RU2637922C2 - Способ алкилирования изобутана в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора - Google Patents

Способ алкилирования изобутана в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора Download PDF

Info

Publication number
RU2637922C2
RU2637922C2 RU2016121884A RU2016121884A RU2637922C2 RU 2637922 C2 RU2637922 C2 RU 2637922C2 RU 2016121884 A RU2016121884 A RU 2016121884A RU 2016121884 A RU2016121884 A RU 2016121884A RU 2637922 C2 RU2637922 C2 RU 2637922C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
isobutane
reactor
liquid
max
reaction
Prior art date
Application number
RU2016121884A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016121884A (ru
Inventor
Саламбек Наибович Хаджиев
Ильяс Магамедович Герзелиев
Наталья Владимировна Окнина
Алексей Евгеньевич Кузьмин
Заур Алаудинович Саитов
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Электрогорский институт нефтепереработки" (ПАО "ЭлИНП")
Акционерное общество "Газпромнефть-Московский НПЗ" (АО "Газпромнефть-МНПЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Электрогорский институт нефтепереработки" (ПАО "ЭлИНП"), Акционерное общество "Газпромнефть-Московский НПЗ" (АО "Газпромнефть-МНПЗ" filed Critical Публичное акционерное общество "Электрогорский институт нефтепереработки" (ПАО "ЭлИНП")
Priority to RU2016121884A priority Critical patent/RU2637922C2/ru
Publication of RU2016121884A publication Critical patent/RU2016121884A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2637922C2 publication Critical patent/RU2637922C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/54—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by addition of unsaturated hydrocarbons to saturated hydrocarbons or to hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring with no unsaturation outside the aromatic ring
    • C07C2/56—Addition to acyclic hydrocarbons
    • C07C2/58—Catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу алкилирования изобутана в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора бутилены подают на каждый слой катализатора, а изобутан, взятый в избытке, в верхнюю часть реактора, проводят реакцию алкилирования, отделяют и возвращают на рецикл непрореагировавпшй изобутан и выводят полученный алкилбензин. Температуру и давление выбирают так, чтобы пары изобутана находились в состоянии насыщения, а дополнительное испарение жидкости в реакторе под действием тепла реакции обеспечивало изотермические условия процесса алкилирования. Жидкость стекает свободно без барботирования под действием силы тяжести при объемной скорости, составляющей не более Wmax, равного
Figure 00000017
,
и не менее Wmin, равного
Figure 00000018
,
где D - сечение слоя катализатора, м, ε - порозность слоя катализатора, εг - паросодержание в реакторе в условиях проведения реакции, ρж - плотность жидкости на входе в реактор, кг/м3, ρг - плотность паров в реакторе в условиях проведения реакции, кг/м3, - максимальная линейная скорость свободно стекающей жидкости Umax, м/с, рассчитываемая исходя из системы уравнений
Figure 00000019
,
Figure 00000020
,
где Н - высота слоя катализатора, м, g - ускорение свободного падения, м/с2, Δрпот - потерянный напор, Па, dp - средний диаметр частицы катализатора, м, μ - вязкость жидкости, Па/с. Минимальная линейная скорость свободно стекающей жидкости Umin, м/с равна
Figure 00000021
, где Ga - критерий Галилея, определяемый по формуле:
Figure 00000022
, μ - динамическая вязкость жидкости, Па/с, ρж - плотность, г/м3; dp - средний диаметр частицы катализатора, м. Технический результат: повышение стабильности процесса при сохранении высокой активности катализатора в течение длительного времени. 1 ил., 1 табл., 7 ил.

Description

Изобретение относится к области каталитической химии и может быть использовано при алкилировании изобутана олефинами, в частности бутиленами.
Известно применение трехфазных каталитических реакторов во множестве химических процессов, в том числе нефтехимической промышленности. Трехфазные реакторы, в которых жидкую фазу подают сверху вниз, могут действовать в различных режимах.
Режим орошения или струйный режим, когда жидкость струится вниз в виде тонких пленок, обычно устанавливается при низких скоростях подачи жидкости и в то же время сравнительно низких скоростях газа, направляемого непрерывно сверху вниз. С ростом скорости подачи газа и с сохранением сравнительно низкой скорости подачи жидкости получают капельный режим. Если же оставляют сравнительно низкой скорость подачи газа и значительно повышают скорость подачи жидкости, то аппарат оказывается в пузырьковом (барботажном) режиме. При одновременном повышении скоростей подачи обеих фаз получают пульсирующий режим. Эти режимы характеризуются сильно различающимися гидродинамическими параметрами, которые, в частности, влияют на процессы массообмена, определяют степень превращения и селективности реакций, которые протекают в трехфазных реакторах (см. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Т. B4, с. 309-320).
Наиболее часто при работе трехфазных реакторов происходит барботирование газа через поток жидкости, что приводит к перегреву и сокращению срока службы катализатора, а также не позволяет достигнуть высокой селективности процесса.
Известен способ проведения гетерогенных реакций, преимущественно гидрогенизации и окисления, в системе "газ-жидкость" в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора, где достигают стекания жидкости пленкой и устраняют перегрев за счет того, что частицы гетерогенного катализатора размещены на структурированной насадке из пластин или слоев металла таким образом, что образуют промежутки, в которых отношение гидравлического диаметра для потока жидкости через насадку к эквивалентному диаметру частиц катализатора находится в пределах 2-20, а частицы катализатора, введенные в эти промежутки, свободно распределяются в них, опустившись под действием силы тяжести (см. US 2003/106837 Al, С07С 5/02, 12.06.2003).
Недостатки данного способа состоят в том, что он требует специального изготовления и установления в реакторе металлических насадок определенной формы, в связи с чем является трудоемким, металлоемким и неэкономичным.
Известен также способ осуществления химических реакций, а именно алкилирования ароматических углеводородов олефинами С2-С4, в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора, где жидкость падает в пространство между частицами катализатора в струйном режиме без барботирования, что обеспечивается соблюдением условий, определяемых по формулам:
Figure 00000001
Figure 00000002
где ρl, ρg, ρair, ρwater - плотности жидких ароматических углеводородов, олефинов, воздуха и воды, кг/м3;
σ, σwater - поверхностные натяжения ароматических углеводородов и воды, Н/м;
ul, ug - приведенные скорости потоков ароматических углеводородов и олефинов, м/с, соответственно (см. ЕР 0776876 А, С07С 15/02, 04.06.1997).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ алкилирования изобутана олефинами, в том числе бутиленами, в каталитическом трехфазном реакторе при температуре 40-100°С и повышенном давлении, в котором изобутан подают в верхнюю секцию реактора и последовательно пропускают через все секции с катализатором, а олефинсодержащее сырье подают в секции с катализатором параллельными потоками, каждый из которых смешивают с потоком алкилируюмого агента (соотношение изобутан : олефины 1:(10-200)). Углеводородный поток, содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции, разделяют на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана за счет тепла реакции или подвода тепла извне, и жидкостной, представляющий собой продукты реакции. Паровой поток затем конденсируют и направляют на рецикл. Благодаря такому приему процесс проходит в равновесной системе пар-жидкость, что обеспечивает примерно одинаковую температуру по всей высоте реактора (изотермические условия). Давление соответствует давлению насыщенных паров реагирующей смеси, в том числе взятого в избытке изобутана, при температуре реакции (Авторское свидетельство СССР №1076423 А1, кл. С07С 9/00, 28.02.1984).
Недостатком предложенного способа является то, что в реакторе происходит барботирование газа через поток жидкости, что приводит к неустойчивости потока и, следовательно, ускоренному падению активности катализатора, а также нестабильности процесса в целом.
Задача изобретения - сохранение стабильной активности катализатора во время цикла реакции и повышение стабильности процесса алкилирвоания изобутана бутиленами.
Для решения этой задачи в способе алкилирования изобутана в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора подачу бутиленов на каждый слой катализатора и изобутана, взятого в избытке по отношению к бутиленам, в верхнюю часть реактора, проведение реакции алкилирования при температуре и давлении, которые выбирают так, чтобы пары изобутана находились в состоянии насыщения, а дополнительное испарение жидкости в реакторе под действием тепла реакции обеспечивало изотермические условия процесса алкилирования, отделение и возвращение на рецикл непрореагировавшего изобутана и вывод полученного алкилбензина, жидкость стекает свободно без барботирования под действием силы тяжести при объемной скорости, составляющей
не более значения Wmax, равного
Figure 00000003
,
и не менее значения Wmin, равного
Figure 00000004
,
где Wmax - максимальная объемная скорость стекающей жидкости, м3/с,
где Wmin - минимальная объемная скорость стекающей жидкости, м3/с,
D - внутренний диаметр реактора, м,
ε - порозность слоя катализатора,
εг - паросодержание в реакторе в условиях проведения реакции,
ρж - плотность жидкости на входе в реактор, кг/м3,
ρг - плотность паров в реакторе в условиях проведения реакции, кг/м3,
Umax - максимальная линейная скорость свободно стекающей жидкости, м/с, рассчитываемая исходя из системы уравнений:
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
где Н - высота слоя катализатора, м,
g - ускорение свободного падения, м/с2,
Δрпот - потерянный напор, Па,
dp - средний диаметр частицы катализатора, м,
μ - динамическая вязкость жидкости, Па/с,
Umin - минимальная линейная скорость свободно стекающей жидкости, м/с, равная
Figure 00000007
,
где Ga - критерий Галилея, определяемый по формуле:
Figure 00000008
,
(см. El-Hisnavi А.А., Dudukovic М.Р., Mills P.L. / ASC Symp. Series, 1982, v. 196, p. 431).
Реакция должна протекать в изотермических условиях, что достигается не только испарением жидкости, но и тем, что пары компонента, взятого в избытке, при конденсации на внутренней стенке реактора передают тепловую энергию внешнему теплоносителю или воздуху.
Для того чтобы исключить барботирование, объемная скорость жидкости должна быть не более объемной скорости начала захлебывания Объемная скорость начала захлебывания, которую принимают как максимальную объемную скорость стекающей жидкости, Wmax - такое ее значение, которое равно произведению линейной скорости свободного стекания на полное сечение свободного объема в неподвижном слое катализатора.
Выражение для объемной скорости начала захлебывания Wmax (1) учитывает то, что, во-первых, свободное сечение, через которое проходит жидкость, уменьшается на относительную величину εг (предполагается, что варьирование объемного расхода на εг пренебрежимо мало или парообразование регулируют таким образом, чтобы εг поддерживалось постоянным), во-вторых, в формулу входит не общий объемный расход жидкости, a W - расход той жидкости, которая остается после парообразования в пространстве реактора, который можно определить через материальный баланс потоков
Figure 00000009
,
Wж - общий расход жидкости, м3/с.
Плотность пара можно определить по закону идеального газа. Формулу (1) можно использовать и в случае, когда паросодержание равно 0. Эта же зависимость может быть выражена и через минимальный диаметр реактора
Figure 00000010
где U - линейная скорость свободно стекающей жидкости, м/с.
Зависимости диаметра реактора от скорости захлебывания для изобутана при разных диаметрах частиц катализатора отражена на фиг. 1.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
В верхнюю часть шестисекционного реактора с неподвижным гранулированным слоем катализатора, представляющего собой цилиндрики цеолита Y в РЗЭНСа-форме высотой 5 мм и диаметром 5 мм, подают алкилируемый компонент (изобутан). Бутилены (олефины) подают шестью параллельными потоками на каждый слой катализатора через устройства, обеспечивающие хорошее смешение потока углеводорода (продуктов реакции алкилирования вместе с неиспарившимся изобутаном), выходящих из предыдущего слоя, и потока бутиленов. Температуру в зоне реакции держат 90°С, давление 1,6 МПа, что соответствует равновесному состоянию пар-жидкость углеводородной смеси. Пары изобутана при этом находятся в состоянии насыщения.
Количественное соотношение потоков устанавливают таким образом, что в целом по реактору расчетное соотношение изобутан : бутилены составляет 6:1, то есть изобутан берут в избытке. Выделяющееся тепло реакции снимают за счет испарения избыточного изобутана в каждой секции, что обеспечивает изотермические условия процесса.
Объемную скорость стекающей жидкости выбирают так, чтобы она составляла не менее Wmin и не более Wmax.
Значения Wmin и Wmax предварительно рассчитывают по формулам (1) ÷(6). В этом и следующих экспериментах значения Wmin и Wmax были рассчитаны по этим формулам с помощью компьютерной программы - в редакторе «Microsoft Excel».
Жидкость стекает свободно под действием силы тяжести. При поддержании скорости жидкости в рассчитанном интервале барботирования не наблюдается.
Углеводородный поток, на выходе из реактора содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции, разделяют на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана, который затем конденсируют и направляют на рецикл, и жидкостной, представляющий собой продукты реакции – алкилбензин, который выводят из реакционной системы.
Сконденсировавшийся изобутан в виде рециркулята (орошения) смешивают со свежим потоком изобутана и подают в реакционную зону, а именно в слой катализатора. При этом увеличивается кратность циркуляции изобутана, и фактическое соотношение изобутан:бутены на входе в каждый слой катализатора составляет (70-75):1 при общем соотношении по реактору 6:1.
Реакцию проводят в течение 24 ч.
Выход алкилбензина на пропущенные бутилены составляет 195% масс.
Октановое число по моторному методу в чистом виде составляет - 93,6 пунктов.
Показатели процесса приведены в таблице 1.
Пример 2
В верхнюю часть шестисекционного реактора с неподвижным гранулированным слоем катализатора, представляющего собой цилиндрики цеолита X в РЗЭНСа-форме высотой 5 мм и диаметром 5 мм, подают алкилируемый компонент (изобутан). Бутилены (олефины) подают шестью параллельными потоками на каждый слой катализатора через устройства, обеспечивающие хорошее смешение потока углеводорода (продуктов реакции алкилирования вместе с неиспарившимся изобутаном), выходящих из предыдущего слоя, и потока бутена-1. Температуру в зоне реакции держат 80°С, давление (1,32 МПа), что соответствует равновесному состоянию пар-жидкость углеводородной смеси. Пары изобутана при этом находятся в состоянии насыщения. Количественное соотношение потоков устанавливают таким образом, что в целом по реактору расчетное соотношение изобутан : бутилены составляет 6:1, то есть изобутан берут в избытке. Выделяющееся тепло реакции снимают за счет испарения избыточного изобутана в каждой секции, что обеспечивает изотермические условия процесса.
Объемную скорость стекающей жидкости выбирают так, чтобы она составляла не менее Wmin и не более Wmax.
Значения Wmin и Wmax предварительно рассчитывают по формулам (1)÷(6). Жидкость стекает свободно под действием силы тяжести. При поддержании скорости жидкости в рассчитанном интервале барботирования не наблюдается.
В углеводородный поток, на выходе из реактора, содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции, вводят дополнительное тепло за счет подачи пара через змеевик таким образом, чтобы разделить продукты реакции на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана, который затем конденсируют и направляют на рецикл, и жидкостной, представляющий собой продукты реакции – алкилбензин, который выводят из реакционной системы. При этом увеличивается кратность циркуляции изобутана, и фактическое соотношение изобутан:бутен-1 на входе в каждый слой катализатора составляет 1000:1 при общем соотношении по реактору 6:1. Реакцию проводят в течение 52 ч.
Выход алкилбензина на пропущенные бутилены составляет 204% масс.
Октановое число по моторному методу в чистом виде составляет - 95,2 пунктов.
Качество продуктов приведено в таблице 1.
Пример 3
В верхнюю часть четырехсекционного реактора с неподвижным гранулированным слоем катализатора, представляющего собой экструдаты алюмоциркониевого катализатора диаметром 2,5 мм и длиной 3 мм, подают алкилируемый компонент (изобутан). Бутилены (олефины) подают четырьмя параллельными потоками на каждый слой катализатора через устройства, обеспечивающие хорошее смешение потока углеводорода (продуктов реакции алкилирования вместе с неиспарившимся изобутаном), выходящих из предыдущего слоя, и потока бутена-1. Температуру в зоне реакции держат 40°С, давление (0,60 МПа), что соответствует равновесному состоянию пар-жидкость углеводородной смеси. Пары изобутана при этом находятся в состоянии насыщения. Количественное соотношение потоков устанавливают таким образом, что в целом по реактору расчетное соотношение изобутан:бутилены составляет 6:1, то есть изобутан берут в избытке. Выделяющееся тепло реакции снимают за счет испарения избыточного изобутана в каждой секции, что обеспечивает изотермические условия процесса.
Объемную скорость стекающей жидкости выбирают так, чтобы она составляла не менее Wmin и не более Wmax.
Значения Wmin и Wmax предварительно рассчитывают по формулам (1)÷(6). Жидкость стекает свободно под действием силы тяжести. При поддержании скорости жидкости в рассчитанном интервале барботирования не наблюдается.
В углеводородный поток, на выходе из реактора, содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции, вводят дополнительное тепло за счет подачи пара через змеевик таким образом, чтобы разделить продукты реакции на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана, который затем конденсируют и направляют на , и жидкостной, представляющий собой алкилбензин, который выводят из реакционной системы. При этом увеличивается кратность циркуляции изобутана, и фактическое соотношение изобутан:бутен-1 на входе в каждый слой катализатора составляет 200:1 при общем соотношении по реактору 6:1.
Реакцию проводят в течение 36 ч.
Выход алкилбензина на пропущенные бутилены составляет 200% масс.
Октановое число по моторному методу в чистом виде составляет 93,9 пунктов.
Качество продуктов приведено в таблице 1.
Пример 4
В верхнюю часть восьмисекционного реактора с неподвижным гранулированным слоем катализатора, представляющего собой экструдаты цеолита Y в РЗЭНСа-форме диаметром 1,2 мм и длиной 3 мм, подают алкилируемый компонент (изобутан). Бутилены (олефины) подают восемью параллельными потоками на каждый слой катализатора через устройства, обеспечивающие хорошее смешение потока углеводорода (продуктов реакции алкилирования вместе с неиспарившимся изобутаном), выходящих из предыдущего слоя, и потока бутена-1. Температуру в зоне реакции держат 60°С, давление (0,85 МПа), что соответствует равновесному состоянию пар-жидкость углеводородной смеси. Пары изобутана при этом находятся в состоянии насыщения.
Количественное соотношение потоков устанавливают таким образом, что в целом по реактору расчетное соотношение изобутан:бутилены составляет 6:1, то есть изобутан берут в избытке. Выделяющееся тепло реакции снимают за счет испарения избыточного изобутана в каждой секции, что обеспечивает изотермические условия процесса.
Объемную скорость стекающей жидкости выбирают так, чтобы она составляла не менее Wmin и не более Wmax.
Значения Wmin и Wmax предварительно рассчитывают по формулам (1)÷(6). Жидкость стекает свободно под действием силы тяжести. При поддержании скорости жидкости в рассчитанном интервале барботирования не наблюдается.
В углеводородный поток, на выходе из реактора, содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции, вводят дополнительное тепло за счет подачи пара через змеевик таким образом, чтобы разделить продукты реакции на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана, который затем конденсируют и направляют на рецикл и жидкостной, представляющий собой продукты реакции – алкилбензин, который выводят из реакционной системы. При этом увеличивается кратность циркуляции изобутана, и фактическое соотношение изобутан:бутен-1 на входе в каждый слой катализатора составляет 250:1 при общем соотношении по реактору 6:1.
Реакцию проводят в течение 36 ч.
Выход алкилбензина на пропущенные бутилены составляет 200% масс.
Октановое число по моторному методу в чистом виде составляет - 94,0 пунктов.
Качество продуктов приведено в таблице 1.
Пример 5
В верхнюю часть двухсекционного реактора с неподвижным гранулированным слоем катализатора, представляющего собой экструдаты цеолита X в Pd-РЗЭНСа-форме диаметром 2,0 мм и длиной 3 мм, подают алкилируемый компонент (изобутан). Бутилены (олефины) подают двумя параллельными потоками на каждый слой катализатора через устройства, обеспечивающие хорошее смешение потока углеводорода (продуктов реакции алкилирования вместе с неиспарившимся изобутаном), выходящих из предыдущего слоя, и потока бутена-1. Температуру в зоне реакции держат 90°С, давление (1,62 МПа), что соответствует равновесному состоянию пар-жидкость углеводородной смеси. Пары изобутана при этом находятся в состоянии насыщения. Количественное соотношение потоков устанавливают таким образом, что в целом по реактору расчетное соотношение изобутан:бутилены составляет 6:1, то есть изобутан берут в избытке. Выделяющееся тепло реакции снимают за счет испарения избыточного изобутана в каждой секции, что обеспечивает изотермические условия процесса.
Объемную скорость стекающей жидкости выбирают так, чтобы она составляла не менее Wmin и не более Wmax.
Значения Wmin и Wmax предварительно рассчитывают по формулам (1)÷(6). Жидкость стекает свободно под действием силы тяжести. При поддержании скорости жидкости в рассчитанном интервале барботирования не наблюдается.
В углеводородный поток, на выходе из реактора, содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции, вводят дополнительное тепло за счет подачи пара через змеевик таким образом, чтобы разделить продукты реакции на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана, который затем конденсируют и направляют на рецикл, и жидкостной, представляющий собой продукты реакции – алкилбензин, который выводят из реакционной системы. При этом увеличивается кратность циркуляции изобутана, и фактическое соотношение изобутан:бутен-1 на входе в каждый слой катализатора составляет 100:1 при общем соотношении по реактору 6:1.
Реакцию проводят в течение 28 ч.
Выход алкилбензина на пропущенные бутилены составляет 198% масс.
Октановое число по моторному методу в чистом виде составляет - 93,7 пунктов.
Качество продуктов приведено в таблице 1.
Пример 6
В верхнюю часть десятисекционного реактора с неподвижным гранулированным слоем катализатора, представляющего собой экструдаты цеолита X в Ni-РЗЭНСа-форме диаметром 2,5 мм и длиной 3 мм, подают алкилируемый компонент (изобутан). Бутилены (олефины) подают десятью параллельными потоками на каждый слой катализатора через устройства, обеспечивающие хорошее смешение потока углеводорода (продуктов реакции алкилирования вместе с неиспарившимся изобутаном), выходящих из предыдущего слоя, и потока бутена-1. Температуру в зоне реакции держат 100°С, давление (1,70 МПа), что соответствует равновесному состоянию пар-жидкость углеводородной смеси. Пары изобутана при этом находятся в состоянии насыщения. Количественное соотношение потоков устанавливают таким образом, что в целом по реактору расчетное соотношение изобутан : бутилены составляет 6:1, то есть изобутан берут в избытке. Выделяющееся тепло реакции снимают за счет испарения избыточного изобутана в каждой секции, что обеспечивает изотермические условия процесса.
Объемную скорость стекающей жидкости выбирают так, чтобы она составляла не менее Wmin и не более Wmax.
Значения Wmin и Wmax предварительно рассчитывают по формулам (1)÷(6). Жидкость стекает свободно под действием силы тяжести. При поддержании скорости жидкости в рассчитанном интервале барботирования не наблюдается.
В углеводородный поток, на выходе из реактора, содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции вводят дополнительное тепло за счет подачи пара через змеевик таким образом, чтобы разделить продукты реакции на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана, который затем конденсируют и направляют на рецикл и жидкостной, представляющий собой продукты реакции – алкилбензин, который выводят из реакционной системы. При этом увеличивается кратность циркуляции изобутана, и фактическое соотношение изобутан:бутен-1 на входе в каждый слой катализатора составляет 500:1 при общем соотношении по реактору 6:1.
Реакцию проводят в течение 46 ч.
Выход алкилбензина на пропущенные бутилены составляет 204% масс.
Октановое число по моторному методу в чистом виде составляет 94,5 пунктов.
Качество продуктов приведено в таблице 1.
Пример 7
В верхнюю часть трехсекционного реактора с неподвижным гранулированным слоем катализатора, представляющего собой экструдаты цеолита Y в Pt-РЗЭНСа-форме диаметром 1,6 мм и длиной 3 мм, подают алкилируемый компонент (изобутан). Бутилены (олефины) подают тремя параллельными потоками на каждый слой катализатора через устройства, обеспечивающие хорошее смешение потока углеводорода (продуктов реакции алкилирования вместе с неиспарившимся изобутаном), выходящих из предыдущего слоя, и потока бутена-1. Температуру в зоне реакции держат 80°С, давление (1,32 МПа), что соответствует равновесному состоянию пар-жидкость углеводородной смеси. Пары изобутана при этом находятся в состоянии насыщения. Количественное соотношение потоков устанавливают таким образом, что в целом по реактору расчетное соотношение изобутан : бутилены составляет 6:1, то есть изобутан берут в избытке. Выделяющееся тепло реакции снимают за счет испарения избыточного изобутана в каждой секции, что обеспечивает изотермические условия процесса.
Объемную скорость стекающей жидкости выбирают так, чтобы она составляла не менее Wmin и не более Wmax.
Значения Wmin и Wmax предварительно рассчитывают по формулам (1)÷(6). Жидкость стекает свободно под действием силы тяжести. При поддержании скорости жидкости в рассчитанном интервале барботирования не наблюдается.
В углеводородный поток, на выходе из реактора, содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции, вводят дополнительное тепло за счет подачи пара через змеевик таким образом, чтобы разделить продукты реакции на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана, который затем конденсируют и направляют на рецикл, и жидкостной, представляющий собой продукты реакции – алкилбензин, - который выводят из реакционной системы. При этом увеличивается кратность циркуляции изобутана, и фактическое соотношение изобутан:бутен-1 на входе в каждый слой катализатора составляет 800:1 при общем соотношении по реактору 6:1.
Реакцию проводят в течение 42 ч.
Выход алкилбензина на пропущенные бутилены составляет 204% масс.
Октановое число по моторному методу в чистом виде составляет - 95,1 пунктов.
Качество продуктов приведено в таблице 1.
Пример 8 (сравнительный)
В верхнюю часть шестисекционного реактора с неподвижным гранулированным слоем катализатора, представляющего собой цилиндрики цеолита Y в РЗЭНСа-форме высотой 5 мм и диаметром 5 мм, подают алкилируемый компонент (изобутан).
Бутилены (олефины) подают шестью параллельными потоками на каждый слой катализатора через устройства, обеспечивающие хорошее смешение потока углеводорода (продуктов реакции алкилирования вместе с неиспарившимся изобутаном), выходящих из предыдущего слоя, и потока бутиленов. Температуру в зоне реакции держат 80°С, давление (1,32 МПа), что соответствует равновесному состоянию пар-жидкость углеводородной смеси. Пары изобутана при этом находятся в состоянии насыщения. Количественное соотношение потоков устанавливают таким образом, что в целом по реактору расчетное соотношение изобутан : бутилены составляет 6:1, то есть изобутан берут в избытке. Выделяющееся тепло реакции снимают за счет испарения избыточного изобутана в каждой секции, что обеспечивает изотермические условия процесса.
Осуществляют расчет Wmin и Wmax по формулам (1)÷(6), но не поддерживают скорость жидкости в этих пределах. Значение реальной объемной скорости жидкости не достигает значения Wmin. Углеводородный поток, на выходе из реактора содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции, разделяют на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана, который затем конденсируют и направляют на рецикл, и жидкостной, представляющий собой продукты реакции – алкилбензин, который выводят из реакционной системы.
Сконденсировавшийся изобутан в виде рециркулята (орошения) смешивают со свежим потоком изобутана и подают в реакционную зону, а именно в слой катализатора.
При этом увеличивается кратность циркуляции изобутана, и фактическое соотношение изобутан:бутены на входе в каждый слой катализатора составляет (70-75):1 при общем соотношении по реактору 6:1.
Реакцию проводят в течение 12 ч.
Выход алкилбензина на пропущенные бутилены составляет 190% масс.
Октановое число по моторному методу в чистом виде составляет - 92,0 пунктов.
Результаты приведены в таблице 1.
Пример 9 (сравнительный)
В верхнюю часть шестисекционного реактора с неподвижным гранулированным слоем катализатора, представляющего собой цилиндрики цеолита Y в РЗЭНСа-форме высотой 5 мм и диаметром 5 мм, подают алкилируемый компонент (изобутан). Бутилены (олефины) подают четырьмя параллельными потоками на каждый слой катализатора через устройства, обеспечивающие хорошее смешение потока углеводорода (продуктов реакции алкилирования вместе с неиспарившимся изобутаном), выходящих из предыдущего слоя, и потока бутена-1. Температуру в зоне реакции держат 80°С, давление (1,32 МПа), что соответствует равновесному состоянию пар-жидкость углеводородной смеси. Пары изобутана при этом находятся в состоянии насыщения. Количественное соотношение потоков устанавливают таким образом, что в целом по реактору расчетное соотношение изобутан : бутилены составляет 6:1, то есть изобутан берут в избытке. Выделяющееся тепло реакции снимают за счет испарения избыточного изобутана в каждой секции, что обеспечивает изотермические условия процесса.
Осуществляют расчет Wmin и Wmax по формулам (1)÷(6), но не поддерживают скорость жидкости в этих пределах. Значение реальной объемной скорости жидкости превышает значение Wmax.
В углеводородный поток, на выходе из реактора, содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции, вводят дополнительное тепло за счет подачи пара через змеевик таким образом, чтобы разделить продукты реакции на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана, который затем конденсируют и направляют на рецикл, и жидкостной, представляющий собой продукты реакции – алкилбензин, который выводят из реакционной системы.
При этом увеличивается кратность циркуляции изобутана, и фактическое соотношение изобутан:бутен-1 на входе в каждый слой катализатора составляет 200:1 при общем соотношении по реактору 6:1.
Реакцию проводят в течение 24 ч.
Выход алкилбензина на пропущенные бутилены составляет 195% масс.
Октановое число по моторному методу в чистом виде составляет 93,0 пункта.
Качество продуктов приведено в таблице 1.
Как следует из приведенных примеров, для получения удовлетворительных результатов процесса алкилирования изобутана бутиленами необходимо поддерживать объемную скорость стекающей жидкости в промежуточных границах, ее допускаемых, - минимального и максимального значений.
Из сравнения примеров 1 и 9 видно, что тот же выход алкилбензина и тот же срок службы катализатора, выраженный через продолжительность межрегенерационного пробега, в примере по прототипу обеспечивается при соотношении изобутан: бутилены на входе в каждый слой 200:1 (в примере по изобретению то же соотношение составляет 70:1). Таким образом, требуемые выход продуктов и срок службы катализатора при слишком высокой скорости стекания жидкости могут быть достигнуты лишь за счет увеличения доли рецикла, то есть снижения производительности процесса. Октановое число в способе по прототипу, несмотря на это, остается более низким.
Из сравнения примеров 1 и 8, в которых процесс алкилирования изобутана осуществляют в одних и тех же условиях, включая равную кратность циркуляции, видно, что при недостаточной скорости жидкости падает октановое число, срок службы катализатора и выход алкилбензина.
Можно видеть, что при проведении алкилирования изобутана бутиленами по прототипу - без поддержания скорости жидкости в требуемых пределах - процесс станет нестабильным. Выход и октановое число продукта окажутся непостоянными, а катализатор потребует более частой регенерации.
Проведение алкилирования изобутана предложенным способом обеспечивает повышение стабильности процесса при сохранении высокой активности катализатора в течение длительного времени.
Figure 00000011
Figure 00000012

Claims (24)

  1. Способ алкилирования изобутана в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора, включающий подачу бутиленов на каждый слой катализатора и изобутана, взятого в избытке по отношению к бутиленам, в верхнюю часть реактора, проведение реакции алкилирования при температуре и давлении, которые выбирают так, чтобы пары изобутана находились в состоянии насыщения, а дополнительное испарение жидкости в реакторе под действием тепла реакции обеспечивало изотермические условия процесса алкилирования, отделение и возвращение на рецикл непрореагировавшего изобутана и вывод полученного алкилбензина, отличающийся тем, что жидкость стекает свободно без барботирования под действием силы тяжести при объемной скорости, составляющей
  2. не более значения Wmax, равного
  3. Wmax=0,787D2[ε(1-εг)]{[ρж+εг/(1-εг)ρг]Umax}/ρж,
  4. и не менее значения Wmin, равного
  5. Wmin=0,787D2[ε(1-εг)]{[ρж+εг/(1-εг)ρг]Umin}/ρж,
  6. где Wmax - максимальная объемная скорость стекающей жидкости, м3/с,
  7. где Wmin - минимальная объемная скорость стекающей жидкости, м3/с,
  8. D - внутренний диаметр реактора, м,
  9. ε - порозность слоя катализатора,
  10. εг - паросодержание в реакторе в условиях проведения реакции,
  11. ρж - плотность жидкости на входе в реактор, кг/м3,
  12. ρг - плотность паров в реакторе в условиях проведения реакции, кг/м3,
  13. Umax - максимальная линейная скорость свободно стекающей жидкости, м/с, рассчитываемая исходя из системы уравнений
  14. Figure 00000013
  15. Figure 00000014
  16. где Н - высота слоя катализатора, м,
  17. g - ускорение свободного падения, м/с2,
  18. Δрпот - потерянный напор, Па,
  19. dp - средний диаметр частицы катализатора, м,
  20. μ - динамическая вязкость жидкости, Па/с,
  21. Umin - минимальная линейная скорость свободно стекающей жидкости, м/с, равная
  22. Figure 00000015
  23. где Ga - критерий Галилея, определяемый по формуле
  24. Figure 00000016
RU2016121884A 2016-06-02 2016-06-02 Способ алкилирования изобутана в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора RU2637922C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121884A RU2637922C2 (ru) 2016-06-02 2016-06-02 Способ алкилирования изобутана в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121884A RU2637922C2 (ru) 2016-06-02 2016-06-02 Способ алкилирования изобутана в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016121884A RU2016121884A (ru) 2017-12-05
RU2637922C2 true RU2637922C2 (ru) 2017-12-08

Family

ID=60580603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016121884A RU2637922C2 (ru) 2016-06-02 2016-06-02 Способ алкилирования изобутана в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2637922C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715540C1 (ru) * 2018-12-28 2020-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Способ получения алкилбензинов в каталитическом реакторе с внутренним осевым распределением алкилирующего агента

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1076423A1 (ru) * 1982-12-10 1984-02-29 Предприятие П/Я Р-6518 Способ получени алкилбензинов
US5986158A (en) * 1996-11-27 1999-11-16 Akzo Nobel Nv Process for alkylating hydrocarbons
RU2189857C2 (ru) * 1996-07-26 2002-09-27 Энститю Франсэ Дю Петроль Способ и устройство для функционирования пузырьковой реакционной колонны с трехфазной реакционной средой с применением для синтеза фишера - тропша
KR20040095300A (ko) * 2002-03-18 2004-11-12 아크조 노벨 엔.브이. 단계간 증류를 이용한 포화 탄화수소의 알킬화 방법
RU2444507C1 (ru) * 2010-08-12 2012-03-10 Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) Способ получения алкилбензина
JP5789315B2 (ja) * 2007-01-26 2015-10-07 アルベマール・ネーザーランズ・ベー・ブイ 希土類含有ゼオライトおよび水素化金属を含む触媒を使用する炭化水素のアルキル化プロセス

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1076423A1 (ru) * 1982-12-10 1984-02-29 Предприятие П/Я Р-6518 Способ получени алкилбензинов
RU2189857C2 (ru) * 1996-07-26 2002-09-27 Энститю Франсэ Дю Петроль Способ и устройство для функционирования пузырьковой реакционной колонны с трехфазной реакционной средой с применением для синтеза фишера - тропша
US5986158A (en) * 1996-11-27 1999-11-16 Akzo Nobel Nv Process for alkylating hydrocarbons
KR20040095300A (ko) * 2002-03-18 2004-11-12 아크조 노벨 엔.브이. 단계간 증류를 이용한 포화 탄화수소의 알킬화 방법
JP5789315B2 (ja) * 2007-01-26 2015-10-07 アルベマール・ネーザーランズ・ベー・ブイ 希土類含有ゼオライトおよび水素化金属を含む触媒を使用する炭化水素のアルキル化プロセス
RU2444507C1 (ru) * 2010-08-12 2012-03-10 Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) Способ получения алкилбензина

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715540C1 (ru) * 2018-12-28 2020-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" Способ получения алкилбензинов в каталитическом реакторе с внутренним осевым распределением алкилирующего агента

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016121884A (ru) 2017-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI777003B (zh) 自醛獲得醇的方法ii
JP4658945B2 (ja) エチレンアミン類を含有している混合物の蒸留による分離方法
CA2278666C (en) Catalytic converter and method for highly exothermic reactions
RU2742576C1 (ru) Устройство и способ получения пара-ксилола и совместного получения низших олефинов из метанола и/или диметилового эфира и бензола
KR102394318B1 (ko) 촉매적 탈수소화 방법
RU2005107727A (ru) Способ управления многофазным реактором с нисходящим потоком
RU2743135C1 (ru) Устройство с кипящим слоем и способ получения пара-ксилола и совместного получения низших олефинов из метанола и/или диметилового эфира и бензола
UA53622C2 (ru) Способ получения винилацетата
RU2637922C2 (ru) Способ алкилирования изобутана в трехфазном реакторе с неподвижным слоем катализатора
PL200925B1 (pl) Sposób katalitycznego przeprowadzania reakcji wielofazowych, zwłaszcza winylowania kwasów karboksylowych
EA024857B1 (ru) Газожидкостный реактор и способ осуществления реакции в системе газ/жидкость
US7381838B2 (en) Preparation of tertiary carboxylic acids
KR101263221B1 (ko) 비닐 아세테이트의 제조 방법
US12006285B2 (en) Method for purifying isobutene from a C4 stream and process system therefor
EA035906B1 (ru) Способ эпоксидирования пропилена
US5345027A (en) Alkylation process using co-current downflow reactor with a continuous hydrocarbon phase
US10131611B2 (en) Process for the hydrodechlorination of a feed comprising dichloroacetic acid
CN111662146B (zh) 由含氧化合物生产烯烃的方法和设备
CN104109072B (zh) 甲醇制烯烃的反应装置及其应用
EP3846928A1 (en) Bubble shell-and-tube apparatus
RU2792186C2 (ru) Способ получения эфира ненасыщенной карбоновой кислоты
JP2019081725A (ja) （メタ）アクリロニトリルの製造方法
UA113520C2 (xx) Спосіб одержання щонайменше одного продукту зі щонайменше одного газоподібного реагенту в суспензійному шарі
UA112649C2 (uk) Спосіб одержання щонайменше одного продукту із щонайменше одного газоподібного реагенту в суспензійному шарі
CN115722153A (zh) 一种连续生产异构十三醛和异构十二烷的装置和方法