СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ ИЗ ВОДНОГО СЛОЯ, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ ПРИ СИНТЕЗЕ ДИМЕТИЛДИОКСАНА В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗОПРЕНА ИЗ ИЗОБУТИЛЕНА И ФОРМАЛЬДЕГИДА
METHOD OF EXTRACTING ORGANIC PRODUCTS FROM AQUEOUS LAYER FORMED DURING SYNTHESIS OF DIMETHYL DIOXANE IN PRODUCTION OF ISOPRENE FROM ISOBUTYLENE AND FORMALDEHYDE

Изобретение относится к способу получения диметилдиоксана в производстве изопрена и, в частности, к выделению органических соединений из водного слоя при укреплении и обезметаноливании формальдегида.
Известен способ получения диметилдиоксана (ДМД) из изобутилена и формальдегида в реакторах в присутствии кислотного катализатора с получением и последующим разделением органического и водного слоев.
Водный слой, содержащий 7-8 мас.% непрореагировавшего формальдегида, а также некоторое количество образовавшихся и неотделенных органических соединений (ДМД, триметилкарбинол (ТМК), непредельные спирты, метанол, метилаль) подается на узел упарки, погон которой после частичной экстракции органических соединений изобутан-изобутиленовой фракцией совместно с формальдегидной водой из цеха разложения ДМД в изопрен и дистиллятом колонны укрепления формальдегида направляется на узел укрепления и обезметаноливания формальдегида. Дистиллят колонны обезметаноливания подается на окисление метанола в формальдегид (С.К.Огородников, Г.С.Идлис. Производство изопрена. Химия, Лениздат, 1973 г., с.55).
Содержание указанных выше органических соединений во всех этих потоках на первый взгляд незначительно, однако, учитывая большой суммарный объем этих потоков, количество этих органических соединений достигает нескольких сот килограммов в час, что создает известные трудности в процессе укрепления и обезметаноливания формальдегида, а также при получении формалина. Практически от указанных органических соединений частично очищается лишь один поток - экстракцией из погона колонны упарки водного слоя. Остальные потоки и особенно формальдегидная вода после разложения ДМД в изопрен подаются на ректификацию без очистки.
Недостатком данного способа и является попадание значительного количества органических соединений (ДМД, ТМК, непредельные спирты, метилаль, метанол) в потоки переработки водного слоя, что дестабилизирует работу ректификационных колонн, способствует наряду с высококипящими продуктами и формальдегидом забивке внутренних конструкций колонн переработки формальдегидной воды полимерами и смолами. Эти органические соединения, попадая на узел получения формальдегида, частично теряются с выхлопными газами, а частично разлагаются на побочные продукты и смолы, ухудшают показатели катализатора окисления метанола в формальдегид и частично рециркулируют в колонны обезметаноливания формалина.
Предлагаемый способ лишен указанных недостатков, так как позволяет полностью вывести в готовую продукцию ДМД, ТМК, непредельные спирты и метилаль из потоков водного слоя, стабилизировать работу колонн укрепления и обезметаноливания формальдегида и повысить показатели работы реакторов окисления метанола в формальдегид.
Поставленная цель достигается способом, согласно которому рафинат частичной экстракции органических соединений подвергают дополнительной экстракции изобутан-изобутиленовой фракцией в весовом соотношении 1:0,5-0,8 и полученный рафинат объединяют с формальдегидной водой, полученной при разложении ДМД, а также дистиллятом колонны укрепления формалина и подают на укрепление и обезметаноливание формальдегида с последующей подачей дистиллята колонны обезметаноливания формальдегида на экстракцию сконцентрированных в нем указанных органических продуктов возвратной изобутановой фракцией, выделенной после синтеза диметилдиоксана в весовом соотношении 1:1,0-1,2, с последующей подачей экстракта снова на выделение возвратной изобутановой фракции.
При отсутствии дополнительной экстракции погона колонны упарки водного слоя экстракцию органических соединений из дистиллята колонны обезметаноливания проводят также изобутан-изобутиленовой фракцией, поступающей на синтез диметилдиоксана.
Внедрение данного способа в производство изопрена позволит:
- практически полностью исключить попадание ДМД, ТМК и непредельных спиртов в реакторы окисления метанола в формальдегид, что естественно улучшит их показатели;
- стабилизировать работу колонн укрепления и обезметаноливания формальдегида, что также позволит снизить потери углеводородов, в том числе и формальдегида и уменьшить энергозатраты;
- несколько увеличить пробег колонн укрепления формальдегидной воды от чистки до чистки от полимеров, за счет снижения количества попадающих в них органических соединений, часть из которых (ДМД, ТМК, н.с. 130°, метилаль) разлагаются на побочные продукты, в том числе и с образованием изопрена, который отдельно и совместно с высококипящими продуктами образует полимер;
- снизить потери таких ценных продуктов, как ДМД, ТМК, н.с. 130°, что, в свою очередь, понизит удельный расход изобутилена и метанола, а также водяного пара.
Выделение органических соединений из потоков водного слоя и из сырья, подаваемого на окисление метанола в формальдегид, возможно и без дополнительной экстракции рафината после частичной экстракции, однако при этом пробег колонн укрепления формальдегида от чистки до чистки не увеличивается.
По данному способу рафинат колонны частичной экстракции изобутан-изобутиленовой фракцией из погона колонны вакуумной упарки водного слоя по линии 1 направляют на дополнительную экстракцию изобутан-изобутиленовой фракцией (по линии 2) в весовом соотношении 1:0,5-0,8 в колонну 3 (см. чертеж).
Экстракт этой колонны по линии 4 подают на реакторный блок синтеза ДМД, а выводимый рафинат по линии 5 объединяется с водным слоем, поступающим по линии 6 из установки разложения ДМД и дистиллятом колонны укрепления формальдегида (линия 7), после чего получаемая смесь по линии 8 направляется на колонну укрепления формальдегидной воды 9, кубовую жидкость этой колонны по линии 10 направляют в химзагрязненную канализацию, а дистиллят по линии 11 подают совместно с метанольным формалином, поступающим по линии 12, в колонну обезметаноливания формальдегида 13.
Кубовый продукт этой колонны по линии 14 направляют в колонну укрепления формалина, а дистиллят по линии 15 - на экстракцию остаточного количества органических соединений в колонну 16. Экстракция органических соединений проводится возвратной изобутановой фракцией, отбираемой по линии 21 из дистиллята колонны 20 после ее выделения из «масляного» слоя реакторного блока синтеза ДМД, поступающего в колонну 20 по линии 22 в весовом соотношении 1:1,0-1,2. Остальная часть изобутановой фракции по линии 25 направляется в цех дегидрирования изобутана.
Экстракт колонны 16, отбираемый по линии 18, объединяется с «масляным» слоем, поступающим из реакторного блока по линии 22, и по линии 19 подается на колонну 20. Выделенные органические соединения остаются в «масляном» слое и поступают на выделение ДМД и других органических продуктов по линии 23.
При отсутствии дополнительной экстракции погона колонны упарки водного слоя (колонна 3) экстракцию вместо возвратной изобутановой фракции проводят избыточным количеством прямой изобутан-изобутиленовой фракции по линии 24 с возвратом экстракта в реактора синтеза диметилдиоксана по линии 26. Очищенная от указанных органических соединений метанольная фракция из колонны 16 по линии 17 направляется на установку получения формалина.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1 (по существующему способу)
Погон колонны упарки водного слоя подают на частичную экстракцию органических соединений (ДМД, ТМК, н.с. 130°, метилаля). В качестве экстрагента используется изобутан-изобутиленовая фракция перед ее поступлением на реакторный блок синтеза диметилдиоксана. Соотношение по весу погона колонны упарки водного слоя и экстрагента составляет 1:0,8-1,0.
При этом извлекается около 69% органических соединений от поступивших. Полученный рафинат в количестве 32300 кг/ч объединяется с формальдегидной водой, полученной при разложении диметилдиоксана (75200 кг/ч), и дистиллятом колонны укрепления формалина (6100 кг/ч), направляются на колонны укрепления формальдегидной воды, где часть органических соединений разлагается на побочные продукты, видимо вступает в соединение с высококипящими продуктами и способствует забивке внутренних конструкций смолами. Погон этой колонны совместно с метанольным формалином направляется на колонну обезметаноливания формальдегида, где в дистилляте наряду с метанолом концентрируются органические соединения, поступающие на окисление метанола в формальдегид. При этом часть указанных ценных органических соединений теряется, а часть рециркулирует снова на ректификацию. Количество и состав поступающих и получаемых продуктов приводится в таблице №1.
Пример 2 (по предлагаемому способу)
Рафинат после частичной экстракции органических соединений совместно с формальдегиной водой после разложения ДМД в изопрен и дистиллят колонны укрепления формалина подают на колонну укрепления формальдегидной воды, а затем на колонну обезметаноливания формальдегида 13 в количестве и по составу, указанным в примере 1.
Дистиллят колонны обезметаноливания, в котором концентрируются указанные выше органические соединения, подвергают экстракции на колонне 16 в весовом соотношении 1:1,0-1,2 возвратной изобутановой фракции, после ее отделения от органического слоя из реакционной массы реакторов синтеза ДМД на колонне 20.
Экстракт после экстракции возвращают снова в питание колонны выделения возвратного изобутана 20.
Количество и состав продуктов по данному примеру приводится в таблице №2.
Таким образом, основная часть ДМД, ТМК, непредельных спиртов и метилаля возвращается на узел выделения и очистки диметилдиоксана. Однако в результате попадания части органических соединений с рафинатом колонны экстракции пробег колонны укрепления формальдегида от чистки до чистки не увеличивается.
Вывод указанных выше органических соединений из колонн обезметаноливания будет также способствовать снижению содержания формальдегида в дистилляте, т.е. снизит его потери при окислении метанола.
При отсутствии дополнительной экстракции погона колонны упарки водного слоя экстракцию органических соединений из дистиллята колонн обезметаноливания проводят также изобутан-изобутиленовой фракцией, поступающей на синтез диметилдиоксана.
Пример 3 (по предлагаемому способу)
Очистка водного слоя от органических соединений проводится по схеме, указанной в примере 2, с тем отличием, что после частичной экстракции ДМД, ТМК, непредельных спиртов и метилаля из потока колонны упарки водного слоя проводят дополнительную экстракцию этих органических соединений изобутан-изобутиленовой фракцией в весовом соотношении 1:0,5-0,8 на колонне 3 с последующей подачей рафината также совместно с формальдегидной водой цеха разложения ДМД и дистиллятом колонны укрепления формальдегида на колонну обезметаноливания формальдегида и окончательную экстракцию указанных выше органических соединений из дистиллята колонны обезметаноливания прямой изобутановой фракцией в весовом соотношении 1:1,0-1,2.
Экстракт после дополнительной экстракции возвращают на реакторный блок, а после колонны обезметаноливания - в реакционную массу на выделение возвратной изобутановой фракции.
Количество и состав органических соединений по данному способу приводится в таблице №3.
По данному способу наряду со снижением удельных расходов сырья и энергоресурсов несколько увеличивается пробег колонн укрепления формальдегидной воды от чистки до чистки за счет снижения количества разложенных органических соединений (ДМД, ТМК, непредельных спиртов и метилаля) и образование на их основе наряду и совместно с высококипящими продуктами полимеров и смол.
Сопоставление показателей существующих и предлагаемых схем приводится ниже:
Наименование
Существующий способ
Предлагаемый способ
Пример 1
Пример 2
Пример 3
1. Подача на колонну укрепления формальдегидной воды, кг/ч:
- рафината колонны частичной экстракции по колонне упарки водного слоя
32300
32300
32300
- формальдегидной воды из установки разложения ДМД
75200
75200
75200
- дистиллят колонны укрепления формалина
6100
6100
6100
2. Всего подано,
113600
113600
113600
в т.ч. органических соединений (ДМД, ТМК, н.с., метилаль), кг/ч:
- в рафинате колонны частичной экстракции
418
418
418
- в формальдегидной воде после разложения ДМД
75
75
75
3. Всего получено, кг/ч:
- рафината, подаваемого на окисление метанола в формальдегид,
4300
3880
3840
в т.ч. органических соединений
493
73
33
- проэкстрагированных органических соединений
-
420
460
4. Коэффициент извлечения органических соединений, %
-
85
93
5. Экономия в пересчете на сырье составляет, кг/т ДМД с учетом потерь на ректификации:
метанола
5
7
изобутилена
8
9
Таким образом, предлагаемая схема извлечения органических продуктов из водного слоя позволит снизить удельный расход изобутилена и метанола, стабилизировать и оптимизировать процесс укрепления и обезметаноливания формальдегида, что, в свою очередь, снизит потери углеводородов и энергоресурсов, а также повысит выходы формальдегида при окислении метанола и несколько увеличит пробег колонны укрепления формальдегидной воды от чистки до чистки.