Способ получения фталевого ангидрида Советский патент 1981 года по МПК C07D307/89 

Изобретение относится к области органического синтеза, конкретно к улучшенному способу получения фтале-вого ангидрида, который находит широ кое применение в производстве красителей , пластмасс и полимеров. Известен способ получения фталево го ангидрида путем парофазного окисления нафталина в стационарном слое . смешанного ванадий-калий-сульфат-силикагелевого катализатора при температуре 370-420°С и весовым соотношением нафталина и воздуха 1:30. Недос татком способа является нестабильный низкий выход фталевого ангидрида достигающий 85-88% llНаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ получени фталевого ангидрида, заключающийся в окислении нафталина кислородом воздуха путем пропускания нафталиновоздушной смеси через стационарный слой ванадий-калий-сульфат-силикагелевого катализатора, содержащий иона SO при температуре вес. ч 370-380 с. Выход целевого продукта составляет 90-80 мол.% f2. Недостатком известного способа яв ляется нестабильность выхода целевог продукта, поскольку только во время первых 30 час работы удается достигнуть выхода 90 мол.%, в дальнейшем выход падает до 88% и после 320 час работы - до 80 мол.%, т.е. средний выход не превышает 84,8 мол.%, при этом производительность процесса составляет лишь 40 г/лкат.час, время работы катализатора без регенерации 380 час. Цель изобретения заключается в повышении выхода целевого продукта и в увеличении производительности процесса. Поставленная цель достигается предлагаемым способом получения фта левого анги 1рида, заключающимся в окислении нафталина кислородом воздуха путем пропускания нафталиновоздушной смеси через стационарный слой ванадий-кй.лий-сульфат-силикаге левого катализатора, содержащий 20 вес.% и она SO , при температу ре 370-380с, до уменьшения содержания иона 5оД в лобовом слое катали затора, составляющем 15-25% от длины слоя катализатора, до 10-15вес.% с последующим изменением направления подачи нафталино-воздущной смеси на противоположное.

Выход целевого продукта составляет 17-90 мол.%.

Отличительным признаком процесса является пропускание нафталино-воздушной смеси до уменьшения содержания ионо SO в лобовом слое катализатора, составляющем 15-25% от длины слоя катализатора, до 1015 вес.% с последующим изменением направления подачи смеси на противоположное, что позволяет увеличить выход целевого продукта и повысить производительность процесса.

Окисление нафталина в стационар.ном слое ванадий-калий-сульфат-силикагелевого катализатора практически происходит в лобовой его части, которая представляет собой первый верхний слойкатализатора по отношению к точке ввода окисляемой смеси, длиной 40-60 см.

Здесь наблюдается уменьшение содержания сульфат-иона, восстановление иона ванадия до .Это приводит к уменьшению зоны реакции., к снижению производительности процесса и выхода фталевого ангидрида. В конце слоя катализатор остается химически неизменным. При переключении направления подачи нафталино-воздушной смеси на противоположное часть слоя катализатора, не подвергшаяся изменению химического состава, работает как свежезагруженный катализатор. В результате производительность и селективность восстанавливаются до первоначальных значений. Однако в процессе работы вновь происходит изме нение валентного и химического состава катализатора. При этом, если п лобовом слое количества и 50 -ионов уменьшаются, с чем связано падение выхода фталевого ангидрида и производительности катализатора, то в конце слоя, где нафталина практически нет, происходит окисление ионов ванадия до V и увеличение количества сульфат-иона. Пополнение катализатора серой происходит за счет окисления сероорганических примесей, имеющихся в нафталине. Пары SOj и SOg , образующиеся при этом, адсорбируются на конце ка- талитичес1сого слоя. При новом перек-; лючении направления подачи нафталиновоздушной смеси процесс повторяется.

Если потери иона 804 велики и составляют больше половины от первоначального содержания, то получить высокий выход фталевого ангидрида даже при переключении направления нафталино-воздушной смеси не удается, так как окисление сероорганических соединений, содержащихся в нафталине, способно лишь частично их восполнить.

Установлено, что лучше всего переключать направление подачи нафталино-воздушной. смеси в тот момент.

когда содержание 50 -ионов в лобовом слое уменьшается в 1,5-2 раза. Окисление нафталина в режиме с переключением нафталино-воздушной смеси приводит к образованию катализатора постоянного усредненного состава, что обеспечивает стабильный- выход фталевого ангидрида и высокую про-изводительность катализатора.

Пример (сравнительный/.

Нафталин окисляют в паровой фазе кислородом воздуха на свежезагруженном ванадий-калий-сульфат-силикагелевом катализаторе с содержанием SO/j. -иона 20 вес.% при температуре в элементе промышленного реактора{ диаметра трубки 25 мм, длина слоя 2,5 мК

При нагрузке 40 г нафталина на 1 л.кат-час был достигнут выход фталевого ангидрида 90 мол.%. Однако через 180 час работы выход фталевого ангидрида снизился до 88 мол.%. Анализ показал, что катализатор в начале 1слоя содержит 12 вес.% иона, в то время как в конце слоя содержание 50д практически не Изменилось. Через 320 час работы содержание 50 -иона в в лобовом слое снизилось до 3,9%, а выход фталевого ангидрида - до 80 мол.%. В результате-средний выход фталевого ангидрида составил 84 ,8 мол. % . .

При м е р 2 .В условиях примера I при нагрузке бО г нафталина на 1 л кат.час рсуществляют окисление нафталина в режиме с переключением напранОтения подачи нафталино- роздуьчной смеси СНВС ; при уменьшении содержания 50|; в лобовом слое длиной 40 см в 1,5 раза, т.е. до 15 вес.%. Результаты экспе, римента приведены в табл. 1.

Пример З.В условиях пример 2 при температуре З80с осуществляют окисление нафталина в режиме с переключением направления подачи нафталино-воздушной смеси при уменьшении содержания ЗО -иона в лобовом слое длиной 60 см в 2 раза, т.е. до 10 вес.%. Результаты опыта приведены в табл. 2,

Осуществляя окисление нафталина в режиме с переключением -направления подачи нафталино-воздушной смеси при уменьшении содержания 5оД -иона в лобовом слое в 1,5-2 раза, получают:

Стабильный высокий выход фталевого ангидрида 90 мол.% в течпние 2800 час работы (по прототипу через 360 час выход снизился до 80мол.)

Увеличение производительности .катализатора до 60 г фталевого ангидрида на 1 л кат.час (по прототипу 40 г/л кат ЧасЛ

Удлинение работы катализатора до его регенерации до 28QO час (по прототипу через 380 час Переключение направления подачи НВС при в лобовом слое в 1 уменьшении содержания 50. -иона 1,5 оаза Переключение направления подачи НВС в лобовом слоев Таблица 2 при уменьшении содержания ЗО -иона в 2 раза

Формула изобретения

Способ получения фталевого ангидрида, заключающийся в окислении нафталина воздухом путем пропускания нафталино-воздушной смеси через стационарный ванадий-калий-сульфат-силикагелевый катализатор, содержащий 20 вес.% иона SOi при температуре 370-380 С, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта и повышения производительности процесса, пропускание нафталино-воздушной смеси проводят до

уменьшения содержания иона SO в лобовом слое катализатора, составляющем 15-25% от длины слоя катализатора,, до 10-15 вес.% с последующим изменением направления подачи смеси на противоположное.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

1. Лебедев. Н VH.. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза.М., Химия, 1971, с.600-604.

2.Гуревич Д.А.ФталевыЙ ангидрид. М., Химия, 1968, с.50 (прототип.