NO163894B - Fremgangsmaate for forbedring av varmegenereringen i den katalytiske reaktoren ved katalytisk dehydrogenering av isobutan. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for forbedring av varmegenereringen i den katalytiske reaktoren ved en adiabatisk, cyklisk katalytisk prosess med fiksert sjikt for fremstilling av isobutylen ved katalytisk dehydrogenering av isobutan inneholdende minst 98 volum-# isobutan, som nærmere angitt i innledningen til krav 1.

Den katalytiske omvandlingen av hydrokarboner ved en cyklisk, generelt adiabatisk prosess er kjent. Eksempler på hydrokarboner som omvandles ved disse prosesser innbefatter de lavere parafinene så som propan, n-butan, isobutan, normal- og isopentan. Eksempler på produkter som dannes ved denne prosessen innbefatter propylen, buten og butadien, isobuten; isoamylen og isopren. Ved den cykliske katalytiske prosessen utføres omvandlingen av den mettede parafinen i en endoterm dehydrogeneringsreaksjon etterfulgt av en eksoterm regenerer-ing av katalysatoren hvorved karbonholdige avsetninger dannet på katalysatorens overflate under hydrokarbondriftsperioden brennes av, derved tilveiebringes varmen som er, påkrevet i den katalytiske dehydrogeneringsreaksjonen. For drift rnå varmen som kreves for å bevirke dehydrogeneringen være lik varmen som tilveiebringes ved den eksoterme reaksjonen så vel som tilførsel fra andre varmekilder så som frivarme for tilførsel og luft. Eksempler på patenter som beskriver cykliske, adiabatiske katalytiske dehydrogeneringsprosesser for fremstillingen av olefiniske materialer innbefatter: US-patent nr. 2.419.997 som beskriver fremstillingen av dehydrogenerte alifatiske hydrokarboner i nærvær av en kromoksyd-aluminiumoksydkatalysator. En cyklisk, generelt adiabatisk prosess anvendes. En balansert varmemengde oppnås ved regulering av temperaturen eller kontakttiden, eller begge deler, inne i den katalytiske dehydrogeneringsreaktoren slik at det dannes en netto eksoterm varmeverdi samtidig som temperaturen holdes i et egnet område for dehydrogenering. TJS-patent nr. 2.943.067 beskriver en prosess for katalytisk dehydrogenering av olefiner i en cyklisk, generelt adiabatisk prosess. En kromoksyd-aluminiumoksydkatalysator forsterket med et kalium- eller litiumoksyd benyttes. Katalysatoren er beskrevet som en katalysator som gir god omvandling og høy selektivitet over lange tidsrom. Det angis i patentet at prosessen krever en netto varme som totalt er null, dvs. den endoterme reaksjonsvarmen for dehydrogeneringen må være lik den eksoterme regenereringsvarmen for koksforbrenning og annen varmetilførsel fra andre kilder for å unngå at reaksjonen løper ut av kontroll.

US-patent nr. 3.780.129 beskriver en fremgangsmåte for dehydrogenering av alifatiske hydrokarboner til fremstilling av diolefiner, fremgangsmåten benytter en kromoksyd-aluminiumoksydkatalysator i en cyklisk, adiabatisk prosess.

US-patent nr. 3.340.321 beskriver en mekanisme for temperaturkontroll i en fremgangsmåte for dehydrogenering av alifatiske hydrokarboner til fremstilling av olefiner. Temperaturkontroll opprettholdes ved å bestemme kokskravet for en varmebalansert drift ved produksjonen av dobbelt-bundne forbindelser og kontrollering av mengden damp som innføres i sjiktet for å balansere varmebelastningen.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av isobutylen ved dehydrogenering av isobutan samtidig som energitilførselen til dehydrogeneringssonen minimaliseres, spesielt i form av redusert tilførselstempera-tur som innledningsvis innbefatter fortynning av isobutanrå-stoffet til dehydrogeneringssonen med n-butan og deretter dehydrogenering. Det uomsatte materialet pluss n-butylen og butadien dannet i dehydrogeneringssonen separeres deretter fra isobutylenproduktet og resirkuleres tilbake til dehydrogeneringssonen. Ved å regulere mengden av n-butan til systemet kan man fremstille den ønskede mengden koks i dehydrogeneringssonen for å tillate forøkede varmenivåer i dehydrogeneringssonen uten en økning i temperatur for råstoffet eller luftstrømmen.

Dehydrogeneringen av isobutan til fremstilling av isobutylen utføres vanligvis som en cyklisk, adiabatisk operasjon som generelt innbefatter et stort antall reaktorer som drives i tidssekvens. I denne fremgangsmåten balanserer varmen som kreves for den endoterme hydrokarbonomvandlingen i det vesentlige med den eksoterme varmen som avledes fra forbren-ningen av koks dannet på katalysatoren under katalysator-regenereringen. Et av problemene ved opprettholdelse av adiabatisk drift ved fremstillingen av isobutylen er at råstoffet til dehydrogeneringssonen typisk inneholder 98 volum-56 isobutan eller mer og koksproduksjonen er relativt begrenset. Som et resultat må temperaturen av råstoffet og/eller luften til dehydrogeneringssonen økes eller luftinntaket forøkes for å opprettholde en riktig varmebalanse. Dette utgjør en betydelig kostnad på bakgrunn av det faktum at bare en del av ekstraenergien som er påkrevet for å forvarme råstoffet og luften gjenvinnes som nyttbar energi.

Foreliggende oppfinnelse vedrører nærmere bestemt en fremgangsmåte for forbedring av varmegenereringen i den katalytiske reaktoren ved en adiabatisk, cyklisk katalytisk prosess med fiksert sjikt for fremstilling av isobutylen ved katalytisk dehydrogenering av isobutan inneholdende minst 98 volum-# butan, innbefattende separering av isobutylenet fra uomsatt butan og resirkulering av det uomsatte materialet til den katalytiske reaktoren. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at den innbefatter: fortynning av det inngående friske råstoffet med n-butan til en konsentrasjon på 3-7 vekt-# av råstoffet; og regulering av konsentrasjonen av n-butan i området på 3-756, slik at det fremstilles et resirkuleringsråstoff som inneholder tilstrekkelig butadien til å gi ytterligere koks i dehydrogeneringssonen, slik at det derved oppnås en netto varmebalanse på tilnærmet null. Katalysatorer som er egnet for utførelse av oppfinnelsen Innbefatter konvensjonelle dehydrogeneringskatalysatorer som angitt i US-patentene 3.780.129 og 2.943.067. Typisk er disse kromoksyd-aluminiumkatalysatorer forsterket med alkalime-talloksyder.

Temperaturen under dehydrogeneringen vil generelt variere fra 510 til 704° C med trykk fra under atmosfæretrykk til over atmosfæretrykk, f.eks. opp til 790,9 kPa. Foretrukne inntakstemperaturer for råstoffet er 565 , 6-648,9°C. Reaksjonen utføres i en katalytisk reaktor med et fiksert sjikt og romhastigheten (LHSV) er generelt fra 0,15 til 5 timer-<1>.

De følgende eksemplene er tilveiebragt for å illustrere utførelser av oppfinnelsen.

Eksempel 1

En cyklisk adiabatisk fremgangsmåte for dehydrogeneringen av isobutan til isobutylen ble oppnådd ved å anvende en kommersiell prosess og kommersielle katalysatorer markedsført under varemerket "CATOFIN" av Air Products and Chemicals Inc. Katalysatoren som ble benyttet var kromoksyd-aluminiumoksydkatalysator forsterket med alkalimetalloksyd. Keaktorbe-tingelsene var som følger:

Eksempel 2

Fremgangsmåten fra eksempel 1 ble gjentatt, bortsett fra at sammensetningen av det friske råstoffet ble fortynnet med n-butan, og reaksjonsproduktet ble reseparert og uomsatt materiale pluss nC^umettede forbindelser ble resirkulert til dehydrogeneringssonen. Reaksjonsbetingelsene og pro-duktanalysen var som følger:

Resultatene i eksempel 2 viser at en hydrokarbonrå-stofftemperatur 2,2°C lavere enn i eksempel 1 kan benyttes for å opprettholde den ønskede varmebalansen samtidig som det opprettholdes en gjennomsnittlig sjikttemperatur som er ca. 5,6°C høyere enn i eksempel 1. Som et resultat økte isobutan-omvandlingen pr. passasje fra 62 til 65$ mens selektiviteten forble i det vesentlige den samme.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for forbedring av varmegenereringen i den katalytiske reaktoren ved en adiabatisk, cyklisk katalytisk prosess med fiksert sjikt for fremstilling av isobutylen ved katalytisk dehydrogenering av isobutan inneholdende minst 98 volum-56 isobutan, innbefattende separering av isobutylenet fra uomsatt isobutan og resirkulering av det uomsatte materialet til den katalytiske reaktoren, karakterisert ved at den innbefatter: fortynning av det inngående friske råstoffet med n-butan til en konsentrasjon på 3-7 vekt-# av råstoffet; og regulering av konsentrasjonen av n-butan i området på 3-7$ slik at det fremstilles et resirkuleringsråstoff som inneholder tilstrekkelig butadien til å gi ytterligere koks i dehydrogeneringssonen slik at det derved oppnås en nettovarmebalanse på tilnærmet null.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at dehydrogener ingen utføres i nærvær av en kromoksyd-aluminiumoksydkatalysator.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at inntakstemperaturen for reaktanten til den katalytiske dehydrogeneringssonen er 565,6-648,9°C.