Способ регенерации катализатора для получения изопрена из 4,4-диметил-1,3-диоксана

Способ регенерации катализатора для получения изопрена из 4,4-диметил-1,3-диоксана

Реферат

Изобретение относится к способам регенерации катализаторов, в частности кальцийфосфатных, и может быть использовано в нефтехимической промышленности для производства изопрена из 4,4-диметил-1,3-диоксана (ДМД).

В ходе контактного разложения 4,4-диметил-1,3-диоксана за счет протекания вторичных реакций на катализаторе отлагается кокс, а также высокомолекулярные органические соединения, которые блокируют активные центры катализатора, что приводит к необходимости его регенерации через каждые 2-4 часа контактирования.

Известны способы регенерации катализаторов для получения изопрена путем выжига углистых отложений смесью азота с воздухом в токе водяного пара при температуре 400-600°C с повторным нанесением фосфорной кислоты на катализатор (Патент 1092902, США, 1966, Патент 343314, Япония, 1974).

Это способы отличаются высокими удельными расходами водяного пара, воздуха и топливного газа.

Известен также способ, действующий в настоящее время на производстве, который может быть использован как прототип, согласно которому процесс разложения диметилдиоксана и регенерация катализатора проводится в двух спаренных параллельно включенных 5-6 полочных реакторах на фосфатном катализаторе, например КФ-83, с подпиткой его фосфорной кислотой в присутствии водяного пара при температуре 380-400°C. Регенерация катализатора проводится при температуре 400-550°C паровоздушной смесью в течение 2,5-3 часов (С.К. Огородников, Г.С. Идлис. Производство изопрена. Л.: Химия, 1973, с.59).

Недостатком указанного способа регенерации является большой расход водяного пара 2-2,5 т/м³ катализатора в час, который после регенерации практически не используется и сбрасывается в атмосферу, в том числе и с CO₂ и микропримесями углеводородов, что, естественно, ухудшает экологию на производстве. Высокая температура регенерации (до 550°C) сокращает срок эксплуатации катализатора и требует использования перегретого пара с температурой до 720°C.

Наиболее близким по своей технической сущности является способ, согласно которому контактное разложение ДМД проводится в присутствии водяного пара в двух параллельно спаренных реакторах, а регенерация катализатора при их последовательном включении - паровоздушной смесью с повышением давления в каждом цикле до 2,2-2,8 ати и температуре 400-550°С (Патент 2235592, РФ, 2004 г.).

Недостатком указанного способа является необходимость повышения давления в реакторе в каждом цикле регенерации, работа при температуре до 550°C, что приводит к необходимости использовать для перегрева шихты пар до 720°C, в свою очередь вызывающий необходимость использования дорогостоящих конструкционных материалов (электрозадвижки, компенсаторы, трубопроводы), ростом давления в начале и конце регенерации. Все это делает процесс регенерации по данному способу нетехнологичным и длительно окупаемым.

Целью настоящего изобретения является снижение удельного расхода водяного пара, топливного газа и воздуха, а также увеличение срока эксплуатации катализатора и улучшение экологии.

Поставленная задача решается способом, согласно которому регенерацию катализатора проводят путем выжига кокса и смол кислородом воздуха или кислородсодержащими соединениями в спаренных реакторах при их последовательном включении при температуре 400-500°C и давлении 0,9-1,4 ати в первом по ходу реакторе без его повышения в каждом цикле, а на выходе из второго 0,5-0,7 ати, причем указанная температура регенерации обеспечивается подачей воздуха в первые 30 минут выжига кокса на уровне 100 м³/ч с планомерным повышением его к концу цикла до 150 м³ на 1 м³ катализатора в час, а подача пара при этом, соответственно, снижается с 1,2 до 1,0 т/м³ катализатора в час.

Недостатками указанного способа являются высокий расход водяного пара, топливного газа и воздуха, высокая максимальная температура регенерации - до 550°С, что не только снижает срок эксплуатации катализатора, требует перегрева пара в обоих реакторах, печах за счет использования топливного газа, но и приводит к необходимости использования дорогостоящих материалов.

Пример 1 (по прототипу)

Реакторы на контактном разложении ДМД работают параллельно, а на регенерации катализатора подключаются последовательно. Подача пара на регенерацию 13-15 т/ч, воздуха 1000-2500 нм³/ч.

Температуры регенерации 400-550°C. В каждом цикле регенерации требуется искусственное повышение давления в первом по ходу реакторе до 2,2-2,8 ати. И хотя этот способ предполагал снижение энергозатрат, однако вследствие необходимости повышать давление в реакторах в каждом цикле приводит к удлинению операции выжига кокса, всплескам температуры, что делает процесс нетехнологичным.

Кроме того, высокая максимальная температура регенерации до 550°C требует использовать пар с температурой 720°C, что приводит к необходимости использования специальных дорогостоящих сталей (электрозадвижки, трубы, компенсаторы), увеличивает срок окупаемости реконструкции и сокращает срок эксплуатации катализатора.

Пример 2 (по предлагаемому способу)

На регенерацию катализатора в последовательно включенных реакторах в первый по ходу реактор подается 13-15 т/ч перегретого до 650-680°C водяного пара.

Температура регенерации выдерживается в пределах 400-500°C.

Продолжительность регенерации, как и контактирования 2,5-3 часа, причем со второй половины операции выжига кокса количество пара планомерно понижается до 2-3 т/ч.

В первые 30 минут количество воздуха, подаваемого на первый по ходу реактор, планомерно возрастает с 200-300 до 1000 м³/ч, а затем его количество возрастает максимально до 1500 м³/ч, причем часть этого воздуха перепускается на 3-ю с верха полку с катализатором, причем первые 30 минут с целью эффективного использования выжига кокса воздух подается также на 3-ю полку во втором по ходу реакторе.

При таком режиме практически исключаются всплески температуры выше 500°С, давление в зоне регенерации выдерживается на уровне 0,9-1,4 ати на входе в первый реактор и 0,5-0,7 ати на выходе из второго.

Выжиг кокса во втором реакторе вследствие пониженной концентрации кислорода в газах регенерации, выходящих из первого реактора, проходит равномерно и практически не потребует корректировки персоналом.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет снизить удельный расход водяного пара, топливного газа почти в 2 раза, исключить операцию повышения давления в каждом цикле регенерации, увеличить срок службы катализатора за счет максимальной температуры регенерации до 500°С, улучшить экологическую обстановку на производстве и снизить срок окупаемости реконструкции до приемлемого.

1. Способ регенерации катализатора для получения изопрена из 4,4-диметил-1,3-диоксана путем выжига кокса и смол в присутствии водяного пара и воздуха или кислородсодержащей смеси при последовательном включении реакторов при температуре 400-500°C и давлении в первом по ходу реакторе 0,9-1,4 ати, а на выходе из второго по ходу реактора 0,5-0,7 ати.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдерживание температуры регенерации в пределах 400-500°C обеспечивают подачей воздуха или кислородсодержащей смеси в первые 30 мин выжига кокса на уровне 100 м³ с планомерным повышением его к концу цикла до 150 м³ на 1 м³ катализатора в час и подачей в этот период части этого воздуха на 3-ю сверху полку, а подача водяного пара снижается во второй половине регенерации планомерно с 1,2 до 1,0 т на 1 м³ катализатора в час.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование температуры во втором по ходу реакторе проводится за счет эжектирования дополнительного количества воздуха, и, если потребуется, паровым конденсатом в трубопровод на выходе из первого реактора, причем воздух на второй реактор подается в первые 30 мин регенерации в количестве 100 м³ на 1 м³ катализатора в час, а затем его количество ограничивается потребностью регулирования температуры выжига кокса.