СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ГИДРОПЕРОКСИДА ИЗОПРОПИЛБЕНЗОЛА Российский патент 2009 года по МПК C07C409/10 C07C407/00 

Изобретение относится к процессу совместного производства фенола и ацетона и, в частности, к получению концентрированного гидропероксида изопропилбензола (ГПИПБ).

Известен способ концентрирования гидропероксида изопропилбензола, полученного окислением изопропилбензола (ИПБ). (Серебряков Б.Р. и др. "Новые процессы органического синтеза". Химия, 1989, с.227).

По существующему способу оксидат с содержанием ГПИПБ на уровне 20-28 мас.% концентрируют на двух ректификационных колоннах, работающих под вакуумом до содержания ГПИПБ 89-90 мас.%.

Содержание ГПИПБ в дистилляте первой по ходу колонны, возвращаемом на узел окисления изопропилбензола после щелочной обработки, достигает 6,4 мас.%, в дистилляте второй колонны, подаваемом в рецикл на узел концентрирования, до 15 мас.%. Часть гидропероксида, в процессе окисления и ректификации, разлагается на побочные продукты: диметилфенилкарбинол (ДМФК), ацетофенон (АЦФ), кислоты и ряд других кислородсодержащих соединений, которые ингибируют процесс окисления.

Недостатком данного способа является высокое содержание ГПИПБ в дистиллятах колонн концентрирования, направляемых в рецикл как снова на окисление изопропилбензола, так и на концентрирование, а также сравнительно невысокое содержание ГПИПБ в концентрированном продукте, что приводит к снижению выработки гидропероксида, к излишним потерям сырья, в том числе гидропероксида, а также к повышению энергозатрат.

Как показали исследования, одной из главных причин повышенного рецикла гидропероксида является его капельный унос при повышенном пенообразовании в присутствии значительного количества легко- и тяжелокипящих кислородсодержащих соединений, а также наличие азеотропов ряда продуктов с водой.

В многотоннажном промышленном производстве подобные пенообразование и унос могут быть снижены значительным 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 данного изобретения является увеличение производительности системы ректификации по ГПИПБ с получением более концентрированного конечного продукта, снижение потерь углеводородов и энергетических затрат.

По предлагаемому способу снижение рецикла ГПИПБ с дистиллятом колонн на окисление и ректификацию достигают путем дросселирования оксидата перед ректификацией, что позволяет снизить потери ГПИПБ при их рециркуляции 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 ата, дросселируют в емкость, из которой 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 ИПБ. 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: дросселирование оксидата проводят только перед первой ректификационной колонной с отбором газовой фазы в количестве 25 мас.% от поступившего в емкость 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: дросселирование проводят как перед первой, так и перед второй ректификационными колоннами с отбором газовой фазы в количестве 19-21 мас.% от поступившего оксидата.

По I варианту способа оксидат, полученный в результате окисления ИПБ, подают на установку концентрирования по линии 1 и по линии 2 на дросселирование в емкость 3 (фиг.1).

Газовая фаза из емкости 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 6 поступает в конденсаторы 7 и 8, а затем в емкость 9 и по линии 10 возвращается на узел окисления изопропилбензола.

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 ИПБ - по линии 22 поступает в теплообменник 12, где отдает свое тепло подаваемому на концентрирование оксидату и по линии 23 направляется в производство фенола и ацетона.

По второму варианту (фиг.2) кубовую жидкость колонны 5, отбираемую по линии 16, дросселируют в емкость 17 с отбором газовой фазы по линии 18 в верхнюю часть колонны 19 с последующей подачей по линии 23 возвратной фракции ИПБ также на концентрирование, а кубовую часть - концентрированный гидропероксид - по линии 24, а затем 25 - в производство фенола и ацетона.

Подвод дополнительного тепла или хладоагента в колонны осуществляют подачей пара или воды в кипятильники 24 и 25 по первому, 27 и 28 по второму вариантам.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами при двух режимах концентрирования: с подачей на ректификацию оксидата с концентрацией гидропероксида изопропилбензола 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.

Пример 1 (по существующему способу).

Концентрирование проводят на двух ректификационных колоннах под вакуумом. Поступающий оксидат объединяют с возвратной изопропилбензольной фракцией - дистиллятом второй по ходу колонны в емкости под атмосферным давлением и в количестве и по составу, приведенным в таблицах 1 и 2, подают в первую колонну. Дистиллят первой колонны - возвратную изопропилбензольную фракцию - с содержанием ГПИПБ до 6,4 мас.% возвращают на узел окисления, а кубовую жидкость подают на вторую колонну. Кубовую жидкость второй колонны концентрируют до содержания 89-90 мас.%. ГПИПБ и направляют в производство фенола и ацетона, а дистиллят возвращают на первую колонну концентрирования через емкость, где он объединяется с оксидатом.

На колоннах концентрирования выдерживают следующий технологический режим, приведенной в таблице 1.

По существующему способу

Таблица 1Наименование показателейСодержание ГПИПБ в оксидате20 мас.%28 мас.%Колонна концентрирования 1-ая  Подача сырья, кг/ч5770057700Отбор дистиллята, кг/ч4334841348Отбор кубовой жидкости, кг /ч1435216352Температура, °С:  питания9595верха6667куба9091Вакуум куба, мм рт.ст.3535Количество пара на кипятильник, т/ч8,48,4Концентрация ГПИПБ, мас.%:  в дистилляте5,26,4в кубовой жидкости64,771,59Колонна концентрирования 2-ая  Отбор дистиллата, кг/ч42891772Отбор кубовой жидкости, кг/ч1006314580Температура, °С:  верха6166куба9294Вакуум куба, мм рт.ст.5,05,0Количество пара на кипятильник, т/ч1,21,2Концентрация ГПИПБ, мас.%:  в дистилляте6,215,23в кубовой жидкости89,989,64

По данному способу выработка концентрированного ГПИПБ в пересчете на 100% содержания основного вещества составляет соответственно при содержании ГПИПБ в оксидате на уровне 20 мас.% 9046 кг/ч, при содержании 28 мас.% 13069 кг/ч.

Концентрация гидропероксида в готовом продукте практически не достигает 90 мас.%, а расход пара составляет соответственно 9,6 т/ч.

Пример 2 (по предлагаемому способу, 1 вариант).

Концентрирование гидропероксида изопропилбензола проводят по схеме, приведенной в примере 1 с тем отличием, что поступающий оксидат дросселируют в емкость, из которой газовую фазу в количестве 25% направляют под первую тарелку сверху первой колонны ректификации или же непосредственно в конденсаторы после первой колонны, а жидкую фазу из этой емкости подают в качестве питания в нижнюю часть этой колонны (фиг.1).

Жидкую фракцию оксидата после дросселирования и перед подачей на первую колонну концентрирования подогревают кубовой жидкостью второй колонны.

На колоннах концентрирования выдерживают следующий режим, приведенный в таблице 2.

Таблица 2Наименование показателейСодержание ГПИПБ в оксидате20 мас.%28 мас.%I колонна №5  Подача оксидата, кг/ч5770057700Газовая фаза после дросселирования, кг/ч1442514425Жидкая фаза после дросселирования, кг/ч4327543275Отбор дистиллята на окисление, кг/ч4380039298Отбор кубовой жидкости, кг/ч1390018402Температура, °С  питания9595верха6666куба8990Количество пара на кипятильник, т/ч7,67,6Вакуум куба мм рт.ст.3535II колонна №17  Отбор дистиллята, кг/ч29462868Отбор кубовой жидкости, кг/ч1095415534Температура, °С  верха6666куба9099Вакуум куба, мм рт.ст.44Количество пара на кипятильник, т/ч1,11,1Анализы, мас.%  I колонна №5  Содержание ГПИПБ  в газовой фазе1,82,63в жидкой фазе25,836,0в дистилляте5,16,4в кубовой жидкости64,781,59II колонна №17  Содержание ГПИПБ  в дистилляте5,26,2в кубовой жидкости91,691,9

Концентрация ГПИПБ в готовом продукте в сравнении с существующим способом повышается по первому режиму на 1,7%, по второму на 1,96%.

По данному способу выработка концентрированного ГПИПБ в пересчете на 100% содержания основного вещества составляет соответственно при содержании ГПИПБ в оксидате на уровне 20 мас.% 10033 кг/ч, при содержании 28 мас.% 14275 кг/ч. В сравнении с существующим способом увеличение выработки составляет в среднем 10%. Расход водяного пара на колонны снижается до 8,7 т/ч.

Пример 3 (по предлагаемому способу, 2 вариант).

Концентрирование ГПИПБ проводят по схеме, приведенной в примере 2, с тем отличием, что дросселированию подвергают и кубовую жидкость первой колонны с подачей газовой фазы в верхнюю часть второй ректификационной колонны или же непосредственно в конденсаторы второй колонны. Количество газовой фазы, подаваемой на первую колонну, при этом составляет 15% от поступившей фракции оксидата, на вторую колонну 20% (фиг.2).

На колоннах концентрирования выдерживают следующий режим, приведенной в таблице 3.

Таблица 3Наименование показателейСодержание ГПИПБ в оксидате20 мас.%28 мас.%I колонна  Подача оксидата, кг/ч5770057700Газовая фаза после дросселирования, кг/ч1142011420Жидкая фаза после дросселирования, кг/ч4628046280Отбор дистиллята на окисление, кг/ч4230037480Отбор кубовой жидкости, кг/ч1540020220Температура, °С:  верха6666куба8890Количество пара на кипятильник, т/ч7,67,6Вакуум куба, мм рт.ст.354II колонна  Подача, кг/ч  газовой фазы после дросселирования32303099жидкой фазы после дросселирования1217017121Отбор дистиллята, кг/ч44204576Отбор кубовой жидкости, кг/ч1098015644Температура, °С  дистиллята6666кубовой жидкости9294Вакуум куба, мм рт.ст.44Количество водяного пара, т/ч0,90,9Анализы, мас.%:  I колонна  Содержание ГПИПБ  В газовой фазе1,792,36В жидкой фазе24,5033,90в дистилляте3,003,75в кубовой жидкости73,3078,60II колонна  Содержание ГПИПБ  в газовой фазе2,503,90в жидкой фазе83,7084,44в дистилляте3,803,62в кубовой жидкости92,0092,10

Концентрация ГПИПБ в готовом продукте в сравнении с существующим способом повышается по первому режиму на 2,1%, по второму на 2,46%.

По данному способу выработка концентрированного ГПИПБ в пересчете на 100% содержания основного вещества составляет соответственно при содержании ГПИПБ в оксидате на уровне 20 мас.% 10101 кг/ч, при содержании 28 мас.% 14408 кг/ч, по сравнению с существующим способом увеличение выработки составляет в среднем 12%. Расход водяного пара на колонны составляет 8,5 т/ч.

Сравнение основных показателей существующих и предлагаемых способов приведено в таблице 4.

Таблица 4ПоказателиСуществующий способПредлагаемые способыI вариантII вариантОдноступенчатое дросселированиеДвухступенчатое дросселированиеНагрузка по оксидату, кг/ч577005770057700Выработка ГПИПБ (на 100%), кг/ч   при ее концентрации в оксидате   20 мас.%9046100331010128 мас.%130691427514408Расход водяного пара, т/т ГПИПБ9,68,77,5Концентрация ГПИПБ в готовой гидроперекиси, мас.%89,0-89,991,6-91,991,0-92,1

Таким образом, как одно-, так и двухступенчатое дросселирование оксидата позволит увеличить производительность установки по концентрированию гидропероксида кумола на 10-12%, поднять концентрацию ГПИПБ товарного продукта на 2 абс.% и снизить расход водяного пара на 0,9-1,1 т/т гидропероксида.

Изобретение относится к способу концентрирования гидропероксида изопропилбензола (ГПИПБ), используемого в производстве фенола и ацетона кумольным методом. По предлагаемому способу поступающий на ректификацию оксидат дросселируют в емкость с отбором газовой фазы в верхнюю часть или конденсаторы колонн ректификации. Тем самым снижается нагрузка на колонны, т.е. повышается их производительность, снижаются потери ГПИПБ с дистиллятом, возвращаемым на окисление. Способ позволяет экономить энергоресурсы. Предложена схема использования тепла кубовых жидкостей колонн. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табЛ.

1. Способ концентрирования гидропероксида изопропилбензола в процессе производства фенола и ацетона путем его ректификации на двух колоннах под вакуумом, отличающийся тем, что поступающий на концентрирование оксидат с содержанием ГПИПБ 20-28 мас.% с температурой 93°С и давлением 5 ата дросселируют в емкость, из которой образованную газовую фазу в количестве 25 мас.% от общего потока подают в верхнюю часть первой по ходу колонны или конденсатор после нее, а жидкую фазу направляют как питание этой колонны, где в качестве дистиллята отбирают изопропилбензол, возвращаемый на стадию окисления производства гидропероксида, в кубовой части колонны создают вакуум на уровне 35 мм рт.ст. и отбирают фракцию, содержащую 70-80% гидропероксида изопропилбензола, которую подают на вторую ректификационную колонну, работающую под вакуумом 2-7 мм рт.ст., из которой в качестве дистиллята отбирают возвратную изопропилбензольную фракцию и направляют ее вновь на узел концентрирования, а кубовую жидкость этой колонны - концентрированный до 91-92% гидропероксид изопропилбензола подают на производство фенола и ацетона.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дросселирование оксидата проводят как перед первой, так и перед второй ректификационной колоннами, с отбором газовых фаз в количестве 15-20 мас.% от поступивших на эти колонны продуктов.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую фракцию оксидата после дросселирования перед его подачей на первую колонну концентрирования подогревают кубовой жидкостью второй колонны.