Способ получения циклогексана Советский патент 1980 года по МПК C07C13/18 

Изобретение относится к способу получения циклогексана гидрированием бензола Высокий тепловой эффект реакции гидрирования бензола (5О ккад/моль), интенсивное развитие прсщесса в начальшзк сло ях катализатора, ограничение температуры (до 25О°С) протекания побочных реакций вызывает ряд технологических трудностей при производстве циклогексана. Известен способ гидрирования бензола в циклогексан, когда для стабилизации температурного режима гидрирование проводят на никельхромовом катализаторе в смеси с медно-магниевым как разбавителем Щ . Применение инертного разбавителя снижает производительность процесса примерно на 50% (соотношение разбавителя к катализатору в реакторе 1:1). Известен способ получения циклогексана гидрированием бензола в несколько ста дий под общим постоянным давлением порядка 33-36 атм и. температуре 35О°С. На стадии, когда подается-исходный бензол, для уменьшения тепловыделений подают газ с низким содержанием водорода (5О%) и рециркулят (циклогексан) для снижения кощентрацни бензола (до 2О%) на нходе в эту ступень. При практически полном использсжании водорода после этой ступени гидрогенизат Содержит около Ю-2О% бензола. Полное гидрирование бензола осуществляют в конечной ступени процесса, когда подают Газ с высоким содержанием водорода 2, Таким образом за счет противоточной по концентрациям бензола и водорода подачи сырья, а также за счет рециркуляции продукта реакции достигается равномершзе превращение бензола в зонах реакции с высоким выходом циклогексана и максимальным использованием водорода. Недостатками этого способа являются низкая производительность процесса, вызванная необходимостью рециркуляции продукта реакции, сложное алпаратурное оформление, связанное с транспортировкой

жидкого продукта, содержащего частицы твердого катализатора, сложная регулировка температурного режима в зоне реакции по ступеням, которая зависит от концентрации водорода в гидрирующем газе и количества рециркулируюшего жидкого продукта, а также изменения активности катализатора в ходе процесса при действии каталитических ядов.

Цель изобретения - повышение производительности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что при получении циклогексана двухступенчатым каталитическим гидрированием бензола в паровой фазе при повышенной Температуре и при возрастающем по ступеням давлении, на первой ступени оно Составляет 1-3 атм и на последующей -Ю-ЮО атм.

Процесс проводят при 150-250 0.

Осуществление процесса гидрирования при низком давлении позволяет при незначительном снижении степени превращения бензола по сравнению с процессом, проводимым при высоком давлении, достичь-. равномерного распределения тепла по слою катализатора.

Это позволяет значительно повысить производительность катализатора в начальной зоне реакции. Однако для получения высокой степени превращения в конечной зоне .реакции при низком давлении производительность катализатора недостаточна. Поэтому на последующих стадиях давление должно возрастать и быть не ниже ЮОатм.

По предложенному способу получения циклогексана на первую ступень подают бензол и газ- со ступеней высокого давления. Гидрирование на этой ступени осуществляют при давлении 1-3 атм на активном катализаторе (например, никельхромовом) при 15О-25О С. В этих условиях достигается частичное гидрирование бензола {ЗО-5О%) с равномерным выделе нием тепла. В последующие ступени подают жидкие продукты реакции после первой ступени и газ с высоким содержанием водорода. Гидрирование на этой ступени осуществляют при давлении 1О-1ОО атм, 150-25О С также на активных гидрирук щих катализаторах. На выходе из последней ступени получают циклогексан высоко чистоты не ниже 99,99%.

Бензол, поступающий в первый реактор смешивают с гидрирующим газом после второй стадии. Продукты гидрирования после первого реактора, содержащие до ЗО-5О% циклогексана, поступают в сепаратор, где отделяются жидкие продукты от газообразных, Газообразные продукты выбрасываются, так как содержат практически одни инерты. Жидкие продукты направляются на вторую стадию.

Смесь гидрогенкзата после первой стадии, циркуляционный газ {5О-7О%) и свежий водород 175%) предварительно нагревают и направляют во второй реактор

Продукты реакции после второго реактора направляют в сепаратор, где происходит отделение газовой фазы от жидкой.

Жидкие продукты (числый циклогексан/ направляют на склад, а газ и;з сепаратора с помощью компрессора циркулирует в, контуре второй стадии.

Часть циркуляционного газа для предотвращения накопления инертов (азота) отдувают со второй етадии, дросселируют и направляют в качестве гидрирующего газа на первую стадию.

Преимущества предлагаемого способа получения циклогексана на высокой чистоты (не ниже 99,99%) при полном использовании водорода состоят в том, что получают требуемую степень прев()ащения бензола при равномерном тепловыделении по слою катализатора, отсутствуют рециркуляция жидкого продукта, увеличивается производительность реакционной аппаратуры, возможно легко регулировать стадии процесса изменением количества газа (или концентрации водорода в газе|, поступающего на стадшо} снижаются энергозатраты на транспортировку газа на стадию работающую при низком давлении.

Пример 1. Гидрирование бензола в циклогексан проводят в две ступени на модельной установке на промышленном никельхромовом катализаторе.

В первую ступень подают сходный бензол в количестве 31 г/час при 2ОО°С и Еюдородсодержаший газ со второй ступени. Мольное соотношение газа к е ензолу составляет (.

При давлении 1 атм в этой С1упени гидрируется ЗО% бензола при практически полном использовании водорода.

Во вторую ступень поступают продукты гидрирования после первой ступени в количестве 21,7 г/ч бензола и 1О г/ч циклогексана и газ, содержащий не менее 75% водорода под давлением 10 атм. Получают гидрогенизат в количестве 33 ,,4 г/ч, содержащий 99,99% цкклогексана.

Пример 2. Гидрирование проводят в две ступени на модельной установке на промышленном никельхромовом катализа574торе {объем катализатчэра, как в 1 при- мере), В первую ступень подают исходный бензол в количестве 31 г/ч при 200с и водород содержащий газ со второй ступени. Мольное соотношение газа к бензолу составляет (5-8):1. При давлении 3 атм в этой ступени гидрируется около 50% бензола при практически полном использовании водорода. Во вторую ступень поступают продукты гидрирования после первой ступени в количестве 15,5 г/ч бензола и 16,6 г/ч циклогексана и газ,содержащий не менее 75% водорода под давлением 10 атм. Получают гидрогенизат в количестве 33,4 г/ч, содержит 99,99% циклогексана. Пример 3. Гидрирование проводят в две ступени на модельной установке на никельхромовом катализаторе, на таком же количестве катализатора, что в приме76pax 1 и 2, при 200 С, мольном соотноше- НИИ газа к бензолу, равном (5-8):1, по известному способу. В первую ступень подают 8,2 г/ч бензола и 34,2 г/ч циклогексана. Концентрация бензола на входе в первую ступень составляет 19,4%. Для гидрирования используют газ с концентращ ей водорода 50% под давлением 30 атм. Во вторую ступень подают газ с концентрацией водорода не ниже 75% под давлением 30 атм и продукты гидрирования после первой ступени в количестве 5,4 г бензола и 37,4 г циклогексана. Концентрация бензола на входе в эту ступень составляет 12,6%, Полученный гидрогенизат в количестве 8,85 г содержит 99,99% циклогексана. В таблице представлены результаты гидрирования по предлагаемому {пример 1) и по известному способам {пример 3i

31

30

8,2 34,2

ЗО

19,4 Как следует из таблицы, по предлагаемому способу при гидрировании бензола в ступенях с различным давлением оказывается возможным на одном и том же количестве катализатора с полным исполь зованием водорода получить циклогексана в 3,8 раза больше, чем по известному способу. Пример 4, Гидрирование бензола проводят в двух ступенях на никельхромовом катализаторе {объем каждой ступени 25 см) при 2ООС и молыюм соотношении газ: бензол-8:1, В первую ступень подают чистый бензол в количестве 42 г/ч и газ из второй ступени, содержащий 50% водорода. При давлении в первой ступени 1,5атм получают гидрогенизат, содержащий 12,6% непрогеагировавшего бензола.

21,7 10 0,01

10

33,4

О

5,4 37,4 0,01

8,85

30

О Полученный продукт и газ, содержащий 75% водорода, направляют во вторую ступень, в которой при давлении 1ОО атм получают гидрогениэат с 99,99% циклогек- сана. Формула изобретения 1, Способ получения циклогексана двухступенчатым каталитическим гидрированием бензола в паровой фазе при повышенной температуре и давлении, отличающийся тем, что, с целью повыше- тш производительности прсщесса, гидрирование осуществляют при возрастающем по ступеням давлении, которюе составляет 1- 3 атм на первой ступени и на второй 1О10О атм.

774О7378

2, Способ по п,1, отличаю-1. Авторское свидетельство СССР

Ш и ft с я тем, что процесс проводят при № 3192О6, кл, С О7 С 13/18. температуре 150-25О С.

Источники информации 2. Патент США N« 2318965

принятые во внимание при экспертизе 5 кл. 260-667, опублик 1968 (прототип).