2. Принципиальная технологическая схема дегидрирования парафинов. Аппаратура.

Реакционные узлы

Первые реакторы дегидрирования (рис.1-а) представляли собой трубчатые аппараты. Трубы реактора заполнялись канализатором и обогревались топочными газами. Процесс дегидрирования чередовался процессом регенерации отработанного катализатора. Недостатки: быстрое - примерно через каждые 10 мин. работы закоксовывание катализатора, относительно малая производительность. Затем широкое распространение нашли комбинированные системы реактор-регенератор (рис.1-б) с использованием микросферического катализатора в псевдоожиженном слое. В них осуществлен принцип непрерывной регенерации катализатора и утилизации тепла регенерации. Недостатки: происходит значительное перемешивание реакционной смеси, что снижает селективность процесса и производительность реактора. В настоящее время реактор и регенератор снабжают горизонтальными тарелками провального типа, что позволило установить указанные выше недостатки.

а — трубчатый реактор; б- комбинированный реактор; в) полочный реактор

Рис. 1 Реакционные узлы реакций дегидрирования

Технологические процессы дегидрирования парафинов в олефины принципиально мало отличаются и состоят из трёх основных узлов:

1. реакционно-регенерационного;

2) выделение парафин-олефиновой фракции;

3) выделение олефинов из парафин-олефиновой фракции.

В качестве примера рассмотрим технологическую схему первых двух узлов дегидрирования бутана, изображенного на рис. 2.

Свежий и возвратный бутен в жидком виде осушается прокаленным A1₂O₃ или цеолитом в осушителе 1 и поступает в испаритель 2. Далее образовавшиеся пары бутана подогреваются в трубчатой печи 3 имеющий конвективную и радиантную секции, до 540-550 С и поступают под распределительную решетку реактора 4 на дегидрирование. Реактор снабжен несколькими тарелками провального типа, которые делят реакционный объем на секции, препятствуя интенсивному смешению и образованию струйного потока газов.

Рис. 1. Технологическая схема первой стадии дегидрирования парафинов

1- осушитель; 2- испаритель; 3 - трубчатая печь; 4- реактор; 5 - регенератор; 6, 9 - котлы-утилизаторы; 7 - электрофильтр; 8 - бункер; 10 - скруббер; //, 13, 15, 19 - холодильники; 12 - компрессор; 14 - сепаратор; 16 - абсорбер; 17- теплообменник; 18 - отпарная колонна; 20, 21 - ректификационные колонны; 22 - дефлегматоры.

Регенерированный катализатор подают на верхнюю распределительною решетку реактора и, следовательно, псевдоожиженный слой катализатора и реакционные газы движутся противотоком друг к другy, что обеспечивает наиболее эффективный режим дегидрирования (более горячий катализатор контактирует с частично прореагировавшей и "охлажденной" смесью углеводородов, а “остывая”- с более горячей смесью углеводородов, чем достигается выравнивание скоростей реакции по всему объёму). В верхней части реактора температура реакционных газов быстро снижается до 450-500 С, за счет передачи тепла идущему через запалочный змеевик к более холодному бутану.

Это предотвращает их дальнейшее разложение. В циклонах, установленных на верху реактора (на рис. не показаны) из газов улавливают захваченные ими частицы катализатора, которые возвращают в рабочий слой контакта. Остаточное тепло реакционных газов используется в котле - утилизаторе 9 с получением технического водяного пара. В скруббере 10 они охлаждаются водой до 60-70 С, циркулирующей через холодильник 11, которая одновременно улавливает и катализаторную пыль, прошедшую через циклоны.

Отработанный катализатор с низа реактора поступает в специальную трубу (десорбер), в который его отдувают от углеводородов горячим азотом. Далее катализатор при помощи пневмотранспорта (поток воздуха + газы сгорания топлива) подаются на верх регенератора 5. Последний также имеет распределительную и несколько провальных решеток, как и реактор. Катализатор подвергается регенерации в виде псевдоожиженного слоя, двигающейся в противотоке к газу – окислителю, подаваемую под распределительную решетку. Газом-окислителем является смесь воздуха с газами сгорания топлива (топочный газ), содержащий в итоге только 2-3%об. кислорода. Такое ограничение количества кислорода необходимо для избегания перегревов, ведущих к дезактивированию катализатора за счет разложения при 700 С и более Сr₂O₃ и промоторов-оксидов щелочных металлов: Na₂O, K₂O, BeO. Bсё же при этом Сr частично окисляется до Cr

Сr₂O₃+ 1,5O₂ 2CrO

и при восстановлении последнего образуется вода:

2CrO + 3H  Cr O + 3H O

отрицательно влияющая на свойства катализатора. В связи с этим для восстановления катализатора находящегося в объеме десорбера предусмотрена подача только топочного газа (практически не содержащего кислорода) в десорбер и еще ниже горячего азота для отдувки паров воды и газов сгopания. Генерированный катализатор при 640-б50°С по пневмотранспорту возвращают в реактор.

Газы регенерации, проходя циклоны, расположенные в верхней части регенератора (на рис. не показаны), отдает тепло в котле-утилизаторе 6, где получается технический водяной пар. В электрофильтре 7 дымовые газы освобождаются от унесенных с газами частиц катализатора и направляются в колонну санитарной очистки. Катализатор по пневмотранспорту возвращается на регенерацию. Для восполнения потерь катализатора (около 0,5-1,0% масс.) имеется бункер 3, из которого свежие порции контакта по пневмотранспорту подаются в регенератор. Реакционные газы после скруббера 10 имеют следующий примерный состав (в % масс.):

CH + H ………………3 1,3-Бутадиен………2-3

C H + C H ………….2 C и выше………2,0-2,5

C H + C H ……..3,0-3,5 CO…………………….1

изо- C H ……….2,0-2,5 C H …………………53

C H ……………..31-32

Эти газы сжимают в компрессоре 12 до 1,3 МПа и охлаждает водой в холодильнике 13; из конденсата отделяет воду в сепараторе 14. После дополнительного охлаждения в рассольном холодильнике 15 не сконденсировавшаяся часть газа_, состоящая из СО, Н и углеводородов С - С поступает абсорбционную колонну 16, орошаемую фракцией С , которая улавливает углеводороды С и частично C . Кубовая жидкость колонны 16 подогреваясь в теплообменнике 17 направляется в ректификационную колонну 13, в кубе которой собирается фракция С , подаваемая через теплообменник 17 и холодильник 19 на орошение колонны 16. Верхний продукт колонны 18, углеводородный слой из сепаратора 14 и конденсат из холодильника 15 подвергают ректификации в колоннах 20 и 21. В первой отгоняют углеводороды С₃, а во второй - бутан-бутиленовую фракцию от С и высших.

Разделение фракций С на соответствующие алканы и олефины невозможно осуществить простой ректификацией из-за близости их температур кипения. Для этого используют метод экстрактивной дистилляции с водным ацетоном, фурфуролом, ацетонитрилом, N-метилпирролидоном. Отметим, что особенно эффективны два последних растворителя, в присутствии которых относительная летучесть парафинов значительно возрастает по сравнению с олефинами и диенами. Парафины, отделенные в виде летучего погона, возвращают в виде легкого погона, на стадию дегидрирования. Затем от растворителя отгоняют бутилен-бутадиеновую фракцию и направляют на совместную переработку с С -фракцией второй стадии дегидрирования.

а — трубчатый реактор; б- комбинированный реактор

Рис. 1 Реакционные узлы реакций дегидрирования

Рис. 1. Технологическая схема первой стадии дегидрирования парафинов

1- осушитель; 2- испаритель; 3 - трубчатая печь; 4- реактор; 5 - регенератор; 6, 9 - котлы-утилизаторы; 7 - электрофильтр; 8 - бункер; 10 - скруббер; //, 13, 15, 19 - холодильники; 12 - компрессор; 14 - сепаратор; 16 - абсорбер; 17- теплообменник; 18 - отпарная колонна; 20, 21 - ректификационные колонны; 22 - дефлегматоры.