Спосіб одержання етилену

1. Спосіб одержання етилену, що здійснюють шляхом термокаталітичного розкладання вуглеводневої сировини при підвищеній температурі, який 3 тинок каталізатора при їх постійній механохімактивації, що дає можливість підвищити вихід цільового продукту, близький до термодинамічне обґрунтованої величини, зменшити питому витрату сировини та виключити споживання водяної пари на одержання етилену. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання етилену шляхом термокаталітичного розкладання вуглеводневої сировини при підвищеній температурі, згідно з корисною моделлю, термокаталітичному розкладанню піддають нафтову фракцію C5 при температурі 450-600°С в реакторі з віброзрідженим шаром інертних частинок та каталізатора, який здійснює зворотнопоступальні рухи у вертикальній площині з частотою 1,2-4,5Гц та амплітудою 8мм. Як каталізатор використовують оксиди заліза, міді, нікелю. Причому концентрація каталізатора становить 5-25 10-3кг/м3 реакційного об'єму. Відмінною особливістю запропонованого способу є одержання етилену із фракції нафти C5 термокаталітичним розкладанням (термін „піроліз" використовується при температурах вище 600°С) за технологією аерозольного нанокаталізу у віброзрідженому шарі інертних частинок та каталізатора. Каталізатор піддають безперервній механохімактивації шляхом примусових механічних коливань реактора у вертикальній площині з частотою 1,2-4,5Гц та амплітудою 8мм, внаслідок чого виникає постійне здрібнення частинок каталізатора до нанорозмірів (10-8-10-9м) та підтримання їх активності не. протязі необмеженого часу. Використання як сировину для одержання етилену фракції нафти C5 сприяє підвищенню раціонального вживання нафти та газу і дає можливість, завдяки технології аерозольного каталізу, проводити процес термокаталітичного розкладання при температурі 450-600°С, що значно нижче у порівнянні з прототипом (785-790°С). Природно, що при цьому кількість вуглецю, який утворюється, зменшується, а ефективність процесу підвищується. Крім того, в запропонованому способі одержання етилену процес термокаталітичного розкладання проводять без додавання водяної пари, тому що вуглець, який утворюється в процесі реакції, не відкладається на поверхні стінок реактора, каталізаторі та інертному матеріалі внаслідок безперервної механообробки, що забезпечує високу постійну активність каталізатора. Як каталізатор використовують оксиди заліза, міді, нікелю без носія за концентрацією 5-25 10-3кг/м3 реакційного об'єму. Перевагою запропонованого способу є високий вихід етилену, зниження витрат енергії на проведення процесу за рахунок більш низької температури, а також відсутність розбавлення сировини водяною парою. Запропонований спосіб здійснюють за принциповою схемою, зображеною на фігурі, яка складається із: 1 - бюретка-випарник; 2 - електропіч; 3 - реактор; 4 - вібропристрій; 5 - металоповстяний фільтр; 6 - холодильник; 7 - приймач конденсату; 8 - контрольна ємність; 9 - точка відбору проб; 10 - термокарман; 11 - термостат; 12 - шприцевий дозатор; 17532 4 13 - контрольний скляний фільтр. Потоки: А - газ-носій; Б - газ-носій та пари фракції C5; В - продукти реакції; Г - вода; Д - скид в повітря. Вихідну сировину подають в реакційну зону через випарник 1 шляхом насичення ним барботуємого природного газу або шприцевим дозатором 12. Реактор 3 обігрівається електропіччю 2 та обладнаний пристроєм 4, який створює зворотнопоступальні рухи для віброзрідження шару інертного матеріалу та каталізатора. Температура в реакційній зоні автоматично регулюється зовнішнім блоком управління і контролюється по показанням термопари, яка вміщена в термокарман 10. Частину установки 3, вмішують в термостат. Він має автономну систему підтримування заданої температури та циркуляції повітря. На виході із реактора розташований металоповстяний фільтр 5, який запобігає виносу каталізатора. Його ефективність контролюють додатковим скляним фільтром 13, заповненим медичною ватою. Продукти, які виходять із реакційної зони, проходять водяний холодильник 6, потім рідкі продукти надходять в приймач конденсату 7, а гази через гідрозатвор контрольної ємності 8 скидають у повітря. Між приймачем конденсата та ємністю 8 розташована точка відбору проб газу на аналіз. Їх аналізують на хроматографі "Цвет-500". Запропонований спосіб пояснюється прикладами. Приклад 1 (порівняльний) Установка являє собою вертикальну трубу, яка обігрівається двома рядами панельних горілок. В трубу завантажують каталізатор - ванадат калію на керамічному носії - мулитокорунді. Сировину випарюють, змішують з водяною парою, яку нагрівають в окремому конвекційному змійовику і пропускають через шар каталізатора зверху вниз. Коли перепад тиску в шарі каталізатора, внаслідок відкладень коксу, збільшується у 2,5-3,0 рази, пробіг закінчують. Закоксований каталізатор регенерують пароповітряною сумішшю. Результати досліджень наведені в таблиці. Приклади 2-13 Перед початком експерименту завчасно готують каталітичну систему Для цього на скляні кульки наносять каталізатор. Спочатку операцію ведуть при кімнатній температурі, а потім при робочій температурі. Кульки просівають, в них добавляють наважку каталізатора Fе2О3 в кількості 0,001г (приклади 2-8), або наважку оксиду нікелю NiO (приклад 9,10), або наважку оксиду міді СuО (приклади 11-13). Систему із кульок та каталізатора завантажують в реактор. Подачу н-пентана в реактор здійснюють шляхом насичення його парами газу-носія (природний газ) у випарнику (приклади 2-5), або шприцевим дозатором (приклади 68). н-Пентан подають в реактор аерозольного нанокаталізу, який здійснює зворотно-поступальні рухи у вертикальній площині з частотою 1,2; 3,5; 4,5Гц та амплітудою 8мм. На виході продуктів із реактора встановлюється металоповстяний фільтр для підтримки постійної концентрації каталізатора. Ефективність фільтра контролюється додатковим скляним фільтром, заповненим ватою 5 17532 та установленим на лінії виходу продуктів після реактора. Температуру процесу підтримують від 450 до 600°С. Продукти реакції проходять водяний холодильник, де конденсуються рідкі продукти, і через контрольну ємність скидають у повітря. Перед контрольною ємністю газоподібні продукти відбирають на хроматографічний аналіз. Результати досліджень наведені в таблиці. Як видно з таблиці, в запропонованому способі вихід етилену вище на 10-15% (приклади 2, 3, 10, 12, 13), швидкість утворення етилену на одиницю маси каталізатора в 103-105 разів вище у порівнянні з прототипом (приклади 2-13). Швидкість утворення етилену в перерахунку на одиницю об'єму реактора вище в 2-10 разів (приклади 24, 6-13), ніж у прототипі, навіть у прикладах 4-9, 11, де вихід менше, ніж у прототипі. Це досягається тим, що в зону реакції не подають водяну пару, реактор заповнений каталітичною системою на 50% і менше, каталізатор має високу активність. Крім того, температура запропонованого способу одержання етилену на 190-330°С нижче, ніж у прототипі. Оскільки в лабораторії реактор працює в режимі, близькому до ідеального змішування (для полегшення вивчення кінетики процесу), то вихід 6 продукту нижче, ніж в реакторі витискання. В таблиці представлені як експериментальні, так і результати розрахунку швидкості утворення етилену для промислового реактора витискання. Технологія аерозольного нанокаталізу не потребує регенерації каталізатора, тому що кокс, який утворюється, не закріплюється на поверхні каталізатора, внаслідок безперервної механохімактивації, та виноситься із реакційного простору разом з газоподібними сполуками та каталізатором. Це спрощує технологію та апаратуру. Витрата більш дешевого каталізатора при потужності виробництва етилену 300000т на рік складає від 1,5 до 6,0т на рік, що в 10-40 разів менше, ніж у прототипі. Крім того, каталізатор можна збирати і періодично повертати в процес. На підставі вищесказаного можна зробити висновок, що сукупність істотних ознак достатня для того, щоб одержати необхідний технічний результат і використовуватися в промисловості для одержання етилену. Таким чином, застосування запропонованого способу дозволяє знизити температуру процесу та витрати каталізатора, збільшити вихід етилену та виключити витрати пари на проведення процесу. Таблиця № Температура Каталізатор Сировина Склад С 1 790 Бензин 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 600 550 500 450 500 500 500 500 600 500 550 600 н-пентан н-пентан н-пентан н-пентан н-пентан н-пентан н-пентан н-пентан н-пентан н-пентан н-пентан н-пентан Ванадат калію Fе2О3 Fе2О3 Fе2О3 Fе2О3 Fе2О3 Fе2О3 Fе2О3 NiO NiO CuO CuO CuO Коливання реактора ВодяКонстана нта пара Вихід етилену, % мас. в реакторі Швидкість реакції утворення етилену в промисловому реакторі витискання 3 кг/м .р.о.*г кг/кгкат.*г од од Частота Амплітуда Гц мм % С Змішування Витискання 2670 75 33,5-35 36-45 0,220,24 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,005 0,005 0,012 0,012 0,012 4,5 4,5 4,5 4,5 1,2 3 3,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 0,0493 0,0316 0,0090 0,0019 0,0704 0,0229 0,0432 0,0165 0,0338 0,0275 0,0493 0,0717 25,6 7,3 2,13 1,16 17,9 6,2 11,4 11,2 21,6 7,4 12,9 18,2 48 43 28 16 28 28 28 28 48 28 43 48 293,0 195,7 61,9 14,5 486,3 157,8 298,4 113,9 201,0 189,6 305,6 426,6 11721 7828 2477 578 19453 6313 11938 22780 40190 15797 25470 35549 Концентрація, 3 кг/м р.о -1 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 17532 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601