CN110546123A - 用于异戊二烯纯化的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在包含异戊二烯的产物流中选择性氢化炔属化合物的方法。在异戊二烯存在下选择性氢化炔烃的方法可包括获得包含炔烃、异戊二烯和丁二烯或环戊二烯或两者的烃混合物。如果存在环戊二烯，则烃混合物可包含大于2重量％的环戊二烯。该方法还可包括在对炔烃的氢化比对异戊二烯的氢化更具选择性的反应条件下，使烃混合物和氢气(H2)与氢化催化剂接触。

Description

用于异戊二烯纯化的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年5月10日提交的美国临时专利申请第62/504246号的优先权权益，将其整体内容通过引用并入此文。
发明领域
本发明一般涉及异戊二烯的纯化。更具体地，本发明涉及在包含异戊二烯的产物流中炔属化合物的选择性氢化。
发明背景
异戊二烯(CH2＝C(CH3)-CH＝CH2)是重要的石化产品。例如，它用于橡胶和塑料的生产。异戊二烯通常作为烃热解或烃催化裂化生产乙烯的副产物而产生。在热解过程或催化过程中，异戊二烯通常存在于产物混合物中，该产物混合物还包括C4烃和C5烃，该C4烃和C5烃包括炔属C4烃和C5烃。这些炔烃可能对下游工艺产生不利影响。因此，需要在异戊二烯可用于其他工艺之前将炔属化合物从异戊二烯中分离出来。然而，异戊二烯和其他炔烃的挥发性相似。这使得难以通过蒸馏分离。因此，用于将炔属化合物从异戊二烯中分离的萃取蒸馏通常是复杂且昂贵的。
在含有贵金属的催化剂存在下的选择性氢化是将炔烃从异戊二烯中分离的一种方法(例如，用于丁二烯生产的乙烯基乙炔的选择性氢化)。然而，取决于如何实施，选择性氢化过程会导致例如异戊二烯的二烯烃的大量损失。
发明内容
已经发现一种用于在包括异戊二烯的产物流中选择性氢化炔属化合物的方法。该方法实现了使氢化过程中异戊二烯损失最小化的操作条件(例如温度、压力、重时空速(WHSV))。
本发明的实施方案包括在异戊二烯存在下选择性氢化炔烃的方法。该方法包括获得包含炔烃、异戊二烯和丁二烯或环戊二烯或两者的烃混合物。如果存在环戊二烯，烃混合物可包含大于2重量％的环戊二烯。本发明的实施方案还可包括在对炔烃的氢化比对异戊二烯的氢化更具选择性的反应条件下，使烃混合物和氢气(H2)与氢化催化剂接触。
以下包括本说明书中使用的各种术语和短语的定义。
术语“约”或“近似”被定义为本领域普通技术人员所理解的接近于。在一个非限制性实施方案中，该术语定义为在10％以内，优选在5％以内，更优选在1％以内，最优选在0.5％以内。
术语“重量％”、“体积％”或“摩尔％”分别指基于包含组分的材料总重量、总体积或总摩尔量，组分的重量百分比、体积百分比或摩尔百分比。在一个非限制性实例中，100摩尔材料中的10摩尔组分是10摩尔％的组分。
术语“基本上”被定义为包括在10％以内、在5％以内、在1％以内或在0.5％以内的范围。
当在权利要求和/或说明书中使用时，术语“抑制”或“减少”或“防止”或“避免”包括用以实现期望的结果的任何可测量的减少或完全抑制。
作为本说明书和/或权利要求所使用的术语，术语“有效的”表示适于实现希望的、期望的或预期的结果。
当与权利要求或说明书中的术语“包含”、“包括”、“含有”或“具有”结合使用时，在要素前不使用数量词可以表示“一个”，但是它也与“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义一致。
词语“包含”、“具有”、“包括”或“含有”是包括性的或开放式的，并且不排除附加的、未列举的要素或方法步骤。
本发明的方法可以“包含”在整个说明书中公开的特定成分、组分、组合物等、“基本上由”或“由”在整个说明书中公开的特定成分、组分、组合物等“组成”。
在本发明的上下文中，现在描述了至少十六个实施方案。实施方案1是在异戊二烯存在下选择性氢化炔烃的方法，该方法包括以下步骤：(a)获得含有炔烃、异戊二烯和丁二烯或环戊二烯或两者的烃混合物，其中如果存在环戊二烯，该烃混合物包含大于2重量％的环戊二烯；和(b)在对炔烃的氢化比对异戊二烯的氢化更具选择性的反应条件下使烃混合物和氢气(H2)与氢化催化剂接触。实施方案2为实施方案1的方法，其中所述氢化催化剂包含镍(Ni)、钯(Pd)、或铂(Pt)、或其组合或合金。实施方案3是实施方案1或2的方法，其中少于10％的异戊二烯被氢化。实施方案4是实施方案1至3中任一项的方法，其中所述炔烃为丁炔，优选2-丁炔。实施方案5是实施方案1至4中任一项的方法，其中反应条件包括30℃至50℃的温度。实施方案6是实施方案1至5中任一项的方法，其中反应条件包括小于10巴(表压)，优选5巴(表压)至8巴(表压)的压力。实施方案7是实施方案1至6中任一项的方法，其中反应条件包括1h-1至4h-1的重时空速(WHSV)。实施方案8是实施方案1至7中任一项的方法，其中反应条件包括2至3的H2/丁炔的摩尔％比。实施方案9是实施方案1至8中任一项的方法，其中烃混合物中环戊二烯的量为5重量％至25重量％。实施方案10是实施方案1至9中任一项的方法，其中烃混合物是液体。实施方案11是实施方案1至10中任一项的方法，其中炔烃完全氢化。实施方案12是实施方案1至11中任一项的方法，其中该方法不包括涉及环戊二烯的二聚反应。实施方案13为实施方案1至12中任一项的方法，其中将丁二烯添加至来自热解或裂化过程的产物流中以形成烃混合物。实施方案14为实施方案1至13中任一项的方法，其中将环戊二烯添加至来自热解或裂化过程的产物流中以形成烃混合物。实施方案15为实施方案1至14中任一项的方法，其中接触在固定床反应器中进行。
实施方案16是在异戊二烯存在下选择性氢化丁炔的方法，该方法包括以下步骤：(a)获得包含丁炔、异戊二烯、丁二烯和环戊二烯的烃混合物，其中该烃混合物包含3重量％至25重量％的环戊二烯；和(b)在固定床反应器中于低于80℃的温度、小于10巴(表压)的压力和小于8h-1的重时空速(WHSV)下，在使得少于7％的异戊二烯被氢化的反应条件下，使烃混合物和氢气(H2)与包含镍(Ni)、钯(Pd)或铂(Pt)、或其组合或合金的氢化催化剂接触，其中H2:丁炔的摩尔％比小于6∶1。
根据以下附图、详细说明和实施例，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见。然而，应该理解的是，虽然附图、详细说明和实施例表明了本发明的具体实施方案，但是仅以说明的方式给出，并不意味着限制。另外，预期根据该详细描述，本发明的精神和范围内的改变和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。在其他实施方案中，来自具体实施方案的特征可以与来自其他实施方案的特征组合。例如，来自一个实施方案的特征可以与来自任何其他实施方案的特征组合。在其他实施方案中，可以将附加特征添加到本文描述的具体实施方案中。
附图简要说明
为了更完整地理解，现结合附图参考以下描述，其中：
图1显示了根据本发明实施方案的在异戊二烯存在下选择性氢化炔属化合物的系统；和
图2显示了根据本发明实施方案的在异戊二烯存在下选择性氢化炔属化合物的方法。
具体实施方式
已经发现一种用于在包括异戊二烯的产物流中选择性氢化炔属化合物的方法。该方法实现了使氢化过程中异戊二烯损失最小化的操作条件(例如温度、压力、重时空速(WHSV))。
本发明的实施方案包括在异戊二烯存在下选择性氢化炔烃(例如2-丁炔，CH3-C≡C-CH3)的方法。该方法包括获得包含炔烃、异戊二烯和丁二烯或环戊二烯或两者的烃混合物。如果存在环戊二烯，烃混合物可包含大于2重量％的环戊二烯。本发明的实施方案还可包括在对炔烃的氢化比对异戊二烯的氢化更具选择性的反应条件下，使烃混合物和氢气(H2)与氢化催化剂接触。
图1显示了根据本发明实施方案的在异戊二烯存在下选择性氢化炔属化合物的系统10。图2显示了根据本发明实施方案的在异戊二烯存在下选择性氢化炔属化合物的方法20。方法20可以用系统10来实现。如图1所示，本发明的实施方案包括烃进料100的组分的选择性氢化。烃进料100可以是由例如生产乙烯的催化裂化过程产生的C4馏分(部分)和/或C5馏分。根据本发明的实施方案，烃进料100是不同化合物的混合物，包括异戊二烯和炔属化合物(例如，C4和/或C5炔属化合物)。在本发明的实施方案中，环戊二烯可以作为烃热解的副产物与异戊二烯一起存在于烃进料100中。替代地或另外地，由于理论上认为环戊二烯的存在有助于氢化过程中异戊二烯损失的最小化，因此可以将环戊二烯添加到产物流(例如，来自热解或裂化过程的产物流)中以形成烃进料100。同样，理论上丁二烯的存在有助于氢化过程中异戊二烯损失的最小化。鉴于此，丁二烯也可以添加至产物流(例如，来自热解或裂化过程的产物流)中以形成烃进料100，以使氢化过程中的这种异戊二烯损失最小化。因此，烃进料100可包括一种或多于一种炔烃、异戊二烯和丁二烯或环戊二烯(C5H6)、或两者。在其中存在环戊二烯的本发明的实施方案中，烃进料100可以包含大于2重量％的环戊二烯。此外，在本发明的实施方案中，烃混合物中环戊二烯的量为5重量％至25重量％。烃进料100可以包含3重量％至25重量％的环戊二烯。在本发明的实施方案中，烃进料100是液体。
与前述内容一致，方法20可以包括在框200处获得包含炔烃、异戊二烯和丁二烯或环戊二烯或两者的烃混合物(例如，烃进料100)。如果存在环戊二烯，烃混合物可以包含大于2重量％的环戊二烯。获得这种烃混合物可以包括将丁二烯和/或环戊二烯添加到包含异戊二烯的烃流中。然后在框201处，方法20可包括使烃进料100流到反应器101中(图1)。在本发明的实施方案中，反应器101可以是固定床反应器，其配置为氢化烃进料100的特定组分。
例如，如图1所示，反应器101包括催化剂102。催化剂102可以是适于选择性地氢化炔属化合物的氢化催化剂。催化剂102可以选自：镍(Ni)催化剂、钯(Pd)催化剂、铂(Pt)催化剂、其合金以及它们的组合。根据本发明的实施方案，由于与烃进料100的其他化合物相比，催化剂102更强地吸附炔属化合物，因此催化剂102选择性地氢化炔属化合物。在本发明的实施方案中，这些炔属化合物保持吸附在催化剂102上直至完全饱和。可用于氢气吸附的催化剂102的活性位点不同于可用于炔属化合物的吸附的活性位点。因为具有三键的炔属化合物比具有双键的二烯烃具有更高的反应性，所以较短的接触时间可以允许炔属化合物在二烯烃饱和之前完全氢化。根据本发明的实施方案，在氢气和炔属化合物之间对于相同的位点没有直接竞争，因为氢分子是如此之小以至于即使催化表面被强吸附的炔属化合物完全覆盖，它们也可以发现自由位点。
在本发明的实施方案中，方法20可以包括在框202处将氢气流到反应器101中。在存在氢气的情况下，方法20在框203处可以包括在对炔烃的氢化比对异戊二烯的氢化更具选择性的反应条件下使烃进料100和氢气(H2)在反应器101中与催化剂102接触。
在本发明的实施方案中，在反应器101中用于炔烃的选择性氢化的反应条件可以包括低于80℃的温度范围，以及其中的所有范围和值，包括0℃至5℃、5℃至10℃、10℃至15℃、15℃至20℃、20℃至25℃、25℃至30℃、30℃至35℃、35℃至40℃、40℃至45℃、45℃至50℃、50℃至55℃、55℃至60℃、60℃至65℃、65℃至70℃、70℃至75℃和75℃至80℃，优选30℃至50℃。关于压力，反应器101中炔烃的选择性氢化的反应条件可以包括小于10巴(表压)的压力范围，以及其中所有的范围和值，包括1巴(表压)至2巴(表压)、2巴(表压)至3巴(表压)、3巴(表压)至4巴(表压)、4巴(表压)至5巴(表压)、5巴(表压)至6巴(表压)、6巴(表压)至7巴(表压)、7巴(表压)至8巴(表压)、8巴(表压)至9巴(表压)、和9巴(表压)至10巴(表压)，优选5巴(表压)至8巴(表压)，以及1巴(表压)、2巴(表压)、3巴(表压)、4巴(表压)、5巴(表压)、6巴(表压)、7巴(表压)、8巴(表压)、9巴(表压)、和10巴(表压)。关于重时空速(WHSV)，在反应器101内用于炔烃的选择性氢化的反应条件可以包括小于8h-1的WHSV范围，以及其中所有范围和值，包括1h-1至2h-1、2h-1至3h-1、3h-1至4h-1、4h-1至5h-1、5h-1至6h-1、6h-1至7h-1和7h-1至8h-1，1h-1、2h-1、3h-1、4h-1、5h-1、6h-1、7h-1和8h-1，优选1h-1至4h-1。在其中存在丁炔的本发明的实施方案中，反应条件可以包括H2/丁炔的摩尔％比小于6摩尔％，以及其中的所有范围和值，包括1摩尔％至2摩尔％、2摩尔％至3摩尔％、3摩尔％至4摩尔、4摩尔％至5摩尔％、和5摩尔％至6摩尔％，和1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％、4摩尔％、5摩尔％和6摩尔％，优选2摩尔％至3摩尔％。
根据本发明的实施方案，在反应器101的反应条件下，氢化烃进料100的炔属化合物并且在框204处流出物流104从反应器101流出。
在本发明的实施方案中，烃进料100的炔烃被完全氢化。在本发明的实施方案中，方法20不包括涉及环戊二烯的二聚反应。在本发明的实施方案中，少于10％的异戊二烯被氢化。在本发明的实施方案中，炔烃可以是丁炔，优选2-丁炔，或其组合。在本发明的实施方案中，少于7％的异戊二烯被氢化，其中H2:丁炔的摩尔％比小于6∶1。
尽管已经详细描述了本申请的实施方案及其优点，但应该理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的实施方案的精神和范围的情况下，在本文中可以进行各种改变、替换和变化。此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的工艺、机器、制造、物质成分、装置、方法和步骤的特定实施方案。如本领域普通技术人员根据上述公开内容将容易理解的，可以利用当前存在的或以后将要开发的实现与本文描述的相应实施方案基本相同的功能或实现基本相同的结果的工艺、机器、制造、物质成分、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求意在将这些工艺、机器、制造、物质成分、装置、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (16)

1.一种在异戊二烯存在下选择性氢化炔烃的方法，所述方法包括：
(a)获得包含炔烃、异戊二烯和丁二烯或环戊二烯或两者的烃混合物，其中如果存在环戊二烯的话，所述烃混合物包含大于2重量％的环戊二烯；和
(b)在对炔烃的氢化比对异戊二烯的氢化更具选择性的反应条件下，使烃混合物和氢气(H2)与氢化催化剂接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氢化催化剂包括镍(Ni)、钯(Pd)或铂(Pt)、或其组合或合金。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中少于10％的异戊二烯被氢化。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述炔烃是丁炔，优选2-丁炔。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反应条件包括30℃至50℃的温度。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反应条件包括小于10巴(表压)，优选5巴(表压)至8巴(表压)的压力。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反应条件包括1h-1至4h-1的重时空速(WHSV)。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述反应条件包括2至3的H2/丁炔的摩尔％比。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述烃混合物中环戊二烯的量为5重量％至25重量％。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述烃混合物是液体。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述炔烃完全氢化。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述方法不包括涉及环戊二烯的二聚反应。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中将丁二烯添加至来自热解或裂化过程的产物流中以形成所述烃混合物。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其中将环戊二烯添加至来自热解或裂化过程的产物流中以形成所述烃混合物。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述接触在固定床反应器中进行。
16.一种在异戊二烯存在下选择性氢化丁炔的方法，所述方法包括：
(a)获得包含丁炔、异戊二烯、丁二烯和环戊二烯的烃混合物，其中该烃混合物包含3重量％至25重量％的环戊二烯；和
(b)在固定床反应器中于低于80℃的温度、小于10巴(表压)的压力和小于8h-1的重时空速(WHSV)下，在使得少于7％的异戊二烯被氢化的反应条件下，使烃混合物和氢气(H2)与包含镍(Ni)、钯(Pd)或铂(Pt)、或其组合或合金的氢化催化剂接触，其中H2:丁炔的摩尔％比小于6∶1。
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