описание изобретения

название изобретения: способ получения изопрена.

1.область техники, к которой относится изобретение.

изобретение относится нефтехимической отрасли промышленности. 2.уровень техники.

прототипом изобретения способ получения изопрена является способ, описанный в патенте RU 2116286. способ заключается в жидкофазном двухступенчатом взаимодействии формальдегида с изобутиленом или со смесями изобутилена с третбушиловым спиртом (тбс) и/или метилтретбутиловым эфиром (мтбэ) в водной среде в присутствии кислотного катализатора, в качестве которого используют фосфорную кислоту. в первой ступени получают смесь основных промежуточных продуктов: метилбутандиол (мбд) , диметилдиоксан (дмд) . во вторую ступень процесса для выделения получаемого изопрена вводят инертный органический растворитель, в качестве которого используют углеводороды или смесь углеводородов с температурой кипения в интервале 70-90 ⁰ C. концентрацию формальдегида в расчёте на суммарный поток, подаваемый на первую ступень, поддерживают на уровне 2-10 мac.%. общее количество изобутилена, подаваемого на обе ступени, составляет 1,5-5 молей в расчёте на 1 моль исходного формальдегида. из него по вариантам: 40- 99% подают на первую ступень или весь изобутилен подают на первую ступень с таким расчётом, чтобы его превращение составило 40-99% и непревращённый изобутилен подают затем на вторую ступень . общее количество тбс и/или мтбэ, подаваемых на первую и/или вторую ступени процесса, составляет 0,5-3 моля в расчёте на 1 моль исходного формальдегида. концентрацию фосфорной кислоты в расчёте на суммарный поток, подаваемый на первую ступень, поддерживают на уровне 5-50%.. инертный органический растворитель вводят в количестве 0,2-3 мае. частей в расчёте на 1 мае. часть воды. процесс проводят при температурах: на первой ступени 30-90 ⁰ C, на второй - 110-145 ⁰ C; и общем давлении 10-40 атм. реагенты в реакторы первой и второй ступеней подают прямотоком через смесители роторного и/или статического типа.

реакционную смесь после второй ступени разделяют отстаиванием при температуре 50-90 ⁰ C на масляный слой, содержащий целевой продукт, и водный слой. водный слой, содержащий фосфорную кислоту, упаривают

заменяющий лист (правило 26)

при остаточном давлении 5-100 мм.рт.ст. и перед рециркуляцией на первую ступень процесса смешивают с исходным водным раствором формальдегида. масляный слой после промывки водой разделяют ректификацией с выделением изобутилена и изопрена, а 0,1-0,9 мас.ч. остатка рециркулируют на вторую ступень процесса.

недостатком описанного прототипа является низкая эффективность проведения процесса в прямоточных реакторах, вынуждающая использовать концентрированные продукты переработки иsобутиленсодержащго сырья (изобутилен, тбс, щεэ), что ухудшает технико-экономические показатели процесса.

3. раскрытие изобретения.

заявляемое изобретение направлено на интенсификацию реакционных процессов.

техническим результатом изобретения является возможность использования в процессе изобутиленсодержащего сырья, что расширяет сырьевую базу и улучшает показатели эффективности способа.

сущность изобретения заключается в том, что двухступенчатый процесс получения изопрена жидкофазным взаимодействием изобутилена с формальдегидом в водной среде в присутствии кислотного катализатора и вводом во вторую ступень инертного органического растворителя предлагается проводить в противоточной реакторной системе.

существенным отличительным признаком изобретения является применение противоточных реакторов для проведения реакционных процессов. противоточное ведение реакционных процессов позволяет рациональным образом использовать кинетику проходящих в каждой ступени процессов, что даёт возможность применить изобутиленсодержащее сырьё, расширить сырьевую базу и улучшить показатели эффективности способа. кроме того, выделение и очистка промежуточных продуктов после 1-ой ступени способствует повышению качества изопрена.

для реализации заявляемого способа получения изопрена изобретением предусматривается:

• в качестве реакторов в первой ступени использовать адиабатический противоточный жидкофазный колонный реактор или изотермический противоточный жидкофазный кожухотрубчатый реактор колонного типа, а во второй ступени только изотермический противоточный жидкофазный кожухотрубчатый реактор колонного типа.

• в качестве кислотного катализатора применить фосфорную кислоту.

заменяющий лист (правило 26)

• для обеспечения эффективного контакта фаз в реакторах и другом тепломассообменном оборудовании процесса преимущественно использовать регулярную спиральную насадку для тепломассообменных и совмещённых с ними химических процессов (регистрационный номер заявки на изобретение 2004115769, дата подачи 24.05.2004).

• в качестве сырья использовать изобутиленсодержащие фракции дегидрирования изобутана, каталитического крекинга или пиролиза нефтяных фракций или их смеси.

• масляный слой, выходящий с верха реактора 1-ой ступени, в стадии выделения промежуточных продуктов последовательно отмыть от кислоты в колонне водной промывки и разделить ректификацией с выводом углеводородной фракции (изобутановой или бутиленовой в зависимости от происхождения используемого изобутиленсодержащего сырья) , смеси промежуточных продуктов и рециркулирующей в реактор изобутиленовой фракции .

• насыщенный растворитель, выходящий с верха реактора 2-ой ступени, в стадии выделения изопрена последовательно отмыть от кислоты в колонне водной промывки и разделить ректификацией с выделением изобутилена, изопрена, обеднённого растворителя и высококипящих побочных продуктов (впп) .

• изобутилен из стадии выделения изопрена, частично рециркулировать под нижнюю распределительную тарелку адиабатической зоны в кубовой части реактора 2-ой ступени, а балансовый избыток вывести в качестве квалифицированного продукта.

• обеднённый растворитель из стадии выделения изопрена вместе со смесью промежуточных продуктов от стадии выделения промежуточных продуктов подать под верхнюю распределительную тарелку, установленную под нижней трубной решеткой изотермической зоны реактора 2-ой ступени.

• часть водной фазы из куба реактора 1-ой ступени вместе с водными фазами промывок стадий выделения промежуточных продуктов и выделения изопрена, а также с подпиткой укреплённой кислотой от выпарной установки подать наверх реактора 2-ой ступени.

• водную фазу, выходящую из куба реактора 2-ой ступени вместе с оставшейся частью водной фазы из куба реактора 1-ой ступени, подать на концентрирование фосфорной кислоты в выпарную установку.

заменяющий лист (правило 26)

• из дистиллята выпарной установки в узле очистки стока ректификацией отогнать органические продукты для утилизации. 4. краткое описание чертежей.

фиг.l - эскиз изотермического реактора фиг.2 - процессуальная схема способа. 5. осуществление изобретения.

рассматриваемый процесс, химическое взаимодействие и деструкция реагентов в котором проходят в сплошной водной фазе, включает важную составляющую - транспорт малорастворимых реагентов углеводородной фазы в водную фазу и вывод из неё в углеводородную фазу промежуточных и целевого продукта. наиболее результативно межфазный транспорт решается применением схемы противоточной экстракции [1, стр. 445í449] , которая позволяет использовать изобутиленсодержащее сырьё [2, стр. 47].

обе ступени процесса проходят с термическими проявлениями: в 1- ой ступени экзотермическим, во 2-ой - эндотермическим. поэтому для проведения процесса в наиболее благоприятных температурных условиях, минимизирующих выход побочных продуктов, предусматривается изотермическая конструкция реакторов. в 1-ой 'ступени допустимо применить менее сложный адиабатический противоточный жидкофазный колонный реактор, что позволяет использовать часть тепла экзотермической реакции, выводимой в основном с водной фазой во 2-ую ступень и в выпарную установку.

аналогом противоточного изотермического реактора является описанный в [2, стр. 47] промышленный изотермический реактор синтеза дмд, конструкция которого основана на принципе распылительной колонны. в процессе используется изобутанизобутиленовая фракция. недостатком конструкции этого реактора является большой проскок изобутилена (свыше 20% в возвратной фракции) , • как результат быстрой коалесценции полидисперсной «пыли». быстрое и значительное уменьшение поверхности контактирования соответственно снизило скорость экстракции изобутилена в водную фазу.

так как процессы в обеих ступенях определяются кинетической областью, не следует добиваться тонкой дисперсии органической фазы. достаточно обеспечить поддержание дисперсии во всём реакционном объёме в гравитационных условиях с применением тарельчатых устройств или регулярной насадки .

заменяющий лист (правило 26)

для этого изобретение предусматривает использовать в качестве диспергирующего устройства в реакторах, а также в другом тепломассообменном оборудовании преимущественно регулярную спиральную насадку для тепломассообменных и совмещённых с ними химических процессов. преимущества этой насадки в наибольшем свободном сечении, низкой удерживающей способности и возможность конструкторской оптимизации её для процессов подбором геометрических характеристик и структуры поверхности.

противоточное ведение реакционных процессов в реакторах со спиральной насадкой позволяет рациональным образом использовать кинетику проходящих в каждой ступени процессов, что даёт возможность применять изобутиленсодержащее сырьё, расширить сырьевую базу и улучшить показатели эффективности способа.

на чертеже фиг.l представлен эскиз изотермического противоточного жидкофазного кожухотрубчатого реактора колонного шипа.

в трубное пространство 1 и в адиабатические зоны 2 устанавливается спиральная насадка в виде слоевых пакетов.

ввод диспергируемых фаз выполняется при помощи трубчатых распределителей 3 (для реактора 1-ой ступени верхний распределитель не требуется), над которыми размещаются ситчатые распределители 4 и 5. ситчатый распределитель 4 может служишь для установки на него пакетов спиральной насадки нижней адиабатической зоны. в ситчатом распределителе 5 для распределения диспергируемой фазы по трубам отверстия локализуются напротив каждой трубы, а патрубки сплошной фазы (не показано) размещены равномерно по площади между осями труб. ситчатый распределитель 5 отстоит от трубной решетки 6 на расстоянии, исключающем возможность недопустимого отклонения струй дисперсной фазы потоком сплошной фазы. в ситчатом распределителе 4 отверстия и сливные патрубки размещаются равномерно по площади.

устройство верхней и нижней адиабатических зон 2 значительно уменьшает металлоёмкость реактора за счёт возможности уменьшения длины трубного пучка при допустимом температурном эффекте до 10 ⁰ C. кроме того, нижние адиабатические зоны обеспечивают минимальный проскок формалина и промежуточных продуктов с водными слоями, идущими на укрепление в выпарную установку.

над верхней адиабатической зоной 2 размещён трубчатый распределитель сплошной фазы 7. верхний штуцер 8 и нижний 9 служат соответственно для вывода масляного и водного слоев, а штуцеры 10 -

заменяющий лист (правило 26)

для определения уровня раздела фаз в отстойной зоне реактора. для ввода и вывода тепло- и хладагентов в межтрубное пространство реактора предусматриваются соответствующие штуцера (не показано) .

на чертеже фиг.2 представлена процессуальная схема способа получения изопрена .

изобутилен в составе изобутиленсодержащих фракций дегидрирования изобутана, каталитического крекинга или пиролиза нефтяных фракций (или их смесей) по линии 11 вместе с рецикловой изобутиленовой фракцией от стадии выделения промежуточных продуктов по линии 12 подают в нижний трубчатый распределитель 3 реактора 1-ой ступени процесса (или под насадку адиабатического реактора) .

формалин технический, поступающий по линии 13, объединяют с фосфорной кислотой, поступающей по линии 14 от выпарной установки, и подают наверх реактора через трубчатый распределитель 7 (или на насадку адиабатического реактора) .

молярный расход изобутилена в составе изобутиленсодержащей фракции к изопрену поддерживают в пределах 1,2í1,4:1, а молярное соотношение изобутилен: формалин соответственно 0,8íl,2:l. концентрацию кислоты на входе в реактор поддерживают на уровне 15í40%, а расход 3í8 тн/тн изопрена. температуру сплошной водной фазы в реакторе 50í80°C поддерживают подачей хладагента в межтрубное пространство изотермического реактора (или температурой входящих потоков в адиабатический реактор) . давление в системе поддерживают на уровне, соответствующем гарантированному содержанию реакционной среды в жидкой фазе.

масляный слой, выхOдящий по линии 15 с верха реактора l*-oй ступени, в стадии выделения промежуточных продуктов последовательно отмывают от кислоты в колонне водной промывки и разделяют ректификацией с выводом углеводородных фракций (изобутановой или бутиленовой в зависимости от происхождения используемого изобутиленсодержащего сырья) , смеси промежуточных продуктов и рецикловой изобутиленовой фракции. выделение и очистка промежуточных продуктов после 1-ой ступени способствует получению изопрена массовой чистотой более 99%.

возвратная углеводородная фракция по линии 16 направляется на дальнейшую переработку. смесь промежуточных продуктов по линии 17 подаётся под верхнюю распределительную тарелку через верхний трубчатый распределитель 3 в кубовой части реактора 2-ой ступени. рецикловая

заменяющий лист (правило 26)

изобутиленовая фракция по линии 12 подаётся в нижний трубчатый распределитель 3 реактора 1-ой ступени (или под насадку адиабатического реактора) . водную фазу отмывки по линии 18 подают в реактор 2-ой ступени.

водную фазу из кубовой части реактора 1-ой ступени процесса частично по линии 19 подают в верхнюю часть реактора 2-ой ступени процесса через трубчатый распределитель водной фазы 7. в этот же поток вводятся водные фазы отмывки от стадии выделения промежуточных продуктов по линии 18 и от стадии выделения изопрена по линии 20.

концентрацию фосфорной кислоты 15í40% и расход 3í8 тн/тн изопрена в суммарном потоке 21 поддерживают подачей укреплённой фосфорной кислоты от выпарной установки по линии 22 с корректировкой балансового отвода водной фазы от реактора 1-ой ступени по линии 23 в выпарную установку.

под верхнюю распределительную тарелку кубовой части реактора 2-ой ступени через трубчатый распределитель дисперсной фазы 3 направляют промежуточные продукты от стадии выделения промежуточных продуктов по линии 17 и циркуляционный поток обеднённого растворителя от стадии выделения изопрена по линии 24. расход обеднённого растворителя поддерживают на уровне 4í7 тн/тн изопрена. под нижнюю распределительную тарелку этого реактора через трубчатый распределитель дисперсной фазы 3 подают циркуляционный изобутилен по линии 25 от стадии выделения изопрена. расход циркуляционного изобутилена поддерживают в пределах 0,5-KL, 5 тн/тн изопрена.

изотермический процесс получения изопрена с экстракцией его растворителем проводят при температуре сплошной водной фазы 110í125°C, что обеспечивается подачей теплоносителя в межтрубное пространство реактора.

водная фаза из куба реактора по линии 26 подаётся на укрепление фосфорной кислоты в выпарную установку.

насыщенный растворитель (масляный слой) с верха реактора 2-ой ступени направляется по линии 27 в стадию выделения изопрена, где последовательно отмывается водой в колонне водной промывки и в ректификационной системе разделяется с выделением изобутилена, изопрена, выеококипящих побочных продуктов (впп) и обеднённого растворителя.

заменяющий лист (правило 26)

изобутилен частично подаётся в низ реактора 2-ой ступени по линии 25, а остальная часть по линии 28 отводится в качестве квалифицированного продукта. отвод изобутилена регулируется подачей формалина в систему.

обеднённый растворитель подаётся по линии 24 вместе с промежуточными продуктами по линии 17 под верхнюю распределительную тарелку 5 реактора 2-ой ступени.

изопрен отправляется по линии 29 в качестве целевого продукта, а высококипящие побочные продукты (впп) отправляются по линии 30 на дальнейшую переработку.

водные фазы от кубов реакторов обеих ступеней по линиям 23 и 26 подают в выпарную установку, где при температуре 40í50°C и остаточном давлении 50í100 мм.рт. ст. кислоту укрепляют до 40í60%-нoй концентрации. укреплённую фосфорную кислоту по линии 31 разводят по реакторам.

дистиллят выпарной установки по линии 32 подают в узел очистки стоков, где ректификацией отгоняют органические вещества, отводимые по линии 33 для дальнейшей переработки, а воду после нейтрализации щелочью отправляют в канализацию общезаводских стоков .

библиографические данные:

1. в.б.коган. теоретические основы типовых процессов химической технологии. химия 1977.

2. с. к. огородников, г.с.идлис. производство изопрена. химия 1973.

заменяющий лист (правило 26)