Технологическая схема - Производство ацетона

Технический результат заключается в том, что представляется возможным производить высококачественный ацетон с минимальными эксплуатационными затратами, достигая максимально возможной производительности при минимально возможных затратах.

На чертеже представлена принципиальная технологическая схема для реализации способа очистки ацетона.

Рис. 1. Технологическая схема очистки ацетона

Питание ацетона-сырца 2 подается в первую ректификационную колонну 1 (колонна выделения головной фракции). В ней выделяется большинство низкокипящих примесей ацетона в виде головной фракции 4. В колонну 1 подается реагент щелочного характера 3 для превращения оставшихся альдегидов и, ненасыщенных карбонилсодержащих соединений в высококипящие компоненты. После выделения головной фракции кубовый продукт 5 подается во вторую ректификационную колонну 6 (колонна выделения товарного ацетона) (см. чертеж), которая работает при атмосферном давлении, обеспечивая максимально возможную производительность.

Во второй ректификационной колонне 6 большая часть ацетона очищается от оставшихся альдолей, воды и других высококипящих примесей и отбирается в виде дистиллята 8, в то время как оставшийся ацетон, вода, кумол, альфа - метилстирол и другие высококипящие компоненты в виде кубового продукта 9 подаются в третью ректификационную колонну 10 (стриппер колонна ацетона). Для очистки при производстве высококачественного ацетона, ликвидации потерь ацетона и удаления остаточных альдегидов дополнительно во вторую ректификационную колонну 6 выше тарелки питания подают реагент щелочного характера 7, при этом между количествами щелочного агента, поданными в первую и во вторую колонны, должно поддерживаться заданное соотношение. В третьей ректификационной колонне 10 весь оставшийся ацетон вместе с альдегидами, образовавшимися в результате распада альдолей, и другими низкокипящими примесями отбирается в виде головной фракции 11 и подается в первую колонну 1 или любой другой предшествующий первой колонне поток для последующей переработки. Куб третьей ректификационной колонны 10 направляют на последующую переработку 12.

Кроме того, в первую ректификационную колонну 1 для удаления остаточных альдегидов и ненасыщенных карбонилов и других ненасыщенных соединений дополнительно предусмотрена подача реагента окислительного характера 13, в частности пероксида водорода или перманганата калия. При этом для максимального эффекта между реагентом щелочного характера и реагентом окислительного характера должно поддерживаться заданное, указанное выше соотношение. [5]

Таким образом, только при соблюдении указанных в формуле изобретения весовых соотношений между реагентами щелочного характера, а также между реагентами щелочного и окислительного характера, предлагаемый способ представляет собой простой, экономичный, универсальный метод производства высококачественного товарного ацетона, не зависящего от качества ацетона-сырца, поступающего на переработку. Предлагаемый способ также позволяет эксплуатировать оборудование при атмосферном давлении, что позволяет не только максимально повысить производительность используемого оборудования, но также значительно снизить эксплуатационные расходы. Кроме того, он позволяет также полностью ликвидировать потери ацетона в процессе его очистки и выделения, что позволяет его использовать в химической и других отраслях промышленности при очистке ацетона.

Таблица 1. Основные технологические показатели

Ввиду высокой скорости процесса при его промышленной реализации необходимо, чтобы ее значение не достигало предела, при котором невозможно снять тепловыделения, чтобы сделать процессы съема тепла контролируемыми, реакцию ведут в разбавителях, в качестве которых выступают продукты реакции и ацетон.

Один из методов проведения реакции состарив применении проточно-циркуляционной установки (pис. 2а), когда выделяющееся тепло снимают в трубчатом реакторе за счет охлаждения его водой. Реакционную смесь по выходе из реактора частично отводят на дальнейшую переработку, но основное количество направляют на рециркуляцию: добавляют кислоту-катализатор и в насосе смешивают с исходным гидроперокси-дом.

При такой системе время контакта лимитируется теплоотводом и является завышенным. Кроме того, рециркуляция смеси ведет к повышенному выходу побочных веществ. Так, на 1 т фенола получается 100-150 кг отходов, в том числе 15-20 кг a-метилстирола, 40-50 кг димера и смол, 5-10 кг ацетофенона, 30 кгкумилфенола и т. д. Хотя окиси мезитила образуется немного, но она существенно затрудняет очистку фенола.

Рис. 2. Реакционные узлы для кислотного разложения гидропероксидов: а - проточно-циркуляционная установка; б - установка с отводом тепла за счет испарения ацетона

Другой способ кислотного разложения гидропероксидов (рис. 2б) состоит в проведении реакции в растворе ацетона и отводе тепла за счет его испарения. Ацетон конденсируют в обратном холодильнике и возвращают в реактор, который можно секционировать поперечными перегородками. Это наряду с уменьшением концентрации фенола в растворе и времени контакта снижает выход побочных веществ. [6]

Технологическая схема получения фенола и ацетона кумольным способом.

Производство фенола и ацетона кумольным методом включает стадии получения изопропилбензола, синтез гидропероксида изопропилбензола и его кислотного разложения в фенол и ацетон.

Рис. 3. Технологическая схема кумольного метода получения фенола и ацетона: 1 - реакционная колонна; 2 - холодильник; 3 - промыватель-сепаратор; 4 - теплообменник; 5 - сборник; 6, 8-11 - ректификационные колонны; 7 - узел кислотного разложения гидропероксида; 12 - сепаратор; 13 - дефлегматоры; 14 - кипятильники; 15 - дроссельный вентиль; 16 - насос

Технологическая схема двух последних стадий изображена на рис. 3. Окисление проводится в тарельчатой реакционной колонне (19) снабженной холодильниками: при их помощи поддерживают температуру жидкости от 120°С на верхней тарелке до 105°С в кубе. Воздух, предварительно очищенный от загрязнений и механических примесей и подогретый, подают в нижнюю часть колонны под давлением "0,4 МПа. Свежий и оборотный изопропилбензол (ИПБ), к которому добавлен гидропероксид (ГП), инициирующий начальную стадию окисления, из сборника (5) подают в теплообменник (4), а оттуда на верхнюю тарелку реактора. Воздух движется противотоком к жидкости, барботируя через нее на тарелках колонны. При этом он увлекает с собой пары изопропилбензола и летучих побочных продуктов (муравьиная кислота, формальдегид), которые конденсируются в холодильнике (2). Оставшийся воздух выводят в атмосферу, а конденсат отмывают от муравьиной кислоты водным раствором щелочи в промывателе-сепараторе (3). Углеводородный слой сливают в сборник (5), а водный слой рециркулируют на промывку, сбрасывая в конечном счете в канализацию.

Оксидат из нижней части колонны (7) содержит до 30 % гидропероксида. Он отдает свое тепло изопропилбензолу в теплообменнике (4), дросселируется до остаточного давления "4 кПа и поступает на вакуум-ректификацию для концентрирования гидропероксида. Отгонку изопропилбензола ведут в насадочной ректификационной колонне (6) непрерывного действия, снабженной конденсатором-дефлегматором. Применение вакуума обусловлено термической нестабильностью гидропероксида. Часть конденсированного изопропилбензола возвращают из конденсатора-дефлегматора на орошение колонны (6), а остальное количество выводят в сепаратор (3), промывают щелочью, и снова направляют на окисление. Кубовая жидкость из колонны (6) содержит 70-75 % гидропероксида, а также побочные продукты окисления и остатки изопропилбензола. Путем дополнительной вакуум-ректификации (на схеме не изображена) при остаточном давлении "665 Па повышают концентрацию гидропероксида до 88-92 %. Следующую стадию (кислотное разложение гидропероксида) осуществляют в узле (7) одним из двух описанных выше методов.

Заключительная стадия состоит в ректификации, которую ведут в разной последовательности. Чаще всего вначале при обычном давлении в колонне (8) отгоняют ацетон, затем при пониженном давлении отделяют в колонне (9) смесь высококипящих веществ (фенольная смола), остающуюся в кубе, от более летучих продуктов, включая фенол. От этой фракции в колонне (10) отгоняют a-метилстирол и остатки изопропилбензола (углеводородная фракция) и в колонне (11) - фенол, оставляй в кубе дополнительное количество фенольной смолы. [7]

На некоторых установках углеводородную фракцию гидрируют и возвращают на окисление. Это предотвращает ингибирующее действие a-метилстирола и позволяет вообще не концентрировать гидропероксид перед разложением или проводить только его "укрепление". Предложен ряд методов утилизации фенольной смолы, в том числе пиролиз с получением дополнительного количества фенола.

Способ очистки ацетона заключается в том, что дистилляцию ацетона-сырца последовательно проводят в трех ректификационных колоннах, при этом в первой ректификационной колонне производят выделение низкокипящих примесей с добавлением в колонну реагента щелочного характера с последующим отбором оставшейся смеси компонентов в виде кубового продукта и подачи его в качестве питания во вторую ректификационную колонну для отделения высококипящих примесей и выделения большей части ацетона в виде товарного ацетона, причем содержание ацетона в кубе второй ректификационной колонны поддерживают до уровня не менее чем 0.5 массовых % от питания отбором оставшихся компонентов смеси в виде кубового продукта второй ректификационной колонны и последующей подачи его в качестве питания в третью ректификационную колонну для выделения оставшегося ацетона совместно с оставшимися низкокипящими примесями, в том числе с оставшимися альдегидами, и подачу этой смеси в первую ректификационную колонну, во вторую ректификационную колонну подают дополнительно реагент щелочного характера, позволяющий производить ацетон, имеющий время окисления перманганатом не менее десяти часов, при этом в первую ректификационную колонну реагент щелочного характера добавляют в виде 0,1-30 %-ого водного раствора в количестве 0,05-0,8 массовых % от питания колонны, и дополнительно в нее подают реагент окислительного характера в виде 0,1-30 %-го водного раствора в количестве 0,02-0,5 массовых % от питания при весовом отношении реагента щелочного характера к реагенту окислительного характера от 1:0,1 до 1:100, предпочтительно от 1:0,5 до 1:10; кроме того, во вторую ректификационную колонну подают реагент щелочного характера в количестве 0,03-0,5 массовых % от питания, при этом весовое отношение реагента щелочного характера, поданного в первую колонну, к реагенту щелочного характера, поданного во вторую колонну, составляет 1:0,2, причем вторую и третью колонны эксплуатируют при атмосферном давлении.

Головную фракцию третьей ректификационной колонны, предпочтительно, рециклируют в питание или в любое другое место первой ректификационной колонны, предпочтительно в верхнюю часть колонны, или любой другой предшествующий поток для последующей переработки.

Реагент щелочного характера, предпочтительно, добавляют в питание и/или в куб, и/или в любую точку первой ректификационной колонны

Реагент щелочного характера, предпочтительно, подают во вторую колонну выше тарелки питания.

В качестве реагента щелочного характера используют неорганическое (например, гидроксиды или карбонаты щелочных металлов) или органическое (например, амины или полиамины) основание. В качестве неорганического реагента щелочного характера используют гидроксид натрия. [8]

В качестве реагента окислительного характера используют органические или неорганические окислители, в частности органические или неорганические перекиси, а также перекись водорода или перманганат калия.

Неорганический реагент щелочного характера используют в виде 0,1-30 %-ого водного раствора.

Органический реагент основного характера используют без растворителя.

В описываемом способе ацетон-сырец, получаемый совместно с фенолом из кумола и содержащий ацетон, воду, альдегиды, ненасыщенные карбонилы, кумол и альфаметилстирол, подают в установку для выделения и очистки ацетона, состоящую из трех ректификационных колонн. В первой ректификационной колонне большинство низкокипящих примесей ацетона, включая различные альдегиды, удаляются с головной фракцией. Дополнительно в колонну подается реагент щелочного характера для перевода оставшейся части альдегидов и, ненасыщенных карбонилов в высококипящие компоненты. Все оставшиеся компоненты, включая ацетон, удаляют из куба колонны и подают во вторую ректификационную колонну. Во второй колонне большая часть ацетона очищается от остаточных альдегидов, воды и других высококипящих примесей и отбирается в виде дистиллята, тогда как оставшаяся часть ацетона, воды, кумола, альфаметилстирола и других высококипящих компонентов выводится из куба колонны и подается в третью ректификационную колонну. При этом вторую и третью ректификационную колонны эксплуатируют при атмосферном давлении. [9]

Реагент щелочного характера вначале подается в первую колонну в питание и/или в куб для превращения альдегидов в альдоли. Для удаления оставшихся альдегидов во вторую колонну на тарелку выше тарелки питания дополнительно подается реагент щелочного характера. В третьей колонне весь оставшийся ацетон с альдегидами и другими низкокипящими примесями, образовавшимися в результате разложения альдолей, отбирается в виде головной фракции и подается в первую колонну или в любое другое подходящее место до первой колонны для последующей обработки.

Дополнительно в первую колонну может быть подан реагент окислительного характера для удаления не отогнанных в виде головной фракции альдегидов и ненасыщенных карбонильных примесей, например, окиси мезитила, 3-пентен-2-она и др.

Для данного изобретения важно, что для очистки ацетон-сырца используются три ректификационные колонны, при этом в процессе дистилляции одновременно проводится химическая обработка его реагентом щелочного и реагентом окислительного характера, причем место подачи и соотношения между ними зависит от качества ацетона-сырца и требуемого качества производимого ацетона. Реагент щелочного характера, используемый при химической обработке, нужно добавлять в первые две колонны; в первую колонну - предпочтительно в питание и/или в куб, а во вторую - выше тарелки подачи питания, где достигается наилучший эффект. В случае, когда ацетон-сырец содержит повышенное количество ненасыщенных примесей, например ненасыщенные карбонилсодержащие соединения, для более эффективной очистки от них дополнительно используется реагент окислительного характера. В этом случае реагент окислительного характера добавляется в первую колонну, предпочтительно, в куб и/или в нижнюю часть колонны. Кроме того, использование схемы из трех колонн для выделения и очистки ацетона-сырца позволяет полностью решить проблему потерь ацетона в установке.

Наиболее эффективное удаление альдегидов и ненасыщенных примесей достигается только тогда, когда используется заданное соотношение между количествами реагента щелочного характера, подаваемого в первую и во вторую колонны, причем максимальный эффект достигается только при оптимальном соотношении количества щелочного агента, подаваемого в первую колонну, к количеству щелочного агента, подаваемого во вторую колонну, которое полностью зависит от качественного и количественного состава примесей и составляет от 1:0,0375 до 1:10. Такое соотношение позволяет эксплуатировать вторую колонну при атмосферном давлении, тем самым заметно повышая производительность не только второй колонны, но и всей технологической схемы выделения и очистки ацетона в целом, так как узким местом в ней является именно вторая колонна.

В качестве реагента щелочного характера используют карбонаты и гидроксиды щелочных металлов, а также амины и полиамины, предпочтительно гидроксид натрия.

В качестве реагента окислительного характера используют пероксид водорода, пероксид натрия, перманганат калия и пр., предпочитая перекись водорода. [10]

Реагент щелочного характера и реагент окислительного характера при оптимальном соотношении между собой подаются в виде водного раствора с концентрацией 0,1-30 мас. %. Кроме химической обработки, проводящейся при очистке ацетона-сырца и позволяющей добиться максимального результата при оптимальном соотношении реагентов, использование трехколонной схемы позволяет значительно понизить температуру куба второй колонны, в которой проводят выделение товарного ацетона за счет неполного выделения в ней ацетона. Понижение температуры в кубе второй колонны существенно снижает разложение альдолей на исходные альдегиды, которые тут же поднимаются наверх второй колонны и загрязняют товарный ацетон. Однако даже это небольшое количество альдегидов, которые образуются за счет разложения альдолей, немедленно удаляется добавлением реагента основного характера на тарелку, находящуюся выше тарелки питания второй колонны. Оставшаяся часть ацетона, не выделенная во второй колонне, полностью выделяется в третьей колонне. Так, если ранее в первой колонне дополнительно использовался реагент окислительного характера, то головная фракция третьей колонны содержит гораздо меньше примесей по сравнению со случаем, когда первая колонна работает без добавления реагента окислительного характера, то есть гораздо меньше низкокипящих примесей будет рециркулироваться в технологической линии по очистке ацетона-сырца.

Большая часть ацетона, продаваемого на рынке, имеет минимальное время РТ-теста, равное 2 часам. Описанный способ позволяет получать ацетон, который имеет минимальное время РТ-теста больше 10 часов, значит содержание альдегида в ацетоне ниже 10 ррm и качество ацетона считается отличным. [11]

Кроме РТ-теста существуют и другие важные показатели качества товарного ацетона такие, например, как содержание в нем воды и диацетонового спирта, которые должны быть на уровне <0,3 мас. % и <30 ppm, соответственно. Важно отметить, что эти важные дополнительные показатели качества сохраняются, если при производстве ацетона будет использоваться предложенная технология удаления альдегидов.

Технологическая схема - Производство ацетона

Похожие статьи