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一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法.pdf

  • 上传人:C***
  • 文档编号:8845078
  • 上传时间:2021-01-07
  • 格式:PDF
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201010297500.8

    申请日:

    20100930

    公开号:

    CN102442894B

    公开日:

    20140806

    当前法律状态:

    有效性:

    有效

    法律详情:

    IPC分类号:

    C07C47/02,C07C45/50

    主分类号:

    C07C47/02,C07C45/50

    申请人:

    中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司北京化工研究院

    发明人:

    王世亮,吕顺丰,黄凤兴,李彤,刘博,秦燕璜

    地址:

    100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号

    优先权:

    CN201010297500A

    专利代理机构:

    北京英特普罗知识产权代理有限公司

    代理人:

    齐永红;唐彬

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    内容摘要

    本发明公开了一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法,以便提供炼厂干气低浓度乙烯直接利用制备丙醛的技术,该方法经原料干气进入压缩系统加压,得到的高压干气进入净化系统,将杂质脱除,净化后的炼厂干气与不含催化剂毒物的一氧化碳一起形成氢甲酰化反应原料气,在催化剂与催化剂配体的作用下与外加的一氧化碳一起进行氢甲酰化反应,以气相出料的方法,经过分离系统,得到丙醛产品。

    权利要求书

    1.一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法,选炼厂干气中乙烯的摩尔含量为10~15%,氢气的摩尔含量为20~35%,乙烯与氢气的摩尔比为1∶1.5~1∶2.5的炼厂干气为原料,按照如下步骤依次进行:第一步,原料干气进入压缩系统加压,压力加至1.5~2.5Mpa,排出少量凝液后形成高压的干气;第二步,高压干气进入净化系统,将炼厂干气中含有的杂质脱除;第三步,净化后的炼厂干气与不含催化剂毒物的一氧化碳一起形成氢甲酰化反应原料气,将原料气通入氢甲酰化反应器,反应器为不锈钢搅拌高压反应釜,并且反应釜带有气体分布器,原料气从反应釜釜底通入,在油溶性铑催化剂与催化剂配体的作用下炼厂干气中含有的乙烯和氢气与外加的一氧化碳一起进行氢甲酰化反应生成丙醛;第四步,原料气连续通入,利用大量含有不反应的烷烃及永久气体的反应尾气夹带产物丙醛从反应釜气相出口排出,形成气相物流,气相物流进入冷凝系统,经过冷凝器将这部分物料分为不凝气相和有机相,不凝气相含有大量烃类可燃气体,可作为燃料进入尾气回收系统,有机相即为粗丙醛物料流,其中一部分做为回流,以控制反应釜液面,大部分粗丙醛物料流进入分离系统,形成副产物流和产品物流,即为丙醛产品。 2.根据权利要求1所述的一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法,脱除的杂质包括5~50ppm羰基铁、20~200ppm硫化氢、10~100ppm氧气、300~3000ppm乙炔和500~5000ppm水。 3.根据权利要求1所述的一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法,净化系统为一套串连连接的固定床净化塔,分别是羰基铁净化塔、硫化氢净化塔、氧气净化塔、乙炔净化塔、水净化塔,分别装有活性炭,使羰基铁含量小于1ppm;氧化锌脱硫催化剂,使硫化氢含量小于1ppm;硫化铂催化剂,使氧含量小于1ppm;选择加氢催化剂,使乙炔含量小于50ppm;分子筛,使水含量小于100ppm。 4.根据权利要求3所述的一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法,使羰基铁含量小于0.1ppm;使硫化氢含量小于0.1ppm;使乙炔含量小于10ppm;使水含量小于10ppm。 5.根据权利要求1所述的一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法,氢甲酰化反应所用的催化剂为油溶性铑络合物催化剂,即三(三苯基磷)羰基氢铑,催化剂的加入量以金属铑计为200~500ppm,所用的催化剂配体三苯基膦与铑催化剂中金属铑的摩尔比为50~100∶1。 6.根据权利要求1所述的一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法,氢甲酰化反应所使用的溶剂采用可与丙醛产品相互混溶,且能溶解前述铑催化剂和催化剂配体的有机溶剂,包括脂族及芳族烃,醚,醛或羰基合成产物醛的缩聚产物。 7.根据权利要求6所述的一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法,所述脂族及芳族烃为庚烷、环己烷、苯或甲苯,所述醚为四氢呋喃或四甘醇二甲醚,所述醛为丙醛或丁醛,所述羰基合成产物醛的缩聚产物为三聚丙醛或三聚丁醛。 8.根据权利要求1所述的一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法,一氧化碳与乙烯的比例为1~1.2∶1。 9.根据权利要求1所述的一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法,氢甲酰化反应温度90℃~110℃,氢甲酰化反应压力1.0~2.0Mpa,原料气中乙烯的转化率大于75%,乙烯的转化速率大于2.0mol/l.hr。 10.据权利要求9所述的一种利用炼厂干气中乙烯制备丙醛的方法,原料气中乙烯的转化率大于80%。

    说明书

    技术领域

    本发明涉及一种炼厂干气中乙烯的利用方法,具体是一种直接利 用炼厂干气中乙烯和氢气,与一氧化碳反应制备丙醛的方法。

    背景技术

    炼厂干气主要来自于原油的二次加工,如催化裂化、热裂化、延 迟焦化等,其中催化裂化的干气量最大,产率最高。炼厂干气中含有 10~20%的乙烯,20~40%的氢气,以及氮气、甲烷、乙烷和少量的 一氧化碳、二氧化碳、丙烷、丙烯等。

    国外炼厂利用炼厂干气用作乙烯装置原料早在20世纪80年代就 已工业化。国内的炼油及化工企业在结构和布局上与国外有很大的区 别。首先国内炼油企业规模普遍偏小,布局分散,干气回收很难出现 规模装置。其次,绝大部分炼油企业没有乙烯配套工艺,有些即使是 油化结合型的,但其乙烯与炼油的地理位置相距也较远,给乙烯的进 一步精制与利用带来困难。国内炼厂催化裂化干气基本用作工业燃料 气、民用燃料气,其余的则放火炬烧掉,造成严重的资源浪费。随着我 国炼油工业原油深度加工的迅速发展,副产的催化裂化干气也在大量 增加,如何充分利用这部分宝贵的化工原料,开发新的综合利用工艺, 提高炼油厂的综合效益,已引起人们的普遍关注。

    目前,针对炼厂干气中乙烯的利用主要采用分离回收技术和化工 利用技术两大类。目前已成功开发的用于干气分离回收的工艺有深冷 分离、络合分离、溶剂抽提、中冷油吸收、膜分离、变压吸附以及这 些技术的联合工艺。目前,对炼厂干气中乙烯的直接加工利用工艺比 较成熟的技术有干气制乙苯,干气制对甲基乙苯、干气制环氧乙烷、 干气制二氯乙烷等。

    催化裂化干气中乙烯浓度普遍较低,对其进行分离回收利用,具 有设备投资和加工费用较高的缺点。因此,开发其直接利用技术具有 很好的经济性,由于直接加工利用投资和操作费用低,尤其适用于气 量有限的中小企业。

    丙醛自20世纪50年代实现工业化生产,目前工业生产方法主要 有乙烯羰基合成法、丙醇氧化法、环氧丙烷异构化法、丙稀醛加氢法 和副产法。其中乙烯羰基合成法是目前工业上生产丙醛的主要方法。 乙烯羰基合成法又分为高压钴法和低压铑法,反应过程是乙烯与一氧 化碳和氢气反应生成丙醛。1975年美国联合碳化物公司建成世界上 第一套乙烯低压羰基合成法生产丙醛工业装置。低压羰基合成法具 有催化剂活性高、选择性好、反应条件温和,生产过程中不产生腐蚀 性介质,原料及公用工程消耗低,设备投资少等优点,是目前国外生 产丙醛的主要生产方法和发展方向。低压羰基合成法又分为油溶性铑 膦络合物催化剂体系和水溶性铑膦络合物催化剂体系。

    在涉及稀乙烯氢甲酰化制丙醛反面,在中国专利CN1125712中, 描述了用液相铑膦络合物催化剂负载在多孔载体上,催化由流化床催 化裂解得到的含5~40%的2~6碳原子低浓度烯烃为原料氢甲酰化 制醛的方法。该方法所用负载液相催化剂中的催化活性组分为油溶性 铑膦络合物催化剂,在使用过程中,可被生成的产物醛缓慢地溶解而 流失,技术不成熟。

    中国专利CN1594256是以炼厂干气和合成气为原料生产丙醛, 其过程是将炼厂气经变压吸附提浓乙烯,净化后与合成气一起,在水 溶性铑膦络合物催化剂体系的作用下,经氢甲酰化反应制备丙醛。工 艺过程复杂,设备投资高。

    中国专利CN1434015是用含有40~95%乙烯及其它烃类和惰性 气体的稀乙烯与合成气一起,在水溶性铑络合物复合催化剂作用下, 氢甲酰化反应制备丙醛。此法对原料浓度的要求较高。

    美国专利US5675041采用油溶性铑催化剂,由含烯烃和炔烃的 C2~C5混合烃类为原料制备C3~C6醛。它是以天然气为原料,先 制成含乙烯、乙炔等混合烃为原料与合成气(一氧化碳和氢气),经 氢甲酰化反应制备混合醛。

    在美国专利US6049011中,采用油溶性铑膦络合物催化剂催化 稀乙烯氢甲酰化反应制备丙醛,所用稀乙烯中乙烯的含量为30~75 %,其它组分为低级气态烯烃、气态烷烃和氢气氮气等。

    上述均相反应专利均未能提供一种同时利用炼厂干气里面含有 的乙烯和氢气,并且在不改变气体原料浓度的情况下直接进行氢甲酰 化反应制备丙醛的方法。

    发明内容

    本发明要解决的技术问题:

    鉴于目前没有提供炼厂干气低浓度乙烯直接利用制备丙醛的技 术,本发明意在提供一种炼厂干气无需提浓,只需净化里面含有的催 化剂毒物,在干气进行氢甲酰化前,催化剂的毒物要求被净化到一个 合适的浓度。然后直接利用炼厂干气中的乙烯和氢气,与外加的一氧 化碳一起进行低压均相氢甲酰化反应,以气相出料的方法制备丙醛。

    本发明的技术方案包含如下步骤:

    本发明优选炼厂干气中乙烯的摩尔含量为10~15%,氢气的摩 尔含量为20~35%,乙烯与氢气的摩尔比为1∶1.5~1∶2.5的炼厂 干气。

    第一步,原料干气1进入压缩系统A加压,压力加至1.5~ 2.5Mpa,排出少量凝液后形成高压的干气2。

    第二步,高压干气2进入净化系统B,炼厂干气中含有如下杂质 需要脱除,羰基铁(5~50ppm)硫化氢(20~200ppm)氧气(10~ 100ppm)乙炔(300~3000ppm)水(500~5000ppm),净化系统为 图2所示的一套串连连接的固定床净化塔,分别是羰基铁净化塔、硫 化氢净化塔、氧气净化塔、乙炔净化塔、水净化塔。分别装有活性炭, 使羰基铁含量小于1ppm,优选小于0.1ppm;氧化锌脱硫催化剂,使 硫化氢含量小于1ppm,优选小于0.1ppm;硫化铂催化剂,使氧含量 小于1ppm;选择加氢催化剂,使乙炔含量小于50ppm,优选小于 10ppm。分子筛,使水含量小于100ppm,优选小于10ppm。

    第三步,净化后的炼厂干气与不含催化剂毒物的一氧化碳一起形 成氢甲酰化反应原料气3。将原料气3通入氢甲酰化反应器C,反应 器C为不锈钢搅拌高压反应釜,并且反应釜带有气体分布器。原料 气从反应釜釜底通入,在油溶性铑催化剂与催化剂配体的作用下炼厂 干气中含有的乙烯和氢气与外加的一氧化碳一起进行氢甲酰化反应 生成丙醛。

    氢甲酰化反应所用的催化剂为油溶性铑络合物催化剂,即三(三 苯基磷)羰基氢铑,催化剂的加入量以金属铑计为200~500ppm。

    所用的催化剂配体三苯基膦与铑催化剂中金属铑的摩尔比为 50~100∶1。

    氢甲酰化反应所使用的溶剂可以采用任何可与丙醛产品相互混 溶,且能溶解前述铑催化剂和催化剂配体的有机溶剂。包括脂族及芳 族烃(如庚烷,环己烷,苯,甲苯等),醚及多醚(如四氢呋喃及四 甘醇二甲醚),醛(如丙醛,丁醛等),羰基合成产物醛的缩聚产物(如 三聚丙醛,三聚丁醛),等等。

    配入的一氧化碳与乙烯的比例为1~1.2∶1

    氢甲酰化反应温度90℃~110℃,氢甲酰化反应压力1.0~ 2.0Mpa,原料气中乙烯的转化率大于75%,优选乙烯的转化率大于 80%,乙烯的转化速率大于2.0mol/l.hr。

    第四步,原料气3连续通入,利用大量含有不反应的烷烃及永久 气体的反应尾气夹带产物丙醛从反应釜气相出口排出,形成气相物流 4,气相物流4进入冷凝系统D,经过冷凝器将这部分物料分为不凝 气相和有机相。不凝气相5含有大量烃类可燃气体,可作为燃料进入 尾气回收系统。有机相即为粗丙醛物料流,其中一部分做为回流6, 以控制反应釜液面,大部分粗丙醛物料流7进入分离系统E。

    粗丙醛物料流7经过分离系统E分离后,形成副产物流9,和产 品物流8,即为丙醛产品。

    本发明的有益效果是:

    鉴于石油资源的日益短缺,乙烯和氢气都是重要的化工原料,做 为燃料甚至白白烧掉都是对资源的极大浪费。本发明方法提供了一条 直接利用炼厂干气中的乙烯和氢气的新的工艺路线,炼厂干气只需要 净化里面的氢甲酰化反应催化剂毒物,无需对其组分进行分离、浓缩 等手段,即可与一氧化碳一起进行氢甲酰化反应制备丙醛。

    氢甲酰化反应工段采用的是产物随气相出料,气相尾气不循环的 工艺,而传统的氢甲酰化反应工段气相出料是采用尾气大量循环回反 应釜,利用尾气的循环将产物丙醛从反应釜中带出。因此本技术比传 统的氢甲酰化反应工段气相出料尾气循环的方法工艺简单。与其它炼 厂干气利用技术相比,本方法工艺简单、装置投资小、能耗低,具有 显著的社会效益及经济效益。

    附图说明

    图1是炼厂干气与一氧化碳均相氢甲酰化反应制备丙醛工艺流 程示意图;

    图2是炼厂干气净化装置流程示意图。

    具体实施方式

    实施例1

    第一步,压力0.7Mpa的炼厂干气经压缩系统将压力加至2.3Mpa 形成高压炼厂干气。

    第二步,含有乙烯12.5%(摩尔含量)、氢气26%(摩尔含量)、 以及甲烷、乙烷、氮气、少量丙烷、丙烯、二氧化碳等的炼厂干气由 流量计控制以5000ml/min的流速通过净化装置,炼厂干气中含有羰 基铁10ppm、硫化氢150ppm、氧气70ppm、乙炔3000ppm、水3000ppm。 净化装置由五个串连的固定床反应器组成,每个固定床反应器可单独 控制温度。分别是羰基铁净化塔、硫化氢净化塔、氧气净化塔、乙炔 净化塔、水净化塔。羰基铁净化塔装有200ml活性炭,控制温度180 ℃,硫化氢净化塔装有200ml氧化锌脱硫催化剂,控制温度80℃, 氧气净化塔装有200ml硫化铂催化剂脱氧,控制温度180℃,乙炔净 化塔装有100ml选择加氢催化剂用于脱除乙炔,控制温度50℃,水 净化塔装有500ml分子筛脱水。炼厂干气经过净化装置后含有羰基铁 0.1ppm、硫化氢0.1ppm、氧气1ppm、乙炔5ppm、水10ppm。

    第三步,净化后的炼厂干气与630ml/min的一氧化碳一起通入氢 甲酰化反应器,反应器为不锈钢搅拌高压反应釜,并且反应釜带有气 体分布器。原料气从反应釜釜底通入,氢甲酰化反应所用的催化剂三 (三苯基磷)羰基氢铑,催化剂的加入量以金属铑计为200ppm。所 用的催化剂配体三苯基膦与铑催化剂中金属铑的摩尔比为50∶1。氢 甲酰化反应所使用的溶剂为丙醛。反应液体积500ml。氢甲酰化反应 温度90℃,氢甲酰化反应压力2.0Mpa,炼厂干气中含有的乙烯和氢 气与外加的一氧化碳一起进行氢甲酰化反应生成丙醛。乙烯转化率 83.5%,转化的乙烯生成丙醛的选择性97.5%,乙烯的转化速率 2.79mol/l.hr。

    第四步,原料气连续通入,利用大量含有不反应的烷烃及永久气 体的反应尾气夹带产物丙醛从反应釜气相出口排出,形成气相物流, 气相物流进入冷凝系统,经过冷凝器将这部分物料分为不凝气相和有 机相。有机相即为粗丙醛物料流,其中一部分做为回流,以控制反应 釜液面,大部分物料流进入分离系统。粗丙醛经过分离系统分离后, 形成副产物流,和产品物流,即为丙醛产品。

    实施例2

    第一步,压力0.7Mpa的炼厂干气经压缩系统将压力加至1.5Mpa 形成高压炼厂干气。

    第二步,含有乙烯12.5%(摩尔含量)、氢气26%(摩尔含量)、 以及甲烷、乙烷、氮气、少量丙烷、丙烯、二氧化碳等的炼厂干气由 流量计控制以4000ml/min的流速通过净化装置,炼厂干气中含有羰 基铁10ppm、硫化氢150ppm、氧气70ppm、乙炔3000ppm、水3000ppm。 净化装置由五个串连的固定床反应器组成,每个固定床反应器可单独 控制温度。分别是羰基铁净化塔、硫化氢净化塔、氧气净化塔、乙炔 净化塔、水净化塔。羰基铁净化塔装有200ml活性炭,控制温度180 ℃,硫化氢净化塔装有200ml氧化锌脱硫催化剂,控制温度80℃, 氧气净化塔装有200ml硫化铂催化剂脱氧,控制温度180℃,乙炔净 化塔装有100ml选择加氢催化剂用于脱除乙炔,控制温度50℃,水 净化塔装有500ml分子筛脱水。炼厂干气经过净化装置后含有羰基铁 0.1ppm、硫化氢0.1ppm、氧气1ppm、乙炔5ppm、水10ppm。

    第三步,净化后的炼厂干气与630ml/min的一氧化碳一起通入氢 甲酰化反应器,反应器为不锈钢搅拌高压反应釜,并且反应釜带有气 体分布器。原料气从反应釜釜底通入,氢甲酰化反应所用的催化剂三 (三苯基磷)羰基氢铑,催化剂的加入量以金属铑计为300ppm。所 用的催化剂配体三苯基膦与铑催化剂中金属铑的摩尔比为50∶1。氢 甲酰化反应所使用的溶剂为丙醛。反应液体积500ml。氢甲酰化反应 温度100℃,氢甲酰化反应压力1.0Mpa,炼厂干气中含有的乙烯和 氢气与外加的一氧化碳一起进行氢甲酰化反应生成丙醛。乙烯转化率 80.5%,转化的乙烯生成丙醛的选择性97.8%。乙烯的转化速率 2.14mol/l.hr。

    第四步,原料气连续通入,利用大量含有不反应的烷烃及永久气 体的反应尾气夹带产物丙醛从反应釜气相出口排出,形成气相物流, 气相物流进入冷凝系统,经过冷凝器将这部分物料分为不凝气相和有 机相。不凝气相含有大量烃类可燃气体,可作为燃料。有机相即为粗 丙醛物料流,其中一部分做为回流,以控制反应釜液面,大部分物料 流进入分离系统。粗丙醛经过分离系统分离后,形成副产物流,和产 品物流,即为丙醛产品。

    实施例3

    第一步,压力0.7Mpa的炼厂干气经压缩系统将压力加至1.8Mpa 形成高压炼厂干气。

    第二步,含有乙烯10.5%(摩尔含量)、氢气23%(摩尔含量)、 以及甲烷、乙烷、氮气、少量丙烷、丙烯、二氧化碳等的炼厂干气由 流量计控制以5000ml/min的流速通过净化装置,炼厂干气中含有羰 基铁20ppm、硫化氢120ppm、氧气50ppm、乙炔3100ppm、水3500ppm。 净化装置由五个串连的固定床反应器组成,每个固定床反应器可单独 控制温度。分别是羰基铁净化塔、硫化氢净化塔、氧气净化塔、乙炔 净化塔、水净化塔。羰基铁净化塔装有200ml活性炭,控制温度180 ℃,硫化氢净化塔装有200ml氧化锌脱硫催化剂,控制温度80℃, 氧气净化塔装有200ml硫化铂催化剂脱氧,控制温度180℃,乙炔净 化塔装有100ml选择加氢催化剂用于脱除乙炔,控制温度50℃,水 净化塔装有500ml分子筛脱水。炼厂干气经过净化装置后含有羰基铁 0.1ppm、硫化氢0.1ppm、氧气1ppm、乙炔5ppm、水10ppm。

    第三步,净化后的炼厂干气与580ml/min的一氧化碳一起通入氢 甲酰化反应器,反应器为不锈钢搅拌高压反应釜,并且反应釜带有气 体分布器。原料气从反应釜釜底通入,氢甲酰化反应所用的催化剂三 (三苯基磷)羰基氢铑,催化剂的加入量以金属铑计为250ppm。所 用的催化剂配体三苯基膦与铑催化剂中金属铑的摩尔比为50∶1。氢 甲酰化反应所使用的溶剂为甲苯。反应液体积500ml。氢甲酰化反应 温度110℃,氢甲酰化反应压力1.5Mpa,炼厂干气中含有的乙烯和 氢气与外加的一氧化碳一起进行氢甲酰化反应生成丙醛。乙烯转化率 76.5%,转化的乙烯生成丙醛的选择性97.7%。乙烯的转化速率 2.15mol/l.hr。

    第四步,原料气连续通入,利用大量含有不反应的烷烃及永久气 体的反应尾气夹带产物丙醛从反应釜气相出口排出,形成气相物流, 气相物流进入冷凝系统,经过冷凝器将这部分物料分为不凝气相和有 机相。不凝气相含有大量烃类可燃气体,可作为燃料。有机相即为粗 丙醛物料流,其中一部分做为回流,以控制反应釜液面,大部分物料 流进入分离系统。粗丙醛经过分离系统分离后,形成副产物流,和产 品物流,即为丙醛产品。

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    一种 利用 炼厂干气中 乙烯 制备 丙醛 方法
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