NO334936B1 - Framgangsmåte for hydroisomerisering av dobbel-bindinger i butener - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og apparat for omdanning av en strøm som inneholder C4-forbindelser inkludert 1-buten og 2-buten, til 2-buten. Strømmen med C4 blandes med en første hydrogenstrøm for å danne en fødestrøm, hydroisomerisere fødestrømmen i nærvær av en første hydroisomeriseringskatalysator for å omsette i det minste en del av 1-buten til 2-buten, for derved å framstille et hydroisomeriseringsutløp, lede hydroisomeriseringsutløpet gjennom ei fraksjoneringskolonne for å danne en toppstrøm som omfatter isobutan og isobutylen, og en bunnstrøm som omfatter 2-buten, ta ut en resirkulasjonsstrøm fra fraksjoneringskolonna ved en posisjon over fødepunktet der vektforholdet mellom 1-buten og 2-buten er høyt, og kombinere resirkulasjonsstrømmen med C4-strømmen og fødestrømmen oppstrøms for hydroisomeriseringskatalysatoren.

Description

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte for omdanning av en strøm av C4 i henhold til den innledende del av patentkrav 1, en framgangsmåte for framstilling av propylen fra en C4-strøm ifølge den innledende del av patentkrav 19 og et apparat for omdanning av en fødestrøm som omfatter hydrogen og C4 ifølge den innledende del av patentkrav 20.

Bakgrunn

I mange prosesser er detønskelig å isomerisere dobbeltbindinger i et gitt molekyl. Isomerisering av dobbeltbindinger er flytting av posisjonen av dobbeltbindingen i et molekyl uten å endre molekylets struktur. Dette skiller seg fra skjelettisomerisering der strukturen endres (representerer mest typisk en endring fra isoformen og normalformen). Skjelettisomerisering forløper langs en helt annen mekanisme enn isomerisering av dobbeltbindinger. Skjelettisomerisering finner typisk sted ved bruk av en forbedret syrekatalysator.

Det finnes to grunnleggende typer isomerisering av dobbeltbindinger, dvs. hydroisomerisering og ikke-hydroisomerisering. Førstnevnte bruker små mengder hydrogen over edelmetallkatalysatorer (slik som Pt eller Pd) og finner sted ved moderate temperaturer der sistnevnte er hydrogenfri og typisk bruker basiske metalloksid-katalysatorer ved høyere temperaturer.

Isomerisering av dobbeltbindinger ved moderate temperaturer brukes for det meste til å maksimere det indre olefinet (for eksempel 2-buten i motsetning til 1-buten) siden den termodynamiske likevekt favoriserer det indre olefinet ved lavere temperaturer. Denne teknologien brukes når det skjer en reaksjon som favoriserer det indre olefinet framfor alfaolefinet. Etylenolyse av 2-buten brukes til å lage propylen i en slik reaksjon. Etylenolyse (metatese) -reaksjonen er 2-buten + etylen -> 2 propylener. Etylen og 1-buten reagerer ikke. Dersom 2-buten kan maksimeres i en blanding av normale C4-olefiner, vil reaksjonen til propylen maksimeres.

Det er velkjent at reaksjoner med hydroisomerisering av dobbeltbindinger finner sted samtidig med hydrogeneringsreaksjoner. I mange kommersielle anvendelser blir en fødestrøm av svært umettede molekyler (acetylener og/eller diener) prosessert over en fast stasjonær edelmetallkatalysator i nærvær av hydrogen. For eksempel kan reaksjonen av butadien over edelmetallkatalystator oppsummeres i reaksjonsforløpet vist nedenfor:

Den primære hydrogeneringsreaksjonen av butadien pluss hydrogen danner 1-buten. Den forløper raskt over katalysatoren (relativ rate ekvivalent med 1000). I nærvær av hydrogen finner det sted to reaksjoner med 1-buten. Én er hydroisomerisering til 2-buten (relativ rate lik 100). Denne reaksjonen krever nærvær av hydrogen for å finne sted, men forbruker ikke hydrogen. Den andre reaksjonen er hydrogenering til normalbutan (relativ rate på 10). Sluttreaksjonen er hydrogenering av 2-buten direkte til normalbutan. Dette er den tregeste reaksjonen (relativ rate på 1) og kan hovedsakelig neglisjeres. Under normale betingelser over edelmetallkatalysatorer er det forventet at selektiviteten av omdanning av 1-buten vil være 90 % til 2-buten og 10 % til n-butan. Sistnevnte representerer et tap av olefiner og er uønsket.

Hydroisomeriseringsreaksjoner og hydrogeneringsreaksjoner er kjent for å bli utført i stasjonære sjiktreaktorer (fixed bed). US patentpublikasjon 3,531,545 beskriver en prosess og en framgangsmåte for isomerisering av dobbeltbindinger ved å blande en hydrokarbonstrøm som inneholder 1-olefiner og minst en svovelholdig forbindelse med hydrogen, varme den blandete hydrokarbon/hydrogen-strømmen til reaksjonstemperaturer, kontakte strømmen med edelmetallkatalysator, og deretter gjenvinne 2-olefiner som produkt. Prosessen beskrevet i denne patentpublikasjonen bruker svovel som et additiv for å redusere tendensen til hydrogenering av katalysatoren og slik sett øke hydroisomeriseringen. Svovel er kjent for å være tilstede enten i føden, tilsatt føden, eller tilsatt hydrogenstrømmen.

Det er kjent å anvende et hydrokarbonfraksjoneringstårn i kombinasjon med en stasjonærsjikts hydrogeneringsreaktor. I US patentpublikasjon 6,072,091 blir det brukt ei destillasjonskolonne i kombinasjon med minst en hydrogenereringsreaksjonssone. Hydrogeneringsreaksjonssonen er forbundet med anrikingsseksjonen av destillasjonskolonna. Nærmere bestemt blir hydrokarboner fjernet fra anrikingsdelen av kolonna for å hydrogenere i det minste en del av acetylen- og diolefinhydrokarbonene som foreligger i dette området. Den utgående strøm fra reaksjonssonen blir deretter tilført på nytt til anrikingsdelen av destillasjonskolonna.

Det er kjent å utføre en hydroisomeriseringsreaksjon inne i et katalytisk destillasjonstårn. I US patentskrift 5,087,780 (Arganbright) er det beskrevet en prosess for isomerisering av butener i en blandet C4 hydrokarbonstrøm. En strøm med innhold av 1-buten, 2-buten og små mengder butadien fødes til et katalytisk destillasjonstårn som inneholder en Pd-katalysator. En liten mengde hydrogen blir også tilført til tårnet. Den mest flyktige av C4-forbindelsene, 1-buten, går over topp mens 2-buten, som er mindre flyktig, har en tendens til å gå mot bunnen av tårnet. Katalysatoren er lokalisert i sonen med høyere konsentrasjoner av 2-buten, og det skjer en hydroisomerisering av 2-buten til 1-buten. Resterende 2-buten i bunnen kan resirkuleres til tårnet. Dersom isobutylen er en del av fødeblandingen, vil den også gå over topp sammen med 1-buten.

I US patentskrift 6,242,661 er det beskrevet en prosess for separasjon av isobutylen fra normalbutener. Denne prosessen bruker også en katalytisk destillasjonsprosess som involverer hydroisomeriseringsreaksjonen. En blanding av normalbutylen og isobutylener fødes til et tårn sammen med en liten mengde hydrogen. Tårnet inneholder en Pd-katalysator lokalisert inne i destillasjonsstrukturene i tårnet. I denne prosessen er katalysatoren lokalisert i den øvre delen av tårnet i et flertall katalysatorsjikt. Mens fraksjoneringen finner sted går isobutylen over topp. 1-buten (også en flyktig bestanddel) har en tendens til å gå sammen med isobutylen. Siden systemet ikke anvender noen skjelettisomeriseringskatalysator, strømmer isobutylen upåvirket gjennom tårnet. Hydroisomeriseringen finner imidlertid sted i områdene med høyt innhold av 1-buten, og 1-buten omdannes til 2-buten. Dette 2-butenet er mindre flyktig og beveges mot bunnen av tårnet. På denne måten blir det oppnådd relativt rent isobutylen over topp siden 1-buten reagerer og beveges mot bunnen som 2-buten.

Prosessene over produserer alle en strøm som er oppkonsentrert på 2-buten. I etylenolysereaksjonen (metatese) av 2-buten for å danne propylen, er det kjent at isobutylen ikke er noen ønsket bestanddel av føden. Isobutylen og etylen vil ikke reagere. Isobutylen og 2-buten vil reagere for å danne propylen og 2-metyl-2-buten. Denne reaksjonen har en negativ effekt på propylenselektivitet av etylenolysereaksjonen og er uønsket. I de fleste tilfellene er det derfor foretrukket å fjerne isobutylen fra en 2-buten-strøm før reaksjon med etylen.

Det er kjent å bruke en katalytisk destillasjon - deisobutylenisator (CD-DelB) for å framstille en strøm av 2-buten for metatesereaktor (etylenolyse). Tilsvarende som i US patentpublikasjon 6,242,661 omtalt foran, vil en CD-DelB fjerne isobutylen over topp og samtidig maksimere strømmen av 2-buten ut av bunnen mens 1-buten hydroisomeriseres for å danne 2-buten. Tårnet inneholder typisk alternerende katalysator og fraksjoneringsstrukturer over fødepunktet, og fraksjoneringsstrukturer under fødepunktet. Vanligvis finnes det omlag fire katalysatorseksjoner i tårnet. Hydrogen tilsettes under fødepunktet slik at det er tilstrekkelig dispergert når det kommer fram til fødepunktet.

CD-DelB har i denne operasjonen to funksjoner. Den hydroisomeriserer 1-buten til 2-buten for å forbedre gjenvinning av 2-buten og maksimere produksjon av propylen, og hydrogenerer også de små restmengdene av butadien etter den selektive hydrogene ri ngen for å redusere innholdet av butadien, som er en gift for metatesekatalysatoren. I et CD-DelB-tårn er isobutan og isobutylen de flyktigste komponentene, og har en tendens til å gå over topp i tårnet. 2-buten og n-butan er de minst flyktige og har en tendens til å gå til bunnen. 1-buten og butadien har en middels flyktighet og vil gå opp eller ned avhengig av driften av tårnet. Dersom tårnet er konstruert slik at 1-buten går opp, vil det kontakte en katalysatorseksjon og hydroisomeriseres til 2-buten til grensen for 1-buten/2-buten-likevekten i tårnet. 2-butenet som dannes fra hydroisomeriseringen av 1-buten har en tendens til å strømme nedover og det resterende 1-buten fortsetter å beveges oppover. Fraksjoneringsseksjonene av tårnet separerer 2-buten fra 1-buten.

Butadienet som kommer inn i CD-DelB er litt mindre flyktig enn 1-butenet. En del av butadienet beveges oppover der det hydrogeneres over katalysatoren. Primærproduktet fra hydrogeneringen er 1-buten. En del av butadienet som strømmer oppover er imidlertid "fullstendig" hydrogenen til n-butan. Dette utgjør et tap av n-butener og slik sett et tap av føde for en metateseenhet. En del av butadienet beveges nedover hovedsakelig sammen med produktet 2-buten. Dette butadienet er ureagert siden det ikke kommer i kontakt med katalysator. Butadien kan bare være tilstede i svært små mengder i bunnen dersom 2-buten skal fødes til en metateseenhet.

US patentskrift 6,420,619 er rettet mot en prosess der det anvendes både en "back-end" katalytisk destillasjons-hydrogeneringsenhet og et katalytisk deisobutylenisatortårn. Dette konseptet erstatter de selektive stasjonærsjikts hydrogeneringsenhetene som normalt er forbundet med fraksjoneringssystemer i etylenanlegg. Det finnes typisk separate stasjonærsjiktsenheter for C3-, C4- og C5-fraksjoner for å fjerne acetylener og diolefiner til lave nivå før ytterligere prosessering. Systemet ifølge US patentpublikasjon 6,420,619 bruker en fødestrøm av C3-C6-hydrokarboner fra en dampkrakker eller FCC-enhet. I "back-end" CDHydro-seksjonen brukes det katalytiske destillasjonstårn for å hydrogenere acetylener og diolefiner i strømmen inkludert butadien, metylacetylen og propadien og produsere en produktstrøm av propylen. Bunnen av tårnet produserer en strøm av C4+ som deretter sendes til et fraksjoneringssystem som inkluderer en butanfjerner. Toppstrømmen av C4fra butanfjerneren ledes til en CD-DelB der hydroisomerisering finner sted. I tillegg til C4-føden til butanfjerneren, finnes det en retur av C5+ fra fraksjoneringssystemet nedstrøms for metateseenheten.

Systemet beskrevet i US patentskrift 6,420,619 er:

1. resirkulering av strømmen av Cs+fra metateseenheten tillater en høyere resirkulasjonsomdanning av butener siden det konvensjonelle systemet bruker en C4 sidestrøm fra propylenfjemeren som har til hensikt å resirkulere uomsatt 2-buten tilbake til metatesereaktoren,

2. fjerning av tunge komponenter hindrer oppbygging i resirkulasjonsstrømmen, og

3. det kan brukes en katalysator i butanfjerneren som også kan brukes til selektiv fjerning av eventuelle spor av butadien.

En ulempe med et konvensjonelt CD-DelB-system er at det må brukes store mengder katalysator. En annen ulempe er, som indikert foran, at fraksjoneringstårnet må konstrueres for å skyve butadien opp over katalysatoren for å mette butadienet. Dette resulterer i et stort kostbart tårn med svært høy refluks. En tredje ulempe er at når tårnbunnen skal brukes som en fødestrøm for en metateseenhet, kreves det at mengden av isobutylen i bunnen er lav, for derved å medføre svært høye driftskostnader for gjenoppkoking og kondensering.

Et alternativ til en CD-DelB for å oppnå en fødestrøm av 2-buten er et system som anvender en stasjonærsjikts hydroisomeriseringsenhet nedstrøms for en selektiv hydrogeneringsenhet. Den selektive hydrogeneringsenheten fjerner først butadien til lave nivå. Deretter fødes den utgående C4-føden til en andre stasjonær sjiktreaktor og det tilføres hydrogen. I stasjonærsjiktenheten vil 1-buten i strømmen hydroisomeriseres til 2-buten, og de små mengdene av butadien som er igjen reagerer. Den utgående strømmen går deretter til et konvensjonelt fraksjoneringstårn der isobutylen og isobutan separeres over topp og 2-butenet går ut av bunnen der den ledes inn i en utskillingsbeholder for fjerning av eventuelt overskuddshydrogen. Det resterende av bunnfraksjonen brukes som føde for metateseenheten. Denne prosessen krever mindre katalysator enn CD-DelB-enheten på grunn av større drivende kraft i stasjonærsjiktenheten. Fraksjoneringstårnet kan konstrueres for å tillate at mer isobutylen passerer ut i bunnstrømmen, for på denne måten å spare utstyr og kapital siden det kan brukes et mindre tårn. Ulempen med stasjonærsjiktsystemer er at mengden av n-butener som gjenvinnes er litt lavere enn når en bruker CD-DelB.

US patentpublikasjon 6,686,510 er rettet mot produksjon av høyrent isobutylen og propylen fra hydrokarbonfraksjoner med fire karbonatomer. Prosessen beskrevet i dette dokumentet omfatter tre påfølgende trinn: 1) selektiv hydrogenering av butadien med isomerisering av 1-buten til 2-buten opp til termodynamisk likevekt, 2) separasjon ved destillasjon i en toppfraksjon som inneholder isobutylen og en bunnfraksjon som inneholder 2-buten og butan, og 3) metatese av 2-butenfraksjonen med etylen for å produsere propylen.

Formål

Det finnes følgelig flere systemer for framstilling av 2-butenstrømmer for bruk som fødestrøm i en metateseenhet. Det vil være nyttig å kunne utvikle en framgangsmåte og et apparat for selektiv hydroisomerisering av 1-buten til 2-buten som oppviser forbedret effektivitet framfor kjente systemer.

Oppfinnelsen

Formålet angitt foran oppnås med en framgangsmåte for omdanning av en strøm av C4 i henhold til den karakteriserende del av patentkrav 1, en framgangsmåte for framstilling av propylen fra en C4-strøm ifølge den karakteriserende del av patentkrav 19 og et apparat for omdanning av en fødestrøm som omfatter hydrogen og C4 ifølge den karakteriserende del av patentkrav 20. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de respektive uselvstendige kravene.

Det er framskaffet en prosess for isomerisering av dobbeltbindinger for å øke selektiviteten for 2-buten framfor 1-buten. Prosessenøker utbyttet av 2-butener fra en gitt C4 fødestrøm og produserer en strøm av 2-buten som inneholder en lavere konsentrasjon av butadien for derved å oppnå mindre forurensning av katalysatoren nedstrøms i en påfølgende prosess slik som metatese.

I en foretrukket utførelsesform angår oppfinnelsen en prosess for omdanning av en C4 strøm som inneholder 1-buten og 2-buten, til 2-buten ved å blande C4-strømmen med en første hydrogenstrøm for å danne en fødestrøm, hydroisomerisere fødestrømmen i nærvær av en første hydroisomeriseringskatalysator for å omdanne i det minste en del av 1-buten til 2-buten for derved å produsere en hydroisomerisert produktstrøm, lede den hydroisomeriserte produktstrømmen gjennom ei fraksjoneringskolonne for å danne en toppstrøm som omfatter isobutan og isobutylen og en bunnstrøm som omfatter 2-buten, ta ut en resirkulasjonsstrøm fra fraksjoneringskolonna ved en posisjon over fødepunktet hvorved vektforholdet mellom 1-buten og 2-buten er høyt, og kombinere resirkulasjonsstrømmen med i det minste en C4-strøm eller fødestrømmen oppstrøms for hydroisomeriseringskatalysatoren. Uttaket skjer fortrinnsvis sted ved en høyde i kolonna der konsentrasjonen av 1-buten vil være ved et maksimum dersom trinnet med å ta ut resirkulasjonsstrømmen ble eliminert.

I en foretrukket utførelsesform omfatter fødestrømmen dessuten butadien, og framgangsmåten omfatter videre hydrogenering av fødestrømmen oppstrøms for hydroisomeriseringsreaktoren for å redusere innholdet av butadien i C4-strømmen til maksimalt 1 vekt %. Resirkulasjonsstrømmen blir fortrinnsvis blandet med fødestrømmen etter at fødestrømmen har blitt hydrogenen.

I en annen utførelsesform omfatter prosessen blanding av bunnstrømmen med en egnet metatesereaktant for å danne en metatesefødestrøm, og føde metatesestrømmen til en metatesereaktor og reagere 2-buten med metatesereaktanten for å danne et metateseprodukt. Vanligvis omfatter metatesereaktanten etylen og metateseproduktet omfatter propylen.

I noen tilfeller omfatter fødestrømmen også C5 og/eller tyngre komponenter, og framgangsmåten omfatter videre fjerning av C5 og/eller tyngre komponenter fra den utgående hydroisomeriseringsstrømmen før fraksjonering. I noen tilfeller blir bunnstrømmen eller metatesefødestrømmen renset før metatesefødestrømmen sendes til metatesereaktoren.

I én utførelsesform fødes en andre hydrogenstrøm til hydroisomeriseringsreaktoren ved en posisjon nedstrøm for fødepunktet for den første hydrogenstrømmen. I noen tilfeller fødes en tredje hydrogenstrøm til fraksjoneringskolonna ved en posisjon nedstrøms for fødepunktet for den andre hydrogenstrømmen. En, to eller alle tre av hydrogenstrømmene kan valgfritt omfatte karbonmonoksid i tillegg.

I en annen utførelsesform omfatter framgangsmåten i tillegg separasjon av metateseproduktet fra tyngre komponenter for å danne en strøm med tunge komponenter og kombinere den tunge komponentstrømmen med den utgående hydroisomeriseringsstrømmen.

Toppstrømmen og bunnstrømmen inneholder vanligvis små mengder av 1-buten. I noen tilfeller er strømningsraten av 1-buten i toppstrømmen større enn strømningsraten av 1-buten i bunnstrømmen. I noen tilfeller er strømningsraten av 1-buten i toppstrømmen større enn strømningsraten av 1-buten i bunnstrømmen. I andre tilfeller er strømningsraten av 1-buten i bunnstrømmen større enn strømningsraten av 1-buten i toppstrømmen. Hydroisomeriseringskatalysatoren i stasjonærsjikt hydroisomeriseringsreaktoren omfatter ofte et metall fra gruppe VIII på en bærer. Et additiv av gull, sølv og/eller alkalimetaller kan også inkluderes.

En annen utførelsesform angår et apparat for den foretrukkete omdanning til 2-buten av en fødestrøm sin inneholder hydrogen og C4-forbindelser, inkludert 1-buten og 2-buten. Apparatet omfatter en hydroisomeriseringsreaktor som er konfigurert til å inneholde en hydroisomeriseringskatalysator for omdanning av i det minste en del av 1-buten i fødestrømmen til 2-buten, ei fraksjoneringskolonne for separasjon av den hydroisomeriserte fødestrømmen til en toppstrøm som omfatter isobutan og isobutylen, og en bunnstrøm som omfatter 2-buten, en utgående sidestrøm nær toppen av fraksjoneringskolonna for fjerning av en resirkulasjonsstrøm, og et resirkulasjonsinnløp for å kombinere resirkulasjonsstrømmen med fødestrømmen oppstrøms for hydroisomeriseringskatalysatoren.

Oppfinnelsen omfatter følgelig de angitte prosesstrinnene og relasjonen av ett eller flere slike trinn med hensyn til de andre og apparatet som implementerer trekkene, egenskapene og relasjonen av elementer eksemplifisert i den etterfølgende detaljerte beskrivelse. Figur 1 er ei skjematisk skisse av en første utførelsesform der det produseres en strøm av 2-buten. Figur 2 er ei skjematisk skisse av en andre utførelsesform der det produseres en strøm av 2-buten, der C5+ -forbindelser fjernes før fraksjonering av C4-forbindelsene. Figur 3 er ei skjematisk skisse av en utførelsesform der det produseres en strøm av 2-buten og som brukes som fødestrøm i en metatesereaksjon. Figur 4 er ei skjematisk skisse av en annen utførelsesform der det produseres en strøm av 2-buten som brukes som fødestrøm i en metatesereaksjon. Figur 5 er et diagram som viser omdannings- og selektivitetsprofiler for hydroisomerisering av 1-buten til 2-buten. Figur 6 er et diagram som viser forholdet mellom 1-buten og 2-buten i et tårn for fjerning av isobutylen som ikke har noen utgående sidestrøm for fjerning av 2-buten nær toppen av kolonna. Figur 8 er et diagram som viser innholdet av 1-buten ved ulike trinn i et tårn for fjerning av isobutylen når det ikke foreligger noen utgående sidestrøm fra toppen av kolonna og når det brukes utgående sidestrøm ved ulike strømningsrater.

Oppfinnelsen framskaffer et apparat og en framgangsmåte for å oppnå forbedret utbytte av 2-buten fra en C4-strøm sammenliknet med kjent teknikk. I henhold til den foreliggende oppfinnelsen brukes det en stasjonærsjikt hydrogeneringsreaktor sammen med et tårn for fjerning av isobutylen. Det tas ut en sidestrøm fra tårnet ved en posisjon der den drivende kraft for hydroisomeriseringsreaksjonen til 2-buten er høy, og denne sidestrømmen resirkuleres til stasjonærsjiktsreaktoren for hydroisomerisering.

Med henvisning til figur 1, er det illustrert et apparat og en prosess for produksjon av en 2-butenstrøm fra en C4-strøm. C4-strømmen inneholder 1-buten og 2-buten, og inneholder typisk også butadien og butan. Denne strømmen inneholder også ofte noe C5 og materiale med høyere molvekt. Hele prosessen er betegnet med henvisningstall 10. En C4-strøm, som er betegnet med 12, blir kombinert med en resirkulasjonsstrøm 18 for å danne strøm 20, som fødes til en stasjonærsjiktreaktor 22 for hydroisomerisering. En typisk C4-strøm til hydroisomeriseringsreaktoren 22 inneholder 2-50 vektdeler 1-buten, 2-50 vektdeler 2-buten, 2-50 vektdeler isobutylen, 2-50 vektdeler isobutan, 2-50 vektdeler n-butan og 0-1 vektdel butadien, og summen av vektdelene er 100. I mange tilfeller utgjør butadien inntil 1500 ppm vektdeler. Hydrogen i strøm 16 fødes direkte til hydroisomeriseringsreaktoren 22 eller kombineres med strømmene 12 og 18 for å danne strøm 20. Typiske reaktortrykk er 2-30 bar overtrykk, og typisk 5-18 bar overtrykk. Typiske innløpstemperaturer for reaktoren er 27 - 121 °C (80 - 250 °F) og vanligvis 49 - 82 °C (120 - 180 °F). Hydrogen og andre ikke-kondenserbare forbindelser ventileres av fra reaktorens utløpsstrøm 24 i strøm 25. En kan benytte enhver egnet hydroisomeriseringskatalysator. Eksempler på slike katalysatorer er edelmetaller (Pd) anbrakt på alumina. Additiver til metallene inkludert Ag, Au osv. kan brukes for å modifisere reaksjonskarakteristikkene. Det resterende av reaktorens utgående strøm, i strøm 26, fødes til et tårn 36 for fjerning av isobutylen. Typiske tåmtemperaturer er 27 - 104 °C (80 - 220 °F) og vanligvis 38 - 71 °C (100 - 160 °F). Typiske reaktortrykk er 2 - 12 bar overtrykk og vanligvis 3 - 8 bar overtrykk. Toppstrømmen 38 fra tårnet 36 for fjerning av isobutylen inneholder isobutylen og isobutan. Små mengder 1-buten og 2-buten er typisk inkludert i toppstrømmen 38. Bunnstrømmen 40 inneholder det meste av 2-butenet.

I henhold til oppfinnelsen blir en del av væsken fjernet fra den øvre enden 37 av kolonna i en øvre sidestrøm 39. Sidestrømmen 39 utgjør fortrinnsvis resirkulasjonsstrømmen 18, som kombineres med fødestrømmen 12 som indikert foran, for derved å framskaffe ytterligere omdanning av 1-butenet tilstede i strøm 18 i hydroisomeriseringsreaktoren 22. Som et resultat av sidestrømmen 39, bruker utførelsesformen i figur 1 vesentlig mindre katalysator enn en konvensjonell CD-DelB-prosess. Videre omdanner utførelsesformen i figur 1 mer av 1-butenet med opphav fra C4 fødestrømmen 12 til 2-buten sammenliknet med et konvensjonelt system som anvender en stasjonærsjiktreaktor og fraksjoneringstårn der det ikke brukes noen sidestrøm.

Sidestrømmen 39 er fortrinnsvis posisjonert i høydeposisjonen i tårnet 36 for fjerning av isobutylen der konsentrasjonen av 1-buten ville vært på sitt høyeste dersom det ikke fantes noen sidestrøm. Dette er typisk nær toppen av kolonna. For å bestemme den maksimale høydeposisjonen for sidestrømmen i et spesifikt system, bestemmes punktet for maksimal drivkraft for hydroisomeriseringsreaksjonen ved betingelsene der kolonna settes i drift. Reaksjonen mellom 1-buten og 2-buten kan representeres ved formelen (1) der Bl er 1-buten, B2 er 2-buten, kbier reaksjonen k for B2 til Bl.

Reaksjonsraten er reaksjonen k multiplisert med konsentrasjonen av reaktanten. Forholdet mellom reaksjonens k-verdier, likevektskoeffisienten ««,, er lik forholdet mellom kbiog kb2-Forsvinningsraten for Bl via hydroisomerisering fra Bl til B2 er: der [Bl] og [B2] er molprosentene av henholdsvis 1-buten og 2-buten. Den drivende kraft for reaksjonen av 1-buten kan defineres ved å dividere begge sider med -kbi, som resulterer i følgende:

Denne faktoren for drivende kraft kan plottes som en funksjon av posisjonen for et spesielt system i tårnet og er den foretrukkete teknikk for lokalisering av det optimale punktet for lokalisering av sidestrømmen.

Med henvisning til figur 2, er det vist en annen utførelsesform for produksjon av en strøm av 2-buten fra en C4 fødestrøm, der en sidestrøm tas ut fra et tårn for fjerning av isobutylen. I denne utførelsesformen blir eventuelle C5+ -forbindelser i føden eller tyngre svovelforbindelser i føden fjernet oppstrøms for tårnet for fjerning av isobutylen. Videre blir produksjonen av butaner under hydroisomeriseringsreaksjonen minimert ved bruk av flere hydrogenfødestrømmer og/eller tilsats av små mengder karbonmonoksid i en eller flere av hydrogenstrømmene. De foreliggende oppfinnerne har overraskende funnet at CO virker som en inhibitor for hydrogeneringsreaksjonene av butener til butaner og tillater samtidig at hydroisomeriseringsreaksjoner av dobbeltbindinger kan finne sted. Ved å føde hydrogenet eller hydrogen/CO-blandingen på flere steder langs lengden av en stasjonærsjiktsreaktor, blir buten i føden hydrogenen til butener mens en samtidig minimerer hydrogenering av butener til butaner. Det skal bemerkes at bruken av en eller flere strømmer som inneholder H2og CO også kan brukes i utførelsesformen vist i figur 1. Systemet vist i figur 2 er betegnet ved henvisningstall 110. En fødestrøm av C4, som er betegnet ved henvisningstall 112, kombineres med en resirkulasjonsstrøm 118 for å danne strøm 120, som fødes til en stasjonærsjikt hydroisomeriseringsreaktor 122. Hydrogen i strøm 116 fødes direkte til hydroisomeriseringsreaktoren 122 eller kombineres med strømmene 112 og 118 for å danne strøm 120. Karbonmonoksid kombineres valgfritt med hydrogen i strøm 116. Hydrogen og/eller karbonmonoksid kan også injiseres i reaktoren 122 ved en andre posisjon omlag midtveis langs lengden av reaktoren 122 i strøm 121. I hydroisomeriseringsreaktoren 122 blir 1-buten hydroisomerisert til 2-buten og danner en produktstrøm 124 fra reaktoren. Hydrogen og andre ikke-kondenserbare forbindelser ventileres av fra reaktorens produktstrøm 124 i strøm 125.

Det resterende av reaktorutløpet i strøm 126 fødes til et første fraksjoneringstårn 130. I det første fraksjoneringstårnet 130 fjernes C4-forbindelser fra toppen i strøm 132, og C5+ -forbindelser fjernes fra bunnen i strøm 134. Et hydrogeneringskatalysatorsjikt 131, også kjent som et "vernesjikt ("guard bed"), hydrogenerer resterende butadiener for å danne butener.

Strøm 132 fødes deretter til et tårn 136 for fjerning av isobutylen, Toppstrømmen 138 fra dette tårnet 136 inneholder isobutylen og isobutan samt små mengder 1-buten og 2-buten. Bunnstrømmen 140 inneholder det meste av 2-butenet. Ved den øvre enden 137 av tårnet 136 for fjerning av isobutylen finnes det et nivå der konsentrasjonen av 1-buten er på sitt maksimale dersom det ikke brukes sidestrøm. En øvre sidestrøm 139 er posisjonert ved dette nivået. Sidestrømmen 139 danner den flytende resirkulasjonsstrømmen 118 som kombineres med fødestrømmen 112 som indikert foran. Lokaliseringen av sidestrømmen 139 velges fortrinnsvis på samme vis som i utførelsesformen i figur 1, dvs. nivået der forholdet mellom 1-buten og 2-buten er på sitt maksimale dersom det ikke tas ut noen sidestrøm.

Figur 3 skisserer et system 210 for produksjon av propylen fra en C4-strøm 212. C4-strømmen 212 kombineres med en resirkulasjonsstrøm 218 for å danne strøm 220, som fødes til en stasjonærsjikt hydroisomeriseringsreaktor 222. Hydrogen i strøm 216 kombineres med strømmene 212 og 218 for å danne strøm 220 eller kan fødes direkte til reaktoren 222. Karbonmonoksid kombineres valgfritt med hydrogen i strøm 216. Hydrogen og valgfritt karbonmonoksid kan injiseres til reaktoren 222 ved en andre posisjon omlag en tredjedel av veien langs lengden av reaktoren 222 i strøm 221 og ved en tredje posisjon omlag to tredjedeler langs lengden av reaktoren 222 i strøm 223. Dersom det brukes flere injeksjonspunkter, blir volumet av hydrogen og valgfritt karbonmonoksid tilført i strøm 216 redusert for at totalvolumet av hydrogen og CO ikke er større enn nødvendig for å oppnå detønskete resultatet. Fordelen med å splitte hydrogenet i tre ulike fødepunkter er at en reduserer produksjon av butaner i reaktoren 222. Fordelen med å tilsette karbonmonoksid i strømmene 216, 221 og/eller 223 er at en hindrer hydrogeneringsreaksjoner og samtidig tillater at hydroisomeriseringsreaksjoner finner sted.

Når en bruker en enkel injeksjonsstrøm av H^CO-blanding, som skissert i figur 1, injiseres fortrinnsvis CO og H2ved ett enkelt punkt oppstrøms for hydroisomeriseringsreaktoren. I dette tilfellet er forholdet mellom CO og H2fra 0,1 til 0,3 mol %, fortrinnsvis 0,1 - 0,5 mol % og typisk 0,2 - 0,4 mol %. Når det brukes flere injeksjonspunkter, som skissert i figur 2 og 3, blir hydrogenet fortrinnsvis tilmålt ved hvert fødepunkt på en slik måte at totalvolumet av katalysatoren i hydroisomeriseringsreaktoren er i en aktiv tilstand. Forholdet mellom CO og H2ved hvert injeksjonspunkt er fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, det samme som ved de andre injeksjonspunktene. Det er ogsåønskelig at en av strømmene bare inneholder hydrogen.

I hydrogeneringsreaktoren 222 blir 1-buten hydroisomerisert til 2-buten. Reaktorens produktstrøm 224 ventileres for å fjerne hydrogen og andre ikke-kondenserbare forbindelser i strøm 225, og kombineres deretter med en metateseresirkulasjonsstrøm 227 for å danne strøm 226, som fødes til et tårn 236 for fjerning av isobutylen. Over fødepunktet i tårnet 236, ved den øvre enden 237 av tårnet for fjerning av isobutylen, finnes det et nivå der konsentrasjonene av 1-buten er ved sitt maksimale når det ikke brukes noen sidestrøm. En øvre sidestrøm 239 er posisjonert ved denne posisjonen og danner resirkulasjonsstrøm 218. Resirkulasjonsstrømmen 218 kombineres med fødestrømmen 212 og ledes inn i hydroisomeriseringsreaktoren 222 som indikert foran. Toppstrømmen 238 fra tårnet 236 for fjerning av isobutylen inneholder isobutylen og isobutan, og små mengder av 1-buten og 2-buten. Bunnstrømmen 240 inneholder det meste av 2-butenet. Butadieninnholdet i strøm 240 er fortrinnsvis mindre enn 50 ppm (vekt) og er fortrinnsvis mindre enn 10 ppm (vekt) siden butadien er en gift for metatesekatalysatorer. Strøm 240 blir valgfritt renset i ett eller flere vernesjikt 243. En fødestrøm 242 av etylen kombineres med bunnstrømmen 240 for å danne en fødestrøm 244 for metatesereaktor. Denne strømmen ledes inn i metatesereaktoren 246, der 2-buten og etylen reagerer for å danne en metateseproduktstrøm 248.

Metateseproduktstrømmen 248 inneholder propylen, butener og C5+ hydrokarboner. Propylenet separeres fra de tyngre hydrokarbonene i separatoren 250 og fjernes som produkt i strøm 252. Hydrokarbonene C4, C5 og tyngre resirkuleres i metateseresirkulasjonsstrømmen 227 og kombineres med strøm 224 for å danne strøm 226.

Figur 4 skisserer et system 310 for produksjon av propylen fra en C4-strøm. En C4 fødestrøm 312 føres gjennom en selektiv hydrogeneringsenhet 313 som hydrogenerer butadien for å produsere en C4 fødestrøm 314 med lavt butadieninnhold. En hydrogenstrøm 316 og en resirkulasjonsstrøm 318 kombineres med strøm 314 for å danne strøm 320. Strøm 320 fødes til en stasjonærsjikt hydroisomeriseringsreaktor 322 der 1-buten hydroisomeriseres til 2-buten. Den oppdelte føden av hydrogen til hydroisomeriseringsreaktoren og tilsats av karbonmonoksid til hydrogenet kan brukes i denne utførelsesformen, samt enhver av utførelsesformene i figur 1 til 4.

Produktstrømmen 324 fra reaktoren ventileres for å fjerne hydrogen og andre ikke-kondenserbare forbindelser i strøm 325 og det resterende kombineres med en metateseresirkulasjonsstrøm 327 for å danne strøm 326, som fødes til et fraksjoneringstårn 330. I fraksjoneringstårnet 330 fjernes C4-forbindelser fra toppen i strøm 332, og C5+ -forbindelser fjernes som bunnprodukt i strøm 334. Et katalysatorsjikt 331 for hydrogenering, også kjent som "vernesjikt", hydrogenerer resterende butadiener for å danne butener.

Strøm 332 blir deretter fødet til et tårn 336 for fjerning av isobutylen. En øvre sidestrøm 339 over fødepunktet i tårnet 336, ved den øvre enden 337 av tårnet 336, nær eller ved posisjonen der konsentrasjonen av 1-butadien og butadien er ved et maksimum, og sidestrømmen 339 danner resirkulasjonsstrøm 318. Resirkulasjonsstrømmen 318 kombineres med fødestrøm 312 og ledes inn i hydroisomeriseringsreaktoren 322. Toppstrømmen 338 fra tårnet 336 for fjerning av isobutylen inneholder isobutylen og isobutan, og små mengder 1-buten og 2-buten. Bunnstrømmen 340 inneholder 2-butenet. Strøm 340 blir valgfritt renset i ett eller flere vernesjikt 343. En etylenfødestrøm 342 kombineres deretter med bunnstrøm 340 for å danne en fødestrøm 344 for metatesereaktor. Denne strømmen ledes inn i metatesereaktoren 346 der 2-buten og etylen reagerer for å danne en metateseproduktstrøm 348.

Metateseproduktstrømmen 348 inneholder propylen, butener og C5+ hydrokarboner. Propylenet skilles fra tyngre hydrokarboner i separator 350 og fjernes som produkt i strøm 352. Hydrokarbonfraksjonene C4, C5 og tyngre resirkuleres i strøm 327 og kombineres med butanfjernerføden fra strøm 324 (vanligvis etter ventilering) i strøm 326.

Fjerningen av en sidestrøm og resirkulering av sidestrømmen tilbake til hydroisomeriseringsreaktoren gir flere prosessmessige fordeler. Ved å fjerne 1-buten fra toppen av tårnet for isobutylen og resirkulere det til hydroisomeriseringsreaktoren, kan en for det første anvende en lavere omdanningsrate fra 1-buten til 2-buten, for derved å oppnå en lavere omdanningsrate av butener til butaner. Som et resultat av dette vil mer buten komme ut fra tårnet for fjerning av butylen, som medfører en høyere rate av propylenproduksjon for en gitt mengde av C4-føde når systemet følger en metatesereaksjon. Ved å fjerne butadien i en resirkulasjonsstrøm, vil en for det andre finne en lavere konsentrasjon av butadien i bunnstrømmen. Denne reduksjonen av butadien vil igjen redusere forurensing av metatesekatalysatoren i metatesereaktoren. For det tredje forårsaker resirkulasjonsstrømmen at en større andel av 1-buten resirkuleres i stedet for å bli fjernet ved toppen av fraksjoneringstårnet sammen med isobutylen og isobutan. Dette medfører omdanning av større mengder 1-buten til 2-buten i hele prosessen.

Oppfinnelsen er særlig egnet til prosessering av dampkrakker C4-strømmer og C4-strømmer i raffineri. Dampkrakker C4-strømmer inneholder typisk vesentlige mengder butadien og krever derfor bruk av en selektiv hydrogeneringsenhet for å omdanne butadien til butener. C4-strømmer i raffineri har lave innhold av butadien som kan prosesseres i hydroisomeriseringsenheten, og det er følgelig ikke påkrevet med noen selektiv hydrogeneringsenhet. Bruken av en fraksjoneringsenhet oppstrøms for tårnet for fjerning av isobutylen gir fjerning av tunge materialer som kommer inn i systemet sammen med C4-forbindelsene. C4-strømmer i raffineri inneholder ofte tyngre svovelforbindelser inkludert dimetyldisulfid (DMDS) og dietyldisulfid (DEDS), som begge kan fjernes av et første fraksjoneringstårn, som vist i figur 2 og 4.

Eksempler

Eksemplene viser ulike prosesseringsalternativer for en enkelt C4 fødestrøm med sammensetningen vist i tabell 1 nedenfor. Mens en kan bruke enhver type C4-strøm i den foreliggende oppfinnelsen, blir slike strømmer typisk dannet fra en dampkrakker C4-strøm, en C4-strøm fra en FCC-enhet, eller en blanding av disse to.

Metanet er løselig metan fra en oppstrøms selektiv hydrogeneringsenhet der butadienet har blitt redusert fra omlag 45 000 ppm (vekt) i føden til 1 300 ppm i utløpet. Hydrogenet for denne reaksjonen inneholder visse mengder metan. Som et resultat av det selektive hydrogeneringstrinnet, er totalen av 2-buten 26,63 vekt % og av 1-buten 11,63 vekt %. Dette medfører et forhold mellom 2-buten og 1-buten på 2,29. Dette er langt fra likevektsforholdet for hydroisomerisering ved den normale reaktortemperåtur for hydroisomerisering ved 60 °C. Ved 60 °C er likevektsforholdet mellom 2-buten og 1-buten lik 21,6. Hydrogenet som brukes i eksemplene består av en blanding av 95 vekt % hydrogen og 5 vekt % metan, med en molvekt på 2,11.

I stasjonærsjikt hydroisomeriseringsreaktoren reagerer 1-buten for å danne 2-buten, og det resterende butadien hydrogeneres til 1-buten. Det skjer også en reaksjon av 1-buten i føden (og/eller dannes fra butadien) til n-butan. Selektiviteten defineres som den delen av det omdannete 1-butenet som er omdannet til n-butan. I dette spesifikke eksemplet ville likevektsblandingen av 1-buten og 2-buten resultere i omdanning av 84,9 % av 1-buten. Merk at fullstendig omdanning ikke kan oppnås i ett enkelt trinn på grunn av begrensningen i likevekt. Figur 5 viser omdanning/selektivitet for reaksjonen av en C4-strøm over en hydroisomeriseringsreaktor som inneholder en Pd-katalysator på bærer. Figur 5 viser ytelsen ved bruk av én enkelt ren hydrogenføde og forbedringen som kan resultere fra små mengder CO med hydrogen injisert på flere fødepunkter i hydroisomeriseringsreaktoren. Når det brukes ett enkelt hydrogeninjeksjonspunkt i en hydroisomeriseringsreaktor med lengde 3 meter (10 fot) og indre diameter på 1,4 m (4,5 fot), er omdanningen til 1-buten 65 % med en selektivitet for n-buten på 6,7 %. Selektivitet for butan er definert som det totale butan produsert dividert med omdannet 1-buten. Som beskrevet foran dannes butan under normale betingelser samtidig som 1-buten hydroisomeriseres til 2-buten. Når det brukes to hydrogen/CO-fødepunkter, vil en se en lav reduksjon av reaksjonsraten og reduksjon av selektiviteten for butan. Det brukes en hydroisomeriseringsreaktor med lengde på 4,6 m (15 fot) og indre diameter 1,4 m (4,5 fot) som inneholder mer katalysator, og omdanningen forbedres til 79 % med 5,4 % selektivitet for n-butan. For den illustrerte fødesammensetningen og reaktortemperaturen, er likevektsomdanning 84,9 %

(uten hydrogenering).

Det er viktig å definere den egnete posisjon for sidestrømmen. Posisjonen er fortrinnsvis punktet for maksimal drivkraft for hydroisomeriseringsreaksjonen. Denne posisjonen er definert ved å betrakte profilen for sammensetning i tårnet ved bruk av kun et fastsjikt (ingen sidestrøm). Sammensetningsprofilen gjennom tårnet i eksempel 2 med en sidestrøm lik 0 er vist i figur 6. Figur 6 viser forholdet mellom 2-buten og 1-buten. Som en kan se, er forholdet under likevekt for det meste av tårnet, som indikerer en potensielt favorisert reaksjon av 1-buten til 2-buten.

Figur 7 viser den 'drivende kraft' som definert foran. Som en kan se, er de potensielle posisjonene for fjerning av en sidestrøm lokalisert mellom trinn 9 og 29 der den optimale posisjon er ved trinn 18. Denne posisjonen vil variere avhengig av fødestrømmens egenskaper og driftsbetingelsene for fraksjonering. Det er imidlertid ønskelig at posisjonen er ved eller nær punktet for optimal drivende kraft der de foretrukkete posisjonene har drivende kraft på minst 85 % av maksimum, og vanligvis minst 90 % av maksimum, som definert av sammensetningsprofilen uten sidestrøm. Figur 8 viser innvirkningen av sidestrømmens rate på sammensetningen av 1-buten i fraksjoneringskolonna. En større sidestrøm fører til lavere konsentrasjon av 1-buten ved toppen av kolonna.

Eksempel 1 - Konvensjonelt CD-DelB-tårn (sammenlikningseksempel)

Det ble utført en sofistikert datamaskinbasert simulering der fødestrømmene med sammensetning som beskrevet foran ble sendt til tre ulike konvensjonelle CD-DelB-tårn. Det fødes totalt 4585 kg/time (10 109 pund/time) 1-buten. I tillegg er det 10 086 kg/time (22 235 pund/time) 2-buten og 53 kg/time (116 pund/time) butadien. Det første tårnet, Tårn IA, besto av 94 likevektstrinn og hadde et refluksforhold på 4,5 (refluks til føde). Dette tårnet inneholdt 10 696 kg (23 581 pund) katalysator i 57,8 m<3>(2042 ft<3>) katalytiske destillasjonstrukturer. Dette representerer en omtrentlig volumetrisk hastighet på 2,3 vektdeler katalysator per vektdel 1-buten fødet til tårnet. Resten av tårnet var fylt med svært effektivt fyllmateriale for fraksjonering. Hydrogen ble tilført under katalysatorsjiktene og under føden for å tilføre den påkrevde hydrogenering av butadien og 1-buten-hydroisomerisering. Det andre tårnet, Tårn IB, besto av 129 likevektstrinn og hadde et refluksforhold på 4,5 (refluks til føde). De 35 ekstra trinnene hjalp til med å oppnå bedre separasjon. Dette tårnet inneholdt også 10 696 kg (23 581 pund) katalysator i 57,8 m<3>(2042 ft<3>) strukturer. Resten av tårnet var fylt med høyeffektivt fyllmateriale for fraksjonering. Det ble tilført hydrogen for å understøtte den påkrevde hydrogenering av butadien og 1-buten-hydroisomerisering. Det tredje tårnet, betegnet som Tårn 1C, besto av 94 likevektstrinn og opererte med et refluksforhold på 6,20 (refluks til føde). Denøkte refluksen forbedret fraksjoneringen men krevde mer prosessering (koking og kondensering). Dette tårnet inneholdt også 10 696 kg (23 581 pund) katalysator i 57,8 m<3>(2042 ft<3>) strukturer. Resten av tårnet var fylt med høyeffektivt fyllmateriale for fraksjonering. Det ble tilført hydrogen for å understøtte den påkrevde hydrogenering av butadien og 1-buten-hydroisomerisering.

I et CD-DelB-tårn fra teknikkens stand ble det utført parallell fraksjonering og hydroisomerisering. 1-butadien reagerer over en rekke trinn for å danne 2-buten mens 2-butenet samtidig beveger seg nedover ved fraksjonering og 1-butenet beveger seg oppover ved fraksjonering. Mens blandingen beveges oppover gjennom tårnet, beveges reaksjonsblandingen kontinuerlig vekk fra likevekt ved fraksjonering og mot likevekt via reaksjon. For å oppnå høy omsetning er det påkrevet med en rekke reaksjonstrinn for å takle fraksjoneringstrinnene. Dette fører til en stor katalysatormengde. Denne sekvensen opptrer i alle tre tårnene.

I alle tre tårnene er fødestrømmen som vist i tabell 1. Det finnes en betydelig mengde 1-buten og butadien i fødestrømmen. Formålet med designet er å produsere en bunnstrøm som inneholder en stor fraksjon av 2-buten og minimal mengde av butadien. Som diskutert foran, har 1-butenet en tendens til å stige i tårnet og butadienet en tendens til å beveges lavere. Dette virker inn på ytelsen av tårnet ved at fraksjoneringsbetingelsene må varieres for å oppnå en blanding med lavt innhold av butadien.

Som vist i tabell 1, var det i Tårn IA ikke tilstrekkelig fraksjonering til å oppnå en høy utvinning av n-butener i bunnstrømmen, som erønskelig for en metateseprosess. Siden fødestrømmen til tårnet er ureagert, måtte produktet over toppøkes for å flytte butadienet opp i tårnet og på denne måten over hydrogenerings/hydroisomeriseringskatalysatoren. Dette var nødvendig for å redusere butadien i produktstrømmen til 10 ppm. Med denøkte produktstrømmen over topp, ble en betydelig mengde 2-buten tapt over topp. Gjenvinningen var 76,1 % av fødestrømmen i form av n-butener i bunnstrømmen når en imøtegikk et lavt butadiennivå i bunnproduktet. Det er også viktig å legge merke til at når butadienet må skyves over topp, vil det oppstå en høyere grad av hydrogenering som medfører høyere selektivitet for butan. Dette er uønsket.

I Tårn B ble det brukt et økt antall fraksjoneringstrinn (129 mot 94) for å bedre gjenvinning. Gjenvinningen økte til 91 %. Dette alternativet krevde høyere kapitalkostnader i fraksjoneringstårnet.

Tårn 1C brukte refluks for å fremme fraksjoneringsytelsen. I dette tilfellet ble det brukt et høyere refluksforhold (6,2 mot 4,5), som forbedret gjenvinningen til 93,8 %. Dette valget krevde imidlertid mer kapitalkostnad på grunn av større trafikk i tårnet med krav om større tårndiameter. Dessuten var energikravet større på grunn av høyere ytelse i koker og kondensator.

Eksempel 2 - Sidestrøm fra tårn får fjerning av isobutylen

Det ble kjørt en sofistikert datamaskinbasert simulering der en fødestrøm med samme sammensetning av fødestrømmene som ble brukt i referanseeksempel 1 ble sendt til en hydroisomeriseringsenhet med fastsjikt og lengde på 3 meter (10 fot) og indre diameter på 1,4 m (4,5 fot). Som beskrevet foran brukte denne reaktoren én enkelt hydrogenføde og hadde en omsetning av 1-buten på 66 %. Etter fastsjiktet strømmer produktet til et fraksjoneringstårn for å separere isobutylen og isobutan fra 2-buten og n-butan. Tårnet etter fastsjiktet besto av 94 teoretiske trinn med et refluksforhold på 4,5. Den simulerte reaktoren var en fastsjiktreaktor med 6,7 % 1-buten-selektivitet til butan. Koker- og kondensatorytelse var ekvivalent med den for CD-DelB Tårn IA i referanseeksempel 1 siden de er satt av refluksforholdet. Prosessen medførte 66 % omsetning av 1-buten (referanseeksempel 2). Resultatene er vist i tabell 3. Dette representerer ytelsen for en kjent fastsjiktreaktor pluss fraksjoneringssystem. Det ble oppnådd en gjenvinning på 90,3 % av n-butenene (1-buten og 2-buten) i bunnproduktet.

Prosessen foran ble gjentatt med det unntak at en sidestrøm ble fjernet fra fraksjoneringstårnet ved trinn 18 i en mengde på 4536 kg/time (10 000 pund/time) (eksempel 2A) eller 9072 kg/time (20 000 pund/time) (eksempel 2B-2C). Resultatene er vist i tabell 3. En sidestrøm på 4536 kg/time førte til enøkning av n-butenproduksjon (inkludert 2-buten) i bunnstrømmen fra 90,33 % til 93,87 %. Dette er et resultat av økt omsetning av 1-buten som er muliggjort av resirkulasjon av sidestrømmen. En sidestrøm på 9072 kg/time førte til en gjenvinning av n-buten i bunnstrømmen på 96,73 % (eksempel 2B). Innholdet av isobutylen i bunnstrømmen var imidlertid også relativt høyt ved 17,87 %. For de to tilfellene med en sidestrøm på 9072 kg/time, er forskjellen mengde destillatprodukt som blir tatt. Når tårnet var justert til å ha et innhold av isobutylen på 2,73 % i bunnstrømmen, var prosentverdien for n-butenføde i bunnstrømmen lik 92,55 % (eksempel 2C). Destillatproduktraten (over topp) regulerer mengden av isobutylen og butadien som foreligger i bunnproduktet. For å oppnå en mindre mengde isobutylen i bunnproduktet, er det flere alternativer. Det kan tas større produktstrøm av destillatprodukt, det kan anvendes flere trinn eller mer refluks. Alle er kommersielt egnete valg. For dette eksemplet ble det antatt at fraksjoneringstårnet forble ved de samme 94 teoretiske trinn og et fast refluksforhold på 4,5. Det er viktig å merke seg at butadien i alle tilfellene er lavere enn det som ble oppnådd under tilsvarende betingelser for CD-DelB. Dette er resultatet av omdanning av butadien i hydroisomeriseringsreaktoren oppstrøms for fraksjoneringstårnet.

I alle tilfellene er katalysatormengden som kreves for alle fastsjiktstilfellene vesentlig redusert fra det som krevdes for CD-DelB. Som angitt foran, bruker systemet der en stor katalysatormengde på grunn av reaksjonssekvensens natur i tårnet.

Eksempel 3 -Sidestrøm fra tårn for fjerning av isobutylen kombinert med oppsplitting av føde med hydrogen og CO i hydroisomeriseringsreaktor

Prosedyren for sammenlikningseksempel 2 ble gjentatt med unntak av at en kombinert føde av hydrogen og CO ble tilsatt på to ulike steder langs lengden av hydroisomeriseringsreaktoren, og den simulerte reaktoren var en fastsjiktsreaktor med 5,4 % metning av 1-buten.

Dette tilfellet viser forbedret ytelse sammenliknet med sammenlikningseksempel 2. Gjenvinningen er større ved ekvivalente fraksjoneringsbetingelser. Katalysatorvolumene er høyere, som gjenspeiler en litt redusert aktivitet men høyere selektivitet grunnet bruken av CO. Bruken av to H2/CO-strømmer øker gjenvinningen til 93,8 % (eksempel 3) fra 90,3 (eksempel 2) som et resultat av lavere tap av butener til n-butan (forbedret selektivitet). Mens dette eksemplet krever mer katalysator enn sammenlikningseksempel 2, krever både sammenlikningseksempel 2 og eksempel 3 vesentlig mindre katalysatormengder enn CD-DelB-tilfellene i sammenlikningseksempel 1.

Prosedyren i eksempel 3 ble gjentatt med unntak av at en sidestrøm ble inkludert ved trinn 18 i en mengde på 4536 kg/h (10 000 Ib/h). Denne sidestrømmen ble blandet med C4-fødestrømmen og reinjisert til hydroisomeriseringsreaktoren. Bruken av sidestrømøkte prosentverdien for gjenvinning av n-butener i bunnstrømmen fra 93,82 % (eksempel 3) til 96,21 % (eksempel 3A).

Prosedyren fra eksempel 3A ble gjentatt med unntak av at sidestrømmen ved trinn 18 ble økt til en mengde på 9072 kg/h (20 000 Ib/h). Denne sidestrømmen ble blandet med C4-fødestrøm og reinjisert til hydroisomeriseringsreaktoren. Bruken av økt sidestrømøkte prosentverdien for gjenvinning av n-butener i bunnstrømmen fra 96,21 % (eksempel 3A) til 97,72 % (eksempel 3B). Legg merke til at eksempel 3B resulterte i enøkning av isobutylen i bunnstrømmen til over 17 % under identiske driftsbetingelser for tårnet (eksempel 3, 3A og 3B). I noen tilfeller er dette uønsket for nedstrøms prosessering.

Prosedyren i eksempel 3B ble gjentatt med unntak av at en sidestrøm ble inkludert ved trinn 18 i en mengde på 9072 kg/h (20 000 Ib/h), og tårnet ble justert til å gi 2,85 vekt % isobutylen i bunnen. Sidestrømmen ble blandet med C4-fødestrømmen og reinjisert til hydroisomeriseringsreaktoren. Ved omlag samme innhold av isobutylen i bunnproduktet,økte bruken av sidestrøm prosentverdien for gjenvinning av n-butylen i bunnstrømmen fra 93,82 %

(eksempel 3A) til 95,08 % (eksempel 3C). Det skal imidlertid bemerkes at enøkning av produktstrøm over topp for å gjenvinne mer isobutylen over topp, resulterte i et fall i netto gjenvinning av n-butener i bunnproduktet fra 97,72 % til 95,08 %. Resultatene er vist i tabell 4.

Som en kan se førte bruken av sidestrøm til en høyere gjenvinning av n-buten enn hva tilfellet var med en fastsjiktreaktor bare etterfulgt av et konvensjonelt tårn uten sidestrøm (sammenlikningseksempel 2) eller en CD-DelB alene (eksempel 1). I alle tilfellene er katalysatorkostnadene for fastsjiktalternativene lavere enn for CD-DelB.

Oppsummert er sammenlikninger ved samme fraksjoneringsbetingelser (94 teoretiske trinn og refluksforhold lik 4,5) som følger:

Som en fagperson vil innse kan en kombinere ulike trekk og andre trekk og funksjoner, eller alternativer til disse, beskrevet foran til mange andre ulike systemer eller anvendelser. Videre kan en fagperson lede seg fram til ulike alternativer, modifikasjoner, variasjoner eller forbedringer som til nå har vært uforutsette uten å avvike fra oppfinnelsens ramme.

Claims (20)

1. Framgangsmåte for omdanning av en strøm av C4 som inneholder 1-buten og 2-buten til 2-buten,karakterisert vedå blande C4-strømmen med en første hydrogenstrøm for å danne en fødestrøm, hydroisomerisere fødestrømmen i nærvær av en hydroisomeriseringskatalysator for å omdanne i det minste en del av 1-buten til 2-buten, for derved å produsere en utgående hydroisomeri ngsstrøm, lede produktstrømmen gjennom ei fraksjoneringskolonne for å danne en toppstrøm som omfatter isobutan og isobutylen og en bunnstrøm som omfatter 2-buten, ta ut en resirkulasjonsstrøm fra fraksjoneringskolonna ved en posisjon over fødepunktet hvorved vektforholdet mellom 1-buten og 2-buten er høyt, og kombinere resirkulasjonsstrømmen med C4-strømmen og/eller fødestrømmen oppstrøms for hydroisomeriseringskatalysatoren.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat C4-strømmen omfatter butadien og at C4-strømmen hydrogeneres før eller under blanding av C4-strømmen med den første hydrogenstrømmen for å redusere innholdet av butadien i C4-strømmen til maksimalt 1 vekt %.

3. Framgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert vedat resirkulasjonsstrømmen blandes med C4-strømmen etter hydrogenering.

4. Framgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat resirkulasjonsstrømmen tas ut ved nivået i kolonna der konsentrasjonen av 1-buten ville vært ved sitt maksimum dersom det ikke ble tatt noen resirkulasjonsstrøm.

5. Framgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat bunnstrømmen blandes med en egnet metatesefødereaktant for å danne en metatesefødestrøm, og føde metatesefødestrømmen til en metatesereaktor, og reagere 2-buten med metatesereaktanten for å danne et metateseprodukt.

6. Framgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat det anvendes en metatesereaktant omfattende etylen og at metateseproduktet som dannes omfatter propylen.

7. Framgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat C4-strømmen inkluderer C5 og/eller tyngre forbindelser, hvorved nevnte C5-forbindelser og/eller tyngre forbindelser fjernes fra den utgående hydroisomeriseringsstrømmen før strømmen føres gjennom fraksjoneringskolonna.

8. Framgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat bunnstrømmen eller metatesefødestrømmen renses førføding av metatesefødestrømmen til metatesereaktoren.

9. Framgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat en andre hydrogenstrøm fødes til hydroisomeriseringsreaktoren ved en posisjon nedstrøms for fødepunktet for den første hydrogenstrømmen.

10. Framgangsmåte ifølge krav 9,karakterisert vedat en tredje hydrogenstrøm fødes til hydroisomeriseringsreaktoren ved en posisjon nedstrøms for fødepunktet for den andre hydrogenstrømmen.

11. Framgangsmåte ifølge krav 1 eller 5,karakterisert vedat den første hydrogenstrømmen omfatter karbonmonoksid.

12. Framgangsmåte ifølge krav 9,karakterisert vedat den første og/eller andre hydrogenstrømmen omfatter karbonmonoksid.

13. Framgangsmåte ifølge krav 10,karakterisert vedat den første, andre og/eller tredje hydrogenstrømmen omfatter karbonmonoksid.

14. Framgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat metateseproduktet separeres fra tyngre komponenter for å danne en tung komponentstrøm, og at den tunge komponentstrømmen kombineres med den utgående hydroisomeriseringsstrømmen.

15. Framgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat resirkulasjonsstrømmen tas ut i fraksjoneringskolonna ved nivået der den drivende kraft for hydroisomerisering av 1-buten til 2-buten ville vært minst 85 % av den maksimale drivende kraft i kolonna dersom det ikke ble brukt noen resirkulasjonsstrøm.

16. Framgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat resirkulasjonsstrømmen tas ut ved nivået i fraksjoneringskolonna der den drivende kraft for hydroisomerisering av 1-buten til 2-buten ville vært minst 90 % av den maksimale drivende kraft i kolonna dersom det ikke ble brukt noen resirkulasjonsstrøm.

17. Framgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat hydroisomeriseringskatalysatoren i fastsjikts hydroisomeriseringsreaktoren omfatter et metall fra gruppe VIII på en bærer.

18. Framgangsmåte ifølge krav 17,karakterisert vedat hydroisomeriseringskatalysatoren omfatter et additiv valgt fra gruppen bestående av gull, sølv og alkalimetaller.

19. Framgangsmåte for framstilling av propylen fra en C4-strøm som inneholder 1-buten og 2-buten,karakterisert vedå blande C4-strømmen med en første hydrogenstrøm for å hydrogenere butadien og danne en fødestrøm med butadieninnhold på inntil 1 vekt%, hydroisomerisere fødestrømmen i nærvær av en hydroisomeriseringskatalysator for å omsette i det minste en del av 1-buten til 2-buten, for derved å framstille en utgående hydroisomeriseringsstrøm, lede hydroisomeriseringsstrømmen gjennom ei fraksjoneringskolonne for å danne en toppstrøm som omfatter isobutan og isobutylen og en bunnstrøm som omfatter 2-buten, ta ut en resirkulasjonsstrøm fra fraksjoneringskolonna ved en posisjon i kolonna der vektforholdet mellom 1-buten og 2-buten er ved sitt maksimale, kombinere resirkulasjonsstrømmen med C4-strømmen og/eller fødestrømmen oppstrøms for hydroisomeriseringskatalysatoren, blande bunnstrømmen med etylen for å danne en metatesefødestrøm, og føde metatesefødestrømmen til en metatesereaktor og reagere 2-buten med etylen for å danne propylen.

20. Apparat for omdanning av en fødestrøm som omfatter hydrogen og C4-forbindelser inkludert 1-buten og 2-buten, til 2-buten,karakterisert veden hydroisomeriseringsreaktor konfigurert til å inneholde en hydroisomeriseringskatalysator for omdanning av i det minste en del av 1-butenet er fødestrømmen til 2-buten, ei fraksjoneringskolonne for å separere den hydroisomeriserte fødestrømmen til en toppstrøm som omfatter isobutan og isobutylen og en bunnstrøm som omfatter 2-buten, en sidestrøm nær toppen av fraksjoneringskolonna for mottak av en resirkulasjonsstrøm, og et resirkulasjonsinnløp for å kombinere resirkulasjonsstrømmen med fødestrømmen oppstrøms for hydroisomeriseringskatalysatoren.