УСТАНОВКА СИНТЕЗА ИЗОПРЕНА

Полезная модель относится к области нефтехимии, в частности, к процессу получения изопрена. Изопрен находит широкое применение в качестве мономера для получения синтетических каучуков со свойствами, близкими к натуральному, а также в органическом синтезе.
Жидкофазный синтез изопрена осуществляют на установках различного типа и сложности в зависимости от использования исходного сырья. Так, например, для одностадийного синтеза изопрена из изобутилена и/или изобутиленсодержащей смеси и/или формальдегидсодержащих соединений в присутствии кислотных катализаторов известна установка, представляющая собой прямоточный трубчатый реактор (пат. РФ №2403969).
Недостатком известной установки является использование сложного оборудования и необходимость применения высокого давления.
Известна установка жидкофазного синтеза изопрена из изобутилена и формальдегида по пат. РФ №2280022. Установка состоит из нескольких соединенных реакторов (блоков) синтеза предшественников изопрена и блока разложения образующихся продуктов. Между блоками синтеза и блоком разложения установлены одна или две ректификационные колонны. Установка включает блок разделения продуктов, образующихся в реакторе разложения.
Недостатком работы установки является образование большого количества высококипящих побочных продуктов и их накопление в системе, что приводит к образованию не расслаивающихся эмульсий и твердых отложений на оборудовании и его забивке, особенно при эксплуатации установки в промышленных условиях. Это обусловлено попаданием высококипящих побочных продуктов (ВПП), в особенности, их тяжелой частью - формалями диоксановых спиртов, образующихся при синтезе предшественников изопрена, в частности ДМД, в блок разложения и большой концентрации кислотного катализатора. При этом ВПП, являющиеся смесью диоксановых спиртов и их производных, превращаются в так называемое «зеленое масло», которое может быть использовано только в качестве низкокалорийного топлива. Кроме того, в работе установки не предусмотрено гетерогенно-каталитическое разложение пирановой фракции, что ухудшает технико-экономические показатели процесса. Использование в работе установки в качестве источника изобутилена смеси ТМК и изобутилена в блоке синтеза изопрена также снижает селективность процесса и ухудшает его расходные показатели.
Известна установка жидкофазного синтеза изопрена из изобутилена и формальдегида, включающая блок синтеза продуктов - предшественников изопрена (триметилкарбинола, диметилдиоксана), блок разложения продуктов, образующихся при синтезе, блок выделения и очистки целевого продукта. Установка состоит из блока синтеза диметилдиоксана, отдельно стоящего от двух параллельно работающих блоков синтеза триметилкарбинола (блока синтеза из изобутан-изобутиленовой фракции и блока синтеза из возвратного концентрированного изобутилена, выделяемого как из блока синтеза изопрена, так и из блока разделения продуктов синтеза и выделения изопрена-мономера), образующиеся в указанных блоках триметилкарбинол и диметилдиоксан одновременно поступают на совместное разложение в блок синтеза изопрена, после блока синтеза диметилдиоксана установлен блок ректификации образующихся в нем высококипящих побочных продуктов, из которого выделенные легкие побочные продукты направляются либо на реализацию, либо на разложение совместно с побочными продуктами (фракция метилдигидропирана), полученными при разделении продуктов синтеза и выделении изопрена-мономера, либо на реализацию и разложение совместно с побочными продуктами (фракция метилдигидропирана), полученными при разделении продуктов синтеза и выделении изопрена-мономера, поступают в блок разложения; блок разделения продуктов синтеза и выделения изопрена-мономера соединен непосредственно с блоком синтеза изопрена, с блоком разложения побочных продуктов и с блоком синтеза диметилдиоксан (пат. РФ №72972).
Недостатком данной установки является наличие двух блоков синтеза триметилкарбинола и блока синтеза диметилдиоксана - предшественников изопрена, что значительно усложняет технологию, увеличивает металлоемкость установки и энергозатраты на процесс.
Известна установка для получения изопрена жидкофазным способом в присутствии твердых кислых катализаторов в одной реакционной зоне в гомогенной фазе путем одновременной подачи в реактор водного раствора формальдегида, третбутилового спирта (ТБС), 4-метил-5,6-дигидропирана (МДГП), 4,4-диметил-1,3-диоксана (ДМД) и/или других побочных продуктов синтеза изопрена, имеющих температуру кипения выше 80°С. Подача побочных продуктов осуществляется для гомогенизации смеси, обеспечения равного доступа к катализатору формальдегида и ТБС (пат. РФ №2459790).
Установка включает зону гидратации изобутилена, реактор синтеза изопрена и зону сепарации полученных в реакторе продуктов. Установка работает следующим образом. В реактор, заполненный твердым кислотным катализатором, подают поток исходного раствора ТБС в смеси с водным раствором ТБС со стадии гидратации изобутан - изобутиленовой фракции (ИИФ), а также водный раствор формальдегида и/или полупродукты со стадии разделения (ТБС/ДМД и МДГП). Реакцию получения изопрена проводят предпочтительно при давлении 15 ат. В реакторе на поверхности гетерогенного кислотного катализатора происходит разложение ТБС с образованием изобутилена, который с высокой скоростью взаимодействует с формальдегидом с получением предшественников изопрена и их последующим быстрым разложением с получением изопрена; изопрен выводят преимущественно в составе газообразного потока вместе с изобутиленом, полученным в результате частичного разложения ТБС на катализаторе. Непрореагировавший изобутилен выводят из реактора в составе органического потока, который направляют в секцию сепарации, Водный поток возвращают на стадию гидратации изобутилена.
На стадии сепарации из общего потока сначала выделяют газообразные продукты, содержащие возвратный изобутилен. Затем оставшийся жидкий поток делят на два потока - верхний органический слой и водный слой. Выделенный изобутилен направляют на гидратацию, где получают раствор ТБС, который подают в реактор получения изопрена. Выделенные на стадии сепарации ТБС, ДМД и МДГП возвращают в реактор для дополнительной гомогенизации реакционной смеси. Полученный изопрен направляют на очистку, высококипящие побочные продукты (ВПП) - на дальнейшую переработку.
Недостатком указанной установки является использование повышенного давления и возврата в реакционную зону побочных Продуктов синтеза, наличие стадии гидратации изобутан-изобутиленовой фракции перед блоком синтеза изопрена, что приводит к увеличению стоимости технологического оборудования и усложнению технологической схемы установки, увеличивает энергозатраты.
Общим недостатком перечисленных установок для жидкофазного синтеза изопрена из изобутилена и фомальдегида (и/или веществ их содержащих или образующих) является сложность технологического процесса, что приводит к увеличению стоимости оборудования и энергозатрат при реализации установки в промышленном масштабе.
Установки для синтеза изопрена из другого вида сырья, а именно метанола и этанола, нам не известны.
Предложена установка для синтеза изопрена путем каталитического взаимодействия метанола и этанола, включающая блок смешения компонентов сырья 1 (метанола и этанола), в который одновременно вводится инициатор реакции (пероксид водорода), блок синтеза изопрена 2, блок выделения изопрена-сырца 3, блок очистки изопрена 4, блок разделения непрореагировавших метанола и этанола 5.
При этом блок смешения компонентов сырья 1 (метанола и этанола) связан с блоком синтеза изопрена 2, блок синтеза изопрена 2 - с блоком выделения изопрена - сырца 3, блок выделения изопрена-сырца 3-е блоком очистки изопрена 4 и блоком разделения непрореагировавших метанола и этанола 5, а блок разделения непрореагировавших метанола и этанола 5 - с блоком смешения компонентов сырья 1. Схема установки предложена на рис.1.
Блок синтеза изопрена состоит из секции нагрева исходных продуктов и реактора колонного типа, работающего в газофазном режиме, блок выделения изопрена-сырца состоит из секции отмывки изопрена-сырца водой и ректификационных колонн для отделения воды и непрореагировавших метанола и этанола.
Установка работает следующим образом. Исходное сырье метанол, этанол вместе с инициатором реакции поступает на смешение в блок 1.
Полученная смесь из блока 1 поступает на блок синтеза изопрена 2, где после нагрева в теплообменнике, испарителе и печи подается в реактор, заполненный катализатором. Продукты реакции далее проходят через блок выделения изопрена-сырца 3, состоящего из секций отстоя, отмывки водой и ректификации. Выделенный изопрен-сырец поступает на блок очистки до кондиций изопрена-ректификата 4, вода с растворенными в ней метанолом и этанолом поступают на блок выделения непрореагировавших метанола и этанола 5, откуда последние направляются на блок смешения компонентов сырья. Тяжелые побочные продукты реакции из блока выделения изопрена-сырца 3, а также из блока очистки изопрена 4 удаляются на дальнейшую переработку или использование в качестве товарного продукта.
2
3
В качестве катализатора может использоваться система ZnО/γ-АlО, содержащая промоторы, например, оксид калия.
-1
Синтез изопрена проводят при температуре 320-430°С, давлении 0,1-0,5 МПа, объемной скорости подачи сырья в реактор 0,5-5,0 ч мольном соотношении метанол: этанол = 1: 1,8-2,5, содержании инициатора (пероксида водорода) 0,5-5,0% в расчете на суммарную массу спиртов. Преимуществом осуществления реакции в газовой фазе является то, что реагенты, находясь в одной фазе, имеют равный доступ к катализатору. В этом случае не требуется применение других компонентов для гомогенизации среды.
Использование данной установки позволяет упростить технологическую схему производства, осуществлять прямой синтез изопрена с высокой производительностью без предварительного синтеза его предшественников, с меньшими капитальными вложениями и энергозатратами за счет исключения необходимости эксплуатации дополнительного оборудования.