Способ концентрирования гидропероксида изопропилбензола
Владельцы патента RU 2348614:
Казанское открытое акционерное общество "Огранический синтез" (ОАО "Казаньоргсинтез") (RU)
Изобретение относится к способу концентрирования гидропероксида изопропилбензола (ГПИПБ), используемого в производстве фенола и ацетона кумольным методом. По предлагаемому способу поступающий на ректификацию оксидат дросселируют в емкость с отбором газовой фазы в верхнюю часть или конденсаторы колонн ректификации. Тем самым снижается нагрузка на колонны, т.е. повышается их производительность, снижаются потери ГПИПБ с дистиллятом, возвращаемым на окисление. Способ позволяет экономить энергоресурсы. Предложена схема использования тепла кубовых жидкостей колонн. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табЛ.
Изобретение относится к процессу совместного производства фенола и ацетона и, в частности, к получению концентрированного гидропероксида изопропилбензола (ГПИПБ).
Известен способ концентрирования гидропероксида изопропилбензола, полученного окислением изопропилбензола (ИПБ). (Серебряков Б.Р. и др. "Новые процессы органического синтеза". Химия, 1989, с.227).
По существующему способу оксидат с содержанием ГПИПБ на уровне 20-28 мас.% концентрируют на двух ректификационных колоннах, работающих под вакуумом до содержания ГПИПБ 89-90 мас.%.
Содержание ГПИПБ в дистилляте первой по ходу колонны, возвращаемом на узел окисления изопропилбензола после щелочной обработки, достигает 6,4 мас.%, в дистилляте второй колонны, подаваемом в рецикл на узел концентрирования, до 15 мас.%. Часть гидропероксида, в процессе окисления и ректификации, разлагается на побочные продукты: диметилфенилкарбинол (ДМФК), ацетофенон (АЦФ), кислоты и ряд других кислородсодержащих соединений, которые ингибируют процесс окисления.
Недостатком данного способа является высокое содержание ГПИПБ в дистиллятах колонн концентрирования, направляемых в рецикл как снова на окисление изопропилбензола, так и на концентрирование, а также сравнительно невысокое содержание ГПИПБ в концентрированном продукте, что приводит к снижению выработки гидропероксида, к излишним потерям сырья, в том числе гидропероксида, а также к повышению энергозатрат.
Как показали исследования, одной из главных причин повышенного рецикла гидропероксида является его капельный унос при повышенном пенообразовании в присутствии значительного количества легко- и тяжелокипящих кислородсодержащих соединений, а также наличие азеотропов ряда продуктов с водой.
В многотоннажном промышленном производстве подобные пенообразование и унос могут быть снижены значительным увеличением диаметров ректификационных колонн, то есть снижением скорости потоков, установкой эффективных отбойных устройств, а также увеличением количества ректификационных тарелок, в том числе высоты колонн, что естественно, требует больших капитальных затрат.
Целью данного изобретения является увеличение производительности системы ректификации по ГПИПБ с получением более концентрированного конечного продукта, снижение потерь углеводородов и энергетических затрат.
По предлагаемому способу снижение рецикла ГПИПБ с дистиллятом колонн на окисление и ректификацию достигают путем дросселирования оксидата перед ректификацией, что позволяет снизить потери ГПИПБ при их рециркуляции на окисление и ректификацию и соответственно понизить энергозатраты.
Способ осуществляют по следующей технологической схеме: поступающий на концентрацию оксидат с содержанием гидропероксида 20-28 мас.%, температурой 93°С, давлением 5 ата, дросселируют в емкость, из которой образующуюся газовую фазу в количестве 25 мас.% от общего количества подают в верхнюю часть первой по ходу колонны, а жидкую фазу направляют на питание этой колонны, где в качестве дистиллята отбирают изопропилбензол, возвращаемый на стадию окисления ИПБ. В кубовой части колонны создается вакуум на уровне 35 мм рт.ст. В качестве кубовой жидкости получают фракцию, содержащую 70-80% гидропероксида ИПБ, которую подают на вторую ректификационную колонну, работающую под вакуумом 2-7 мм рт.ст. Со второй колонны в качестве дистиллята отбирают возвратную изопропилбензольную фракцию и направляют вновь на узел концентрирования, а кубовую жидкость - сконцентрированный до 91-92% гидропероксид ИПБ - подают на производство фенола и ацетона.
При этом предлагаются два варианта работы узла концентрирования:
1 вариант: дросселирование оксидата проводят только перед первой ректификационной колонной с отбором газовой фазы в количестве 25 мас.% от поступившего в емкость оксидата и направлением ее под первую тарелку сверху или же непосредственно в конденсаторы после ректификационной колонны, а жидкую фазу подают в качестве питания этой колонны;
2 вариант: дросселирование проводят как перед первой, так и перед второй ректификационными колоннами с отбором газовой фазы в количестве 19-21 мас.% от поступившего оксидата.
По I варианту способа оксидат, полученный в результате окисления ИПБ, подают на установку концентрирования по линии 1 и по линии 2 на дросселирование в емкость 3 (фиг.1).
Газовая фаза из емкости 3 по линии 4 поступает под верхнюю тарелку (или же в конденсаторы) первой по ходу колонны 5, работающей под вакуумом 30-35 мм рт.ст., дистиллят этой колонны по линии 6 поступает в конденсаторы 7 и 8, а затем в емкость 9 и по линии 10 возвращается на узел окисления изопропилбензола.
Жидкую фазу из емкости 3 по линии 11 подогревают в теплообменнике 12 за счет тепла отходящей по линии 22 из второй по ходу колонны 17 кубовой жидкости, затем дополнительно нагревают (а при необходимости охлаждают) в теплообменнике 14 и по линии 15 направляют в нижнюю часть колонны 5. Кубовую часть этой колонны по линии 16 подают в колонну 17, работающую под вакуумом 2-7 мм рт.ст.. Дистиллят этой колонны, пройдя теплообменники 18 и 19, собирают в емкость 20, откуда направляют по линии 21 снова на концентрирование. Кубовая жидкость этой колонны - концентрированный гидропероксид ИПБ - по линии 22 поступает в теплообменник 12, где отдает свое тепло подаваемому на концентрирование оксидату и по линии 23 направляется в производство фенола и ацетона.
По второму варианту (фиг.2) кубовую жидкость колонны 5, отбираемую по линии 16, дросселируют в емкость 17 с отбором газовой фазы по линии 18 в верхнюю часть колонны 19 с последующей подачей по линии 23 возвратной фракции ИПБ также на концентрирование, а кубовую часть - концентрированный гидропероксид - по линии 24, а затем 25 - в производство фенола и ацетона.
Подвод дополнительного тепла или хладоагента в колонны осуществляют подачей пара или воды в кипятильники 24 и 25 по первому, 27 и 28 по второму вариантам.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами при двух режимах концентрирования: с подачей на ректификацию оксидата с концентрацией гидропероксида изопропилбензола на уровне 20 мас.%, то есть полученному в "мягких" условиях окисления, с минимальным выходом побочных продуктов и с концентрацией гидропероксида изопропилбензола на уровне 28 мас.%, то есть с большей производительностью, но с более высоким выходом побочных продуктов.
Пример 1 (по существующему способу).
Концентрирование проводят на двух ректификационных колоннах под вакуумом. Поступающий оксидат объединяют с возвратной изопропилбензольной фракцией - дистиллятом второй по ходу колонны в емкости под атмосферным давлением и в количестве и по составу, приведенным в таблицах 1 и 2, подают в первую колонну. Дистиллят первой колонны - возвратную изопропилбензольную фракцию - с содержанием ГПИПБ до 6,4 мас.% возвращают на узел окисления, а кубовую жидкость подают на вторую колонну. Кубовую жидкость второй колонны концентрируют до содержания 89-90 мас.%. ГПИПБ и направляют в производство фенола и ацетона, а дистиллят возвращают на первую колонну концентрирования через емкость, где он объединяется с оксидатом.
На колоннах концентрирования выдерживают следующий технологический режим, приведенной в таблице 1.
По существующему способу
| Таблица 1 | ||
| Наименование показателей | Содержание ГПИПБ в оксидате | |
| 20 мас.% | 28 мас.% | |
| Колонна концентрирования 1-ая | ||
| Подача сырья, кг/ч | 57700 | 57700 |
| Отбор дистиллята, кг/ч | 43348 | 41348 |
| Отбор кубовой жидкости, кг /ч | 14352 | 16352 |
| Температура, °С: | ||
| питания | 95 | 95 |
| верха | 66 | 67 |
| куба | 90 | 91 |
| Вакуум куба, мм рт.ст. | 35 | 35 |
| Количество пара на кипятильник, т/ч | 8,4 | 8,4 |
| Концентрация ГПИПБ, мас.%: | ||
| в дистилляте | 5,2 | 6,4 |
| в кубовой жидкости | 64,7 | 71,59 |
| Колонна концентрирования 2-ая | ||
| Отбор дистиллата, кг/ч | 4289 | 1772 |
| Отбор кубовой жидкости, кг/ч | 10063 | 14580 |
| Температура, °С: | ||
| верха | 61 | 66 |
| куба | 92 | 94 |
| Вакуум куба, мм рт.ст. | 5,0 | 5,0 |
| Количество пара на кипятильник, т/ч | 1,2 | 1,2 |
| Концентрация ГПИПБ, мас.%: | ||
| в дистилляте | 6,2 | 15,23 |
| в кубовой жидкости | 89,9 | 89,64 |
По данному способу выработка концентрированного ГПИПБ в пересчете на 100% содержания основного вещества составляет соответственно при содержании ГПИПБ в оксидате на уровне 20 мас.% 9046 кг/ч, при содержании 28 мас.% 13069 кг/ч.
Концентрация гидропероксида в готовом продукте практически не достигает 90 мас.%, а расход пара составляет соответственно 9,6 т/ч.
Пример 2 (по предлагаемому способу, 1 вариант).
Концентрирование гидропероксида изопропилбензола проводят по схеме, приведенной в примере 1 с тем отличием, что поступающий оксидат дросселируют в емкость, из которой газовую фазу в количестве 25% направляют под первую тарелку сверху первой колонны ректификации или же непосредственно в конденсаторы после первой колонны, а жидкую фазу из этой емкости подают в качестве питания в нижнюю часть этой колонны (фиг.1).
Жидкую фракцию оксидата после дросселирования и перед подачей на первую колонну концентрирования подогревают кубовой жидкостью второй колонны.
На колоннах концентрирования выдерживают следующий режим, приведенный в таблице 2.
| Таблица 2 | ||
| Наименование показателей | Содержание ГПИПБ в оксидате | |
| 20 мас.% | 28 мас.% | |
| I колонна №5 | ||
| Подача оксидата, кг/ч | 57700 | 57700 |
| Газовая фаза после дросселирования, кг/ч | 14425 | 14425 |
| Жидкая фаза после дросселирования, кг/ч | 43275 | 43275 |
| Отбор дистиллята на окисление, кг/ч | 43800 | 39298 |
| Отбор кубовой жидкости, кг/ч | 13900 | 18402 |
| Температура, °С | ||
| питания | 95 | 95 |
| верха | 66 | 66 |
| куба | 89 | 90 |
| Количество пара на кипятильник, т/ч | 7,6 | 7,6 |
| Вакуум куба мм рт.ст. | 35 | 35 |
| II колонна №17 | ||
| Отбор дистиллята, кг/ч | 2946 | 2868 |
| Отбор кубовой жидкости, кг/ч | 10954 | 15534 |
| Температура, °С | ||
| верха | 66 | 66 |
| куба | 90 | 99 |
| Вакуум куба, мм рт.ст. | 4 | 4 |
| Количество пара на кипятильник, т/ч | 1,1 | 1,1 |
| Анализы, мас.% | ||
| I колонна №5 | ||
| Содержание ГПИПБ | ||
| в газовой фазе | 1,8 | 2,63 |
| в жидкой фазе | 25,8 | 36,0 |
| в дистилляте | 5,1 | 6,4 |
| в кубовой жидкости | 64,7 | 81,59 |
| II колонна №17 | ||
| Содержание ГПИПБ | ||
| в дистилляте | 5,2 | 6,2 |
| в кубовой жидкости | 91,6 | 91,9 |
Концентрация ГПИПБ в готовом продукте в сравнении с существующим способом повышается по первому режиму на 1,7%, по второму на 1,96%.
По данному способу выработка концентрированного ГПИПБ в пересчете на 100% содержания основного вещества составляет соответственно при содержании ГПИПБ в оксидате на уровне 20 мас.% 10033 кг/ч, при содержании 28 мас.% 14275 кг/ч. В сравнении с существующим способом увеличение выработки составляет в среднем 10%. Расход водяного пара на колонны снижается до 8,7 т/ч.
Пример 3 (по предлагаемому способу, 2 вариант).
Концентрирование ГПИПБ проводят по схеме, приведенной в примере 2, с тем отличием, что дросселированию подвергают и кубовую жидкость первой колонны с подачей газовой фазы в верхнюю часть второй ректификационной колонны или же непосредственно в конденсаторы второй колонны. Количество газовой фазы, подаваемой на первую колонну, при этом составляет 15% от поступившей фракции оксидата, на вторую колонну 20% (фиг.2).
На колоннах концентрирования выдерживают следующий режим, приведенной в таблице 3.
| Таблица 3 | ||
| Наименование показателей | Содержание ГПИПБ в оксидате | |
| 20 мас.% | 28 мас.% | |
| I колонна | ||
| Подача оксидата, кг/ч | 57700 | 57700 |
| Газовая фаза после дросселирования, кг/ч | 11420 | 11420 |
| Жидкая фаза после дросселирования, кг/ч | 46280 | 46280 |
| Отбор дистиллята на окисление, кг/ч | 42300 | 37480 |
| Отбор кубовой жидкости, кг/ч | 15400 | 20220 |
| Температура, °С: | ||
| верха | 66 | 66 |
| куба | 88 | 90 |
| Количество пара на кипятильник, т/ч | 7,6 | 7,6 |
| Вакуум куба, мм рт.ст. | 35 | 4 |
| II колонна | ||
| Подача, кг/ч | ||
| газовой фазы после дросселирования | 3230 | 3099 |
| жидкой фазы после дросселирования | 12170 | 17121 |
| Отбор дистиллята, кг/ч | 4420 | 4576 |
| Отбор кубовой жидкости, кг/ч | 10980 | 15644 |
| Температура, °С | ||
| дистиллята | 66 | 66 |
| кубовой жидкости | 92 | 94 |
| Вакуум куба, мм рт.ст. | 4 | 4 |
| Количество водяного пара, т/ч | 0,9 | 0,9 |
| Анализы, мас.%: | ||
| I колонна | ||
| Содержание ГПИПБ | ||
| В газовой фазе | 1,79 | 2,36 |
| В жидкой фазе | 24,50 | 33,90 |
| в дистилляте | 3,00 | 3,75 |
| в кубовой жидкости | 73,30 | 78,60 |
| II колонна | ||
| Содержание ГПИПБ | ||
| в газовой фазе | 2,50 | 3,90 |
| в жидкой фазе | 83,70 | 84,44 |
| в дистилляте | 3,80 | 3,62 |
| в кубовой жидкости | 92,00 | 92,10 |
Концентрация ГПИПБ в готовом продукте в сравнении с существующим способом повышается по первому режиму на 2,1%, по второму на 2,46%.
По данному способу выработка концентрированного ГПИПБ в пересчете на 100% содержания основного вещества составляет соответственно при содержании ГПИПБ в оксидате на уровне 20 мас.% 10101 кг/ч, при содержании 28 мас.% 14408 кг/ч, по сравнению с существующим способом увеличение выработки составляет в среднем 12%. Расход водяного пара на колонны составляет 8,5 т/ч.
Сравнение основных показателей существующих и предлагаемых способов приведено в таблице 4.
| Таблица 4 | |||
| Показатели | Существующий способ | Предлагаемые способы | |
| I вариант | II вариант | ||
| Одноступенчатое дросселирование | Двухступенчатое дросселирование | ||
| Нагрузка по оксидату, кг/ч | 57700 | 57700 | 57700 |
| Выработка ГПИПБ (на 100%), кг/ч | |||
| при ее концентрации в оксидате | |||
| 20 мас.% | 9046 | 10033 | 10101 |
| 28 мас.% | 13069 | 14275 | 14408 |
| Расход водяного пара, т/т ГПИПБ | 9,6 | 8,7 | 7,5 |
| Концентрация ГПИПБ в готовой гидроперекиси, мас.% | 89,0-89,9 | 91,6-91,9 | 91,0-92,1 |
Таким образом, как одно-, так и двухступенчатое дросселирование оксидата позволит увеличить производительность установки по концентрированию гидропероксида кумола на 10-12%, поднять концентрацию ГПИПБ товарного продукта на 2 абс.% и снизить расход водяного пара на 0,9-1,1 т/т гидропероксида.
1. Способ концентрирования гидропероксида изопропилбензола в процессе производства фенола и ацетона путем его ректификации на двух колоннах под вакуумом, отличающийся тем, что поступающий на концентрирование оксидат с содержанием ГПИПБ 20-28 мас.% с температурой 93°С и давлением 5 ата дросселируют в емкость, из которой образованную газовую фазу в количестве 25 мас.% от общего потока подают в верхнюю часть первой по ходу колонны или конденсатор после нее, а жидкую фазу направляют как питание этой колонны, где в качестве дистиллята отбирают изопропилбензол, возвращаемый на стадию окисления производства гидропероксида, в кубовой части колонны создают вакуум на уровне 35 мм рт.ст. и отбирают фракцию, содержащую 70-80% гидропероксида изопропилбензола, которую подают на вторую ректификационную колонну, работающую под вакуумом 2-7 мм рт.ст., из которой в качестве дистиллята отбирают возвратную изопропилбензольную фракцию и направляют ее вновь на узел концентрирования, а кубовую жидкость этой колонны - концентрированный до 91-92% гидропероксид изопропилбензола подают на производство фенола и ацетона.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дросселирование оксидата проводят как перед первой, так и перед второй ректификационной колоннами, с отбором газовых фаз в количестве 15-20 мас.% от поступивших на эти колонны продуктов.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую фракцию оксидата после дросселирования перед его подачей на первую колонну концентрирования подогревают кубовой жидкостью второй колонны.
