C с водяным паром в соотношении 0,4:1,0. Для пиролиза предложен реактор, включающий систему параллельных труб, соединенных ретурбентами и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи.

Типичные характеристики известного процесса пиролиза приведены в таблице.

Пиролиз ведут в трубчатом змеевике, который собирают из дорогостоящих бесшовных печных труб, изготовленных из жаропрочных сталей [С.А. Ахметов, Т.П. Сериков, И.Р. Кузеев, М.И. Баязитов. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа. С-Петербург, Недра, 2006, 868 с., стр. 155-160]. К недостаткам материалов печных труб относится их высокая стоимость. Предельно допустимые температуры для металлических змеевиков в современных печах пиролиза не превышают 1150°C. Современное материаловедение не предлагает экономически обоснованного использования сплавов с эксплуатационными температурами, превышающими 1150°C.

Пиролиз в трубчатом змеевике используется для современного многотоннажного производства этилена. В то же время этому способу присущи определенные недостатки, в частности:

- Существенное коксообразование, заметно осложняющее реализацию процесса и требующее проведения регулярных регенерационных процедур;

- Заметное количество отходов высокомолекулярных продуктов, а также содержащих их сточных вод;

- Высокие удельные капитальные затраты, связанные со сложным процессом пост-реакционного разделения продуктов реакции.

Поэтому дальнейшее развитие трубчатого пиролиза связано с поиском принципиально новых решений.

Для пиролиза бутана [Goos Е., Hippler H., Hoyermann К., Jurges В. // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2000. - 2. - 5127-5132] использовался импульсный CO2-лазер с длиной волны 10.6 мкм. В качестве сенсибилизатора выступал газ SF6. Реакция проходила при пониженных давлениях - 0.08-0.13 атм и при температуре 480-730°C. Показано, что продуктами реакции являются C2H4, C3H6, C3H8, выход продуктов зависел от температуры. Однако использование газа SF6 не решает задачи повышения выхода при пиролизе.

Известно устройство для ввода электромагнитного излучения в реактор (RU 2341326, 2008 г.). Однако для этого изобретения неизвестна область применения по температурам, сырью, давлениям, мощности и плотности мощности электромагнитного излучения, его спектральной области и другие важнейшие параметры.

Известен (RU 2460689, 2012 г.) способ по использованию излучения CO2 лазера для ввода в реакционный поток для приготовления наночастиц, к примеру, состава бор-кремний. Однако это изобретение отличается по исходному сырью и по продуктам и не пригодно для использования в процессов пиролиза алканов.

Известен (US 4417964, 1983 г.) способ получения соединений углерода, имеющих хотя бы одну олефиновую связь, из галогенидов углерода при воздействии излучения, когерентного лазерного и некогерентного от ламп, на реакционно-способную среду. Причем для получения продуктов в основном используется излучение ультрафиолетового диапазона для инициирования цепных реакций или излучение с низкой плотностью мощности до 2 Вт/см2, а в продуктах синтеза присутствует галогенид водорода.

Однако этот способ не распространяется на другое сырье - алканы C2-C4 и требует гигантских по энергии источников излучения для производства олефинов в промышленных масштабах.

Действующие и проектируемые в настоящее время печи пиролиза ориентированы на крупнотоннажную переработку сырья около крупных месторождений углеводородного газового сырья. Но создание технологий добычи сланцевых газов, необходимость эксплуатации небольших месторождений поставило задачу использования низконапорных и малодебитных источников сырья. Для таких источников обратная задача масштабирования технологий переработки от крупнотоннажных к малотоннажной приводит к экономически неэффективному удорожанию стоимости производства на тонну перерабатываемого сырья.

Поставленную задачу квалифицированной малотоннажной переработки C2-C4 алканов в этилен, пропилен, бутилен и водород с преодолением недостатков указанных выше способов решает предлагаемый способ пиролиза алканов.

Технический результат - повышение уровня конверсии C2-C4.

Предложен способ пиролиза алканов с применением излучения, включающий ввод потока газообразных алканов в трубу пиролиза, внешний обогрев трубы с нагревом потока алканов стенками трубы, ввод одного или нескольких ограниченных в поперечном сечении пучков излучения в поток алканов, характеризующийся тем, что в реакционную смесь вводят углеводороды с одной или большим числом двойных -C=C-связей и/или CO2, диапазон давлений алканов находится в интервале от 0,1 до 10 атм при плотности мощности излучения в реакционной среде выше 10 Вт/см2, температура реакционной среды около стенок трубы не превышает 900°C; расстояние между границей пучка излучения и стенкой трубы лежит в диапазоне 0,1 см - 10 см.

В качестве источника излучения преимущественно может быть использовано когерентное излучение непрерывного или импульсно-периодического CO2 лазера.

Предлагаемый способ пиролиза легких алканов C2-C4 с получением этилена, пропилена, бутилена, водорода и непредельных углеводородов осуществляют в устройстве, которое включает в своем составе, но не ограничиваясь (см. чертеж): камеру нагрева (1) с трубой пиролиза из стали (2); лазерный излучатель (3); оптический формирователь лазерного излучения (4); по крайней мере, одно оптическое окно для ввода излучения с системой изоляции оптического окна; патрубки для ввода сырья для пиролиза (6) и вывода продуктов пиролиза (7); патрубок подачи защитного газа оптического окна (8); диафрагмы смешения газовых потоков (9); внетопочную камеру ввода лазерного излучения с тепловой изоляцией (10). В трубе пиролиза существует зона поглощения излучения лазера сырьем (11).

В качестве лазерного излучателя используют излучение лазера с плотностью мощности излучения выше 10 Вт/см2 или в качестве излучения используется излучение импульсно-периодического лазера с плотностью мощности излучения выше 10 Вт/см2.

Сущность способа иллюстрируется следующим примером.

Процесс пиролиза легких алканов ведут в камере нагрева (1) со стальной трубой (2), которая обогревается снаружи и в которую подают любой из алканов C2-C4 или их любую смесь и углеводороды с одной или большим числом двойных -C=C- связей и/или CO2. Внутри трубы поддерживают температуру не выше 900°C. В зону поглощения излучения (11) внутри трубы пиролиза подают дополнительно излучение CO2 лазера с плотностью мощности выше 10 Вт/см2 через оптическое окно (5) и внетопочную камеру ввода лазерного излучения (10). Для формирования лазерного излучения используют оптический формирователь лазерного излучения (4). Выходящую из трубы пиролиза реакционную смесь подвергают охлаждению, сбору и дальнейшему использованию по назначению.

Благодаря излучению CO2 лазера в трубе создается локальная зона высоких температур, которая служит дополнительным источником радикалов, что приводит к снижению пороговой температуры реакции и температуры выхода целевых продуктов не менее чем на 150°C (в пристеночной зоне) по сравнению с известными решениями. Характерной особенностью этого процесса, например, является скачок конверсии этана при пристеночной температуре около 500÷550°C после начала воздействия осевого излучения. При этом сечение пучка излучения составляет около 2% от сечения трубы, что в зависимости от диаметра трубы обеспечивает расстояние между границей пучка излучения и стенкой трубы в диапазоне 0,1 см - 10 см.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом, заключается в повышении степени конверсии углеводородного сырья при более низких температурах, благодаря чему снижаются требования к жаропрочным материалам для изготовления труб печей пиролиза за счет снижения рабочей температуры; снижении энергозатрат за счет снижения общей температуры реакции и снижения температуры отходящих дымовых газов при той же эффективности теплообмена.

Технологическая схема процесса пиролиза с лазерным излучением существенно упрощается: за счет снижения рабочей температуры реакции использование воды для разбавления сырья не обязательно, так как побочные процессы зауглероживания минимизируются. Схема содержит меньше единиц основного оборудования, что обуславливает заметное снижение капитальных затрат (по предварительным оценкам, на величину до 20-25%) по сравнению с известными решениями. Важным следствием отказа от разбавления реакционной смеси водяным паром является существенное (в 1.7-1.8 раза) уменьшение объема реакционной смеси в печи пиролиза в пересчете на единицу объема подаваемого этана. Это позволяет либо повысить производительность существующих печных блоков, либо уменьшать габариты новых печей при сохранении прежней мощности по сырью.

Повышение плотности мощности лазерного излучения (в том числе при снижении общей вводимой мощности) ведет к сдвигу начала реакции в сторону более низкой температуры и к повышению глубины переработки сырья. Так, уровень конверсии C2-C4 выше 60% обеспечивается при пристеночной температуре не менее чем на 150°C ниже, чем при стандартном нагреве газа через стенки, приведенном в Таблице.

Использование излучения при пиролизе алканов, дополнительно вводимого в реакционную среду при высокой плотности мощности излучения, существенно увеличивает конверсию алканов при температуре реагентов менее 900°C за счет сверхравновесной дополнительной генерации радикалов цепных реакций пиролиза. Низкая энергия вводимого излучения в сравнении с общей потребляемой энергией для эндотермического процесса пиролиза предоставляет возможность управления пиролизом с помощью излучения, что позволяет снижать капитальные затраты в новых конструкциях малогабаритных блоков пиролиза алканов C2-C4.

1. Способ пиролиза алканов, включающий ввод потока газообразных алканов С24 в трубу пиролиза, внешний обогрев трубы с нагревом потока алканов стенками трубы, ввод одного или нескольких ограниченных в поперечном сечении пучков излучения в поток алканов, при этом в реакционную смесь дополнительно вводят углеводороды с одной или большим числом двойных -С=С- связей и/или СО2, диапазон давлений алканов находится в интервале от 0,1 до 10 атм при плотности мощности излучения лазера в реакционной среде выше 10 Вт/см2, температура реакционной среды около стенок трубы не превышает 900°С; расстояние между границей пучка излучения лазера и стенкой трубы лежит в диапазоне 0,1 см - 10 см.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника излучения используют когерентное излучение непрерывного или импульсно-периодического СО2 лазера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу переработки тяжелого углеводородного сырья путем его обработки электромагнитным излучением с частотой 57-65 МГц, мощностью 0,2-1,0 кВт при температуре 50-70°С, давлении 0,2-0,6 МПа и времени обработки 3-7 часов, с последующим каталитическим крекингом обработанного сырья при температуре 480-520°С в присутствии цеолитсодержащего катализатора с добавкой, состоящей из носителя, содержащего гамма-оксид алюминия 20-80% масс.

Изобретение относится к способу электромагнитной модификации жидких энергоносителей на основе эффекта ядерного магнитного резонанса, заключающемуся в облучении продукта одновременно ортогональными переменным электромагнитным и постоянным магнитным полями, изменяющими структуру молекул.
Изобретение относится к газонефтедобывающей и перерабатывающей промышленности и может быть использовано, в частности, для обработки парафинистой обезвоженной и обессоленной нефти для улучшения ее низкотемпературных характеристик, а именно температуры застывания и увеличения времени релаксации этого параметра.

Изобретение относится к способу скоростной деструкции остаточных нефтяных продуктов. Способ включает адсорбцию остаточных нефтяных продуктов в порах углеродного сорбента и обработку сверхвысокочастотным излучением при индуцированной температуре до 600°C в потоке аргона или диоксида углерода.

Изобретение относится к нефтепереработке. Изобретение касается обработки тяжелого углеводородного сырья электромагнитным излучением с частотой 40-55 МГц, мощностью 0,2-0,5 кВт, при температуре 50-70°C, атмосферном давлении и времени обработки 1-24 ч, с последующим каталитическим крекингом обработанного сырья в присутствии цеолитсодержащего катализатора при температуре 380-500°C и разделением полученных продуктов.
Изобретение относится к способу осуществления плазмохимических взаимодействий между жидкими углеводородами, включая их производные, и газообразными веществами или несмешивающимися жидкостями, в т.ч.

Изобретения могут быть использованы для утилизации твердых бытовых отходов, отходов деревообработки, сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, а также для переработки твердых низкокалорийных продуктов, содержащих органическую составляющую.

Изобретение относится к способу получения смазочной композиции. .

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к процессу электротермолиза нефтяного сырья, и может быть использовано при переработке тяжелых сортов нефти, остатков атмосферной и вакуумной перегонки нефти, включая мазуты, а также остатков нефтепереработки.

Изобретение относится к области химии, касается способа получения низших олефиновых углеводородов крекингом углеводородного сырья в присутствии металлического катализатора с помощью электрических средств, который может быть использован в нефтехимической промышленности для производства этилена и пропилена.

Изобретение относится к способу химической переработки смесей газообразных углеводородов (алканов) С1-С 6 в олефины С2-С3 (этилен и пропилен), заключающемуся в осуществлении реакций окислительной конденсации метана и пиролиза алканов С2-С6, характеризующемуся тем, что осуществляют окислительный пиролиз алканов С2 -С6, который проводят при температуре от 450°С до 850°С, давлении от 1 атм до 40 атм и подаче не более 15 об.% кислорода в присутствии оксидных катализаторов без предварительного разделения исходной смеси газообразных углеводородов (алканов) C1-С6 на составляющие компоненты и/или отделения метана, реакцию окислительной конденсации метана осуществляют в потоке метана, отделенного от продуктов окислительного пиролиза алканов С2-С6, в присутствии оксидных катализаторов при температуре от 700°С до 950°С, давлении от 1 атм до 10 атм и мольном соотношении метана и кислорода в интервале от 2:1 до 10:1, при этом выделение продуктов окислительной конденсации метана проводят совместно или частично совместно с выделением продуктов окислительного пиролиза алканов С2-С 6, а отделенные от реакционных газов метан, этан и алканы С3+ подвергают рециклу и направляют повторно на стадии окислительной конденсации метана и пиролиза алканов С2 -С6 соответственно.

Изобретение относится к области нефтехимии. .

Изобретение относится к области нефтехимического синтеза и, более конкретно, к способу получения этилена, пригодного для полимеризации. .

Изобретение относится к производству катализаторов для дегидрирования диэтилбензола в дивинилбензол, который широко используется в производстве ионнообменных смол, а также в качестве сшивающего агента при получении каучуков.

Изобретение относится к способу получения 1-бутена и производного 1,3-бутадиена. Способ включает следующие стадии: a) неокислительное каталитическое дегидрирование исходного газового потока, содержащего н-бутан, водород, другие низкокипящие побочные компоненты и высококипящие продукты, причем образуется смесь продуктов, содержащая непревращенный н-бутан, 1-бутен, оба 2-бутена, 1,3-бутадиен, водород, другие низкокипящие побочные компоненты и высококипящие продукты, b) выделение водорода, других низкокипящих компонентов и высококипящих продуктов, причем получают смесь продуктов, содержащую н-бутан, 1-бутен, оба 2-бутена и 1,3-бутадиен, c) превращение части полученного на стадии b) 1,3-бутадиена в его производное, d) выделение полученного на стадии c) производного 1,3-бутадиена, e) селективное гидрирование 1,3-бутадиена, не превращенного на стадии c) в его производное, до 1-бутена, f) дистилляционное выделение 1-бутена из полученного на стадии e) углеводородного потока, причем остается остаточный поток.

Изобретение относится к способу селективной димеризации этилена в бутен-1 с использованием каталитической композиции. Каталитическая композиция включает металлоорганический комплекс титана соответствующей общей формулы [Ti(OR)n(Y)(4-n)], в которой: Y является гидрокарбильным радикалом, содержащим от 1 до 30 атомов углерода, или радикалом, выбранным из группы, включающей галогениды, алкокси R'O-, амидо R'2N- и карбоксилаты R'COO-, где R' является гидрокарбильным радикалом, n может принимать целые значения от 1 до 4, лиганд -OR является органическим соединением, выбранным из семейства алкокси-лигандов, общая структура которых О-(CR10R11)n-X-L, в которой: функциональная группа L является группой, содержащей гетероатом, выбранный из азота, кислорода, фосфора, серы, мышьяка и сурьмы, или ароматической группой, группа X является углеводородной группой (CR7R8), атомом кислорода или группой, содержащей атом азота -NR9, группы R7, R8, R9, R10 и R11 обозначают атом водорода или углеводородную цепочку, циклическую или нециклическую, содержащую от 1 до 30 атомов углерода и возможно содержащую гетероатом, указанную группу (CR10R11)n выбирают из следующих групп: -CH2-, -(CH2)2-, -(CH2)3-, -(СН2)4-, -(СН2)5-, -С(СН3)2-, - С(СН3)2-СН2, -С(СН3)2-СН2-СН2, -C(CF3)2-, -C(CF3)2-CH2 и -С(CF3)2-СН2-СН2.

Изобретение относится к двум вариантам способа дегидрирования углеводорода. Один из вариантов содержит стадию подачи потока сырья, содержащего по меньшей мере один углеводород, над катализатором, содержащим каталитически активную углеродную фазу.

Изобретение относится к способу получения С4-олефинов путем прохождения загрузки С4-одноатомных спиртов через катализатор. Проводят реакцию дегидратации одноатомного спирта до по меньшей мере одного олефина и реакцию скелетной изомеризации по меньшей мере одного из олефинов, полученных в той же реакционной камере в присутствии катализатора, возможно, содержащего промотор.
Наверх