Энергосбережение при концентрировании гидропероксида изопропилбензола в производстве фенола и ацетона

Башаров М.М., Тараскин М.М.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ КОНЦЕНТРИРОВАНИИ ГИДРОПЕРОКСИДА ИЗОПРОПИЛБЕНЗОЛА В ПРОИЗВОДСТВЕ ФЕНОЛА И АЦЕТОНА

Рассмотрим энергосберегающий способ концентрирования гидропероксида изопропилбензола (ГПИПБ), используемого в производстве фенола и ацетона кумольным методом. Предложены два варианта модернизации технологической схемы с установкой высокоэффективных сепараторов. Ключевые слова: колонное оборудование, сепарационное оборудование, тепло- массообменные процессы.

Энерго- и ресурсосбережение особо значимо и актуально в многотоннажном промышленном производстве нефтехимического комплекса. Энергосберегающие мероприятия можно подразделить на модернизацию технологических схем, модернизацию аппаратов и оптимизацию режимов работы установок. Очевидно, что сочетание всех этих способов наиболее эффективно и позволяет снизить энергозатраты на 20-50% [1-4].

В статье рассмотрена технологическая схема концентрирования гидропероксида изопропилбензола ГПИПБ в производстве фенола и ацетона на ОАО «Казаньоргсинтез». Как показали исследования одной из главных причин повышенного рецикла гидропероксида является его капельный унос при повышенном пенообразовании в присутствии значительного количества легко- и тяжелокипящих кислородосодержащих соединений, а также наличие азеотропов ряда продуктов с водой.

В многотоннажном промышленном производстве подобные пенооб-разования и унос могут быть снижены значительном увеличением диаметров ректификационных колонн, то есть снижением скорости потоков, установкой эффективных отбойных устройств, а также увеличением количества ректификационных тарелок, в том числе высоты колонн, что, естественно, требует больших капитальных затрат. Целью данной работы является увеличение производительности системы ректификации по ГПИПБ с получением более концентрированного конечного продукта, снижение потерь углеводорода и энергетических затрат.

По предлагаемому способу [5] снижение рецикла ГПИПБ с дистиллятом колонн на окисление и ректификацию достигают путем сепарации

оксидата перед ректификацией, что позволяет снизить потери ГПИПБ при их рециркуляцию на окисление и ректификацию и, соответственно, понизить энергозатраты. Способ осуществляют по следующей технологической схеме: поступающий на концентрацию оксидат с содержанием гидропероксида 20-28 мас.%, температурой 93°С, давлением 5 атм. подают в газосепаратор, из которого образующуюся газовую фазу в количестве 25 мас.% от общего количества подают в верхнюю часть первой по ходу колонны, а жидкую фазу направляют на питание этой колонны, где в качестве дистиллята отбирают изопропилбензол, возвращаемый на стадию окисления ИНЬ. В кубовой части колонны создается вакуум на уровне 35 мм рт. ст. В качестве кубовой жидкости получают фракцию, содержащую 70-80% гидропероксида ИПБ, которую подают на вторую ректификационную колонну, работающую под вакуумом 2-7 мм рт. ст. Со второй колонны в качестве дистиллята отбирают возвратную изопропилбензольную фракцию и направляют вновь на узел концентрирования, а кубовую жидкость - сконцентрированный до 91 -92% гидропероксид ИПБ - подают на производство фенола и ацетона.

При этом предлагаются два варианта работы узла концентрирования:

1 вариант: сепарацию оксидата проводят только перед первой ректификационной колонной с отбором газовой фазы в количестве 25 мас.% от поступившего оксидата и направлением ее под первую тарелку сверху или же непосредственно в конденсаторы после ректификационной колонны, а жидкую фазу подают в качестве питания этой колонны;

2 вариант: сепарацию проводят как перед первой, так и перед второй ректификационными колоннами с отбором газовой фазы в количестве 1921 мас.% от поступившего оксидата.

По 1 варианту способа оксидат, полученный в результате окисления ИПБ, подают на установку концентрирования по линии 1 и по линии 2 на разделение в сепаратор 3 (рис. 1). В качестве сепаратора предложено использовать комбинированный насадочно-вихревой аппарат с эффективностью разделения жидкой и газовой фаз не менее 98-99% [б].

Газовая фаза из сепаратора 3 по линии 4 поступает под верхнюю тарелку (или же в конденсаторы) первой по ходу колонны 5, работающей под вакуумом 30-35 мм рт. ст., дистиллят этой колонны по линии б поступает в конденсаторы 7 и 8, а затем в емкость 9 и по линии 10 возвращается на узел окисления изопропилбензола.

Рис.1. Модернизация технологической схемы с одним сепаратором

Жидкую фазу из емкости 3 по линии 11 подогревают в теплообменнике 12 за счет тепла отходящей по линии 22 из второй по ходу колонны 17 кубовой жидкости, затем дополнительно нагревают (а при необходимости охлаждают) в теплообменнике 14 и по линии 15 направляют в нижнюю часть колонны 5. Кубовую часть этой колонны по линии 16 подают в колонну 17, работающую под вакуумом 2-7 мм рт. ст. Дистиллят этой колонны, пройдя теплообменники 18 и 19, собирают в емкость 20, откуда направляют по линии 21 снова на концентрирование. Кубовая жидкость этой колонны - концентрированный гидропероксид ИНЬ - по линии 22 поступает в теплообменник 12, где отдает свое тепло подаваемому на концентрирование оксидату и по линии 23 направляется в производства фенола и ацетона.

Но второму варианту (рис. 2.) кубовую жидкость колонны 5, отбираемую по линии 16, подают в сепаратор 17 с отбором газовой фазы по линии 18 в верхнюю часть колонны 19 с последующей подачей по линии 23 возвратной фракции ИНЬ также на концентрирование, а кубовую часть - концентрированный гидропероксид - по линии 24, а затем - в производство фенола и ацетона.

24

І4--------------------------------------------------------------

Рис. 2. Модернизация технологической схемы с двумя сепаратороми

Подвод дополнительного тепла или хладагента в колонны осуществляется подачей пара или воды в кипятильник 24 и 25 по первому, 27 и 28 по второму вариантам модернизации. Сравнение основных показателей существующего и предлагаемого способов приведено в таблице 1.

Таблица 1. Показатели существующего и предлагаемого способов модернизации

Показатели Существующий способ Предлагаемые способы

1 вариант 2 вариант

Одноступенчатое разделение Двухступенчатое разделение

Нагрузка по оксидату, кг/ч 57700 57700 57700

Выработка ГПИПБ (на 100%), кг/ч при ее концентрации оксидате

20 мас % 9046 10033 10101

28 мас.% 13069 14275 14408

Расход водяного пара, т/т ГПИПБ 9,6 8,7 7,5

Концентрация ГПИПБ в готовой гидроперекиси мас.% 89,0-89,9 91,6-91,9 91,0-92,1

Выполнены расчеты при двух режимах концентрирования: с подачей на ректификацию оксидата с концентрацией гидропероксида изопропил-бензола на уровне 20% мас. (то есть полученному в «мягких» условиях окисления с минимальным выходом побочных продуктов) и с концентрацией гидропероксида изопропилбензола на уровне 28 мас.% (то есть с

большей производительностью, но с более высоким выходом побочных продуктов).

Таким образом, как одно, так и двухступенчатое разделение оксида-та на жидкую и газовую фазы позволит увеличить производительность установки по концентрированию гидропероксида кумола на 10-12%, поднять концентрацию ГПИПБ товарного продукта на 2 абс.% и снизить расход греющего водяного пара на 0.9-1.1 т/т гидропероксида.

Источники

1. Саркисов П.Д. Проблемы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии // Химическая промышленность. 2008. №11. С. 14-17.

2. Лейтес И.Л. Об экономии энергетических ресурсов в химической и нефтехимической технологии // Химическая промышленность. 2009. №31. С. 3-7.

3. Лаптев А.Г., Фарахов М.И., Минеев Н.Г. Основы расчета и модернизация тепло- массообменных установок в нефтехимии. Казань: КГЭУ, 2010.

4. Лаптев А.Г., Фарахов М.И. Разделение гетерогенных систем насадочных аппаратах. Казань: КГЭУ, 2006.

5. Патент на изобретение № 234864 от 25.06.2007 В.В. Коваленко, В.Н. Кудряшов, М.М. Башаров и др. Способ концентрирования гидропероксида изопропилбензола (производство фенола). Опубликовано 10.03.2009.

6. Решение о выдаче патента на полезную модель по заявке № 2011125495/05 (037613) от 21.06.2011 «Сепаратор осушки газов от капельной влаги». Лаптев А.Г., Башаров М.М., Тараскин М.М., Исхаков А.Р.

Зарегистрирована 02.03.2012.