Разработка процесса производства изопропилбензола на ОАО "Омский каучук" (стр. 4 из 9)
Первой стадией процесса является присоединение олефина к хлористому алюминию в присутствии хлористого водорода:
2AICI3 + HCI + C3H6 → AI2CI6 × C3H7CI
Затем присоединяется бензол и образуется тройной комплекс:
AI2Cl6 × C3H7Cl + C6H6 → Al2Cl6 × C6H5 × C3H7 × HCl
После образования тройного комплекса реакция протекает по следующей схеме:
а) присоединяется олефин к комплексу:
Al2Cl6 × C6H5 × C3H7 × HCl + C3H6 → Al2Cl6 × C6H4(C3H7)2 × HCl
б) реакция обмена между комплексом и исходным углеводородом (бензолом) c образованием алкилбензола:
Al2Cl6 × C6H4(C3H7)2 × HCl + C6H6 → Al2Cl6 × C6H5 × C3H7 × HCl + C6H5C3H7
Все эти комплексы находятся в состоянии подвижного равновесия, т.е. алкильные радикалы непрерывно переходят из одного комплексного соединения в другое.
Хлористый алюминий может образовывать тройные комплексы не только с одним, но и с двумя, тремя и так далее алкильными радикалами:
Al2Cl6 × C6H4(C3H7)2 × HCl
Al2Cl6 × C6H3(C3H7)3 × HCl
В результате присоединения олефина образуются комплексы с еще большим числом алкильных радикалов, которые при обменной реакции с исходным углеводородом (бензолом) дают полиалкилбензолы:
Al2Cl6 × C6H3(C3H7)3 × HCl + C6H6 → Al2Cl6 × C6H5C3H7 × HCl + C6H4(C3H7)2
Комплексы могут вступать в обменную реакцию не только с бензолом, но и с продуктами реакции, например, с диалкилбензолами, тогда происходит процесс деалкилирования:
Al2Cl6 × C6H5C3H7 × HCl + C6H4(C3H7)2 → Al2Cl6 × C6H4(C3H7)2 × HCl + C6H5C3H7
Чем больше концентрация алкильных радикалов в среде, окружающей комплекс, тем больше алкильных радикалов будет содержаться в комплексных соединениях хлористого алюминия и тем больше будет образовываться полиалкилбензолов. Следовательно, с увеличением отношения поглощенного олефина к бензолу реакция идет в сторону образования полиалкилбензолов.
Таким образом, в результате протекающих реакций образуется ИПБ и вся гамма алкилбензолов и в то же время меняется углеводородная часть комплекса.
Этот процесс продолжается до тех пор, пока не установится совершенно определенный состав продуктов реакции, который обуславливается только отношением алкильных радикалов к бензольным ядрам в реакционной смеси и не зависит от состава исходного сырья.
Реакция алкилирования бензола пропиленом осуществляется в алкилаторе при температуре не более 130 0С и давлении не более 0,4 МПа.
Тепловой эффект реакции алкилирования равен 621 ккал/кг поглощенного пропилена.
Разложение катализаторного комплекса и нейтрализация реакционной массы. Получение алюмохлорида происходит на 1-й системе разложения по следующему уравнению:
AlCl3 + H2O → AlCl3-n(OH)n × nHCl,
где: n = 1, 2, 3
Разложение катализаторного комплекса на 2-ой системе разложения производится водой и протекает по уравнению:
Al2Cl6 х C6H5C3H7 х HCl + 6H2O → C6H5C3H7 + 2Al(OH)3 + 7HCl
Нейтрализация реакционной массы производится щелочью и протекает по уравнению:
HCl + NаOH → NаCl + H2O
Отмывка реакционной массы от фенолов производится щелочью и протекает по уравнению:
C6H5OH + NаOH → C6H5ONа + H2O
Нейтрализация абгазов производится щелочной водой и протекает по уравнению:
HCl + NаOH → H2O + NаCl
Последовательное выделение готовых и побочных продуктов производится путем ректификации реакционной массы алкилирования (РМА).Данная стадия происходит в цехе И – 15, где последовательно осуществляется азеотропная осушка бензола и ректификация РМА.
2.2. Структурная схема процесса производства ИПБ
Производство изопропилбензола на ОАО «Омский каучук» состоит из трех отделений:
Цех И – 14: приготовление катализаторного комплекса; алкилирование бензола пропиленом; отстой РМА; разложение катализаторного комплекса; нейтрализация РМА и отмывка её от щёлочи; отстой РМА от воды; отчистка абсорбционных газов от бензола и хлорводорода; очистка химстоков от органики;
Цех И – 15: азеотропная осушка бензола; ректификация РМА;
Цех И – 15а: промежуточный склад хранения бензола и продуктов производства.
Структурная схема производства представлена на рисунке 1.1.
Описание производственного процесса. Катализаторный комплекс готовят с использованием безводного хлорида алюминия, бензола и полиалкилбензолов. Для образования хлористого водорода в смесь добавляют ограниченное количество воды (не более 2% от массы хлорида алюминия). Готовую суспензию перекачивают в реактор – алкилатор, в который подают предварительно осушенную (до содержания воды до 0,0005%) жидкую смесь свежего и возвратного бензола, а также предварительно испаренный и подогретый пропилен. Бензол берут в избытке (мольное соотношение пропилена и бензола равно 1:3).
Выделяющиеся в процессе алкилирования тепло используется для испарения избытка бензола, пары которого вместе с инертными газами, поступающие с пропиленом, выводят из реактора и конденсируют в водяном конденсаторе. получающийся конденсат самотеком возвращается в реактор, а газообразные примеси отправляют в производственную сеть. Степень превращения бензола не превышает 50% (т.к. он находится в избытке), в то время как пропилен реагирует на 100%. Продукты реакции в жидком виде вместе с катализаторным комплексом непрерывно отводят в отстойную зону, где отделяют катализаторный комплекс от углеводородов и возвращают в реактор. Углеводороды откачивают на разделение через систему очистки от остатков катализаторного комплекса и нейтрализации соляной кислоты. Н стадии разделения продуктов реакции, называемых реакционной массой (РМ), выделяют непрореагировавший (возвратный) бензол и направляют его на смешение со свежим бензолом. Далее выделяют целевой продукт – изопропилбензол, полиалкилбензолы (ПАБы), возвращаемые в реактор, этилбензольную и бутилбензольную фракции, которые отправляют на склад.
Рис. 1. Структурная схема производства изопропилбензола
2.3. Технологическая схема производства алкилирования бензола пропиленом
Технологическая схема – это совокупность типовых процессов, расположенных в последовательности, определяемой целью химико-технологического процесса (ХТП). Типовые процессы протекают в соответствующем оборудовании, которое соединяется материальными потоками. Технологическая схема процесса разрабатывается для каждой стадии, которые связаны между собой материальными потоками, что обеспечивает ей непрерывность.
Приготовление катализаторного комплекса. Для приготовления катализаторного комплекса необходимо смешать все его компоненты. В качестве такого аппарата будем использовать мешалку, в которую будем последовательно подавать периодически компоненты в следующей последовательности:
- осушенную бензольную шихту (ОБШ – смесь свежего и возвратного бензола);
- хлорид алюминия расчета концентрации будущего комплекса 10 %;
- воду в количестве 1-2 % от веса загруженного хлористого алюминия (для получения хлористого водорода, являющегося инициатором процесса).
Далее включается мешалка и производится выдержка в течение 2-4 часов. Готовый катализаторный комплекс подаётся насосом на следующую стадию – алкилирование.
Алкилирование бензола пропиленом осуществляется в специальном реакторе –алкилаторе, куда подается катализаторный комплекс и пропилен.
В алкилатор подают:
- осушенную бензольную шихту;
- пропан-пропиленовую фракцию (ППФ);
- свежий катализаторный комплекс.
Процесс алкилирования протекает в алкилаторе Р-7 при небольшом избыточном давлении и температуре 130 °С. Образующаяся реакционная масса стекает в отстойник, где катализаторный комплекс отделяется и возвращается в алкилатор.
Образующаяся РМА подается на следующую стадию процесса.
Разложение катализаторного комплекса и нейтрализация РМ. Так как смесь углеводородов, выводимая из алкилатора содержит посторонние вещества: остатки катализаторного комплекса, хлороводород, то перед разделение смесь необходимо предварительно очистить. Очистку проводят в отстойниках, добавляя соответствующие нейтрализующие реактивы и проводя процесс отстаивания.
На стадию подается РМА, содержащая катализаторный комплекс. Для нейтрализации последнего в трубопровод подается вода, далее смесь подается в отстойник для отделения воды. Далее производят нейтрализацию РМА щелочью (NaOH). После нейтрализации РМА подается в отмывочную колонну для удаления остатков щелочи.
Далее очищенная РМА подается в ректификационный узел для разделения.
Очистка и нейтрализация химически загрязненных стоков и отходящих газов. Для очистки химически загрязненной воды будем использовать отстаивание, с последующим обезвреживанием и фильтрацией.
Пары воды и углеводородов будем конденсировать в конденсаторе, после чего направлять в отстойник, а несконденсированные газы отправим в скруббер улавливания бензола из абгазов.