СПОСОБ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗОБУТЕНА ИЗ ПОТОКА C4-УГЛЕВОДОРОДОВ
METHOD AND PROCESS INSTALLATION FOR ISBUTENE ISOLATING FROM C4-HYDROCARBON FLOW

Настоящее изобретение относится к способу и технологической установке для выделения изобутена из потока С4-углеводородов, который содержит по меньшей мере 1-бутен, 2 бутен, изобутан и изобутен.
Требования к чистоте изобутена как исходного вещества для различных продуктов постоянно возрастают. Особая чистота необходима, например, если изобутен используют в качестве исходного сырья для производства изобутенсодержащих полимерных материалов. В этом способе производства в целом заданы требования к чистоте исходного материала, например - минимальное допустимое содержание изобутена и максимальное допустимое содержание 1-бутена и других компонентов, таких как бутан, С3- и С5-углеводороды. Особую сложность при получении обогащенных изобутеном продуктов из потока С4-углеводородов, который содержит различные углеводороды с 4 атомами углерода в молекуле, например - 1-бутен, 2-бутен, изобутан и изобутен, представляет разделение изобутена и 1-бутена, так как температуры кипения изобутена и 1-бутена очень близки, в результате чего разделение посредством дистилляции возможно лишь с относительно высокой затратой энергии. Напротив, разделение изобутена и 2-бутена осуществить гораздо проще из-за большой разницы температур кипения этих двух бутеновых соединений. Поэтому на предшествующем уровне техники известны способы, которые по существу основаны на том, что 1-бутен в потоке С4-углеводородов изомеризуют в 2-бутен с целью облегчения выделения изобутена из потока С4-углеводородов.
Так, в публикации GB 570692 раскрыт способ выделения изобутена, в котором поток С4-углеводородов, содержащий изобутен и 1-бутен, приводят в контакт с катализатором, который ускоряет изомеризацию 1-бутена в 2-бутен, с достаточно высокой объемной скоростью потока, так что 1-бутен преобразуется в 2-бутен, но не в изобутен, а изобутен выделяют посредством фракционирования. Для того чтобы повысить степень чистоты изобутена в потоке продукта данного способа, можно многократно проводить каталитическую изомеризацию в реакторе и фракционирование в ректификационной колонне, однако при этом заметно увеличивается потребление энергии в процессе производства. Кроме того, недостатком является то, что степень чистоты изобутена, полученного этим способом, является слишком низкой для многочисленных применений, так как массовая доля 1-бутена после изомеризации остается слишком высокой для того, чтобы обеспечить необходимую степень чистоты изобутена при последующем фракционировании, так как 1-бутен в значительном количестве присутствует в потоке продукта, содержащем изобутен.
В публикации ЕР 0922018 В1 раскрыт способ получения изобутена из потока С4-углеводородов, который содержит изобутен и 1-бутен. В этом способе поток С4-углеводородов обрабатывают в дистилляционной колонне, при этом из дистилляционной колонны извлекают часть текущей через дистилляционную колонну жидкости и направляют ее в реактор для изомеризации 1-бутена в 2-бутен. В реакторе за счет использования катализатора изомеризация 1-бутена в 2-бутен преобладает над изомеризацией изобутена. Однако недостатком является то, что степень чистоты изобутена в потоке продукта остается слишком низкой для определенных дальнейших применений потока продукта.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы облегчить или устранить по меньшей мере отдельные недостатки известных способов выделения изобутена из потока С4-углеводородов. В частности, целью изобретения является разработка способа и технологической установки для эффективного выделения изобутена из смеси С4-углеводородов или достижение наивысшей степени чистоты изобутена.
Настоящее изобретение обеспечивает способ выделения изобутена из потока С4-углеводородов, содержащего по меньшей мере 1-бутен, 2-бутен, изобутан и изобутен, в котором осуществляют по меньшей мере следующие стадии:
подачу полученного из потока С4-углеводородов потока материала, обогащенного изобутаном и изобутеном, и потока водорода в реактор изомеризации, причем реактор изомеризации содержит катализатор, который содержит по меньшей мере один гидрогенизационно-активный металл на носителе, предпочтительно - на алюмооксидном носителе;
приведение в контакт потока материала, обогащенного изобутаном и изобутеном, и потока водорода с катализатором в реакторе изомеризации, за счет чего 1-бутен, содержащийся в потоке материала, обогащенном изобутаном и изобутеном, изомеризуется в 2-бутен;
- подачу потока продукта реактора изомеризации, который содержит относительно меньше 1-бутена, чем поток материала, обогащенный изобутаном и изобутеном, в ректификационную колонну; и
- получение потока материала, обогащенного изобутеном:
посредством отведения этого потока материала:
- через боковой выпуск ректификационной колонны, или
- через боковой выпуск и в качестве нижнего продукта ректификационной колонны, или
- в качестве нижнего продукта ректификационной колонны,
причем в дальнейшем поток материала, обогащенный изобутаном, выделяют в качестве верхнего продукта ректификационной колонны, или
посредством подачи обогащенного изобутаном верхнего продукта ректификационной колонны, который, кроме изобутана, содержит изобутен, во вторую ректификационную колонну для отделения изобутана от изобутена и получения потока материала, обогащенного изобутеном, в качестве нижнего продукта второй ректификационной колонны.
За счет этого решена указанная выше задача.
Соответственно, настоящее изобретение также обеспечивает технологическую установку для выделения изобутена из потока С4-углеводородов, содержащего по меньшей мере 1-бутен, 2-бутен, изобутан и изобутен. Эта установка содержит по меньшей мере:
- реактор изомеризации, который содержит катализатор, который содержит по меньшей мере один гидрогенизационно-активный металл на носителе, предпочтительно - на алюмооксидном носителе; и
- ректификационную колонну, которая последовательно соединена с реактором изомеризации.
За счет этого также решена указанная выше задача.
Способом по настоящему изобретению неожиданно удалось получить очищенный изобутен с массовой долей изобутена, равной по меньшей мере 95%, предпочтительно - по меньшей мере 98%, особо предпочтительно - по меньшей мере 99%.
Полученный из потока С4-углеводородов поток материала, обогащенный изобутаном и изобутеном, и поток водорода подают в реактор изомеризации, который предпочтительно выполнен так, как описано в публикации ЕР 2170494 В1, для того чтобы в присутствии водорода каталитически изомеризовать 1-бутен, содержащийся в потоке материала, обогащенном изобутаном и изобутеном, в 2-бутен. Для ускорения изомеризации реактор изомеризации содержит катализатор, который содержит по меньшей мере один гидрогенизационно-активный металл на носителе. 1-бутен из потока материала, обогащенного изобутаном и изобутеном, при взаимодействии с водородом из потока водорода в присутствии катализатора в реакторе изомеризации изомеризуется в 2-бутен для дополнительного снижения доли 1-бутена в потоке продукта реактора изомеризации. Этот поток продукта подают в ректификационную колонну, при этом посредством дистилляции отделяют поток материала, обогащенный изобутаном, в качестве верхнего продукта. Поток материала, обогащенный изобутеном, можно получить из ректификационной колонны с использованием четырех вариантов. В первом, втором или третьем варианте поток материала, обогащенный изобутеном, получают через боковой выпуск, через боковой выпуск и в качестве нижнего продукта или в качестве нижнего продукта ректификационной колонны. В четвертом варианте поток материала, содержащий изобутан и изобутен, в качестве верхнего продукта ректификационной колонны подают во вторую ректификационную колонну, чтобы отделить изобутан от изобутена и получить поток материала, обогащенный изобутаном, в качестве верхнего продукта и поток материала, обогащенный изобутеном, в качестве нижнего продукта второй ректификационной колонны.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения поток С4-углеводородов, из которого получают поток материала, обогащенный изобутаном и изобутеном, подают в дополнительную ректификационную колонну, которая содержит дополнительный катализатор, который содержит по меньшей мере один гидрогенизационно-активный металл на носителе, предпочтительно - на алюмооксидном носителе. Поток С4-углеводородов в дополнительной ректификационной колонне разделяют посредством дистилляции, при этом образуется поток продукта, содержащий 1-бутен. 1-бутен, содержащийся в указанном потоке продукта, за счет контакта этого потока продукта с дополнительным потоком водорода в присутствии дополнительного катализатора изомеризуется в 2-бутен. Гидрогенизационно-активный металл дополнительного катализатора ускоряет реакцию изомеризации 1-бутена в 2-бутен. Продукт этой каталитической реакции - поток продукта реакции - в дополнительной ректификационной колонне разделяют посредством дистилляции. По меньшей мере часть потоков продуктов, образующихся при этой ректификации (противоточной дистилляции), повторно приводят в контакт с водородом из дополнительного потока водорода в присутствии дополнительного катализатора с целью изомеризации содержащегося в этих продуктах 1-бутена в 2-бутен. Поток продуктов реакции, возникающий при этой каталитической реакции, повторно разделяют посредством дистилляции в дополнительной ректификационной колонне. Это по меньшей мере однократное повторение стадий противоточной дистилляции и каталитической реакции обеспечивает низкую концентрацию 1-бутена в последующих стадиях способа. Из нижней части дополнительной ректификационной колонны получают поток материала, который обогащен 2-бутеном из потока С4-углеводородов и из каталитической изомеризации 1-бутена. Поток материала, обогащенный изобутаном и изобутеном, получают в качестве верхнего продукта дополнительной ректификационной колонны, поэтому верхняя часть дополнительной ректификационной колонны соединена с реактором изомеризации. Поток материала, обогащенный изобутаном и изобутеном, содержит относительно меньше 1-бутена и 2-бутена, чем поток С4-углеводородов, который подают в качестве загрузочного материала в дополнительную ректификационную колонну.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения технологическая установка содержит дополнительную ректификационную колонну, которая содержит дополнительный катализатор, который содержит по меньшей мере один гидрогенизационно-активный металл на носителе, предпочтительно - на алюмооксидном носителе, причем к верхней части ректификационной колонны последовательно подсоединен реактор изомеризации.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения дополнительный катализатор по меньшей мере частично расположен за пределами ректификационной колонны в реакторе, причем реактор соединен с дополнительной ректификационной колонной приводящим соединением и отводящим соединением. При этом поток продукта, содержащий 1-бутен, который образуется при дистилляционном разделении в дополнительной ректификационной колонне, отводят через боковой выпуск дополнительной ректификационной колонны и подают в реактор через подводящее соединение. Дополнительно в реактор подают дополнительный поток водорода для обеспечения необходимого для изомеризации водорода. Поток продуктов реакции, образующийся при изомеризации на дополнительном катализаторе, через отводящее соединение подают в дополнительную ректификационную колонну и там подвергают дистилляционному разделению.
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения дополнительный катализатор в дополнительной ректификационной колонне предусмотрен в по меньшей мере одной ступени разделения дополнительной ректификационной колонны. При этом поток С4-углеводородов и дополнительный поток водорода подают в дополнительную ректификационную колонну, а поток продукта, содержащий 1-бутен, который образуется при дистилляционном разделении в дополнительной ректификационной колонне, подают на дополнительный катализатор, расположенный внутри дополнительной ректификационной колонны, и 1-бутен, содержащийся в этом потоке продукта, в присутствии водорода изомеризуется в 2-бутен. Поток продукта реакции, образующийся при этой каталитической изомеризации внутри дополнительной ректификационной колонны, отделяют посредством дистилляции в дополнительной ректификационной колонне.
Для того чтобы достичь высокой степени чистоты полученного изобутена, предпочтительно, чтобы массовая доля изобутена в потоке С4-углеводородов, который подают в дополнительную ректификационную колонну, составляла по меньшей мере 10%, предпочтительно - по меньшей мере 15%, в частности - по меньшей мере 20%.
Также для обеспечения высокой степени чистоты полученного изобутена предпочтительно, чтобы массовая доля 1-бутена в потоке С4-углеводородов, который подают в дополнительную ректификационную колонну, составляла не более 40%, предпочтительно - не более 30%, в частности - не более 25%.
Также для обеспечения высокой степени чистоты полученного изобутена предпочтительно, чтобы массовая доля 2-бутена в потоке С4-углеводородов, который подают в дополнительную ректификационную колонну, составляла не более 60%, предпочтительно - не более 50%, в частности - не более 40%.
Для того чтобы изомеризация 1-бутена в 2-бутен значительно превышала изомеризацию изобутена, предпочтительно, чтобы температура в реакторе изомеризации лежала в диапазоне от 20°С до 130°С, предпочтительно - от 30°С до 80°С, в частности - от 40°С до 70°С.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, для того чтобы изомеризация 1-бутена в 2-бутен значительно превышала изомеризацию изобутена, предпочтительно, чтобы давление в реакторе изомеризации лежало в диапазоне от 3 бар до 30 бар, предпочтительно - от 5 бар до 20 бар, в частности - от 7 бар до 16 бар.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения поток материала, обогащенный изобутаном и изобутеном, в конденсаторе дополнительной ректификационной колонны по меньшей мере частично сжижается для получения жидкой фазы или смешанной фазы этого потока материала. Также предпочтительно, чтобы реактор изомеризации содержал смесительное и распределительное устройство. Особо предпочтительно, если с помощью этого смесительного и распределительного устройства обогащенный изобутаном и изобутеном поток материала дополнительной ректификационной колонны в форме жидкой фазы или смешанной фазы и поток водорода в форме газообразной фазы равномерно приводят в контакт с катализатором реактора изомеризации для обеспечения максимально высокого смешивания обогащенного изобутаном и изобутеном потока материала с потоком водорода. Такие смесительные и распределительные устройства хорошо известны из предшествующего уровня техники, так что можно опустить более подробные разъяснения.
3
3
3
3
3
3
Для достижения высокой скорости изомеризации предпочтительно, чтобы при подаче в реактор изомеризации поток водорода в пересчете на т/ч потока материала, обогащенного изобутаном и изобутеном, лежал в диапазоне от 0,02 норм. м/ч до 200 норм. м/ч, предпочтительно - от 0,1 норм. м/ч до 50 норм. м/ч, в частности - от 0,5 норм. м/ч до 5 норм. м/ч. При таком соотношении обеспечивается высокая скорость изомеризации 1-бутена в 2 бутен и минимизируется скорость побочной реакции изобутена с водородом с образованием изобутана.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения ректификационная колонна содержит от 100 ступеней разделения до 220 ступеней разделения, предпочтительно - от 120 ступеней разделения до 200 ступеней разделения, в частности - от 130 ступеней разделения до 180 ступеней разделения. Также предпочтительно, чтобы отношение возвратного потока к потоку дистиллята ректификационной колонны составляло по меньшей мере 10:1, предпочтительно - по меньшей мере 15:1, в частности - по меньшей мере 20:1.
Для того чтобы повысить выход очищенного изобутена при постоянном потоке С4-углеводородов, предпочтительно, чтобы нижний продукт ректификационной колонны по меньшей мере частично возвращался в поток С4-углеводородов в качестве рециркулирующего потока. Для этого нижнюю часть ректификационной колонны соединяют с трубопроводом, предназначенным для проведения потока С4-углеводородов, который подают в дополнительную ректификационную колонну.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения поток материала, обогащенный изобутеном, который получают из ректификационной колонны, подают в дополнительную ректификационную колонну для получения дополнительно очищенного потока материала, содержащего изобутен, который содержит сравнительно меньше 1-бутена и 2-бутена, чем поток материала, обогащенный изобутеном. Особо предпочтительно массовая доля изобутена в дополнительно очищенном потоке материала, содержащем изобутен, из дополнительной ректификационной колонны составляет по меньшей мере 95%, предпочтительно - по меньшей мере 98%, особо предпочтительно - по меньшей мере 99%, в частности - по меньшей мере 99,5%.
Для того чтобы поддерживать максимально низкое использование потока С4-углеводородов, предпочтительно, чтобы нижний продукт дополнительной ректификационной колонны по меньшей мере частично возвращался в качестве рециркулирующего потока в поток С4-углеводородов для повышения выхода очищенного изобутена при постоянном потоке С4-углеводородов. Для этого нижнюю часть дополнительной ректификационной колонны соединяют с трубопроводом, предназначенным для проведения потока С4-углеводородов, который подают в дополнительную ректификационную колонну.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения поток материала, обогащенный изобутеном, отводят из ректификационной колонны через боковой выпуск, при этом ниже ступени разделения, в которой находится боковой выпуск, находится от 8% до 25%, предпочтительно - от 10% до 20%, в частности - от 12% до 15% всех ступеней разделения ректификационной колонны. Особо предпочтительно массовая доля изобутена в этом потоке материала, обогащенном изобутеном, составляет по меньшей мере 95%, предпочтительно - по меньшей мере 98%, особо предпочтительно - по меньшей мере 99%, в частности - по меньшей мере 99,5%.
Для снижения затрат энергии предпочтительно, чтобы дополнительная ректификационная колонна имела более высокую температуру, чем ректификационная колонна, и чтобы с ректификационной колонной и дополнительной ректификационной колонной был соединен теплообменник для обеспечения теплообмена между ректификационной колонной и дополнительной ректификационной колонной для снабжения ректификационной колонны теплом от дополнительной ректификационной колонны.
2
3
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения дополнительный катализатор является PdO-катализатором на носителе из АlO.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения гидрогенизационно-активный металл катализатора реактора изомеризации относится к 8-ой, 9-ой или 10-ой группам периодической системы элементов, в частности - является палладием или платиной. Особо предпочтительно гидрогенизационно-активный металл этого катализатора является палладием с массовой долей, лежащей в диапазоне от 0,01% до 5%, предпочтительно - от 0,1% до 0,7%, в частности - от 0,2% до 0,5%.
Согласно особо предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения алюмооксидный носитель катализатора реактора изомеризации представляет собой шаровидное формованное тело.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения алюмооксидный носитель катализатора реактора изомеризации представляет собой экструдат или таблетки.
Далее настоящее изобретение будет дополнительно разъяснено на основании изображенных на графических материалах примеров осуществления, не ограничивающих настоящее изобретение.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 демонстрирует принципиальную схему технологической установки по настоящему изобретению, с использованием которой изобутен выделяют из потока С4-углеводородов.
Фиг.2 демонстрирует принципиальную схему следующего варианта осуществления технологической установки по настоящему изобретению.
Фиг. 3 демонстрирует принципиальную схему третьего варианта осуществления технологической установки по настоящему изобретению.
Фиг. 4 демонстрирует принципиальную схему четвертого варианта осуществления технологической установки по настоящему изобретению.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг. 1 изображена принципиальная технологическая схема установки 1а по настоящему изобретению, которая содержит реактор 5 изомеризации, ректификационную колонну 6, дополнительную ректификационную колонну 2а и реактор 3, который содержит дополнительный катализатор 4а. Дополнительный катализатор 4а в реакторе 3 и дополнительная ректификационная колонна 2а служат для повторной изомеризации и дистилляционного выделения 1-бутена из потока С4-углеводородов, причем реактор 3, который содержит дополнительный катализатор 4а для изомеризации 1-бутена, расположен за пределами дополнительной ректификационной колонны 2а. Способы повторной изомеризации и дистилляционного выделения 1-бутена из потока С4-углеводородов с использованием ректификационной колонны и катализатора, по меньшей мере частично расположенного за пределами ректификационной колонны, известны, например, из публикации ЕР 0922018 В1.
2
3
-1
-1
-1
-1
В варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 1, поток 7 С4-углеводородов, в котором массовые доли могут лежать в диапазоне от 10% до 40% для изобутана, от 10% до 20% для изобутена, от 4% до 10% для 1-бутена и от 30% до 60% для 2-бутена, непрерывно подают в дополнительную ректификационную колонну 2а. В дополнительной ректификационной колонне 2а поток 7 С4-углеводородов разделяют посредством дистилляции и образующийся в дополнительной ректификационной колонне 2а поток 8 продукта, содержащий 1-бутен, через по меньшей мере один боковой выпуск отводят из дополнительной ректификационной колонны 2а. Этот поток 8 продукта непрерывно подают в реактор 3 через трубопровод совместно с дополнительным потоком 9а водорода, при этом реактор 8 расположен за пределами дополнительной ректификационной колонны 2а и содержит дополнительный катализатор 4а. Поток 8 продукта отдельно от дополнительного потока 9а водорода подают в реактор 3, причем этот поток 8 продукта можно также смешать с дополнительным потоком 9а водорода перед подачей в реактор 3. В реакторе 3 1-бутен, который содержится в потоке 8 продукта, реагирует с водородом из дополнительного потока 9а водорода в присутствии дополнительного катализатора 4а, который является PdO-катализатором на носителе из AlO, с образованием 2-бутена. Образующийся при этом поток 10 продуктов реакции, который содержит меньше 1-бутена и больше 2-бутена, чем поток 8 продукта, через возвратный трубопровод снова подают в дополнительную ректификационную колонну 2а. При этом, как показано на Фиг. 1, можно осуществить подачу возвратного потока 10 продукта реакции в ту же ступень разделения дополнительной ректификационной колонны 2а, из которой было осуществлено отведение потока 8 продукта. Нижним продуктом дополнительной ректификационной колонны 2а является поток 11 материала, обогащенный 2-бутеном, а верхним продуктом является поток 12 материала, обогащенный изобутаном и изобутеном, причем этот поток 12 материала содержит сравнительно меньше 1-бутена и 2-бутена, чем подаваемый в дополнительную ректификационную колонну 2а поток 7 С4-углеводородов. Массовые доли в потоке 12 материала, обогащенного изобутаном и изобутеном, могут быть равны, например, примерно 48% для изобутана, примерно 50% для изобутена, от 600 млн (миллионных долей) до 1000 млн для 1-бутена и от 200 млн до 400 млн для 2-бутена.
3
3
В варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 1, верхний продукт дополнительной ректификационной колонны 2а, то есть обогащенный изобутаном и изобутеном поток 12 материала, по меньшей мере частично сжижают в конденсаторе 13 дополнительной ректификационной колонны 2а и непрерывным потоком подают в реактор 5 изомеризации, который подсоединен последовательно к верхней части дополнительной ректификационной колонны 2а и оперативно соединен с дополнительной ректификационной колонной 2а. В этой связи оперативное соединение означает, что реактор 5 изомеризации и дополнительная ректификационная колонна 2а в процессе эксплуатации технологической установки, содержащей эти элементы установки, соединены между собой так, что может происходить обмен веществом и/или энергией между реактором 5 изомеризации и дополнительной ректификационной колонной 2а. Дополнительно в реактор 5 изомеризации подают поток 14 водорода. Поток 12 материала, обогащенный изобутаном и изобутеном, отдельно от потока 14 водорода подают в реактор 5 изомеризации, причем этот поток 12 материала также можно смешать с потоком 14 водорода перед подачей в реактор 5 изомеризации. На каждую т/ч потока 12 материала, обогащенного изобутаном и изобутеном, в реактор 5 изомеризации подают от 0,5 норм. м/ч до 5 норм. м/ч водорода в форме потока 14 водорода. В связи с этой трехфазной реакцией потока 12 материала, обогащенного изобутаном и изобутеном, в форме жидкой фазы, потока 14 водорода в форме газообразной фазы и катализатора реактора 5 изомеризации в форме твердой фазы в реакторе 5 изомеризации присутствует смесительное и распределительное устройство, которое известно, например, из публикации ЕР 2170494 В1, для максимального смешивания реагентов. Смесительное и распределительное устройство содержит корытообразный распределитель с корытообразными каналами и отводящими трубками, находящимися в корытообразных каналах, для жидкой фазы и распределительную тарелку, которая расположена под корытообразным распределителем и содержит вертикальные втулки. Кроме того, реактор 5 изомеризации содержит катализатор с горизонтально расположенным стационарным слоем катализатора с шарообразными формованными телами, причем катализатор содержит по меньшей мере один гидрогенизационно-активный металл на алюмооксидном носителе. Гидрогенизационно-активным металлом этого катализатора является палладий с массовой долей, лежащей в диапазоне от 0,2% до 0,5%. Поток 12 материала, обогащенный изобутаном и изобутеном в форме жидкой фазы и поток 14 водорода в форме газообразной фазы в прямоточном способе с помощью смесительного и распределительного устройства пропускают сверху вниз через стационарный слой катализатора в реакторе 5 изомеризации для каталитической изомеризации 1-бутена, присутствующего в потоке 12 материала, обогащенном изобутаном и изобутеном, в 2-бутен в присутствии водорода. При этой изомеризации температура в реакторе 5 изомеризации лежит в диапазоне от 40°С до 70°С, а давление лежит в диапазоне от 7 бар до 16 бар.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
В варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 1, поток 15 продукта изомеризации из реактора 5 изомеризации подают в ректификационную колонну 6, которая подсоединена последовательно к реактору 5 изомеризации и оперативно соединена с ним. Ректификационная колонна 6 содержит от 130 до 180 ступеней разделения, и отношение возвратного потока к дистилляту равно 20:1. В ректификационной колонне 6 поток 15 продукта, в котором массовые доли равны примерно 48% для изобутана, примерно 50% для изобутена, от 100 млн до 200 млн для 1-бутена и от 700 млн до 1200 млн для 2-бутена, разделяют посредством дистилляции. При этом выделяют обогащенный изобутаном поток материала в качестве верхнего продукта 16 ректификационной колонны 6, который содержит массовую долю изобутана, лежащую в диапазоне от 80% до 95%, и массовую долю изобутена, лежащую в диапазоне от 5% до 20%. Ректификационная колонна 6 содержит боковой выпуск 17, при этом от 12% до 15% от всех ступеней разделения ректификационной колонны 6 находятся ниже ступени разделения, в которой расположен боковой выпуск 17. Через этот боковой выпуск 17 отводят обогащенный изобутеном поток 18 материала, в котором массовые доли равны 99,7% для изобутена, 0,2% для изобутана, 200 млн для 1-бутена и 400 млндля 2-бутена. В нижнем продукте 19 ректификационной колонны 6 массовая доля изобутена равна примерно 98%, а массовая доля 2-бутена - примерно 2%. В варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 1, часть нижнего продукта 19 в качестве рециркулирующего потока 20 подают в поток 7 С4-углеводородов. При этом нижняя часть ректификационной колонны 6 и трубопровод, который предназначен для подачи потока 7 С4-углеводородов в дополнительную ректификационную колонну 2а, оперативно соединены трубопроводом для проведения рециркулирующего потока 20.
В варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 1, поток 21 материала, который является частью потока материала, отведенного через верхнюю часть дополнительной ректификационной колонны 2а, подают в теплообменник 22, который является испарителем ректификационной колонны 6, для передачи тепла к испаряющейся смеси в нижней части ректификационной колонны 6 через теплообменник 22. Для обеспечения теплом испарителя ректификационной колонны 6 дополнительную ректификационную колонну 2а эксплуатируют при более высокой температуре и более высоком давлении, чем ректификационную колонну 6. Трубопровод для проведения потока 21 материала соединяет верхнюю часть дополнительной ректификационной колонны 2а с теплообменником 22 ректификационной колонны 6. После отдачи тепла поток 23 материала, имеющий более низкое содержание энергии, чем поток 21 материала, подают из теплообменника 22 в конденсатор 13 дополнительной ректификационной колонны 2а, чтобы вернуть в верхнюю часть дополнительной ректификационной колонны 2а поток материала, взятый для теплопередачи из верхней части дополнительной ректификационной колонны 2а. Соответственно, теплообменник 22 ректификационной колонны 6 и конденсатор 13 дополнительной ректификационной колонны 2а соединены трубопроводом для проведения потока 23 материала.
На Фиг. 2 показана принципиальная технологическая схема следующей установки 1b по настоящему изобретению, которая содержит дополнительную ректификационную колонну 2b, дополнительный катализатор 4b, реактор 5 изомеризации и ректификационную колонну 6. Дополнительный катализатор 4b и дополнительная ректификационная колонна 2b служат для повторной изомеризации и дистилляционного выделения 1-бутена, содержащегося в потоке С4-углеводородов, причем дополнительный катализатор 4b для изомеризации 1-бутена находится в ступени разделения внутри дополнительной ректификационной колонны 2b. Способы повторной изомеризации и дистилляционного выделения 1-бутена, содержащегося в потоке С4-углеводородов, с использованием ректификационной колонны и катализатора, находящегося в ректификационной колонне, известны, например, из публикации ЕР 1 200378 В1.
2
3
В варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 2, поток 7 С4-углеводородов перед подачей в дополнительную ректификационную колонну 2b смешивают с дополнительным потоком 9b водорода и затем подают в дополнительную ректификационную колонну 2b. Кроме смешивания потока 7 С4-углеводородов с дополнительным потоком 9b водорода, возможна и раздельная подача этих двух потоков в дополнительную ректификационную колонну 2b. В дополнительной ректификационной колонне 2b поток 7 С4-углеводородов разделяют посредством дистилляции и образовавшийся в дополнительной ректификационной колонне 2b поток 8 продукта, содержащий 1-бутен, совместно с водородом из дополнительного потока 9b водорода подают на дополнительный катализатор 4b, причем дополнительный катализатор 4b находится в ступени разделения внутри дополнительной ректификационной колонны 2b. На Фиг. 2 поток 8 продукта не показан, так как он соответствует потоку материала в дополнительной ректификационной колонне 2b, который находится в той же ступени разделения, что и дополнительный катализатор 4b, и который приводят в контакт с этим дополнительным катализатором 4b. В присутствии дополнительного катализатора 4b, который является PdO-катализатором на носителе из AlO, 1-бутен, который содержится в потоке 8 продукта, в дополнительной ректификационной колонне 2b реагирует с водородом дополнительного потока 9b водорода с образованием 2-бутена. Образующийся при этом поток 10 продуктов реакции, который содержит меньше 1-бутена и больше 2-бутена, чем поток 8 продукта, также находится в той же ступени разделения, что и дополнительный катализатор 4b, и его отделяют посредством дистилляции в дополнительной ректификационной колонне 2b. По этой причине поток 10 продуктов реакции также не показан на Фиг. 2. Нижним продуктом дополнительной ректификационной колонны 2b является поток 11 материала, обогащенный 2-бутеном, а верхним продуктом является поток 12 материала, обогащенный изобутаном и изобутеном, причем этот поток 12 материала содержит сравнительно меньше 1-бутена и 2-бутена, чем подаваемый в дополнительную ректификационную колонну 2b поток 7 С4-углеводородов до смешивания этого потока 7 С4-углеводородов с дополнительным потоком 9b водорода. Следующие стадии способа после дополнительной ректификационной колонны 2b в варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 2, которые обеспечивают получение потока материала, обогащенного изобутеном, являются одинаковыми со стадиями способа после дополнительной ректификационной колонны 2а в варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 1.
На Фиг. 3 показана принципиальная технологическая схема следующей установки 1 с по настоящему изобретению, которая содержит дополнительную ректификационную колонну 2b, дополнительный катализатор 4b, реактор 5 изомеризации и ректификационную колонну 6 согласно варианту осуществления настоящего изобретения, изображенному на Фиг. 2. В отличие от варианта осуществления настоящего изобретения, изображенного на Фиг. 2, ректификационная колонна 6 в варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 3, не содержит бокового выпуска 17 для отделения потока 18 материала, обогащенного изобутеном. Верхний продукт 16 ректификационной колонны 6 подают во вторую ректификационную колонну 24, которая последовательно подсоединена к верхней части ректификационной колонны 6. По этой причине верхняя часть ректификационной колонны 6 и вторая ректификационная колонна 24 оперативно связаны друг с другом.
В варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 3, по сравнению с вариантом осуществления настоящего изобретения, изображенным на Фиг. 2, ректификационная колонна 6 работает при более высоком давлении и/или более высокой температуре, так что в качестве верхнего продукта 16 ректификационной колонны 6 выделяют поток материала, обогащенный изобутаном и изобутеном. Этот верхний продукт 16 подают во вторую ректификационную колонну 24 для отделения изобутена от изобутана и получения потока материала, обогащенного изобутаном, в качестве верхнего продукта 25 и потока 18 материала, обогащенного изобутеном, в качестве нижнего продукта 26 второй ректификационной колонны 24. Массовая доля изобутена в этом потоке 18 материала, обогащенном изобутеном, составляет по меньшей мере 99%.
На Фиг. 4 показана принципиальная технологическая схема следующей установки 1d по настоящему изобретению, которая содержит дополнительную ректификационную колонну 2а, реактор 3, который содержит дополнительный катализатор 4а, реактор 5 изомеризации и ректификационную колонну 6 согласно варианту осуществления настоящего изобретения, изображенному на Фиг. 1. В отличие от варианта осуществления настоящего изобретения, изображенного на Фиг. 1, ректификационная колонна 6 в варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 4, не содержит бокового выпуска 17 для отведения потока 18 материала, обогащенного изобутеном. Нижний продукт 19 ректификационной колонны 6 подают в дополнительную ректификационную колонну 27, которая подсоединена последовательно к нижней части ректификационной колонны 6. По этой причине нижняя часть ректификационной колонны 6 и дополнительная ректификационная колонна 27 оперативно связаны друг с другом.
В варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 4, полученный в качестве нижнего продукта 19 ректификационной колонны 6 поток 18 материала, обогащенный изобутеном, подают в дополнительную ректификационную колонну 27. В дополнительной ректификационной колонне 27 изобутен отделяют от 2-бутена, содержащегося в потоке 18 материала, обогащенном изобутеном, и дополнительно очищенный поток 28 материала, содержащий изобутен, получают в качестве верхнего продукта 29 дополнительной ректификационной колонны 27. Массовая доля изобутена в этом дополнительно очищенном потоке 28 материала, содержащем изобутен, составляет по меньшей мере 99,7%. Нижний продукт 30 дополнительной ректификационной колонны 27, который содержит изобутен и 2-бутен, частично подают в поток 7 С4-углеводородов в качестве рециркулирующего потока 31. При этом нижняя часть дополнительной ректификационной колонны 27 и трубопровод, который предназначен для подачи потока 7 С4-углеводородов в дополнительную ректификационную колонну 2а, оперативно соединены друг с другом трубопроводом для проведения рециркулирующего потока 31.