Способ совместного получения изопрена и 3-метилбутена-1

 

Использование: в нефтехимии, в частности в производстве мономеров синтетического каучука - изопрена и 3-метилбутена-1. Сущность изобретения: способ совместного получения изопрена и 3-метилбутена-1 предусматривает двухступенчатое дегидрирование изопентана, конденсацию контактного газа первой стадии дегидрирования, стабилизацию полученного конденсата ректификацией с выделением в дистилляте фракции, содержащей C₃-C₄-углеводороды и 3-метилбутен-1. Из последней четкой ректификацией 3-метилбутен-1. Кубовый продукт стабилизации - изопентан - изоамиленовую фракции разделяют на изопентановую, возвращаемую на первую стадию дегидрирования, и изоамиленовую фракцию, подаваемую на вторую стадию дегидрирования.

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения совместного получения изопрена и 3-метилбутена-1, которые находят применение в промышленности СК и нефтехимии.

Наиболее близким к заявленному по своей технической сущности является способ получения изопрена и 3-метилбутена-1 двухстадийным дегидрированием изопентана, включающий конденсацию контактного газа первой стадии дегидрирования, стабилизацию полученного при этом контактного газа первой стадии дегидрирования ректификацией с выделением в дистилляте фракции, содержащей углеводороды С₃-С₄, и в кубовом продукте изопентан-изоамиленовой фракции, разделение изопентан-изоамиленовой фракции на изопентановую, возвращаемую на первую стадию дегидрирования, и изоамиленовую фракцию, подаваемую на вторую стадию дегидрирования [1]. Недостатком известного способа является низкое качество получаемого 3-метилбутена-1 (содержание основного вещества не более 80-95 мас.%), повышенные энергозатраты на стадии экстрактивной ректификации.

Целью изобретения является повышение качества 3-метилбутена-1 и снижение энергозатрат.

Данная задача решается заявленным способом совместного получения изопрена и 3-метилбутена-1 двухстадийным дегидрированием изопентана, включающим конденсацию контактного газа первой стадии дегидрирования, стабилизацию полученного при этом контактного газа первой стадии дегидрирования ректификацией с выделением в дистилляте фракции, содержащей углеводороды С₃-С₄, и в кубовом продукте изопентан-изоамиленовой фракции, разделение изопентан-изоамиленовой фракции на изопентановую, возвращаемую на первую стадию дегидрирования, и изоамиленовую фракции, подаваемую на вторую стадию дегидрирования, отличительной особенностью которого является то, что на стадии стабилизации конденсата первой стадии в дистиллят вместе с углеводородами С₃-С₄ отбирают 3-метилбутен-1 и из полученного дистиллята путем четкой ректификации выделяют 3-метилбутен-1.

П р и м е р 1. На дегидрирование подают 150 г/ч изопентановой фракции состава, мас.%: Углеводороды С₁-С₄ 2,16 Изопентан 97,21 н-Пентан 0,63 Процесс проводят в кварцевом реакторе проточного типа, обогреваемом электропечью, с кипящим слоем алюмохромового катализатора (ИМ-2201). Объем загружаемого катализатора 40 см³. Катализатор предварительно разрабатывают в течение 2 ч в токе воздуха при 650^оС и снижают ее постепенно до 580^оС. Опыты проводят циклами. Цикл включает дегидрирование - 15 мин, продувку азотом - 5 мин, постепенное повышение температуры до 650^оС в токе воздуха - 20 мин, регенерацию катализатора в данном режиме - 30 мин, снижение температуры в токе воздуха до 580^оС - 20 мин, продувку азотом - 5 мин. Объемная скорость подачи азота, воздуха и сырья составляет 400 ч^-1.

Получают контактный газ состава 1 мас.%: Водород 3,19 Углеводороды С₁-С₄ 7,44 Изопентан 48,20 Изоамилены 36,30 н-Пентан 1,90
н-Пентен 0,06
Изопрен 2,91
Пиперилен Следы в количестве 149,08 г/ч.

Суммарный выход изопрена и изоамиленов составляет, мас.%:
на пропущенный изопентан 40,08
на превращенный изопентан 79,04
Процент сырья, превращенного в кокс, 0,62 мас.%.

Конденсат первой стадии дегидрирования в количестве 141,35 г/ч состава 2 мас.%:
Углеводороды С₃-С₄ 5,55
Изопентан 50,88
Изоамилены 35,88
3МБ1 2,37
Изопрен 3,07
Углеводороды С₅ 2,25 подают в колонну стабилизации на отделение 3МБ1 вместе с фракцией углеводородов С₃-С₄. При этом сверху колонны отбирают 21,4 г/час фракции состава 3 мас.%:
Углеводороды С₃-С₄ 36,64
3МБ1 9,30
Изоамилены 22,62
Изопентан 28,46
Изопрен 2,48
Углеводороды С₅ 0,50 а снизу отбирают 119,95 г/ч изопентан-изоамиленовой фракции состава 4 мас.%:
Изопентан 54,88
Изоамилены 38,24
3МБ1 1,13
Изопрен 3,18
Углеводороды С₅ 2,57 которую подают на экстрактивную ректификацию, где разделяют на изоамиленовую фракцию состава 5 мас.%:
Углеводороды С₄ 0,27
Изопентан 1,27
Изоамилены 81,38
н-Пентан 6,09
н-Пентен 0,53
Изопрен 1,46 и изопентановую фракцию, которую возвращают на первую стадию дегидрирования. Дегидрирование изоамиленовой фракции (состав 5) проводят в проточном металлическом реакторе, заполненном промышленным хромкальцийникельфосфатным катализатором (фракция 2-3 мм, объем 40 см³), и помещенном в вертикальную трубчатую печь. Опыты проводят циклами: дегидрирование - регенерация. Изоамиленовую фракцию разбавляют водяным паром в соотношении 1: 20 и со скоростью 144,75 г/ч подают в реактор. На выходе из реакторе получают контактный газ (без учета воды) в количестве 142,96 г/ч состава 6 мас. %:
Водород 1,62
Углеводороды С₁-С₅ 5,66
Изопентан 1,26
Изоамилены 46,36
Пиперилен 0,94
н-Пентены 5,66
н-Пентан 6,46
Изопрен 31,94
Циклопентадиен 0,03 Выход изопрена на пропущенные изоамилены составил 38,7 мас. % , на превращенные изоамилены - 88,5 мас.%. Процент сырья, превращенного в кокс - 1,65.

Далее полученную фракцию состава 6 после получения конденсата направляют на экстрактивную ректификацию, где уже выделяют товарный изопрен.

Фракцию, содержащую 3-метилебутен-1 (состав 3), подвергают ректификации, которую проводят на лабораторной колонке периодического действия, в куб которой загружают 500 г указанной фракции и при температуре куба +30^оС и верха - 50^оС отбирают 187 г фракции состава 7 мас.%:
Углеводороды С₃-С₄ 97,93
3-метилбутен-1 0,5
Изопентан 1,13
Изопрен 0,03
Изоамилены 0,22
Углеводороды С₅ 0,19
Затем после отбора указанной фракции температуру куба поднимают до 53^оС и верха до 32^оС и отбирают 38 г целевой фракции 3-метилбутена-1 состава 8 мас.%:
Углеводороды С₄ 0,14
3-метилбутен-1 97,0
Изопентан 2,78
Изопрен Следы
2-Метилбутен-1 0,04
Пентен-1 0,04
Продукты разложения ДМФА (в частности диэтиламин) в этой фракции отсутствуют.

В кубе колонки остается 275 г фракции состава 9 мас.%:
Углеводороды С₄ Следы
3МБ1 3,16
Изопентан 50,59
Изопрен 4,48
Изоамилены 40,97
Др.углеводороды С₅-С₆ 0,8
Выход 3МБ1 на стадии выделения в расчете на полученный конденсат (состава 2) составляет:
Ф = · 100% = · 100% = 47,1% мас где G₃ и G₈ - количество взятой и полученной после ректификации фракций;
Х² и Х⁸ - содержание 3МБ1 во фракциях 2 и 8, мас.доли;
W₂ и W₃ - скорость накопления конденсата состава 2 и 3, г/ч.

П р и м е р 2. Конденсат первой стадии промышленного процесса дегидрирования в количестве 44978,4 кг/час состава 1 мас.%:
Углеводороды С₁-С₂ 0,1
Углеводороды С₃-С₄ 4,0
3МБ1 1,8
Изопентан 58,2
Изоамилены 27,2
Изопрен 2,3
н-Пентены 3,6
н-Пентан 1,2
Пиперилен 1,0
Углеводороды С₆ 0,6 подают в колонну 1, работающую в следующем режиме:
Количество теоретических
тарелок, шт. 20
Количество теоретических
тарелок в укрепляющей части, шт. 10
Флегмовое число 6
Давление, ата:
верха 3,2
куба 3,4
Температура, ^оС:
верха 40
куба 70,6
питания 65 Снизу колонны 1 отбирают изопентан-изоамиленовую фракцию в количестве 36150,55 кг/час состава 2 мас.%:
3МБ1 0,9
Изопентан 58,5
Изоамилены 30,6
Изопрен 2,51
н-Пентены 4,10
н-Петан 1,43
Пиперилен 1,22
Углеводороды С₆ 0,74 которую направляют на выделение изопентан-изоамиленовой фракции экстрактивной ректификацией, аналогично прототипу и примеру 1.

Сверху колонны 1 отбирают фракцию в количестве 8782,85 кг/ч, состава 3 мас.%:
Углеводороды С₃-С₄ 20,48
3МБ1 5,47
Изопентан 57,26
Изоамилены 13,30
Изопрен 1,44
н-Пентены 1,68
н-Петан 0,27
Пиперилен 0,10 которую подают в колонну 2, работающую в следующем режиме.

Количество теоретических
тарелок, шт. 20
Количество теоретических
тарелок в укрепляющей части, шт. 10
Флегмовое число 15
Давление, ата:
верха 8,0
куба 8,2
Температура, ^оС:
верха 40
куба 106,4
питания 99,5 Сверху колонны 2 отбирают фракцию в количестве 1837,64 кг/ч состава 4 мас.%:
Углеводороды С₃-С₄ 97,84
3МБ1 0,32
Изопентан 1,49
Изоамилены 0,17
н-Пентены 0,13
Изопрен 0,01
Пиперилен 0,04 а снизу колонны 2 отбирают фракцию в количестве 6945,21 кг/час состава 5 мас.%:
Углеводороды С₄ 0,01
3МБ1 6,83
Изопентан 72,02
Изоамилены 16,77
н-Пентены 2,09
Изопрен 1,82
Пиперилен 0,12
н-Пентан 0,34 которую направляют в колонну 3, работающую в следующем режиме:
Количество теоретических
тарелок, шт. 55
Количество теоретических
тарелок в укрепляющей части, шт. 35,5
Флегмовое число 40
Давление, ата
верха 2,0
куба 3,1
Температура, ^оС
верха 40
куба 61,5
питания 57 Сверху колонны 3 отбирают товарную фракцию 3МБ1 в количестве 479,38 кг/час, состава 6 мас.%:
3МБ1 96,06
Изопентан 3,66
Углеводороды С₄ 0,15
Изоамилены 0,06
н-Пентаны 0,07
Изопрен Следы Из куба колонны 3 отбирают изопентан-изоамиленовую фракцию, которую возвращают на стадию дегидрирования.

Выход 3МБ1 на стадии выделения в расчете на полученный конденсат первой стадии составляет:
Ф = · 100 = 56,88 мас.%
Продукты разложения ДМФА в товарной фракции отсутствуют.

Проведение процесса описанным способом позволяет повысить качество получаемого 3МБ1 (содержание основного вещества с 80-95 до 964-97 мас.%, продукты разложения ДМФА отсутствуют) и снизить энергозатраты на стадии экстрактивной ректификации (за счет уменьшения потока и упрощения его состава, поступающего на стадию ректификации).

Формула изобретения

СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОПРЕНА И 3-МЕТИЛБУТЕНА-1 двустадийным дегидрированием изопентана, включающий конденсацию контактного газа первой стадии дегидрирования, стабилизацию полученного при этом контактного газа первой стадии дегидрирования ректификацией с выделением в дистилляте фракции, содержащей углеводороды C₃-C₄, и в кубовом продукте изопентан-изоамиленовой фракции, разделение изопентан-изоамиленовой фракции на изопентановую, возвращаемую на первую стадию дегидрирования, и изоамиленовую, подаваемую на вторую стадию дегидрирования, отличающийся тем, что на стадии стабилизации конденсата первой стадии дегидрирования в дистиллят вместе с углеводородами C₃ - C₄ отбирают 3-метилбутен-1 и из полученного дистиллята путем четкой ректификации выделяют 3-метилбутен-1.