Производство циклогексана из бензола (стр. 3 из 6)
Лимитирующими факторами производительности реактора гидрирования являются мощность жидкостных насосов и предельно допустимая скорость барботирования газа, при превышении которой начинается унос жидкости и катализатора с отходящими парами.
При нормальном режиме установка работает 5—6 месяцев до полной смены катализатора. Выход циклогексана стехиометрический, чистота £>99,8% (масс).
Основные показатели промышленной установки производительностью 215 тыс. т/год циклогексана при использовании бензола 99,9%-ной чистоты и насыщенного водой водорода при давлении 3,0—3,4 МПа приведены в табл. 1.1. /2/.
Таблица 1.1.
| Показатели | Содержание водорода в газе, % (мол.) | |
| 75 | 95-98 | |
| Расход бензола, т/чРасход водорода, тыс. м3/чИспользование водорода, %Выход циклогексана, т/чНачальная загрузка катализатора NiPS-2в жидкофазный реактор, тРасход катализатора, т/годРасход катализатора, т/100 т циклогексанаРасход охлаждающей воды, т/чРасход технологической воды, т/чРасход пара среднего давления, т/чРасход генераторного пара низкого давления(188 °С; 0,55 МПа), т/чРасход электроэнергии, кВт-чОбщие капитальные затраты, тыс. долл. | 22,8531,158924,3758,2513,40,0620,57523,42,423,4220,02300 | 22,6722,149824,3758,2513,40,0620,57523,42,423,4280,02450 |
1.3.2 Процесс, разработанный фирмой AtlanticRichfield
Гидрирование бензола осуществляется с применением катализатора Pt/A!203, предложенного фирмой Engelgard. Бензол смешивают со свежим и циркулирующим водородом, смесь нагревают в теплообменнике сырье/продукт и направляют в реактор (рис. 1.5). Теплоту реакции отводят водой, используя ее для получения пара. Это облегчает поддержание максимальной предельной температуры на выходе из реактора, отпадает необходимость рециркуляции циклогексана для регулирования температурного режима.
После теплообмена с сырьем продукты реакции дополнительно охлаждают и направляют в сепаратор. Часть выделяющегося водорода используют для циркуляции, а отходящий газ охлаждают (холодильный цикл) для выделения циклогексана, после чего направляют в заводскую сеть топливного газа.
Жидкую фазу из сепаратора вместе с конденсатом от охлаждения отходящего газа подают в колонну стабилизации, где отгоняются легкие компоненты, а товарный циклогексан выводится как кубовый продукт, Выход циклогексана стехиометрический, чистота 99,9% .
Схема производства циклогексана, разработанного фирмой AtlanticRichfield
Рис. 1.5.
1-основной реактор гидрирования; 2 -котел-утилизатор; 3 –адсорбер-осушитель; 4- сепаратор; 6 - колонна стабилизации; / - бензол; // - водород; /// - водяной пар; IV-вода; V- пар; отдувочный газ; топливный газ; циклогексан.
Зависимость чистоты циклогексана от качества исходного бензола представлена в табл. 1.2. /2/.
Таблица 1.2
Характеристики бензола и циклогексана
| Вещество | Содержание , % (масс.) | |
| В бензоле | В циклогексане | |
| Парафин С6МетилциклопентанМетилциклогексанн-ГексанТолуолБензолЦиклогексан | 0,0150,0100,0030,0020,00599,9500,015 | 0,0150,0100,0080,002 -0,00199,964 |
1.3.3 Процесс «Хайдрар», разработанный фирмой UniversalOilProductsCo
В зависимости от содержания серы в исходном бензоле в качестве катализаторов могут быть использованы стационарные никелевый или платиновый катализаторы. При содержании серы более 10~4 % (масс.) применяется платиновый катализатор, при меньшем содержании — никелевый. Для удаления серы из водорода последний предварительно промывается щелочью. Гидрирование осуществляется в нескольких реакторах - обычно в трех — для уменьшения количества выделяющейся теплоты (рис. 1.6).
Схема процесса «Хайдрар», разработанного фирмой UniversalOilProductsCo
Рис. 1.6
1- блок реакторов гидрирования; 2- сепаратор; 3 -отпорная колонна; / - бензол; // - водород; /// - отдувочный газ; IV - топливный газ; V -циклогексан.
Свежий бензол смешивается с циркулирующим и свежим водородом и поступает в реактор. Выходящие из него продукты охлаждают, смешивают с новыми порциями бензола и подают во второй реактор, затем после охлаждения и смешивания с последними порциями бензола — в третий реактор. Сырье, выходящее из третьего реактора, отдает теплоту потоку, направляемому в первый реактор, и поступает в сепаратор, где отделяется от газа. Газ очищается отдувкой от легких углеводородов, охлаждается для выделения небольших количеств захваченного циклогексана и вновь возвращается в первый реактор. Часть жидкого продукта из сепаратора поступает на рецикл для разбавления бензола, остальная часть под давлением передается в отпарную колонну, где отделяются легкие растворимые углеводороды. Наличие легких углеводородов в исходном бензоле может вызвать необходимость в стадии дополнительного фракционирования для получения циклогексана высокой степени чистоты. Полное гидрирование бензола осуществляется за один проход через реакторную секцию. Выход циклогексана стехиометрический. Получают циклогексан с температурой застывания 6,4 °С, что соответствует 99,9%-ной чистоте. Длительность работы катализатора — более 5 лет.
В 1971 г. действовало 11 установок, работающих по процессу «Хайдрар». На трех установках используется никелевый катализатор, на остальных — платиновый. Аппаратура пригодна также для гидрирования толуола и высокомолекулярной ароматики (нафталина) в соответствующие циклопарафины.
1.3.4 Процесс, разработанный фирмой HainesAssociates
На первой ступени процесса происходит удаление серы из бензола за счет сульфидной реакции с суспендированным никелевым катализатором, на второй — гидрирование бензола на стационарном катализаторе.
Бензол, нагретый до 93 СС, поступает в реактор десульфирования под давлением; туда же подается циркулирующий водород с добавленными в него свежими порциями газа (рис. 1.7). После десульфирования бензол направляется в реактор гидрирования, который может быть использован как для жидкофаз-кого, так и для парофазного осуществления процесса. Температура в реакторе регулируется за счет испарения циркулирующего циклогексана, а теплота реакции используется для нагревания поступающих порций бензола. Образующийся циклогексан с избыточным водородом удаляется из верхней части реактора гидрирования, охлаждается, конденсируется и поступает в сепаратор. Избыточный водород направляется на циркуляцию. Выход циклогексана стехиометрический. Чистота циклогексана обусловлена чистотой исходного бензола.
Схема процесса производства циклогексана, разработанного фирмой HainesAssociates
1 - реактор десульфирования; 2 - реактор гидрирозания; 3 - конденсатор; 4 -сепаратор; / — бензол; // — водород; /// - циклогексан.
1.3.5 Процесс «Аросат», разработанный фирмой LummusCo.
Схема процесса «Аросат», разработанного фирмой LummusCo
Рис. 1.8
1 — реактор гидрирования; 2 — колонна для стабилизации;
/ — бензол; // — водород; /// — отдувочный газ; IV — побочный пар; V — циклогексан.
Гидрирование бензола осуществляется на стационарном никелевом катализаторе. Свежий бензол, смешанный с циркулирующим циклогексаном, поступает в реактор; туда же подается свежий и циркулирующий водород (рис. 1.8). Теплоту реакции гидрирования используют для производства пара низкого давления. Степень превращения довольно высокая и составляет 87—90%. Допустимое содержание тиофена в бензоле— не более 10-4 % (масс).
1.3.6 Принципиальная схема промышленной установки по отечественному проекту гидрирования
Основное отличие ее от зарубежных схем состоит в методе съема тепла реакции (циркуляция избытка водорода через адиабатический реактор колонного типа) и применяемом катализаторе. Форконтактная очистка бензола позволяет получать продукт высокой чистоты./5/
Схема гидрирования бензола по отечественному проекту
1-форконтактная колонна; 2-реактор; 3-теплообменник; 4-холодильник; 5-сепаратор; 6-компрессор.
1.3.7 Гидрирование бензола по бесциркуляционной схеме
Потери водорода с отдувочными газами, а следовательно, и общий расход водорода существенно зависят от содержания инертных компонентов в свежем водороде. Снижение расхода низкоконцентрированного водородсодержащего газа возможно при ступенчатом гидрировании, когда свежий бензол в первых ступенях процесса встречается с частично отработанным газом последующих ступеней. Это позволяет максимально использовать водород и устранить циркуляцию газа.
В одном из вариантов бесциркуляционной схемы гидрирование проводится в две ступени в трубчатых реакторах с применением никeль-xpoмoвoгo катализатора. В I ступень подают исходный бензол и отработанный водород после II ступени (мольное отношение Н2 : С6Н6 = 2,5: 1). Количество газа и содержание водорода в нем таковы, что степень конверсии бензола в I ступени составляет примерно 50%. Так как в реакционной зоне I ступени имеется значительный избыток бензола, происходит практически полное исчерпывание водорода из азотоводородной смеси.
Во II ступени смесь бензола,и циклогексана (1:1) обрабатывается свежим водородсодержащим газом при мольном отношении газ : бензол, равном 4:1. Здесь заканчивается гидрирование бензола в циклогексан /1/.
1.3.8 Гидрирование в ректификационной колонне