CN102399121A

CN102399121A - 一种环戊烷及甲基环戊烷的制备方法

Info

Publication number: CN102399121A
Application number: CN2010102845589A
Authority: CN
Inventors: 郭世卓; 许惠明; 黄勇; 孙春水; 谢家明; 周飞
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Petrochemical Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shanghai Petrochemical Co Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-04-04

Abstract

一种环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，以石油裂解制乙烯副产的C9～C10馏分为原料，过程包括：1)原料进行减压精馏分离，塔顶得富集双环戊二烯的物料，塔釜得富集双甲基环戊二烯的物料；2)过程1)得到的塔顶物料进行解聚精馏，塔顶得环戊二烯；3)过程1)得到的塔釜物料进行解聚精馏，塔顶得环戊二烯，侧线得甲基环戊二烯；4)过程2)和3)得到的环戊二烯在催化剂的存在下通过加氢反应制得环戊烷产品；5)过程3)得到的甲基环戊二烯在催化剂的存在下通过加氢反应制得甲基环戊烷产品。优点在于解聚产物精馏分离过程二聚反应大为减少，并且解聚产物分离后直接得到高纯度甲基环戊二烯，免去了加氢前的提纯。

Description

一种环戊烷及甲基环戊烷的制备方法

技术领域

本发明涉及环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，特别涉及由石油裂解制乙烯副产的C9～C10馏分通过解聚、分离和加氢等过程制备环戊烷及甲基环戊烷的方法。

背景技术

石油裂解制乙烯时，裂解原料经分离出碳八以下的轻馏份后得到相当数量的抽余物料，即C9～C10馏分。该馏分中主要含有双环戊二烯(DCPD)、双甲基环戊二烯(DMCPD)以及较少量的环戊二烯与甲基环戊二烯的二聚物，三者合计含量约为40～65wt％左右，这三种二聚物的解聚产物环戊二烯(CPD)和甲基环戊二烯(MCPD)经加氢后可得到环戊烷及甲基环戊烷。环戊烷是一种性能优异的发泡剂，是制造无氟制冷设备重要的原材料，甲基环戊烷可用做溶剂及色谱分析的标准物质，也用于有机合成，是一种用途广泛的化工中间体。因此，通过解聚分离得到CPD和MCPD，并进一步通过加氢反应制备环戊烷和甲基环戊烷，不失为C9～C10馏分一种理想的利用途径。在由C9～C10馏分制取环戊烷和甲基环戊烷的整个工艺过程中，解聚分离得到高纯度的CPD和MCPD是最终获得高质量环戊烷及甲基环戊烷的关键。现有技术中已有多种用于从C9～C10馏分中提取CPD和MCPD的方法推出，如美国专利US 4,522,688、中国专利申请200710115023.7。已有方法尽管流程有所差异，但其共同点是先将C9～C10馏分中的三种二聚物解聚为CPD和MCPD，然后通过精馏从解聚产物中分离出纯度较高的CPD、MCPD。解聚过程一般在解聚精馏塔中进行，解聚精馏塔本质上是一种上部带有精馏分离装置的解聚反应釜，或者说是底部为解聚反应器的精馏塔，解聚反应产物以气态直接上升至上部的精馏塔进行精馏分离。现有技术典型的可见附图1，它展示了美国专利US 4,522,688中解聚以及随后进行的CPD、MCPD精馏分离部分的流程。C9～C10馏分W1先在解聚精馏塔1中进行解聚精馏，塔顶馏出物料W2为CPD和MCPD以及沸点与之相近物质的混合物，该混合物随后依次通过CPD精馏塔2和MCPD精馏塔3进行精馏分离。CPD精馏塔2的塔顶获得CPD成品W4，其塔釜物料W5经MCPD精馏塔3精馏后于塔顶获得MCPD成品W6。已有方法存在明显的缺陷，在精馏分离过程中，随着CPD和MCPD浓度的提高，二聚反应发生的概率急剧增加，特别是MCPD经历流程较长，二聚产物更多。为了减少物料的损耗，通常解决的办法是CPD精馏塔和MCPD精馏塔累积产生的二聚物随MCPD精馏塔3的塔釜物料W7返回解聚精馏塔。然而这导致了单程产率降低，且物料的反复循环使二聚物进一步热聚成为多聚物，多聚物在解聚精馏塔1的工艺条件下无法完成解聚，最终将作为废料随解聚精馏塔1的塔釜物料W3排出***。

另外，C9～C10馏分中通常还存在一定数量的C6、C7组分，如亚甲基环戊烯和甲苯，一般前者含量可达到0.5～1.0wt.％，后者含量可达到3.0～5.0wt.％。这些C6、C7组分的沸点与MCPD比较接近，而为了减少二聚反应的发生，精馏过程要求以较低的回流比操作，且精馏塔也不宜采用较多的理论塔板数，这使得MCPD无法与C6、C7组分很好地实现分离，现有的方法难以得到高纯度的MCPD，其纯度通常最高仅为95wt.％，而MCPD加氢成甲基环戊烷后沸点与C6、C7组分更为接近，分离更困难。因此，通常的做法是先将MCPD二聚成DMCPD后利用DMCPD与C6、C7组分的沸点差再通过精馏进行提纯，然后再解聚得到高纯度的MCPD作为加氢原料，整个工艺过程非常复杂。

发明内容

本发明提供了一种环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，它以石油裂解制乙烯副产的C9～C10馏分为原料，通过解聚、精馏分离和加氢等过程获得环戊烷及甲基环戊烷产品，所要解决的技术问题是减少解聚和精馏分离过程二聚物的产生并直接获得高纯度的MCPD，以提高产物的收率并免去MCPD在加氢前原料的提纯。

以下是本发明解决上述技术问题具体的技术方案：

一种环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，该方法以石油裂解制乙烯副产的C9～C10馏分为原料。其过程包括：

1)原料在精馏塔中进行减压精馏分离，塔顶得富集双环戊二烯的物料，塔釜得富集双甲基环戊二烯的物料。塔釜温度为115～125℃，塔顶温度为80～90℃，塔顶压力为-80～-90KPaG，回流比为3～10；

2)过程1)得到的塔顶物料进入解聚精馏塔进行解聚精馏，塔顶得环戊二烯。塔釜的解聚反应温度为180～230℃，塔顶温度为40～45℃，塔顶压力为0～10KPaG，回流比为1～5；

3)过程1)得到的塔釜物料进入解聚精馏塔进行解聚精馏，塔顶得环戊二烯。精馏段温度为70～75℃处侧线得甲基环戊二烯，塔釜的解聚反应温度为180～230℃，塔顶温度为40～45℃，塔顶压力为0～10KPaG，回流比为1～5；

4)过程2)和3)得到的环戊二烯在催化剂的存在下通过加氢反应制得环戊烷产品，催化剂为负载型催化剂，以金属Pd为活性组分，以γ-Al₂O₃或活性炭为载体；

5)过程3)得到的甲基环戊二烯在催化剂的存在下通过加氢反应制得甲基环戊烷产品，催化剂为负载型催化剂，以金属Pd为活性组分，以γ-Al₂O₃或活性炭为载体。

上述过程1)所述的塔釜温度最好为120～125℃；塔顶温度最好为85～90℃；回流比最好为5～8。

上述过程2)所述的解聚反应温度最好为180～210℃；塔顶温度为41～43℃；回流比最好为1～3。

上述过程3)所述的解聚反应温度最好为180～210℃；塔顶温度最好为41～43℃；最好于精馏段温度为71～73℃处侧线得精甲基环戊二烯；回流比最好为1～3。

上述4)和5)所述的加氢反应可以采用本领域熟知的方法进行，可以为连续或间歇的工艺，采用连续的工艺应在溶剂的存在下进行，以有效地移走反应热。以下是本发明所推荐的，其操作工艺较为简单：

过程4)所述的加氢反应采用间歇的方式进行，反应温度为30～80℃，最好为50～70℃，氢气压力为0.3～2.0MPaG，最好为0.8～1.2MPaG，反应时间为80～200min，最好为100～150min。所述的催化剂以γ-Al₂O₃为载体，催化剂上金属Pd的含量为0.2～1.0wt.％，以重量比计，催化剂的用量为催化剂∶环戊二烯＝1∶(15～30)，最好为催化剂∶环戊二烯＝1∶(20～25)。

过程5)所述的加氢反应采用间歇的方式进行，反应温度为50～100℃，最好为60～80℃，氢气压力为0.3～2.0MPaG，最好为0.8～1.2MPaG，反应时间为80～200min，最好为100～150min。所述的催化剂以γ-Al₂O₃为载体，催化剂上金属Pd的含量为0.2～1.0wt.％，以重量比计，催化剂的用量为催化剂∶甲基环戊二烯＝1∶(15～30)，最好为催化剂∶甲基环戊二烯＝1∶(20～25)。

本发明的技术关键是首先将C9～C10馏分进行减压精馏，使DCPD和DMCPD实现分离，然后将减压精馏得到的富集DCPD的塔顶物料和富集DMCPD的塔釜物料在两个解聚精馏塔中分别进行解聚精馏。减压精馏的操作原则是确保DCPD的纯度使塔顶物料不含DMCPD，以及使塔釜物料不含C6和C7组分。DCPD与DMCPD有着较高的沸点差以及C6、C7组分的沸点低于DCPD，该操作原则的实现并不困难。在解聚精馏塔中，塔釜进行解聚反应，解聚产物直接以气态上升至精馏段进行精馏精制，精馏过程不需要额外的提馏段实现物料的气化，这使得解聚产物发生二聚反应的概率大为减少，而即使在精馏段产生的二聚物也会直接返回塔釜重新解聚。二聚物在***中的历经流程极短，这显然有利于避免多聚物的产生。另一方面，通过过程1)的减压精馏，将C6、C7组分切割至富集DCPD的物料，先实现C6、C7组分与DMCPD的分离。而DCPD解聚后，CPD与C6、C7组分的物质有着较大的沸点差，因此在DCPD的解聚精馏塔中能非常容易地实现CPD与C6、C7组分的分离。利用C6、C7组分与DMCPD有较高的沸点差先实现C6、C7组分与DMCPD的分离，然后利用C6、C7组分与CPD有较高的沸点差再实现C6、C7组分与CPD的分离，这就是解决现有技术无法直接获得高纯度MCPD这一技术问题的关键所在。

与现有技术相比，本发明的优点在于解聚产物精馏分离过程二聚反应大为减少，解聚和精馏分离过程基本不存在循环物料，避免了多聚物的生成，最终使得产品收率得以提高；解聚及解聚产物精馏分离部分的流程改进还解决了C6、C7组分与MCPD分离困难的矛盾，解聚产物分离后直接得到高纯度的MCPD，免去了MCPD在加氢前原料的提纯。

附图1是现有技术典型的解聚及解聚产物精馏分离部分工艺流程示意图；附图2是本发明的解聚及解聚产物精馏分离部分工艺流程示意图。

下面将通过具体的实施例对本发明作进一步的描述，由于本发明CPD和MCPD的加氢反应部分与现有技术基本相同，因此实施例将注重解聚及解聚产物精馏分离过程工艺操作数据的例举。

具体实施方式

一、解聚及解聚产物的精馏分离

【实施例1～10】

实施例1～10的工艺流程见附图2，原料C9～C10馏分W1首先进入精馏塔1进行减压精馏分离，精馏塔1的理论塔板数为25，塔顶得富集DCPD的物料W2，塔釜得富集DMCPD的物料W3。精馏塔1的塔顶物料W2进入解聚精馏塔2进行解聚精馏，解聚精馏塔2的理论塔板数为15，塔顶得CPD成品W4，塔釜定期排放重组分杂质W5。精馏塔1的塔釜物料W3进入解聚精馏塔3进行解聚精馏，解聚精馏塔3的理论塔板数为20，塔顶得CPD成品W6，精馏段温度为70～75℃处侧线得MCPD成品W7，塔釜定期排放重组分杂质W8。得到的CPD和MCPD成品于-20～-15℃温度下低温保存备用。

原料W1为石油裂解制乙烯副产的C9～C10馏分，主要组成见表1。

各实施例精馏塔1、解聚精馏塔2和解聚精馏塔3的工艺操作条件分别见表2、3和4，CPD和MCPD的单程收率、纯度见表5。

解聚及解聚产物精馏分离过程单程收率的定义为：

表1.

表2.

表3.

表4.

表5.

*CPD单程收率中的CPD产出量为解聚精馏塔2、3的合计量。

二、CPD及MCPD的加氢反应

【实施例11～18】

等量地取实施例1～10得到的CPD和MCPD分别混合，得到纯度为99.0％的CPD原料和纯度为98.6％的MCPD原料。

在有效容积为2L、装有搅拌和冷却夹套的间歇反应釜中采用间歇工艺进行加氢反应制备环戊烷和甲基环戊烷。原料按反应釜有效容积的60％投料，按所需量加入催化剂。催化剂以平均粒径为3mm的颗粒状γ-Al₂O₃为载体，负载活性组分金属Pd。先后用氮气和氢气吹扫反应釜内各三次，以赶净釜内空气。通入氢气，开动搅拌，维持釜内氢气压力和反应物料温度，至设定的反应时间后结束反应，反应物冷却至常温出料过滤除去催化剂。各实施例采用的催化剂活性组分Pd含量、加氢反应工艺操作条件见表6和表7，其中表6为CPD加氢制环戊烷，表7为MCPD加氢制甲基环戊烷。

加氢产物用气相色谱法进行组成分析，计算加氢反应产品收率及加氢产物中环戊烷或甲基环戊烷的含量，结果见表8。

环戊烷或甲基环戊烷的产品收率定义为：

表6.

*：催化剂用量为催化剂∶环戊二烯

表7.

*：催化剂用量为催化剂∶甲基环戊二烯

表8.

由表8可见，将加氢产物直接作为环戊烷或甲基环戊烷产品，纯度达到97wt.％以上，已能满足大多数用途的要求。

Claims

1.一种环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，该方法以石油裂解制乙烯副产的C9～C10馏分为原料，其过程包括：

1)原料在精馏塔中进行减压精馏分离，塔顶得富集双环戊二烯的物料，塔釜得富集双甲基环戊二烯的物料，塔釜温度为115～125℃，塔顶温度为80～90℃，塔顶压力为-80～-90KPaG，回流比为3～10；

2)过程1)得到的塔顶物料进入解聚精馏塔进行解聚精馏，塔顶得环戊二烯，塔釜的解聚反应温度为180～230℃，塔顶温度为40～45℃，塔顶压力为0～10KPaG，回流比为1～5；

3)过程1)得到的塔釜物料进入解聚精馏塔进行解聚精馏，塔顶得环戊二烯，精馏段温度为70～75℃处侧线得甲基环戊二烯，塔釜的解聚反应温度为180～230℃，塔顶温度为40～45℃，塔顶压力为0～10KPaG，回流比为1～5；

2.根据权利要求1所述的环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，其特征在于过程1)所述的塔釜温度为120～125℃，塔顶温度为85～90℃。

3.根据权利要求1所述的环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，其特征在于过程1)所述的回流比为5～8。

4.根据权利要求1所述的环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，其特征在于过程2)所述的解聚反应温度为180～210℃，塔顶温度为41～43℃。

5.根据权利要求1所述的环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，其特征在于过程2)所述的回流比为1～3。

6.根据权利要求1所述的环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，其特征在于过程3)所述的解聚反应温度为180～210℃，塔顶温度为41～43℃。

7.根据权利要求1所述的环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，其特征在于过程3)所述的精馏段温度为71～73℃处侧线得精甲基环戊二烯。

8.根据权利要求1所述的环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，其特征在于过程3)所述的回流比为1～3。

9.根据权利要求1所述的环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，其特征在于过程4)所述的加氢反应采用间歇的方式进行，反应温度为30～80℃，氢气压力为0.3～2.0MPaG，反应时间为80～200min，所述的催化剂以γ-Al₂O₃为载体，催化剂上金属Pd的含量为0.2～1.0wt.％，以重量比计，催化剂的用量为催化剂∶环戊二烯＝1∶(15～30)。

10.根据权利要求9所述的环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，其特征在于所述的反应温度为50～70℃，氢气压力为0.8～1.2MPaG，反应时间为100～150min，以重量比计，催化剂的用量为催化剂∶环戊二烯＝1∶(20～25)。

11.根据权利要求1所述的环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，其特征在于过程5)所述的加氢反应采用间歇的方式进行，反应温度为50～100℃，氢气压力为0.3～2.0MPaG，反应时间为80～200min，所述的催化剂以γ-Al₂O₃为载体，催化剂上金属Pd的含量为0.2～1.0wt.％，以重量比计，催化剂的用量为催化剂∶甲基环戊二烯＝1∶(15～30)。

12.根据权利要求11所述的环戊烷及甲基环戊烷的制备方法，其特征在于所述的反应温度为60～80℃，氢气压力为0.8～1.2MPaG，反应时间为100～150min，以重量比计，催化剂的用量为催化剂∶甲基环戊二烯＝1∶(20～25)。