УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИКЛОГЕКСАНА ПАРОФАЗНЫМ КАТАЛИТИЧЕСКИМ ГИДРИРОВАНИЕМ БЕНЗОЛА

Полезная модель относится к области производства циклогексана парофазным каталитическим гидрированием бензола. Циклогексан используется в качестве одного из основных реагентов при синтезе капролактама.
Из уровня техники известно устройство для парофазного каталитического гидрирования бензола в циклогексан [Патент РФ 740737, МПК C07C 13/18, 1980]. Устройство представляет собой 2-х секционный трубчатый каталитический реактор, в котором обе секции разделены в пространстве, т.е. фактически представляют собой два последовательно соединенных трубчатых каталитических реактора. Устройство функционирует при температуре 150-250°С при давлении в первой секции 1-3 атм., а во второй секции 10-100 атм. Тепло, выделяющееся в ходе реакции, отводится кипящим в межтрубном пространстве трубчатого реактора конденсатом. В качестве катализатора используют промышленный никельхромовый катализатор. Процесс проводят при мольном отношении водородсодержащий газ : бензол равном (5-8) : 1. Разное рабочее давление в двух секциях известного устройства препятствует конструкционному объединению реакторного оборудования в единое целое, что приводит к необходимости использования дополнительного оборудования (насосы, компрессоры, теплообменники и др.) что, в свою очередь, значительно усложняет конструкцию устройства и приводит к дополнительным материальным и энергетическим затратам. Кроме того, известное устройство не предусматривает использование оборудования для переработки серосодержащего сырья (отсутствует дополнительная секция с медьсодержащим катализатором для переработки серосодержащего сырья). На фиг. 1. Приведена принципиальная схема известного каталитического устройства.
2
3
2
3
2
3
Кроме того, из уровня техники известно устройство для гидрирования бензола в циклогексан [Патент РФ 2139843, МПК С07С 5/10, С07С 13/18, 1998], представляющее собой 2-х секционный трубчатый каталитический комплекс, в котором эти секции разделены в пространстве и представляют собой два последовательно соединенных кожухотрубных реактора, в трубах которого расположен катализатор, а межтрубное пространство представляет собой зону, в которой происходят теплообменные процессы. В первом по ходу движения технологического потока кожухотрубном реакторе, заполненного медьсодержащим катализатором НТК-4 состава (% масс.): Cu 51-57; CrO 12,5-15,5; ZnO 9,5-12,5; AlO 7,6-21,6 [ТУ 113-03-399-82] при температуре 125-130°С проводят форконтактную очистку бензола и водорода от сернистых соединений. Во втором по ходу движения технологического потока кожухотрубном реакторе, заполненным никельхромовым катализатором состава (% масс.):  AlO - остальное, проводят процесс каталитического гидрирования бензола в циклогексан при давлении 10-20 атм. и температуре до 250°С. Процесс проводят при мольном соотношении водородсодержащий газ : бензол равном (8-10) : 1. Принципиальная схема катализаторного комплекса по патенту РФ 2139843 приведена на фиг. 2.
Недостатком известного устройства является наличие единственной реакционной зоны для гидрирования бензола, что приводит к невозможности регулировать тепловыделение в ходе реакции, и, как следствие, к протеканию побочных процессов.
Задачей настоящей полезной модели является устранение всех вышеуказанных недостатков.
Технический результат заключается в упрощении конструкции установки, снижении потерь тепла и возможности регулировать тепловыделение в ходе реакции.
Технический результат обеспечивается установкой для получения циклогексана парофазным каталитическим гидрированием бензола при повышенной температуре и повышенном давлении в присутствии медьсодержащего и никельхромового катализаторов, расположенных в нескольких секциях, в первой из которых по ходу движения технологического потока расположен медьсодержащий катализатор, а в последующих секциях расположен никельхромовый катализатор, в которой каждая из секций представляет собой кожухотрубный каталитический реактор, в трубах которого расположен катализатор, а межтрубное пространство представляет собой зону, в которой происходят теплообменные процессы. Секции объединены в пространстве в один колонный аппарат, который имеет по крайней мере две секции с никельхромовым катализатором, а первая секция имеет равное количеству секций с никельхромовым катализатором количество зон межтрубного пространства, и в котором зоны межтрубного пространства связаны между собой теплообменными потоками.
Сущность настоящей полезной модели поясняется иллюстрацией, приведенной на фиг. 3., на которой отображены следующие конструктивные элементы:
1 - корпус;
2 - эллиптическая крышка;
3 - эллиптическое днище;
4 - штуцер ввода бензол-водородной смеси;
5 - штуцер вывода продуктов гидрирования бензола;
6 - фланцевые соединения;
7 - перегородки;
8 - первая зона теплообмена первой секции;
9 - вторая зона теплообмена первой секции;
10 - зона теплообмена второй секции;
11 - зона теплообмена третьей секции;
12 - трубы с медьсодержащим катализатором;
13 - трубы с никельхромовым катализатором;
14 - штуцер ввода жидкого конденсата для отвода тепла реакции в третьей секции;
15 - штуцер вывода пара из третьей секции;
16 - штуцер ввода жидкого конденсата для отвода тепла реакции во второй секции;
17 - штуцер вывода пара из второй секции;
18 - штуцер ввода пара в первую зону первой секции;
19 - штуцер ввода пара во вторую зону первой секции;
20 - штуцер вывода жидкого конденсата из первой зоны первой секции;
21 - штуцер вывода жидкого конденсата из первой зоны первой секции;
22 - теплообменные трубопроводы.
Примечание: положение теплообменных трубопроводов 22 и штуцеров 14-21 приведено условно. В действительности эти конструкционные элементы располагаются равноудаленно по окружности корпуса колонного аппарата.
Установка по фиг. 3 для получения циклогексана каталитическим парофазным гидрированием бензола имеет цилиндрический корпус 1, который имеет фланцевые соединения 6, обеспечивающие возможность соединения цилиндрических частей корпуса и крепления к корпусу 1 эллиптической крышки 2 и эллиптического днища 3 (в качестве крепежа используют болтовые соединения). Эллиптическая крышка 2 имеет штуцер 4 для ввода в установку парогазовой смеси бензола и водорода. Крышка 2 имеет дополнительную запорную арматуру (вентили, краны и т.п.) для подачи в установку газовой и/или жидкой фазы (на схеме не показаны). Эллиптическое днище 3 имеет штуцер 5 для вывода продуктов гидрирования бензола. Днище 3 имеет дополнительную запорную арматуру (вентили, краны и т.п.) для подачи в установку газовой и/или жидкой фазы (на схеме не показаны).
Для разделения реакторных секций и теплообменных зон установка имеет перегородки 7, расположенные между фланцевыми соединениями 6. В первой по ходу движения технологического потока секции расположены трубы 12 с медьсодержащим катализатором. Первая секция имеет две зоны теплообмена: первую зону 8 и вторую зону 9. Число зон теплообмена в первой секции равно числу секций с никельхромовым катализатором, каждая из которых также имеет свою зону теплообмена: 10 - зона теплообмена 2-ой секции и 11 зона теплообмена 3-ей секции. Никельхромовый катализатор во 2-ой и 3-ей секциях расположен в трубах 13. Теплообмен между теплообменными зонами установки осуществляется с помощью теплообменных трубопроводов 22:
- нагрев парогазовой смеси бензола и водорода осуществляется в двух зонах 8 и 9 первой секции за счет подачи пара с помощью штуцера 15 из зоны теплообмена 11 третьей секции через штуцер 18 в первую зону теплообмена 8 первой секции и за счет подачи пара с помощью штуцера 17 из зоны теплообмена 10 второй секции через штуцер 19 во вторую зону теплообмена 9 первой секции;
- отвод тепла реакции во второй секции осуществляется за счет подачи и испарения конденсата, образовавшегося за счет конденсации пара во второй зоне 9 теплообмена первой секции, с помощью штуцеров 21 и 16 в зоне теплообмена 10 второй секции;
- отвод тепла реакции в третьей секции осуществляется за счет подачи и испарения конденсата, образовавшегося за счет конденсации пара в первой зоне теплообмена первой секции, с помощью штуцеров 20 и 14 в зоне теплообмена 11 третьей секции.