Способ каталитического дегидрирования легких алканов

012015 Изобретение относится к переработке углеводородов, более конкретно к способу каталитического дегидрирования легких алканов. Еще несколько десятилетий тому назад алкены, такие как пропилен и изобутилен, получали, главным образом, как побочные продукты в таких процессах как, например, производство этилена в парофазном крекинге. При этом, однако, не могут нарушаться определенные соотношения алкен/этилен. Это предельное значение для пропилена лежит, например, при приблизительно 0,65. Так как в последние десятилетия, например, рынок для пропилена развивался интенсивнее, чем рынок этилена, для удовлетворения возрастающей потребности нужно было найти способы промышленного производства этого вещества. Наряду с получением алкена из газа, полученного при переработке нефти, в качестве известного способа используют дегидрирование, то есть отщепление водорода, при котором экономично производят, например, из пропана пропилен и из изобутана изобутилен. В последние годы были разработаны и частично запущены в промышленный оборот различные способы промышленного дегидрирования легких алканов. Следует упомянуть разработки UOP Oleflex,Lummus Catofin, Linde PDH, Snamprogetti/Yarsintez FBD, а также Phillips STAR. При всех различиях вышеупомянутые способы имеют общий основной принцип, который для случая дегидрирования пропана будет пояснен с помощью фигуры и который, однако, имеет силу также для дегидрирования других алканов. Порцию свежего пропана очищают сначала на С 3/С 4-ступени разделения (1) от тяжелых компонентов (С 4+), которые всегда имеются как примеси, и после подогрева (2) до температуры реакции подводят к реактору (3), в котором происходит каталитическое эндотермическое дегидрирование. По термодинамическим и технологическим причинам 50-70% пропана покидают реактор без химического изменения(конверсии). И ни один из способов не обладает 100%-ной избирательностью, то есть из молекул пропана, участвующих в химических реакциях, наряду с желаемым продуктом пропиленом (С 3 Н 8C3H6+H2) возникают отчасти (20%) также другие вещества. Следует назвать СН 4 и С 2 Н 4, которые образуются посредством реакций крекинга; ацетилены и диолефины (преимущественно метилацетилен и пропадиен),которые возникают посредством двукратного дегидрирования; и зеленое (антраценовое) масло, при котором речь идет о смеси из олигомеров различной длины. На нескольких этапах способа (4) эта смесь веществ делится на фракции. Легкие компоненты (С 2-), зеленое (антраценовое) масло, а также пропилен выводятся из процесса, пропан используется повторно и перед С 3/С 4-ступенью разделения (1) смешивается с только что подведенным пропаном. Вследствие отложения кокса катализатор в реакторе для дегидрирования в течение времени деактивируется и должен снова активироваться посредством выгорания. Чем меньше откладывающееся количество кокса, тем меньше также затраты на активацию. Особенно способствуют коксообразованию наряду с олефинами сильно ненасыщенные компоненты (например,ацетилены и диолефины), которые находятся в потоке углеводородов к реактору для дегидрирования(свежий пропан вместе с повторно используемым). Другим негативным аспектом является снижение выхода пропилена вследствие понижения избирательности реакции дегидрирования ненасыщенных компонентов в указанном выше потоке углеводородов. По этой причине в вышеупомянутых способах до возвращения пропана ацетилены и диолефины превращаются посредством избирательного гидрирования в пропилены или посредством полного гидрирования в пропан. При этом устройства для гидрирования в различных местах интегрированы в установку. Например, в разработке Oleflex-способа проводится избирательное гидрирование (5) в жидком потоке продукта за реактором для дегидрирования (3), в то время как в другой разработке повторно используемый пропан подвергается полному гидрированию (6). ПриLinde-PDH-способе избирательное гидрирование происходит в отстойнике С 3-расщепителя, то есть тоже в жидкой фазе (6), непосредственно до возвращения пропана. При применении вышеописанных способов избирательного гидрирования небольшие количества пропилена находятся в повторно используемом пропане и, вместе с тем, в потоке углеводородов к реактору для дегидрирования. Вместе с ненасыщенными компонентами, которые могут содержаться в свежей порции, этот пропилен все еще ведет к вышеназванным негативным явлениям и этим к снижению экономичности способа. Поэтому в основе данного изобретения лежит задача разработать упомянутый выше способ, а также устройство для осуществления способа таким образом, чтобы экономично удалялись все ненасыщенные компоненты в потоке углеводородов к реактору для дегидрирования установок для дегидрирования легких алканов. Эта задача решается способом согласно изобретению за счет того, что в общем потоке углеводородов, текущем к реактору для дегидрирования, проводят полное гидрирование всех ненасыщенных компонентов. Ссылаясь на основной принцип, наглядно объясненный с помощью фигуры, полное гидрирование потока углеводородов к реактору для дегидрирования (свежий и повторно используемый алкан) проводится преимущественно после ступени разделения (1) и до подогрева (2) в газовой фазе. С этой целью к потоку углеводородов подмешивается водород, прежде чем поток пройдет через соответствующий катализатор. Экзотермическая реакция гидрирования протекает в слое катализатора так, что при входе на ступень подогрева в потоке углеводородов находятся почти исключительно алкан и избыточный водо-1 012015 род. Согласно изобретению полное гидрирование проводится, преимущественно, в общем, не в стехиометрических условиях, а при избытке водорода. Благодаря этому достигается то, что гидрирование и без регулирования количества водорода может вполне проходить в любое время в переменных производственных условиях. Если содержание ненасыщенных компонентов в потоке углеводородов увеличивается,то повышается энергия, освобожденная при гидрировании. Так как поток углеводородов и без того должен нагреваться до температуры реакции, этот эффект не является отрицательным моментом. Избыточный водород не удаляется из потока углеводородов. Поэтому снижение содержания ненасыщенных компонентов имеет следствием более сильное разжижение водорода в потоке углеводородов,что все же ведет к более высокой избирательности и к замедлению образования зеленого (антраценового) масла. Кроме того, избыток водорода продлевает время работы реактора для гидрирования. Энергия, освобождающаяся при экзотермическом полном гидрировании, может использоваться непосредственно для подогрева потока углеводородов к реактору для дегидрирования (3). Этим снижается потребность в энергии на ступени подогрева (2) установки. По этой причине поток углеводородов на выходе реактора для гидрирования целесообразно не охлаждается, более того, гидрирование проводится преимущественно в адиабатических условиях. Этим достигается то, что почти вся освобожденная энергия удерживается в потоке вещества. Кроме того, изобретение касается устройства для гидрирования потока углеводородов к реактору для дегидрирования установок для производства алкенов путем каталитического дегидрирования легких алканов. Поставленная задача решается устройством согласно изобретению за счет того, что преимущественно после ступени разделения (1) и до ступени подогрева (2) расположено устройство, в котором весь текущий к реактору для дегидрирования поток углеводородов подвергается полному гидрированию всех содержащихся в нем ненасыщенных компонентов. Предпочтительно устройство для полного гидрирования потока углеводородов снабжено механизмом подачи водорода, который дает возможность регулировать поток водорода так, чтобы гидрирование проводилось в любых производственных условиях при избытке водорода, в предельном случае в стехиометрических условиях, однако, никогда при недостатке водорода. Реактор для гидрирования предпочтительно выполнен в виде адиабатического реактора, то есть реактор не оснащен устройством, которое отводит энергию, освобождающуюся во время эндотермической реакции. Более того, реактор предпочтительно снабжен теплоизоляцией, которая предусмотрена для того, чтобы освобождающаяся энергия почти полностью оставалась в потоке углеводородов. Энергия гидрирования отчасти способствует подогреву потока эдукта до температуры реакции, необходимой для дегидрирования. Так как вследствие этого в сравнении с развитием уровня техники потребность в энергии на данной ступени подогрева меньше, эта ступень может исполняться меньшей и более дешевой. Используя устройство согласно изобретению, можно отказаться от реакторов для избирательного гидрирования или для полного гидрирования повторно используемого продукта, которые являются уровнем техники, например, на промышленных установках для дегидрирования пропана. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ каталитического дегидрирования легких алканов, отличающийся тем, что проводят полное гидрирование всех ненасыщенных компонентов во всем потоке углеводородов, текущем к реактору для дегидрирования. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полное гидрирование проводят в любых производственных условиях при избытке водорода, в крайнем случае, в стехиометрических условиях, однако, никогда при недостатке водорода. 3. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что полное гидрирование проводят в газовой фазе. 4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что энергию, освобожденную при экзотермической реакции гидрирования, в значительной степени удерживают в гидрируемом потоке веществ и используют для его частичного подогрева до температуры реакции дегидрирования. 5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве алкана используют пропан и в качестве продукта производят пропилен.