ВЫДЕЛЕНИЕ ИЗОБУТИЛЕНА ИЗ ФРАКЦИИ С4 С ПОМОЩЬЮ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Способы выделения изобутилена из изобутан-изобутиленовой фракции: сернокислотный и на ионообменных смолах

Рассмотрим схемы и технологию процессов извлечения изобутилена из пиролизных фракций С4. Выделение изобутилена из фракций С4 газов, полученных при добыче и переработке нефти, осуществляется в основном двумя способами: поглощением серной кислотой и жидкостной гидратацией на ионообменных смолах.

ВЫДЕЛЕНИЕ ИЗОБУТИЛЕНА ИЗ ФРАКЦИИ С4 С ПОМОЩЬЮ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ

Сернокислотный метод извлечения изобутилена состоит из двух основных стадий.

1. При обработке изобутан-изобутиленовой фракции 60—65%-ной серной кислотой при 35—40 ^о С изобутилен реагирует с серной кислотой с образованием изобутилсерной кислоты:

Извлечение изобутилена из изобутан-изобутиленовых фракций 60%-ной серной кислотой проводится последовательно в трех поглотительных системах, состоящих каждая из смесительного насоса, отстойника и холодильника (рис. 1). Поглощение изобутилена осуществляется по принципу противотока: Изобутан-изобутиленовая фракция поступает на первую ступень поглощения, а свежая 60%-ная серная кислота — на третью ступень поглощения. Фракция С4, содержащая изобутилен, поступает в смесительный насос 1₁, при помощи которого осуществляется циркуляция эмульсии серной кислоты в углеводородах через холодильник 3₁ и отстойник 2₁. Сюда же насосом 4 подается частично насыщенная кислота со второй ступени. Теплота реакции поглощения изобутилена отводится в холодильнике 3₁, охлаждаемом жидким аммиаком. Температура на первой ступени 35 °С, давление 0,44 МПа. Насыщенная серная кислота из нижней части отстойника 2₁ с температурой 35°С направляется на выделение и очистку изобутилена, а углеводородная фракция из верха отстойника 2₁ поступает на вторую ступень поглощения в смесительный насос 1₂. Сюда же насосом 5 подается серная кислота из отстойника третьей ступени 2₃. Выходящая из низа отстойника 2₂ частично насыщенная кислота подается на первую ступень поглощения, а углеводородная фаза — на третью ступень в смесительный насос 1₃. На третью ступень подается свежая 60%-ная серная кислота; температура на третьей ступени 35 °С, давление 0,44 МПа. Частично насыщенная серная кислота из отстойника третьей ступени 2 подается на вторую ступень, а углеводородный слой (непоглощенные углеводороды) из верха отстойника 2з поступают в емкость б для отделения капель серной кислоты. Кислые углеводороды нейтрализуются в смесителе 8, отмываются водой в смесителе 10 и через промежуточный сборник 11 направляются в колонну 12 для очистки изобутановой фракции от полимеров. Пары изобутановой фракции отбираются из верхней части колонны 12, конденсируются и направляются в колонну 17 для отделения изобутана от бутенов. Бутановая фракция из куба колонны 17 направляется на склад, а изобутановая фракция после конденсации поступает на азеотропную осушку в колонну 22. Полученная чистая изобутановая фракция может быть использована для производства изобутилена методом каталитического дегидрирования.

Рис.1. Схема выделения изобутилена с помощью серной кислоты:1₁ 1₂, 1₃ — циркуляционные насосы; 2₁, 2₂, 2₃ — отстойники; 3_1,3_2, 3₃ — холодильники; 4, 5, 7, 16, 21 — насосы; 6, 9, 11 — емкости; 8, 10 — диафрагмовые смесители; 12, 17 — ректификационные колонны 13, 18, 23 — кипятильники, 14, 19, 24 — конденсаторы; 15, 20, 25, 26 — сборники; 22 — колонна азеотропной осушки.

1 — изобутан-изобутиленовая фракция; II -60 %-ная серная кислота; III- изобутилсерная кислота, 1 V — жидкий аммиак; V — серная кислота; УI -раствор щелочи; ‚ V II — раствор щелочи на циркуляцию: УIII — вода; IХ, ХIII — вода на отпарку углеводородов; Х — полимеры ХI- бутановая фракция; ХII — изобутановая фракция.

2.При разбавлении водой изобутилсерная  кислота легко гидролизуется, образуя триметилкарбинол, который тут же дегидратируется под действием серной кислоты в изобутилен:

Насыщенная изобутилсерная кислота из отстойника первой ступени отделения экстракции подается в дегазатор 1 для удаления из кислоты растворенных углеводородов (рис. 2). Отогнанные углеводороды после отмывки и компримирования вновь направляются на экстракцию. Нагретая до 60 ⁰ С изобутилсерная кислота из куба дегазатора 1 насосом 2 подается в верхнюю часть гидролизной колонны 3. Разложение изобутилсерной кислоты проводится острым паром, подаваемым в куб колонны. Из куба колонны 3 отработанная 40%-ная серная кислота направляется на упарку в цех концентрирования серной кислоты, а газообразные продукты из верхней части колонны поступают на нейтрализацию 5%-ным раствором щелочи в колонну 4. После нейтрализации пары изобутилена поступают в парциальный конденсатор 5 для конденсации высококипящих продуктов (ТМК, воды).

Изобутилен в газовой фазе отмывается в скруббере б фузельной водой при 40 0С, компримируется и охлаждается. Конденсат собирается в емкость 10 и направляется на ректификацию в колонну 12. Колонна 12 обогревается паром через кипятильник 13. Пары изобутилена отбираются из верха колонны, конденсируются и подаются на азеотропную осушку в колонну 18. Кубовая жидкость колонны 12, представляющая собой смесь изобутилена с высококипящими продуктами, возвращается на экстракцию серной кислотой. Колонна 18 обогревается паром через кипятильник 19. Осушенный изобутилен ректификат из куба колонны 18 через холодильник 23 направляется на склад.

Степень извлечения изобутилен составляет 90—95%. Чистота изобутилена-ректификата не менее 99,8% (масс.). Содержание примесей должно быть не более, % (масс.):

Рис. 2. Схема выделения изобутилена с помощью серной кислоты (отделение гидролиза изобутилсериой кислоты и ректификации изобутилена):1 —дегазатор; 2, 11, 16, 24 — насосы; 3 — гидролизная колонна. 4 — нейтрализатор; 5, 14, 20 — конденсаторы; 6 — скруббер; 7 — компрессор; 8, 9, 21, 33 — холодильники; 10, 15 — сборники; 12- ректификационная колонна; 13, 19 — кипятильники; 17 — подогреватель; 18 — колонна азеотропной осушки; 22 — отстойник.

1 -изобутилсерная кислота; II, IУ — водяной пар; III — углеводороды на экстракцию; У-40 %-ная серная кислота; УI — 5 %-ный раствор щелочи; УII — ТМК, полимеры; V 111, ХI, ХIУ — вода на отпарку углеводородов; IХ — вода; Х — 15 %-ный раствор ТМК; ХII — кубовая жидкость колонны 12 на экстракцию, ХIII- отдувки в топливную сеть, ХУ — изобутилен- ректификат

Процесс сопровождается побочными реакциями образования полимеров изобутилена (димеров, тримеров и т. д.):