RU2342988C2 - Tubular type membrane split-flow reactor - Google Patents
Tubular type membrane split-flow reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2342988C2 RU2342988C2 RU2006122333/15A RU2006122333A RU2342988C2 RU 2342988 C2 RU2342988 C2 RU 2342988C2 RU 2006122333/15 A RU2006122333/15 A RU 2006122333/15A RU 2006122333 A RU2006122333 A RU 2006122333A RU 2342988 C2 RU2342988 C2 RU 2342988C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- membrane
- tubular
- hydrogen
- reaction
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области химического машиностроения. Оно может быть использовано при изготовлении непрерывно-действующих трубчато-мембранно-щелевых реакторов для осуществления высокоэндотермических газофазных процессов дегидрирования и/или ароматизации индивидуальных или смесей углеводородов С2, С3, С4, С5 (далее С2-С5), а также попутных нефтяных газов (ПНГ) с сепарацией (отделением) водорода от других продуктов реакции через мембрану в изотермическом режиме, а также в качестве селективного сепаратора для выделения водорода из газовых смесей сложного состава.The invention relates to the field of chemical engineering. It can be used in the manufacture of continuously operating tube-membrane-slit reactors for the implementation of high-endothermic gas-phase processes of dehydrogenation and / or aromatization of individual or mixtures of hydrocarbons C 2 , C 3 , C 4 , C 5 (hereinafter C 2 -C 5 ), and also associated petroleum gases (APG) with the separation (separation) of hydrogen from other reaction products through the membrane in the isothermal mode, and also as a selective separator for the evolution of hydrogen from gas mixtures of complex composition.
Трубчато-мембранно-щелевой реактор должен быть компактным высокопроизводительным многофункциональным аппаратом для синхронно-последовательного осуществления нескольких химических и физических процессов - он должен быть реактором, катализатором и сепаратором одновременно.The tubular-membrane-slit reactor should be a compact high-performance multifunctional apparatus for the simultaneous-sequential implementation of several chemical and physical processes - it should be a reactor, catalyst, and separator at the same time.
Из этой задачи следует, что продуктом настоящего изобретения должен стать реактор нового типа с нанопористыми каталитическими мембранами, содержащий следующие составные части:From this task it follows that the product of the present invention should be a new type of reactor with nanoporous catalytic membranes containing the following components:
1. Корпус реактора с арматурой и КИП;1. The reactor vessel with fittings and instrumentation;
2. Нанопористые трубчатые мембраны, проницаемые для водорода, катализаторы дегидрирования и/или ароматизации индивидуальных или смесей углеводородов С3-С5, а также ПНГ.2. Nanoporous tubular membranes permeable to hydrogen, catalysts for the dehydrogenation and / or aromatization of individual or mixtures of C 3 -C 5 hydrocarbons, as well as APG.
Совокупность этих составных частей должна обеспечить проведение мембранно-каталитических экологически безопасных и экономически эффективных процессов переработки упомянутого легкого углеводородного сырья в ценные продукты нефтехимического синтеза - олефины, ароматические углеводороды и водород. Конкретно трубчатые нанопористые мембраны и конструкция реактора на их основе предназначены для переработки легких углеводородных газов в ценное нефтехимическое сырье - либо олефины и водород, либо бензол и водород, а также для отделения водорода на мембране от непревращенного сырья и продуктов его дегидрирования и/или ароматизации.The combination of these components should ensure membrane-catalytic, environmentally friendly and cost-effective processes for processing the aforementioned light hydrocarbon feedstock into valuable petrochemical synthesis products - olefins, aromatic hydrocarbons and hydrogen. Specifically, tubular nanoporous membranes and a reactor design based on them are intended for processing light hydrocarbon gases into valuable petrochemical raw materials - either olefins and hydrogen, or benzene and hydrogen, and also for separating hydrogen on the membrane from unconverted raw materials and products of its dehydrogenation and / or aromatization.
Известно несколько типов, в том числе и трубчатых реакторов, с каталитически активными композитными полупроницаемыми мембранами [Патент № 0145262, ЕР, В1, 1985; Пат. 6214757 США от 05.10.1999, МПК С07С 2/04, В01J 21/10; Пат. 6361582, 6361583 США от 19.05.2000, МПК 7В 01D 53/22]. Так, например, в патенте ЕР № 0145262 В1, 1985, описан одностадийный процесс удаления кислорода из воды с помощью мембранного реактора, представляющего собой пучок проницаемых только для водорода палладированных с внешней стороны, помещенных в очищаемую воду полипропиленовых капилляров, в которые подается водород при комнатной температуре.Several types are known, including tubular reactors, with catalytically active composite semipermeable membranes [Patent No. 0145262, EP, B1, 1985; Pat. 6214757 USA dated 10/05/1999, IPC С07С 2/04, В01J 21/10; Pat. 6361582, 6361583 USA dated 05.19.2000, IPC 7B 01D 53/22]. So, for example, in patent EP No. 0145262 B1, 1985, a one-step process for removing oxygen from water using a membrane reactor is described, which is a bundle of hydrogen-permeable palladium-coated externally placed polypropylene capillaries into purified water into which hydrogen is supplied at room temperature temperature.
Главным недостатком всех таких решений является то, что в качестве материала для изготовления каталитически активных полупроницаемых мембран используются термо- и реактопласты, температура терморазложения которых не превышает 350-400°С. Такие мембраны не могут использоваться в качестве основы катализаторов в рассматриваемых эндотермических процессах дегидрирования и/или ароматизации легких индивидуальных или смесей углеводородов С2-С5 или ПНГ, так как эти процессы протекают при температурах 400-700°С. Полимерные мембраны, кроме того, характеризуются низкой механической прочностью, легко окисляются, подвержены микробиологическому и радиационному разрушению, имеют низкий рабочий ресурс.The main disadvantage of all such solutions is that thermo- and thermosetting plastics, the thermal decomposition temperature of which does not exceed 350-400 ° С, are used as the material for the manufacture of catalytically active semipermeable membranes. Such membranes cannot be used as the basis of catalysts in the considered endothermic processes of dehydrogenation and / or aromatization of individual light or mixtures of C 2 -C 5 hydrocarbons or APG, since these processes occur at temperatures of 400-700 ° C. Polymer membranes, in addition, are characterized by low mechanical strength, are easily oxidized, are susceptible to microbiological and radiation damage, and have a low working life.
Запатентованы также мембраны и реакторы дегидрирования на их основе из керамики и графита (см., например, Пат. № 4791079 от 13.12.1988, США; Пат. № 5202517 от 13.04.1993 г., США; Пат. № 5430218 от 04.07.1995 г., США). Неорганические мембраны практически лишены недостатков полимерных мембран, но имеют очень крупный собственный недостаток - хрупкость. Это лимитирует их геометрическую форму и размеры, приводит к очень низкой удельной производительности и к повышению материалоемкости и т.д.Membranes and dehydrogenation membranes based on them from ceramics and graphite are also patented (see, for example, Pat. No. 4791079 from 12/13/1988, USA; Pat. No. 5202517 from 04/13/1993, USA; Pat. No. 5430218 from 04.07. 1995, USA). Inorganic membranes are practically devoid of flaws in polymer membranes, but have a very large inherent flaw - fragility. This limits their geometric shape and size, leads to a very low specific productivity and to increase material consumption, etc.
Процессы дегидрирования и ароматизации легких индивидуальных или смесей углеводородов С2-С5 или ПНГ обычно осуществляют в обогреваемых снаружи трубчатых реакторах или в печах-теплообменниках путем пропускания указанного (иногда предварительно разогретого) сырья через слой зернистого катализатора (см., например, Пат. № 2102310, РФ; Заявка № 19953641, DE). Недостатком таких реакторов является отсутствие в них устройств для отделения водорода от продуктов реакции. Поскольку реакция дегидрирования является обратимой, то это приводит к снижению как конверсии исходного сырья, так и селективности процесса по продуктам.The processes of dehydrogenation and aromatization of light individual or mixtures of C 2 -C 5 hydrocarbons or APG are usually carried out in tubular reactors heated externally or in heat exchanger furnaces by passing said (sometimes preheated) raw materials through a layer of granular catalyst (see, for example, Pat. No. 2102310, Russian Federation; Application No. 19953641, DE). The disadvantage of such reactors is the lack of devices for separating hydrogen from reaction products. Since the dehydrogenation reaction is reversible, this leads to a decrease in both the conversion of the feedstock and the selectivity of the process for products.
Известен реактор, включающий камеру для осуществления реакций дегидрирования углеводородного сырья и камеру для окисления водорода, которые разделены проницаемой только для водорода мембраной, а также подводящую сырье и отводящую продукты арматуру (Пат. №5449848 от 12.09.1995 г., США). Главным недостатком этого реактора является то, что его конструкция не позволяет повысить его производительность за счет использования дополнительного насыпного катализатора дегидрирования.A reactor is known, including a chamber for carrying out dehydrogenation reactions of hydrocarbon feedstocks and a chamber for hydrogen oxidation, which are separated by a membrane permeable only to hydrogen, as well as supplying raw materials and product-removing fittings (Pat. No. 5449848 from 09/12/1995, USA). The main disadvantage of this reactor is that its design does not allow to increase its productivity due to the use of an additional bulk dehydrogenation catalyst.
Наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому результату является трубчатый реактор для осуществления быстропротекающих высокоэкзотермических жидко- и газофазных процессов, выполненный в виде трех соосно расположенных металлических труб с двухсторонне охлаждаемым трубчато-щелевым реакционным пространством, образованным первой и второй по отношению к оси реактора трубами [Пат. РФ 2201799 от 29.09.2000]. Это решение мы рассматриваем в качестве прототипа.The closest to the present invention in technical essence and the achieved result is a tubular reactor for the implementation of fast-flowing highly exothermic liquid and gas phase processes, made in the form of three coaxially arranged metal pipes with a two-sided cooling tube-gap reaction space formed by the first and second with respect to the axis of the reactor pipes [Pat. RF 2201799 dated 09.29.2000]. We consider this solution as a prototype.
Главным недостатком прототипа является то, что защищаемый патентом по прототипу реактор [Пат. РФ 2201799 от 29.09.2000] не содержит мембраны для отделения водорода от непревращенного сырья и других продуктов реакции.The main disadvantage of the prototype is that the reactor protected by the prototype patent [Pat. RF 2201799 from 09.29.2000] does not contain a membrane for separating hydrogen from unconverted raw materials and other reaction products.
Задачей изобретения является совершенствование конструкции трубчатого реактора по прототипу [Пат. РФ 2201799 от 29.09.2000] для осуществления высокоэндотермических газофазных процессов дегидрирования и/или ароматизации индивидуальных или смесей углеводородов C2, С3, С4, С5 (далее C2-C5), а также попутных нефтяных газов (ПНГ) с сепарацией (отделением) водорода от других продуктов реакции через мембрану в изотермическом режиме.The objective of the invention is to improve the design of the tubular reactor of the prototype [Pat. RF 2201799 dated 09/29/2000] for the implementation of highly endothermic gas-phase processes of dehydrogenation and / or aromatization of individual or mixtures of hydrocarbons C 2 , C 3 , C 4 , C 5 (hereinafter C 2 -C 5 ), as well as associated petroleum gases (APG) with separation (separation) of hydrogen from other reaction products through the membrane in isothermal mode.
Поставленная задача решается тем, что в разработанном трубчато-мембранно-щелевом реакторе для осуществления высокоэндотермических высокотемпературных газофазных процессов дегидрирования и/или ароматизации индивидуальных или смесей углеводородов C2, С3, С4, С5, включая попутные нефтяные газы, выполненном в виде аксиального трехтрубчатого реакционного устройства с теплообогревом через центральную трубу, снабженном патрубками для ввода в реакционное пространство дисперсного катализатора и исходного углеводородного сырья; турбулизаторами реакционной массы, размещенными в трубчатом реакционном пространстве; датчиками температуры, давления и расхода реагентов и продуктов на входе и выходе; патрубками для вывода продуктов и патрубками для ввода и вывода теплоносителя, вторая по отношению к оси реактора труба выполнена из нанопорошков металлов в виде проницаемой для водорода мембраныThe problem is solved in that in the developed tube-membrane-slit reactor for the implementation of high-endothermal high-temperature gas-phase processes of dehydrogenation and / or aromatization of individual or mixtures of hydrocarbons C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , including associated petroleum gases, made in the form of axial a three-tube reaction device with heat heating through a central pipe equipped with nozzles for introducing a dispersed catalyst and a hydrocarbon feedstock into the reaction space; reaction mass turbulators placed in a tubular reaction space; temperature, pressure and flow sensors of reagents and products at the inlet and outlet; nozzles for the output of products and nozzles for the input and output of the coolant, the second pipe relative to the axis of the reactor is made of metal nanopowders in the form of a membrane permeable to hydrogen
При этом в реакционном пространстве между центральной и второй по отношению к оси реактора трубами содержится дисперсный катализатор дегидрирования и/или ароматизации индивидуальных или смесей углеводородов С2, С3, С4, С5, а также попутных нефтяных газов.Moreover, in the reaction space between the central and second pipes relative to the axis of the reactor, a dispersed catalyst for dehydrogenation and / or aromatization of individual or mixtures of C 2 , C 3 , C 4 , C 5 hydrocarbons and associated petroleum gases is contained.
Принципиальная схема продольного разреза разработанного согласно настоящему изобретению трубчато-мембранно-щелевого реактора приведена на фиг.1.A schematic diagram of a longitudinal section of a tubular-membrane-slit reactor developed according to the present invention is shown in FIG.
Трубчато-мембранно-щелевой реактор согласно изобретению содержит центральную трубу 1 (теплообменник) диаметром D1, например, 20 мм и длиной 500 мм с закрепленными на ней смесителями-турбулизаторами реакционной массы и штуцерами подачи и удаления теплоносителя (например, топочных газов с заданной температурой от 400 до 700°С на входе) (на чертеже не показаны); вторую по отношению к оси реактора трубу 2, изготовленную из нанопорошков металлов в виде проницаемой для водорода мембраны диаметром D2, например, 50 мм и длиной 350 мм. Центральная труба 1 и вторая по отношению к оси реактора труба 2 образуют реакционное пространство, заполненное дисперсным катализатором дегидрирования и/или ароматизации углеводородного сырья. Углеводородное сырье и дисперсный катализатор в реакционное пространство подаются и выводятся через патрубки 3, 4; внешнюю трубу 5 диаметром D3, например, 80 мм и длиной 400 мм с закрепленными на ней патрубками 6, 7 подачи продувочного газа (азота, аргона, СО, СО2) и вывода водорода (внешняя теплоизоляция внешней трубы и всего реактора на фиг.1 не показана). Для замера температуры в реакционное пространство трубчато-мембранно-щелевого реактора вмонтирована термопара 8. Кроме этого, трубчато-мембранно-щелевой реактор оснащен датчиками давления в реакционном пространстве и в пространстве между второй по отношению к оси реактора трубой 2 и внешней трубой 5, куда отделяется через мембрану образующийся водород, а также штуцером для датчика расхода исходного сырья и продуктов реакции и штуцером для подключения пробоотборника (на фиг.1 не показаны).The tubular-membrane-slit reactor according to the invention comprises a central pipe 1 (heat exchanger) with a diameter of D 1 , for example, 20 mm and a length of 500 mm, with reaction mixers-turbulators mounted on it and fittings for supplying and removing coolant (for example, flue gases with a given temperature) from 400 to 700 ° C at the inlet) (not shown in the drawing); the second pipe 2 relative to the axis of the reactor, made of metal nanopowders in the form of a hydrogen-permeable membrane with a diameter of D 2 , for example, 50 mm and a length of 350 mm. The central pipe 1 and the second pipe 2 relative to the axis of the reactor form a reaction space filled with a dispersed catalyst for dehydrogenation and / or aromatization of hydrocarbon feedstocks. Hydrocarbon feedstock and dispersed catalyst are fed into the reaction space and discharged through nozzles 3, 4; an outer pipe 5 with a diameter of D 3 , for example, 80 mm and a length of 400 mm, with purge gas supply pipes 6, 7 attached to it (nitrogen, argon, CO, CO 2 ) and hydrogen outlet (external thermal insulation of the outer pipe and the entire reactor in FIG. 1 not shown). To measure the temperature, a thermocouple is mounted in the reaction space of the tubular-membrane-slit reactor 8. In addition, the tubular-membrane-slit reactor is equipped with pressure sensors in the reaction space and in the space between the second pipe 2 relative to the axis of the reactor and the outer pipe 5, where hydrogen is formed through the membrane, as well as a fitting for the flow sensor of the feedstock and reaction products and a fitting for connecting the sampler (not shown in FIG. 1).
Смесители-турбулизаторы согласно изобретению представляют собой фигурные или дырчатые (как сито) пластины, закрепленные сваркой к входной (нижней) части центральной трубы 1. Они обеспечивают турбулизацию поступающего в реактор газового потока и являются опорной решеткой для насыпного дисперсного катализатора.The mixer-turbulators according to the invention are curly or perforated (like a sieve) plates fixed by welding to the inlet (lower) part of the central pipe 1. They provide turbulence of the gas flow entering the reactor and are a support grid for a bulk dispersed catalyst.
Разработанный согласно изобретению реактор представляет собой реактор вытеснения. Исходное газообразное сырье подается в реакционное пространство с заданной объемной скоростью W, л/сек. Время пребывания реакционной массы в трубчато-мембранно-щелевом реакторе t определяется условиями осуществления и кинетическими характеристиками конкретной целевой химической реакции. Оно определяется формулой (1): t=V/W (1), где V - объем трубчато-щелевого реакционного пространства, литры; W - объемная суммарная скорость подачи газообразного сырья в трубчато-мембранно-щелевой реактор, литры в секунду. В свою очередь, объем реакционного пространства определяется формулой (2): V=πR2 2·Н-πR1 2·Н (2), где R1 и R2 - радиусы труб 1 и 2 соответственно; Н - высота (длина) реакционного пространства. В приведенном примере объем реакционного пространства V=577 см3 (0.577 л=0.000577 м3), сечение реакционного пространства равно 16.5 см2. Разница радиусов R2-R1, определяющая ширину щелевого пространства, равна 1.5 см. Именно малая ширина щелевого пространства обеспечивает хороший прогрев исходного сырья до заданной температуры реакции. Градиент температур по длине теплообменного пространства (т.е. в центральной трубе 1) благодаря высокой линейной скорости подачи теплоносителя незначителен. Подтвержденные экспериментом расчеты показывают, что радиальный градиент температур между трубами 1 и 2 (т.е. в реакционном пространстве, заполненном насыпным катализатором) при некоторых режимах осуществления процесса дегидрирования достигает 100-150 градусов. Наличие такого значительного радиального градиента температур определяется расходованием тепла в эндотермических процессах дегидрирования и ароматизации и, в меньшей степени, газодинамикой насыпного катализаторного слоя. Эта особенность рассматриваемого реактора является важным достоинством патентуемого решения. Дело в том, что снижение температуры на 100-150°С на мембране приводит к резкому замедлению процессов коксообразования на мембране, к повышению пропускной способности мембраны для водорода, к повышению конверсии сырья и к увеличению межрегенерационного периода.The reactor developed according to the invention is a displacement reactor. The initial gaseous feed is fed into the reaction space with a given space velocity W, l / s. The residence time of the reaction mass in a tubular-membrane-slit reactor t is determined by the conditions of implementation and kinetic characteristics of a particular target chemical reaction. It is determined by the formula (1): t = V / W (1), where V is the volume of the tubular-slot reaction space, liters; W - volumetric total feed rate of gaseous feed into a tubular-membrane-slit reactor, liters per second. In turn, the volume of the reaction space is determined by the formula (2): V = πR 2 2 · Н-πR 1 2 · Н (2), where R 1 and R 2 are the radii of the pipes 1 and 2, respectively; H is the height (length) of the reaction space. In the above example, the volume of the reaction space is V = 577 cm 3 (0.577 L = 0.000577 m 3 ), the cross section of the reaction space is 16.5 cm 2 . The difference in radii R 2 -R 1 , which determines the width of the gap space, is 1.5 cm. It is the small width of the gap space that ensures good heating of the feedstock to a given reaction temperature. The temperature gradient along the length of the heat exchange space (i.e., in the central pipe 1) is insignificant due to the high linear flow rate of the coolant. The calculations confirmed by the experiment show that the radial temperature gradient between pipes 1 and 2 (i.e., in the reaction space filled with a bulk catalyst) reaches 100-150 degrees under certain conditions of the dehydrogenation process. The presence of such a significant radial temperature gradient is determined by the expenditure of heat in the endothermic dehydrogenation and aromatization processes and, to a lesser extent, by the gas dynamics of the bulk catalyst layer. This feature of the reactor under consideration is an important advantage of the patented solution. The fact is that a decrease in temperature of 100-150 ° C on the membrane leads to a sharp slowdown in the coke formation processes on the membrane, to an increase in the throughput of the membrane for hydrogen, to an increase in the conversion of raw materials, and to an increase in the inter-regeneration period.
Геометрическая поверхность трубчатой каталитически активной мембраны равна 550 см2 (0.055 м2). Насыпная плотность одного из насыпных катализаторов равна 0.68 г/см3, его удельная поверхность равна 186 м2/г. Общая поверхность насыпного дисперсного катализатора в объеме реакционного пространства равна 577 см3 × 0.68 г/см3 × 186 м2/г = 72980 м2. Сравнение геометрической поверхности трубчатой каталитически активной мембраны (0.055 м2) с общей поверхностью насыпного дисперсного катализатора в объеме реакционного пространства (72980 м2) показывает, что общая поверхность насыпного дисперсного катализатора в этом объеме почти в 1.3 млн. раз (т.е. более чем на шесть порядков) превышает геометрическую поверхность трубчатой каталитически активной мембраны. При прочих неизменных условиях это обеспечивает принципиальную возможность использования насыпного дисперсного катализатора для резкого повышения производительности рассматриваемого трубчато-мембранно-щелевого реактора.The geometric surface of the tubular catalytically active membrane is 550 cm 2 (0.055 m 2 ). The bulk density of one of the bulk catalysts is 0.68 g / cm 3 , its specific surface is 186 m 2 / g. The total surface of the bulk dispersed catalyst in the reaction space is 577 cm 3 × 0.68 g / cm 3 × 186 m 2 / g = 72980 m 2 . Comparison of the geometric surface of the tubular catalytically active membrane (0.055 m 2 ) with the total surface of the bulk dispersed catalyst in the volume of the reaction space (72980 m 2 ) shows that the total surface of the bulk dispersed catalyst in this volume is almost 1.3 million times (i.e., more than than six orders of magnitude) exceeds the geometric surface of the tubular catalytically active membrane. With other conditions unchanged, this provides the fundamental possibility of using a bulk dispersed catalyst for a sharp increase in the productivity of the considered tubular-membrane-slit reactor.
Значение W (и t) выбирают таким образом, чтобы в течение времени пребывания t реакционной массы в реакторе достигалась 90-98-процентная конверсия исходного сырья. Время пребывания в разработанном реакторе, определяемое формулой (1), зависит от заданной степени конверсии. Последняя определяется кинетическими характеристиками и условиями осуществления реакции. Обычно t может иметь значение, выбранное из интервала 3 секунды - 15 минут. Из уравнения (1) видно, что при выбранных значениях V (и конверсии сырья) производительность (W) реактора возрастает с уменьшением времени пребывания t. При t=3 сек, в случае дегидрирования пропана, производительность рассмотренного реактора (W) по сырью может достигать 0.7 м3/час (или 1733 м3 пропана/м3 реакционного пространства в час, что соответствует 3150 г пропана с кубического метра реакционного пространства в час). Линейная скорость пропана в живом сечении реакционного пространства рассматриваемого трубчато-мембранно-щелевого реактора при t=3 сек будет равна 11.8 см/сек. Приведенные оценочные расчеты для случая произвольно выбранного трубчато-мембранно-щелевого реактора, дополненные расчетом его теплового баланса, подтверждают работоспособность реактора и являются ориентиром для проектирования других аналогичных реакторов.The value of W (and t) is chosen so that during the residence time t of the reaction mass in the reactor, a 90-98 percent conversion of the feedstock is achieved. The residence time in the developed reactor, defined by formula (1), depends on a given degree of conversion. The latter is determined by the kinetic characteristics and conditions of the reaction. Typically, t may have a value selected from an interval of 3 seconds to 15 minutes. From equation (1) it can be seen that at the selected values of V (and the conversion of raw materials), the productivity (W) of the reactor increases with decreasing residence time t. At t = 3 sec, in the case of propane dehydrogenation, the raw material of the reactor (W) considered can reach 0.7 m 3 / h (or 1733 m 3 propane / m 3 of reaction space per hour, which corresponds to 3150 g of propane per cubic meter of reaction space in hour). The linear velocity of propane in a living section of the reaction space of the considered tubular-membrane-slit reactor at t = 3 sec will be 11.8 cm / sec. The estimated calculations for the case of an arbitrarily chosen tubular-membrane-slit reactor, supplemented by a calculation of its heat balance, confirm the operability of the reactor and are a guide for designing other similar reactors.
Процесс дегидрирования и/или ароматизации индивидуальных или смесей углеводородов C2-C5, а также попутных нефтяных газов протекает на поверхности частиц насыпного дисперсного катализатора. При этом образуются соответствующие олефины, ароматические углеводороды, водород и небольшое количество углеродистых отложений на поверхности частиц насыпного дисперсного катализатора. При дегидрировании индивидуальных или смесей углеводородов С2-С5, а также попутных нефтяных газов использовали нанесенные палладиевые или платиновые катализаторы, а при ароматизации указанного сырья использовали цеолитные катализаторы. Для обеспечения повышения селективности по целевым продуктам дегидрирование и ароматизацию исходного сырья осуществляют при температуре, выбранной из интервала температур 480-680°С, времени контакта от 0.1 до 6 сек и массовом соотношении катализатора к сырью от 5:1 до 25:1. При переработке попутных нефтяных газов в указанных условиях основными продуктами являются этилен, пропилен, изобутилен, изоамилен и высокооктановый бензин.The process of dehydrogenation and / or aromatization of individual or mixtures of C 2 -C 5 hydrocarbons, as well as associated petroleum gases, proceeds on the surface of the particulate dispersed catalyst particles. In this case, the corresponding olefins, aromatic hydrocarbons, hydrogen and a small amount of carbon deposits are formed on the surface of the particulate dispersed catalyst particles. When dehydrogenating individual or mixtures of C 2 -C 5 hydrocarbons, as well as associated petroleum gases, supported palladium or platinum catalysts were used, and zeolite catalysts were used for aromatization of the indicated feed. To ensure increased selectivity for the target products, dehydrogenation and aromatization of the feedstock is carried out at a temperature selected from the temperature range of 480-680 ° C, contact time from 0.1 to 6 sec and the mass ratio of catalyst to feed from 5: 1 to 25: 1. In the processing of associated petroleum gases under these conditions, the main products are ethylene, propylene, isobutylene, isoamylene and high-octane gasoline.
Благодаря проницаемости мембраны для водорода, по крайней мере, часть водорода диффундирует через мембрану в пространство между второй по отношению к оси реактора трубой 2, выполненой в виде трубчатой мембраны, и внешней трубой 3 и, таким образом, отделяется от других продуктов реакции. Реакция дегидрирования является обратимой. Удаление водорода через мембрану в процессе дегидрирования обеспечивает повышение конверсии исходного сырья и селективности по олефинам. Для подачи дополнительного теплового импульса в реактор отделенный на мембране водород полностью или частично окисляют в пространстве между мембраной и внешней трубой.Due to the permeability of the membrane for hydrogen, at least part of the hydrogen diffuses through the membrane into the space between the second pipe 2, made in the form of a tubular membrane, relative to the axis of the reactor, and the external pipe 3 and, thus, is separated from other reaction products. The dehydrogenation reaction is reversible. The removal of hydrogen through the membrane during the dehydrogenation process provides an increase in the conversion of the feedstock and olefin selectivity. To supply an additional heat pulse to the reactor, the hydrogen separated on the membrane is completely or partially oxidized in the space between the membrane and the outer pipe.
Из-за отмеченного коксообразования активные центры на поверхности частиц насыпного дисперсного катализатора блокируются углеродистыми отложениями, и активность катализаторов постепенно снижается. Для восстановления дисперсного катализатора его реактивируют известными методами (смотри, например, Пат. № 5087792, США; Пат. № 2095337, РФ) путем выжигания углеродистых отложений непосредственно в трубчато-мембранно-щелевом реакторе. В зависимости от природы катализаторов и условий осуществления процесса межрегенерационный период может изменяться от 100 до 8000 часов. Регенерация насыпных дисперсных катализаторов обычно завершается в течение 24 часов.Due to the noted coke formation, the active centers on the surface of the particles of the bulk dispersed catalyst are blocked by carbon deposits, and the activity of the catalysts gradually decreases. To restore a dispersed catalyst, it is reactivated by known methods (see, for example, Pat. No. 5087792, USA; Pat. No. 2095337, RF) by burning carbon deposits directly in a tubular-membrane-slit reactor. Depending on the nature of the catalysts and the process conditions, the inter-regeneration period may vary from 100 to 8000 hours. The regeneration of bulk dispersed catalysts is usually completed within 24 hours.
На фиг.2 представлена принципиальная схема трубчато-мембранно-щелевого реактора, в реакционном пространстве которого между центральной и второй по отношению к оси реактора трубами расположена группа (набор, серия, пакет) трубчатых, проницаемых для водорода металлических мембран, на внешней поверхности которых закреплен катализатор дегидрирования и/или ароматизации индивидуальных или смесей углеводородов С2, С3, С4, С5, а также попутных нефтяных газов.Figure 2 presents a schematic diagram of a tubular-membrane-slit reactor, in the reaction space of which between the central and second pipes relative to the axis of the reactor there is a group (set, series, packet) of tubular, hydrogen-permeable metal membranes, on the outer surface of which are fixed a catalyst for dehydrogenation and / or aromatization of individual or mixtures of C 2 , C 3 , C 4 , C 5 hydrocarbons, as well as associated petroleum gases.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006122333/15A RU2342988C2 (en) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | Tubular type membrane split-flow reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006122333/15A RU2342988C2 (en) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | Tubular type membrane split-flow reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006122333A RU2006122333A (en) | 2008-01-10 |
| RU2342988C2 true RU2342988C2 (en) | 2009-01-10 |
Family
ID=39019703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006122333/15A RU2342988C2 (en) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | Tubular type membrane split-flow reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2342988C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2527785C2 (en) * | 2012-11-16 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) | Membrane reactor |
-
2006
- 2006-06-23 RU RU2006122333/15A patent/RU2342988C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДЫТНЕРСКИЙ Ю.И., Барометрические процессы, Москва, Химия, 1998, с.с.54-55, рис.2-16. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2527785C2 (en) * | 2012-11-16 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) | Membrane reactor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006122333A (en) | 2008-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2657485C (en) | Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions | |
| US6616909B1 (en) | Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions | |
| Aartun et al. | Hydrogen production from propane in Rh-impregnated metallic microchannel reactors and alumina foams | |
| JP4554359B2 (en) | Catalytic oxidative dehydrogenation process and microchannel reactor therefor | |
| US10710049B2 (en) | Method for activating a catalyst, reactor, and method of obtaining hydrocarbons in fischer-tropsch process | |
| RU2622442C2 (en) | Catalytic reactor with radiation wall and method of implementation of chemical reaction in such reactor | |
| EP2576434B1 (en) | Catalytic system for catalytic partial oxidation processes with a short contact time | |
| US3374052A (en) | System for solid particles-fluid contact operations | |
| US20080128655A1 (en) | Process and apparatus for production of hydrogen using the water gas shift reaction | |
| EP3634628B1 (en) | A method of activating a metal monolith for reforming a hydrocarbon and a method for reforming using the activated monolith | |
| Rodriguez et al. | Oxidative dehydrogenation of ethane to ethylene in a membrane reactor: A theoretical study | |
| RU2005132643A (en) | METHOD FOR PRODUCING HYDROCARBONS AND A DEVICE FOR PRODUCING HYDROCARBONS FROM SYNTHESIS-GAS | |
| US20020006369A1 (en) | Membrane reactor for gas extraction | |
| EP0496755A4 (en) | Process for production of ethylene from ethane. | |
| US11666879B2 (en) | Small channel short fixed bed adiabatic reactor for oxidative coupling of methane | |
| RU2342988C2 (en) | Tubular type membrane split-flow reactor | |
| Assabumrungrat et al. | Simulation of a palladium membrane reactor for dehydrogenation of ethylbenzene | |
| CN111433175A (en) | Dehydrogenation process | |
| Enger et al. | Performance and SEM characterization of Rh impregnated microchannel reactors in the catalytic partial oxidation of methane and propane | |
| Shishavan et al. | An application of a Pd-based membrane in a multistage spherical styrene monomer production process for hydrogen extraction | |
| WO2023013419A1 (en) | Reactor and method for producing ammonia decomposition mixture using same | |
| Walter et al. | Comparison of microchannel and fixed bed reactors for selective oxidation reactions: isoprene to citraconic anhydride | |
| Abo-Ghander et al. | Comparison of diffusion models in the modeling of a catalytic membrane fixed bed reactor coupling dehydrogenation of ethylbenzene with hydrogenation of nitrobenzene | |
| WO2022074591A1 (en) | High temperature air separation module for an odh complex | |
| Luther et al. | Novel design of a microstructured reactor allowing fast temperature oscillations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090624 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100920 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120624 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20131227 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160624 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180124 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190624 |