УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕТИЧНОГО БУТИЛОВОГО СПИРТА

Настоящая полезная модель относится к устройствам, используемым в области нефтехимии, в частности, касается расположения и взаимосвязи аппаратов для проведения синтеза третичного бутилового спирта (ТБС), который используется в качестве полупродукта в органическом синтезе, например для получения изобутилена и изопрена, применяемых в производстве бутилкаучука и изопренового каучука.
Известен способ получения ТБС жидкофазной реакцией изобутилена в виде изобутиленсодержащей углеводородной фракции с водой при температуре 80-90°С с противоточной подачей потоков исходных реагентов в колонный реактор, заполненный сульфокатионитным катализатором. Воду и изобутиленсодержашую фракцию подают при объемном соотношении (7-10):1, что соответствует мольному соотношению вода: изобутилен (80-110):1. Образующийся ТБС выводят из реактора в составе двух реакционных потоков, которыми являются разбавленный раствор ТБС в углеводородах и разбавленный раствор ТБС в воде. Производительность процесса составляет 100 г изобутилена на 1 л катализатора в час. Из полученных растворов ТБС выделяют ректификацией [С.Ю.Павлов. Выделение и очистка мономеров для синтетического каучука, Л., «Химия», 1987, с.133-136].
Недостатком известного способа является низкая скорость реакции гидратации из-за взаимной нерастворимости исходных реагентов, а также сложность технологии и повышенные энергозатраты, связанные с выделением ТБС из двух разбавленных растворов.
Известен способ получения ТБС жидкофазной реакцией изобутилена в виде изобутиленсодержащей углеводородной фракции с водой при температуре 70-110°С с прямоточной подачей потока исходных реагентов в вертикальный реактор, заполненный сульфокатионитным катализатором. Воду и изобутилен подают при мольном соотношении (5-20):1. Для увеличения взаимной растворимости реагентов реакцию гидратации осуществляют в присутствии гомогенизатора - полярного растворителя этилцеллозольва в количестве 10-70% мас. к воде и неионогенного эмульгатора. Производительность процесса по изобутилену составляет 150-170 г/л·ч. Из полученной реакционной смеси ТБС выделяют ректификацией [SU 512622, опубликовано 30.01.1983].
Недостатком такого способа является образование нежелательных побочных продуктов из растворителя с участием ТБС, сложность технологии и повышенные энергозатраты, связанные с выделением ТБС из разбавленной смеси с водой и этилцеллозольвом.
Известен способ получения ТБС жидкофазной реакцией изобутилена или изобутиленсодержащей углеводородной смеси с водой при температуре 30-110°С, предпочтительно 50-90°С, с прямоточной подачей потока исходных реагентов в реактор, заполненный сульфокатионитным катализатором. Предпочтительно используют 2-5 последовательно соединенных реакторов. Используют реакторы с неподвижным слоем катализатора с равномерной загрузкой количества катализатора в каждый реактор/слой. Для увеличения взаимной растворимости реагентов реакцию гидратации осуществляют в присутствии в качестве растворителя ТБС в количестве 21,6-78% мас. в реакционной зоне. Производительность процесса по изобутилену составляет 160-200 г/л·ч. Из полученной реакционной смеси ТБС выделяют ректификацией [US 4307257, опубликовано 22.12.1981].
Недостатком данного способа является превращение около 1% изобутилена в побочные продукты - димеры и олигомеры изобутилена, которые усложняют выделение ТБС и ухудшают его качество. Активность катализатора в процессе снижается, производительность по изобутилену ниже 130 г/л·ч через 6-8 тыс.ч. эксплуатации процесса. После этого срока весь катализатор выгружают из реактора и заменяют свежей порцией, что осложняет технологию и увеличивает производственные затраты.
Наиболее близким к заявляемому является известный способ получения ТБС реакцией из изобутилена или изобутиленсодержащей углеводородной смеси с водой с использованием реактора, заполненного четырьмя или пятью слоями катализатора, в которых количество катализатора увеличивают от слоя к слою по направлению подачи потока исходных реагентов. В качестве катализатора используют катионообменные смолы в Н-форме, в том числе макропористые сульфокатиониты (КУ-23, Duolite C26, Amberlyst 15, Lewatit K2629, Dowex 50, Purolite CT275 и другие). Реакцию гидратации проводят при температуре 50-100°С и давлении 14-25 ат. в присутствии третичного бутилового спирта в качестве растворителя. Из полученной реакционной смеси ТБС выделяют ректификацией. [RU 2453526, опубликовано 10.11.2011-прототип]. Конверсия изобутилена в процессе составляет 82,0-88,2%, выход димеров изобутилена 0,25-0,35%. В течение 12-14 тыс.ч. непрерывной работы показатели процесса не меняются.
С целью дальнейшего снижения выхода побочных продуктов при сохранении производительности процесса получения ТБС предложена установка, состоящая из трех реакторов, из которых два параллельно работающие 4-х полочные реактора с одинаковым количеством загруженного в них сульфокатионитного катализатора, и отдельно стоящего от них 4-х секционного реактора с одинаковой загрузкой того же сульфокатионитного катализатора по секциям, в который общим потоком поступает реакционная смесь из предыдущих двух 4-х полочных реакторов.
Установка работает следующим образом.
Для получения необходимого количества ТБС в 4-х полочные реакторы с одинаковым количеством загруженного в них сульфокатионитного катализатора подают изобутиленсодержащую фракцию. При этом объединенный поток из первых двух параллельно работающих реакторов синтеза ТБС поступает в третий реактор синтеза ТБС.
Из последнего по ходу реактора полученную реакционную смесь подают на ректификацию для выделения непревращенных углеводородов.
Существенным отличительным признаком предлагаемой установки от прототипа заключается в том, что синтез ТБС проводят в трех реакторах, из которых два параллельно работающие четырех полочные реактора с одинаковым количеством загруженного в них сульфокатионитного катализатора, и отдельно стоящего от них четырех секционного реактора с одинаковой загрузкой того же сульфокатионитного катализатора по секциям, в который общим потоком поступает реакционная смесь из предыдущих двух четырех полочных реакторов.
Проведение процесса на предлагаемой установке синтеза ТБС позволяет осуществить процесс с более высокой селективностью, выход димеров изобутилена от 0,18 до 0,25%. Селективность работы установки в течение 14 тыс.часов непрерывной работы не снижается.