УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФЕНОЛА

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к установкам для производства фенола, в частности, к средствам для каталитического получения фенола из бензола.
Уровень техники
Известен катализатор и способ получения фенола из бензола (RU2205688 C1, опубл. 2003.06.10). Известное решение относится к области получения фенола, а также получения катализаторов для этого процесса. Способ производства фенола состоит в том, что пары бензола вместе с газом, содержащим водород и кислород, пропускают через слой твердого нанесенного катализатора. Катализатор содержит два активных компонента: переходный металл VIII группы и гетерополисоединения, производные от гетерополикислот состава HnPMI mMII 12-mO40, где МI- W, Мо, МII- V, Zr, Ti, Fe, n = 3-6, m = 0-6, и/или продукты деструкции этих гетерополисоединений. Технический результат: увеличение производительности процесса.
Однако в данном решении используется иной катализатор.
Известен способ алкилирования ароматических соединений, способ алкилирования бензола и способ получения фенола (RU2234490 C2, опубл.2004.08.20). Известное решение применяют для получения ароматических соединений. Сущность решения: проводят алкилирование ароматического соединения с изопропанолом, взятым отдельно или в смеси с пропиленом, в присутствии каталитической композиции на основе цеолита в условиях смешанной газожидкой фазы или при полностью жидкофазных условиях. При этом давление и температура таковы, чтобы концентрация воды в жидкой реакционной фазе не превышала 8000 миллионных частей, независимо от общего содержания воды, присутствующей в реакционной фазе. В предпочтительном случае алкилируемым ароматическим соединением является бензол. В другом предпочтительном случае вышеописанный способ получения бензола используют как стадию при получении фенола. Технический результат: увеличение срока службы катализатора.
Однако в данном решении используется иной катализатор.
Известно, выбранное в качестве прототипа устройство (JP2000033265A, опубл. 2000-02-02), в котором используется фотокатализатор селективного окисления олефинов и ароматических соединений углерода (фуллерен) для производства кислородсодержащих соединений с их использованием.
В известном решении получают катализатор, который применяется в фотокаталитических реакциях селективного окисления, особенно реакциях присоединения кислорода к олефинам, а также бензолу, который является высокоактивным и имеет хорошую эффективность, обеспечивает высокую селективность. Используют упомянутый катализатор для получения кислородсодержащего органического соединения, в частности фенола. Фотокатализатор селективного окисления получают переносом фуллерена на носитель, например, FSM-16. Предпочтительно используется фуллерен C60.
Однако в данном решении не раскрывается деталей установки для получения фенола из бензола с помощью фуллерена, выход фенола очень мал.
Сущность полезной модели
В одном аспекте раскрыта установка для производства фенола, содержащая
блок катализатора, выполненный с возможностью хранения и подачи катализатора на основе фуллерена в блок получения фенола;
блок бензола, выполненный с возможностью подачи раствора бензола в блок получения фенола;
блок окислителя, выполненный с возможностью подачи окислителя в блок получения фенола;
блок получения фенола, выполненный с возможностью приема катализатора, бензола, окислителя, подачи светового излучения на принятый катализатор, вывода полученного в результате каталитической реакции продукта;
характеризующийся тем, что дополнительно содержится
блок выделения катализатора, выполненный с возможностью выделять катализатор из продукта, поступившего из блока получения фенола;
блок выделения фенола, выполненный с возможностью выделять фенол из продукта, поступившего из блока выделения катализатора.
В дополнительных аспектах раскрыто, что блок катализатора содержит линию пневматической подачи катализатора в блок получения фенола; блок получения фенола представляет собой емкость, связанную по текучей среде с блоком выделения катализатора с помощью патрубка, причем патрубок присоединен к нижней части упомянутой емкости; блок получения фенола содержит средство перемешивания бензола и катализатора; блок катализатора содержит шнек для подачи катализатора в блок получения фенола; блок окислителя содержит вход для забора атмосферного воздуха, средство для выделения кислорода из атмосферного воздуха и подачи выделенного кислорода в блоке получения фенола; блок получения фенола содержит блок сдува избытка окислителя и других газов; в блоке получения фенола давление составляет от 0,5 до 20 МПа.
Задачей решения является снижение расхода реагентов для получения фенола, повышение выхода фенола.
Сущность технического решения заключается в том, что в камеру, содержащую раствор бензола, вводят порошкообразный катализатор в виде фуллеренсодержащего вещества; активируют катализатор с помощью светового излучения; получают фенол в результате каталитической реакции; очищают полученный фенол от катализатора и бензола, которые возвращают в камеру, а чистый фенол выводят как целевой продукт.
Технический результат заключается в уменьшении количества катализатора для получения фенола.
Достигаемые технические результаты и другие преимущества предложенной полезной модели подробнее раскрыты в последующем описании.
Краткое описание чертежей
Предложенная полезная модель проиллюстрирована на чертежах, на которых фиг. 1 иллюстрирует блок-схему заявленной установки.
Сущность решения
Вариант осуществления решения показан на фиг.1, на которой представлены следующие блоки заявленной установки:
блок 101 катализатора;
блок 102 бензола;
блок 103 окислителя;
блок 104 получения фенола;
блок 105 выделения катализатора;
блок 106 выделения фенола.
Указанные блоки установки находятся в конструктивном единстве, связаны друг с другом по текучей среде посредством патрубков и каналов, при этом установка собрана на заводе-изготовителе. В одном из вариантов осуществления установка со всеми ее блоками находится в едином корпусе, который содержит входные отверстия для подачи реагентов и выходные отверстия для выдачи фенола и удаления побочных продуктов. В другом варранте осуществления используется каркас (рама), на котором на заводе-изготовителе закрепляются все перечисленные выше блоки установки. Установка выполнена в таком размере, который может транспортироваться без необходимости разбора.
Блок 101 катализатора состоит из емкости для хранения фуллеренсодержащего катализатора и устройства его подачи в реактор прямого окисления бензола блока 104 и предназначен для подпитки реактора катализатором. Подача катализатора в реактор может осуществлять при помощи шнековых устройств, пневмотранспорта или любым другим подходящим способом. Учитывая окислительную среду в реакторе, предпочтительно осуществлять подачу катализатора в реактор при помощи пневмотранспорта. Блок 101 функционально соединен по текучей среде с блоком 104 с помощью патрубка. Подача катализатора осуществляется под управлением блока управления (не показан на фиг.1) или вручную, для этого открывается вентиль, открывающий и закрывающий патрубок, запускается шнек или средство пневматической транспортировки, контроль количества катализатора, направленного в блок 104 получения фенола может осуществляться с помощью датчиков веса, времени работы средства пневматической транспортировки или шнека.
Особенности работы блока управления не раскрываются здесь подробно, так как его реализация является стандартной задачей, которую специалист может решить без приложения творческих усилий. В целом, блок управления подает сигналы приводам и актуаторам для дозированной подачи исходных компонентов и вывода целевого продукта.
В качестве катализатора может использоваться как чистый фуллерен С60 или С70 или сажа, содержащая упомянутый фуллерен. При использовании сажи объем подачи катализатора должен быть скорректирован в сторону увеличения.
Блок 102 бензола представляет собой емкость для хранения раствора бензола с чистотой от 60 до 100% в зависимости от оптимизационных решений специалистов в данной области техники и устройство его подачи в реактор окисления бензола блока 104. Вместо емкости установка может содержать лишь вход для подачи раствора бензола и насос для его закачки в блок 104 из внешнего источника. Блок 102 функционально соединен по текучей среде с блоком 104 с помощью патрубка. Подача раствора бензола осуществляется под управлением блока управления (не показан на фиг.1) или вручную, для этого открывается вентиль, открывающий и закрывающий патрубок, запускается насос, контроль количества подаваемого в блок 104 раствора бензола осуществляется с помощью расходомера.
Устройство блока 103 зависит от оптимизационных решений, принимаемых специалистами в данной области техники при проектировании, и выбранного окислителя. В качестве окислителя может быть использован воздух или кислород. В случае использования в качестве окислителя атмосферного воздуха блок 103 состоит из компрессора, патрубка, связывающего блок 103 и блок 104, и вентиля. Аналогичная конструкция блока 103 будет в случае подачи кислорода от внешнего источника. Если же в блоке 103 происходит выделение кислорода из атмосферного воздуха, то блок 103 дополнительно содержит установку для выделения кислорода. Блок 103 функционально соединен по текучей среде с блоком 104 с помощью патрубка. Подача окислителя осуществляется и регулируется блоком управления (не показан на фиг.1) или вручную, для этого открывается вентиль, открывающий и закрывающий патрубок, запускается компрессор, контроль количества подаваемого в блок 104 окислителя осуществляется с помощью расходомера.
Блок 104 представляет собой реактор, снабженный источником света, обеспечивающего протекание реакции прямого окисления бензола кислородом в фенол на поверхности фуллеренсодержащего катализатора. Световое излучение формируется в диапазоне от видимого до ультрафиолетового.
Температура процесса поддерживается от -5°С до +80°С. Давление процесса поддерживается от 0,5 до 20 МПа. Степень превращения бензола составляет от 2 до 100% в зависимости от заданных условий и времени реакции. Селективность по фенолу составляет 50-100%. Блок 104 содержит пять входных патрубков для связи по текучей среде с блоками 101, 102, 103, 105, 106, выходной патрубок для связи по текучей среде с блоком 105. В блок 104 поступают катализатор, раствор бензола, окислитель, световое излучение, в результате проходит каталитическая реакция получения фенола, который вместе с другими продуктами реакции и частично с входными компонентами направляется в блок 105.
Условия работы блока 104 могут быть заданы вручную или могут управляться блоком управления (не показан на фиг.1), который задает количество входных компонентов, управляет параметрами светового излучения, температурой и давлением. Для задания требуемой температуры могут использоваться нагреватели или же наоборот средства охлаждения в зависимости от температуры окружающей среды и заданной температуры реакции. Необходимое давление поддерживается компрессором
Блок 105 выделения катализатора представляет собой емкость, содержащую средства центробежного или гравитационного отделения твердых частиц катализатора от жидкой фенолсодержащей смеси, поступающей из блока 104. Выделенные частицы катализатора собираются и с помощью насоса, шнека или пневмотранспорта подаются по предназначенному для этого патрубку в блок 104. Такое решение позволяет уменьшить количество необходимого для получения фенола катализатора.
Блок 106 выделения фенола представляет собой емкость, содержащую средства выделения фенола из продуктов реакции, проходящей в блоке 104. Выделение может осуществляться благодаря разным плотностям продуктов в смеси, поступившей на вход блока 106, благодаря разным температурам затвердевания или испарения. Блок 106 выполнен с возможностью отделения непрореагировавшего бензола и возврата его в блок 104 с помощью насоса и патрубка, связывающего блоки 104 и 106.
Такое решение позволяет повторно использовать бензол, что снижает расход сырья и повышает выход фенола на единицу исходных компонентов.
Работа заявленной установки
Из блока 101, блока 102, блока 103 в блок 104 подаются компоненты для получения фенола. В блоке 104 под действием подаваемого светового излучения происходит окисление бензола с присоединением к нему OH-группы. Исходные компоненты и продукты каталитической реакции поступают в блок 105, где из смеси выделяют частицы катализатора, далее – в блок 106, где из смеси выделяют по меньшей мере фенол и бензол. Бензол возвращают в блок 104, а фенол выводят из установки.
Катализатор в реакторе блока 104 может располагаться в стационарном слое, либо подаваться порционно в реакционную смесь. В последнем случае реактор оснащают перемешивающим устройством любой подходящей конструкции (например, мешалка или барботажное устройство).
Если в блок 104 попадает избыточное количество окислителя и/или азот, то они сдуваются из верхней части реактора с помощью предназначенного для этого управляемого клапана.
Очищенная от частиц катализатора смесь поступает из блока 105 в блок 106, в котором происходит отделение фенола от побочных продуктов (если они имеют место, что определяется условиями реакции и составом исходных компонентов) и непрореагировавшего бензола, а также рециркуляция бензола обратно в реактор прямого окисления блока 104. Выделение фенола осуществляется стандартными способами, такими как ректификация, экстракция и т.д.
Описание предпочтительных вариантов осуществления полезной модели
В одном из вариантов осуществления блок 104 получения фенола представляет собой емкость, связанную по текучей среде с блоком 105 выделения катализатора с помощью патрубка, причем патрубок присоединен к нижней части емкости. Такое решение позволяет перемещать из блока 104 в блок 105 жидкость, которая в основном содержит фенол, а не бензол, так как плотность фенола значительно выше плотности бензола. Такое решение уменьшает затраты на выделение фенола в блоке 106, что повышает эффективность работы установки.
В одном из вариантов осуществления в установке поддерживается давление от 0,5 до 20 МПа. Повышенное давление необходимо для лучшего растворения кислорода в бензоле, что повышает эффективность получения фенола.
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации изложенной в описании и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данной полезной модели.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи текучей среды и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.
Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы изобретения. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы полезной модели.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.
Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации раскрытые в различных частях описания могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.