Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения изопрена

Изобретение относится к области нефтехимии, в частности к способу получения изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана, полученного любым из известных способов, который включает последующие стадии разделения продуктов дегидрирования, а также выделения и очистки изопрена любым из известных способов, для его использования в качестве мономера в производстве синтетического каучука.

Содержание изопрена в пиролизной фракции C₅, выделенной из пиробензина, составляет 15-20% [Соболев В.М., Бородина И.В. Промышленные синтетические каучуки. - М.: Химия, 1977, с. 63]. Поэтому, как правило, данную фракцию обычно используют для производства изопрена. Выделение изопрена из фракции C₅ пиролиза является многоступенчатым сложным процессом. Связано это с тем, что и к мономеру, и к растворителю для стереорегулярной полимеризации предъявляются достаточно жесткие требования по качеству.

В процессе выделения изопрена из фракции C₅ в качестве одного из побочных продуктов образуется амиленовая фракция [Кирпичников П.А., Лиакумович А.Г., Победимский Д.Г., Попова Л.М. Химия и технология мономеров для синтетических каучуков: Учебное пособие для вузов. - Л.: Химия, 1981. - 264 с.]. Указанная фракция отличается высоким содержанием кислородсодержащих соединений, в том числе содержит сложно удаляемый фуран. Присутствие кислородсодержащих соединений обусловлено их образованием в процессе пиролиза нефтепродуктов. Известно, что в изопрене, используемом для стереорегулярной полимеризации, содержание фурана не должно превышать 0,001 мас. % [Евдокимова З.Х., Поспелова Л.М., Сире Е.М. Влияние некоторых примесей на процесс полимеризации изопрена в присутствии титансодержащей каталитической системы // Производство и использование эластомеров, 1990, №10, с. 11].

Известен способ получения изопрена из побочной амиленовой фракции, образующейся в процессе выделения изопрена из фракции C₅ пиролиза [Кирпичников П.А., Лиакумович А.Г., Победимский Д.Г., Попова Л.М. Химия и технология мономеров для синтетических каучуков: Учебное пособие для вузов - Л.: Химия, 1981. с. 49], согласно которому указанную амиленовую фракцию, содержащую в своем составе н- и изоамилены, подвергают гидрированию с целью получения н- и изопентана или проводят разделение н- и изоамиленов с одновременной скелетной изомеризацией н-амиленов в изоамилены. При этом все получаемые продукты используют для последующего получения изопрена дегидрированием известным способом.

Недостатком данного способа является сложность аппаратурного оформления и его многостадийность. Согласно этому способу побочную амиленовую фракцию, образующуюся в процессе выделения изопрена из фракции C₅ пиролиза, подвергают гидрированию, ректификации и изомеризации с получением из нее изопентана или изоамилена для последующего получения изопрена дегидрированием. Использование варианта разделения н- и изоамиленов с одновременной скелетной изомеризацией н-амиленов в изоамилены характеризуется низкой эффективностью каталитической дистилляции.

Известен способ получения изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана [патент РФ №1383726, опубл. 10.12.1999, МПК C07C 11/18 (1990.01), C07C 5/333 (1990.01)], который включает выделение из конденсата первой стадии изопентановой и изоамиленовой фракций, подачу изоамиленовой фракции на вторую стадию дегидрирования и возврат изопентановой фракции на первую стадию, в котором, с целью увеличения селективности процесса и выхода изопрена, изопентановую фракцию перед возвратом на первую стадию дегидрирования подвергают ректификации с выделением 3-метилбутена-1 и выделенный 3-метилбутен-1 подают на вторую стадию дегидрирования.

Известен способ получения изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана [патент РФ №2285688, опубл. 20.10.2006, МПК C07C 11/18 (2006.01), C07C 5/32 (2006.01)], в котором после каждой стадии дегидрирования проводят конденсацию контактного газа, абсорбцию и десорбцию несконденсировавшихся углеводородов, а затем последующее разделение углеводородного конденсата ректификацией с выделением дистиллятом колонны паров легкокипящих углеводородов и их конденсацией. Кубовый продукт колонны разделяют экстрактивной ректификацией с получением после первой стадии дегидрирования изопентановой и изоамиленовой фракций, а после второй стадии дегидрирования изопреновой и изоамиленовой фракций. Несконденсировавшиеся пары легкокипящих углеводородов, выделенные дистиллятом ректификационной колонны, направляют на смешение с несконденсировавшимися углеводородами первой стадии дегидрирования, подаваемыми на компримирование, сепарирование и последующую абсорбцию.

Известен способ получения изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана [Огородников С.К., Идлис Г.С. Производство изопрена. - Л.: Химия, 1973, с. 125]. При этом в качестве сырья используют техническую изопентановую фракцию, выделенную из прямогонных бензинов или полученную с установок каталитической изомеризации н-пентана, которую отправляют на первую стадию дегидрирования в присутствии алюмохромового катализатора.

Недостатком этого и вышеуказанных способов по патентам РФ №1383726 и №2285688 является использование на первой стадии дегидрирования только изопентановой фракции в индивидуальном виде, что сужает сырьевую базу для получения изопрена.

Наиболее близким является способ получения изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана [Кирпичников П.А., Береснев В.В., Попова Л.М. Альбом технологических схем основных производств промышленного синтетического каучука. - Л.: Химия, 1976, с. 30, с. 32]. При этом в качестве сырья используют изопентановую фракцию газовых бензинов или изопентан-изоамиленовую фракцию бензина каталитического крекинга, а также изопентановую фракцию, полученную после изомеризации пентана, содержащегося в легких фракциях бензинов каталитического крекинга. Сырьевую фракцию отправляют на первую стадию дегидрирования в присутствии алюмохромового катализатора.

Недостатком данного способа является то, что по данному патенту не предусмотрена возможность использования в качестве сырья для получения изопрена побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза. Данный способ позволяет использовать в качестве сырья изопентан-изоамиленовую фракцию бензина каталитического крекинга, в составе которой отсутствует фуран, так как данное кислородсодержащее соединение в условиях каталитического крекинга не образуется.

Технической задачей изобретения является расширение сырьевой базы для получения изопрена двухстадийным дегидрированием с использованием в качестве сырья смеси изопентана, полученного любым из известных способов, и побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза.

Для решения технической задачи предлагается способ получения изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана в присутствии алюмохромового катализатора на первой стадии дегидрирования, характеризующийся тем, что на первую стадию дегидрирования подают смесь изопентана и побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза, в массовом соотношении 30-80:1, при содержании фурана в смеси не более 0,005 мас. %.

Указанная побочная фурансодержащая амиленовая фракция, образующаяся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза, содержит в своем составе следующие компоненты, мас. %:

Отличительными признаками изобретения являются следующие:

- на первую стадию дегидрирования подают смесь изопентана и побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза, при содержании фурана в смеси не более 0,005 мас. %;

- используют смесь изопентана и побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза, в массовом соотношении 30-80:1.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: на первую стадию дегидрирования двухстадийного синтеза изопрена подают смесь изопентана, полученного любым из известных способов, и побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза, в массовом соотношении 30-80:1, при содержании фурана в смеси не более 0,005 мас. %. Полученную смесь подвергают дегидрированию на алюмохромовом катализаторе при температуре 500-550°C и объемной скорости подачи сырья 0,1-0,5 ч^-1. В результате после первой стадии дегидрирования получают изоамиленовую фракцию с отсутствием содержания примесей фурана в ее составе (при чувствительности хроматографического метода анализа 0,00001 мас. %), которую направляют для последующего синтеза изопрена, пригодного для использования в качестве мономера в производстве синтетического каучука.

Предлагаемый способ получения изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана с использованием в качестве сырья смеси изопентана, полученного любым из известных способов, и побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза, взятых в определенном массовом соотношении с определенным содержанием фурана в смеси, с подачей этой смеси на первую стадию дегидрирования на алюмохромовый катализатор дегидрирования не описан ни в одном известном источнике, что позволяет говорить о его «новизне». Данный способ также соответствует критерию «изобретательский уровень», так как позволяет расширить сырьевую базу для получения изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана с использованием в качестве сырья указанной смеси с определенным содержанием в ней фурана, что позволяет получить изопрен полимеризационной чистоты после последующих стадий дегидрирования и разделения продуктов дегидрирования, а также выделения и очистки изопрена любым из известных способов.

«Промышленная применимость» иллюстрируется описанием примеров реализации способа по предлагаемому изобретению.

Пример 1. На первую стадию дегидрирования двухстадийного синтеза изопрена подают смесь изопентана, полученного после изомеризации н-пентана, содержащегося в легких фракциях бензинов каталитического крекинга, расход которого составляет 60 т/ч (поток I), и побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза, расходом 2 т/ч (поток II), содержание примесей фурана в которой составляет 0,1 мас. %, что соответствует их массовому соотношению 30:1. Полученную смесь с содержанием примесей фурана 0,0032 мас. % расходом 62 т/ч (поток III) подвергают дегидрированию на алюмохромовом катализаторе марки ИМ-2201 (ТУ 38.103706-90) при температуре 550°C и объемной скорости подачи сырья 0,15 ч^-1. В результате после первой стадии дегидрирования получают изоамиленовую фракцию (поток IV) с отсутствием содержания примесей фурана в ее составе (при чувствительности хроматографического метода анализа 0,00001 мас. %), которую направляют для последующего синтеза изопрена, пригодного для использования в качестве мономера в производстве синтетического каучука.

Пример 2. На первую стадию дегидрирования двухстадийного синтеза изопрена подают смесь изопентана, выделенного из широкой фракции легких углеводородов, расход которого составляет 40 т/ч (поток I), и побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза, расходом 0,5 т/ч (поток II), содержание примесей фурана в которой составляет 0,1 мас. %, что соответствует их массовому соотношению 80:1. Полученную смесь с содержанием примесей фурана 0,0012 мас. % расходом 40,5 т/ч (поток III) подвергают дегидрированию на алюмохромовом катализаторе марки ИМ-2201 (ТУ 38.103706-90) при температуре 550°C и объемной скорости подачи сырья 0,15 ч^-1. В результате после первой стадии дегидрирования получают изоамиленовую фракцию (поток IV) с отсутствием содержания примесей фурана в ее составе (при чувствительности хроматографического метода анализа 0,00001 мас. %), которую направляют для последующего синтеза изопрена, пригодного для использования в качестве мономера в производстве синтетического каучука.

Пример 3. На первую стадию дегидрирования двухстадийного синтеза изопрена подают смесь изопентана, выделенного из бензина каталитического крекинга, расход которого составляет 50 т/ч (поток I), и побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза, расходом 1 т/ч (поток II), содержание примесей фурана в которой составляет 0,1 мас. %, что соответствует их массовому соотношению 50:1. Полученную смесь с содержанием примесей фурана 0,0020 мас. % расходом 51 т/ч (поток III) подвергают дегидрированию на алюмохромовом катализаторе марки ИМ-2201 (ТУ 38.103706-90) при температуре 550°C и объемной скорости подачи сырья 0,15 ч^-1. В результате после первой стадии дегидрирования получают изоамиленовую фракцию (поток IV) с отсутствием содержания примесей фурана в ее составе (при чувствительности хроматографического метода анализа 0,00001 мас. %), которую направляют для последующего синтеза изопрена, пригодного для использования в качестве мономера в производстве синтетического каучука.

Пример 4. На первую стадию дегидрирования двухстадийного синтеза изопрена подают смесь изопентана, выделенного из бензина каталитического крекинга, и изопентана, полученного с установки каталитической изомеризации н-пентана, суммарный расход которых составляет 60 т/ч (поток I), и побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза, расходом 2 т/ч (поток II), содержание примесей фурана в которой составляет 0,09 мас. %, что соответствует их массовому соотношению 30:1. Полученную смесь с содержанием примесей фурана 0,0029 мас. % расходом 62 т/ч (поток III) подвергают дегидрированию на алюмохромовом катализаторе марки ИМ-2201 (ТУ 38.103706-90) при температуре 550°C и объемной скорости подачи сырья 0,15 ч^-1. В результате после первой стадии дегидрирования получают изоамиленовую фракцию (поток IV) с отсутствием содержания примесей фурана в ее составе (при чувствительности хроматографического метода анализа 0,00001 мас. %), которую направляют для последующего синтеза изопрена, пригодного для использования в качестве мономера в производстве синтетического каучука.

Обозначения потоков приводятся для их идентификации в таблицах 1-4 с составами потоков сырья и продуктов реакции по примерам 1-4 соответственно.

Составы фракций и их количество, описанные в примерах изобретения, могут меняться в заявляемых пределах.

Превышение концентрации фурана более 0,005 мас. % в составе смеси изопентана, полученного любым из известных способов, и побочной фурансодержащей амиленовой фракции, образующейся при выделении изопрена из фракции C₅ пиролиза, приводит к неполной деструкции фурана на алюмохромовом катализаторе в условиях работы первой стадии дегидрирования, что в конечном итоге может привести к снижению качества изопрена и сделает его непригодным для использования в качестве мономера в производстве синтетического каучука.