PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3614854C2 16.11.1989
Titel Wärmebilanz-Kontrolle in der katalytischen Dehydrierung von Isobutan
Anmelder Air Products and Chemicals, Inc., Trexlertown, Pa., US
Erfinder Spence, David Charles, Coopersburg, Pa., US;
Schwartz, William Allen, Fogelsville, Pa., US
Vertreter Schwabe, H., Dipl.-Ing.; Sandmair, K., Dipl.-Chem. Dr.jur. Dr.rer.nat.; Marx, L., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 02.05.1986
DE-Aktenzeichen 3614854
Offenlegungstag 13.11.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.11.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.1989
IPC-Hauptklasse C07C 11/09
IPC-Nebenklasse C07C 5/333   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Isobutylen durch cyclische, adiabatische Dehydrierung von Isobutan. Die Verbesserung liegt im wesentlichen in der Verdünnung des Isobutanbeschickungsmaterials mit n-Butan in einem Bereich von etwa 3-7 Vol.-% und in der Rückführung der unreagierten Produkte zusammen mit den 4 nC4 ungesättigten Produkten in die Dehydrierungszone. Zusätzlicher Koks wird durch die Verwendung von n-Butan erzeugt, wobei durch die Zurückführung eine niedrigere Temperatur des Einlaßbeschickungsgutes ermöglicht wird.

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft ein adiabatisches, cyclisches Festbettverfahren zur Herstellung von Isobutylen durch katalytische Dehydrierung von Isobutan.

Die katalytische Umwandlung von Kohlenwasserstoffen durch ein cyclisches, im allgemeinen adiabatisches Verfahren ist bekannt. Beispiele für die Kohlenwasserstoffe, die durch diese Verfahren umgewandelt werden können, umfassen die niedrigeren Paraffine, wie z. B. Propan, n-Butan, Isobutan, normales und Isopentan. Repräsentative Produkte, die man durch dieses Verfahren erhält, umfassen Propylen, Buten und Butadien, Isobuten; Isoamylen und Isopren. Im cyclischen katalytischen Verfahren wird die Umwandlung des gesättigten Paraffins in einer endothermen Dehydrierungsreaktion durchgeführt, wobei diese Reaktion einer exothermen Regeneration des Katalysators folgt, bei der man die kohlenstoffhaltigen Ablagerungen, die sich auf der Katalysator-Oberfläche während der Kohlenwasserstoffaufströmungsperiode gebildet haben, verbrennt, wodurch man die in der katalytischen Dehydrierungsreaktion erforderliche Wärme zur Verfügung stellt. Um das Verfahren zu betreiben, muß die zur Durchführung der Dehydrierung erforderliche Wärme gleich der Wärme sein, die durch die exotherme Regeneration als auch durch andere Wärmequellen, wie z. B. die Eigenwärme des Beschickungsgutes und der Luft, zur Verfügung gestellt wird. Typische Patente, die cyclische, adiabatische, katalytische Dehydrierungsverfahren zur Herstellung von olefinischem Material beschreiben, sind folgende:

Die US-PS 24 19 997 beschreibt die Herstellung von dehydrierten aliphatischen Kohlenwasserstoffen in Gegenwart eines Chrom-Aluminium- Katalysators. Es wird ein cyclisches, im allgemeinen adiabatisches Verfahren verwendet. Eine ausgeglichene Wärmebilanz erreicht man durch die Regulation der Temperatur oder der Zeit des Kontaktes, oder von beiden innerhalb des katalytischen Dehydrierungsreaktors, einen Nettobetrag an exothermer Wärme zu produzieren, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Temperatur in eine für die Dehydrierung geeigneten Bereich.

Die US-PS 29 43 067 beschreibt ein Verfahren für die katalytische Dehydrierung von Olefinen in einem cyclischen, im allgemeinen adiabatischen Verfahren. Ein Chrom-Aluminium-Katalysator, der durch ein Kalium oder Lithiumoxyd verstärkt ist, wird verwendet. Der Katalysator wird als ein Katalysator beschrieben, der eine gute Umwandlung und hohe Selektivität über einen langen Zeitraum ermöglicht. In der Patentschrift wird ausgeführt, daß das Verfahren insgesamt Null- Nettowärme erfordert, d. h. die endotherme Reaktionswärme der Dehydrierung muß gleich der exothermen Regenerationswärme, der Koksverbrennung und anderer Wärmezuführungen sein, um ein Davonlaufen der Reaktion zu vermeiden.

Die US-PS 37 80 129 beschreibt ein Verfahren zur Dehydrierung von aliphatischen Kohlenwasserstoffen zur Herstellung von Diolefinen, wobei das Verfahren einen Chrom-Aluminium-Katalysator in einem cyclischen, adiabatischen Verfahren benützen.

Die US-PS 33 40 321 beschreibt einen Mechanismus zur Kontrolle der Temperatur in einem Verfahren zur Dehydrierung von aliphatischen Kohlenwasserstoffen zur Herstellung von Olefinen. Die Temperaturkontrolle wird durch Bestimmung des Koksbedarfes für ein bezüglich der Wärme ausgeglichenes Verfahren zur Herstellung von Verbindungen mit Doppelbindungen und durch Kontrolle der Dampfmenge, die in das Bett eingeführt wird, um die Wärmelast auszugleichen, erreicht.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Isobutylen durch Dehydrierung von Isobutan gemäß Patentanspruch. Bei gleichzeitiger Minimierung der Energiezufuhr in die Dehydrierungszone, insbesondere in Form einer reduzierten Beschickungstemperatur, wird zuerst das Isobutanbeschickungsmaterials für die Dehydrierungszone mittels n-Butan verdünnt und anschließend die Dehydrierung durchgeführt. Das unreagierte Material plus n-Butylen und Butadien, die in der Dehydrierungszone gebildet werden, werden anschließend vom Isobutylenprodukt abgetrennt und in die Dehydrierungszone zurückgeführt. Durch Einstellung der Menge des n-Butans auf das System wird die gewünschte Koksmenge in der Dehydrierungszone gebildet, um eine höhere Wärmestufe in der Dehydrierungszone zuzulassen ohne Erhöhung der Temperatur des Beschickungsmaterials oder des Luftstroms.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Dehydrierung von Isobutan zur Bildung von Isobutylen wird üblicherweise als cyclisches, adiabatisches Verfahren durchgeführt, bei dem im allgemeinen eine Vielzahl von Reaktoren, die in zeitlicher Reihenfolge betrieben werden, involviert sind. In diesem Verfahren ist die für die endotherme Kohlenwasserstoffumwandlung erforderliche Energie im wesentlichen im Gleichgewicht mit der exothermen Wärme, die durch die Verbrennung des auf dem Katalysator gebildeten Koks während der Regeneration entsteht. Eines der Probleme bei der Durchführung eines adiabatischen Verfahrens zur Herstellung von Isobutylen besteht darin, daß das Beschickungsgut für die Dehydrierungszone typischerweise etwa 98 Vol.-% oder mehr Isobutan enthält und die Koksproduktion sehr begrenzt stattfindet. Als Ergebnis erfgibt sich, daß man die Temperatur des Beschickungsgutes und/oder die Lufttemperatur für die Dehydrierungszone erhöhen oder den Luftzustrom erhöhen muß, um eine angemessene Wärmebilanz zu erzielen. Dies bedeutet einen beträchtlichen Aufwand hinsichtlich der Tatsache, daß nur ein Teil der zusätzlich erforderlichen Energie zur Vorwärmung des Beschickungsgutes und der Luft als verwendbare Energie wiedergewonnen wird.

Es wurde nun gefunden, daß bei der Dehydrierung von Isobutan, wobei der Isobutangehalt etwa 98 oder mehr Vol.-% beträgt, die Beschickungstemperatur für den Reaktor redziert werden kann, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer gewünschten katalytischen Bett-Temperatur durch Verdünnung des Beschickungsgutes mit n-Butan auf etwa 4 Gew.-%. Dieser Gehalt an n-Butan wird durch die Dehydrierungszone geschickt und das unreagierte Produkt plus das n-Butylen und Butadien, das in der Dehydrierungszone erzeugt wurde, wird vom Isobutylenprodukt abgetrennt. Wenn man die unreagierten Produkte und die nC&sub4; ungesättigten Produkte in die Dehydrierungszone zurückführt, wird zusätzlicher Koks im Katalysatorbett erzeugt, das den Betrieb der Einheit erlaubt.

Zur Ausführung dieser Erfindung geeignete Katalysatoren umfassen die üblichen Dehydrierungskatalysatoren, wie sie z. B. in den US-PS 37 80 129 und 29 43 067 beschrieben sind. Diese Katalysatoren sind als Referenz hier aufgenommen. Typischerweise handelt es sich dabei um Chrom-Aluminium-Katalysatoren, die mit Alkalimetalloxiden verstärkt sind.

Im allgemeinen reicht die Temperatur während der Dehydrierung von etwa 510°-698°C (950 bis etwa 1300°F) mit Drücken von subatmosphärisch bis superatmosphärisch, d. h. bis etwa 6,8 bar (100 psig). Die Temperatur des Beschickungsgutes beträgt etwa 590°C. Die Reaktion wird in einem Festbett-Katalysationsreaktor durchgeführt und die Transportgeschwindigkeit (LHSV) beträgt im allgemeinen von etwa 0,15 bis etwa 5 h-1.

Die anschließenden Beispiele sind zur Verdeutlichung der Erfindung gedacht.

Vergleichsbeispiel

Ein cyclisches, adiabatisches Verfahren zur Dehydrierung von Isobutan in Isobutylen wurde unter Verwendung eines üblichen Verfahrens und handelsüblichen Katalysatoren durchgeführt. Der verwendete Katalysator war ein Chrom-Aluminium-Katalysator, verstärkt mit einem Alkalimetalloxid. Ein frisches Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterial, das im wesentlichen außer Isobutan, erhalten durch Destillation einer Mischung von Iso- und Normalbutan, noch etwa 2% n-Butan enthält, wurde verwendet. Die Reaktorbedingungen sind wie folgt:

Frische Beschickungsgut-Zusammensetzung Gew.-% Isotutan 98 n-Butan 2


Catofin-Reaktor Temperatur in °C Reaktorbeschickung (1110°F) 593°C Regenerationslufteinlaß (1160°F) 620°C durchschnittliche Bett-Temperatur (1033°F) 550°C Boden-Bett-Temperatur (1013°F) 540°C Koksproduktion 0,36 kg (0,5 lbs) pro 45,35 kg (100 lbs) Beschickungsmaterial


Isobutanumwandlung pro Durchlauf 62 Isobutylenselektivität 91,9%

Beispiel (erfindungsgemäß)

Das Verfahren aus dem Vergleichsbeispiel wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß die frische Beschickungsgutzusammensetzung mit n-Butan verdünnt wurde und das Reaktionsprodukt abgetrennt wurde und das unreagierte Material plus die nC&sub4; ungesättigten Verbindungen in die Dehydrierungszonen zurückgeführt wurden. Die Reaktionsbedingungen und die Produktanalyse sind anschließend dargestellt:

Frische Beschickungsgut-Zusammensetzung Gew.-% Isotutan 96 n-Butan 4


Catofin-Reaktor Temperatur °C Reaktorbeschickung (1106°F) 590°C Regenerationslufteinlaß (1156°F) 618°C durchschnittliche Bett-Temperatur (1043°F) 556°C Boden-Bett-Temperatur (1033°F) 550°C Koksproduktion 0,54 kg (1,2 lbs) pro 45,35 kg (100 lbs) Beschickungsmaterial


Isobutanumwandlung pro Durchlauf 65,3 Isobutylenselektivität 92,2%

Die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Beispiels zeigen, daß die Temperatur des Kohlenwasserstoffbeschickungsgutes von 3°C (4°F) niedriger als im Beispiel 1 verwendet werden konnte um das erwünschte Wärmegleichgewicht aufrechtzuerhalten, wobei gleichzeitig eine durchschnittliche Bett-Temperatur von etwa 6°C (10°F) höher als im Vergleichsbeispiel aufrechterhalten wird. Als Ergebnis erhält man eine Erhöhung der Isobutanumwandlung pro Durchlauf von 62% auf 65% bei im wesentlichen unveränderter Selektivität.


Anspruch[de]
  1. Adiabatisches, cyclisches Festbettverfahren zur Herstellung von Isobutylen durch die katalytische Dehydrierung an einem mit einem Alkalimetalloxid verstärkten Cr-Al-Katalysator von Isobutan, das mindestens 98 Vol.-% Isobutan enthält, bei dem man das Iso-Butylen und das nicht-reagierte Isobutan abtrennt und das nicht-reagierte Material in den Katalysationsreaktor zurückgeführt, man das einkommende frische Beschickungsgut mit n-Butan auf eine Konzentration von etwa 4 Gew.-%, bezogen auf das Beschickungsgut, verdünnt, auf 590°C aufheizt und den erzeugten Koks durch Zugabe von 618°C heißer Regenerationsluft abbrennt, um eine Netto-Wärmebilanz von ungefähr 0 zu erhalten.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com