отримання циклогексана
Робота містить 1 файл
К.Р. ТОП Маша.docx
Існує кілька принципово відмінних схем промислового процесу гідрування:
- Гідрування проводять в трубчастому реакторі, в міжтрубному просторі якого знаходиться киплячий конденсат. Виділяється в трубному просторі тепло стискається водяною парою, який утворюється в міжтрубному просторі. Трубчастий реактор являє собою вертикальний кожухотрубчасті теплообмінник. Реактор забезпечений штуцерами для підведення вихідної суміші і відведення продуктів реакції, а також для подачі води в міжтрубний простір і відведення утворюється пара. Температура реакційної суміші вимірюється в 10 точках на різних рівнях по висоті реакційної зони обов'язкової сигналізацією мінімальної (130 ° C) і максимальної (240 ° C) температури. Для запобігання перегріву перших по ходу газу шарів каталізатора його розбавляють інертним матеріалом;
- Застосовують апарати із суцільним шаром каталізатора, вміщеного на дірчастих полицях або в спеціальних корзинах в кілька шарів. У просторі між шарами є холодильники. Іноді використовується кілька адіобатіческіх реакторів із суцільним шаром каталізатора і проміжним охолодженням реакційної маси;
- Нерідко використовується апарати, в яких каталізатор розміщують в кілька шарів в спеціальній катализаторной коробці, яку монтують поза реактора, виймають з нього і вставляють при заміні каталізатора. В кільцеве простір між корпусом реактора і катализаторной коробкою подають холодний водень або реакційну суміш для часткового відводу тепла і запобігання корпусу від дії високих температур. У кілька місць по висоті коробки вводять холодний водень, причому, щоб не послабляти корпус реактора, всі труби виведені не збоку, а через масивну кришку і днище [5];
- Цікавим варіантом оформлення процесу є поєднання двох реакторів: реактора для гідрування в рідкій фазі з суспендованих каталізатором реактора для гідрування в газовій фазі зі стаціонарним каталізатором [5].
1.3. Способи отримання циклогексану
Реакція гідрування протікає в жорстких умовах при підвищених температурі і тиску.
Процес гідрування проводять зазвичай в рідкій фазі в присутності каталізаторів, в якості яких, як правило, використовують нікелеві суспендовані (нікель Ренея), нанесені (Ni / Al2 O3. Ni на Кизельгур, відновлена гідроокис нікелю) і низькотемпературні, що містять благородний метал (Pt / Al2 O3 Rh / Al2 O3).
У зв'язку з тим, що реакція гідрування бензолу характеризується високою зекзотермічностью, важливе значення при розробці промислового процесу мають ефективний контроль за температурою реакції і використання теплоти, що виділяється.
1.3.1. Процес, розроблений Французьким інститутом нафти
Призначення - виробництво циклогексана високої чистоти каталітичним гідруванням бензолу. Процес протікає в дві стадії. На першій з них здійснюється гідрування основної частини бензолу на суспендованих непірофорном нікелі Ренея, на другий - дегидрирование на стаціонарному каталізаторі Ni / Al2 O3 (рис. 1.4).
Схема процесу виробництва циклогексану, розробленого Французьким інститутом нафти:
Мал. 1.4. 1 - основний реактор гідрування; 2 - допоміжний реактор гідрування; 3 - теплообмінник; 4 - конденсатор; 5 - сепаратор високого тиску; 6 - колона стабілізації; 7 - сепаратор; I - бензол; II - водень; III - вода; IV - отдувочний газ; V - циклогексан.
1.3.2. Процес, розроблений фірмою Atlantic Richfield
Гідрування бензолу здійснюється із застосуванням каталізатора Pt / Al2 O3. запропонованого фірмою Engelgard. Бензол змішують зі свіжим і циркулює воднем, суміш нагрівають в теплообміннику сировину / продукт і направляють в реактор (рис. 1.5). Теплоту реакції відводять водою, використовуючи її для отримання пара. Це полегшує підтримку максимальної граничної температури на виході з реактора, відпадає необхідність рециркуляції циклогексана для регулювання температурного режиму.
Після теплообміну з сировиною продукти реакції додатково охолоджують і направляють в сепаратор. Частина виділяється водню використовують для циркуляції, а відходить газ охолоджують (холодильний цикл) для виділення циклогексана, після чого направляють в заводську мережу паливного газу.
Рідку фазу з сепаратора разом з конденсатом від охолодження відпрацьованих газів подають в колону стабілізації, де отгоняются легкі компоненти, а товарний циклогексан виводиться як кубовий продукт, Вихід циклогексана стехиометрический, чистота 99,9%.
Схема виробництва циклогексану, розробленого фірмою Atlantic Richfield
Мал. 1.5. 1 - основний реактор гідрування; 2 - котел-утилізатор; 3 - адсорбер-осушувач; 4 - сепаратор; 5 - колона стабілізації; I - бензол; II - водень; III - водяна пара; IV - вода; V - пар; VI - отдувочний газ; VII - паливний газ; VIII - циклогексан.
Залежність чистоти циклогексана від якості вихідного бензолу представлена в табл. 1.2. [11].
Характеристики бензолу і циклогексану
1.3.3. Процес «Хайдрар», розроблений фірмою Universal Oil Products Co
Залежно від вмісту сірки у вихідному бензолі в якості каталізаторів можуть бути використані стаціонарні нікелевий або платиновий каталізатори. При вмісті сірки більше 10 4% (мас.) Застосовується платиновий каталізатор, при меншому вмісті - нікелевий. Для видалення сірки з водню останній попередньо промивається лугом. Гідрування здійснюється в декількох реакторах - зазвичай в трьох - для зменшення кількості теплоти, що виділяється (рис. 1.6).
Схема процесу «Хайдрар», розробленого фірмою Universal Oil Products Co
Мал. 1.6. 1 - блок реакторів гідрування; 2 - сепаратор; 3 - відпорними колона; I - бензол; II - водень; III - отдувочний газ; IV - паливний газ; V - циклогексан.
1.3.4. Процес «Аросат», розроблений фірмою Lummus Co
Схема процесу «Аросат», розробленого фірмою Lummus Co
Мал. 1.8. 1 - реактор гідрування; 2 - колона для стабілізації; I - бензол; II - водень; III - отдувочний газ; IV - побічний пар; V - циклогексан.
1.3.5. Принципова схема промислової установки по вітчизняному проекту гідрування
1.3.6. Гідрування в ректифікаційної колоні
Розроблено спосіб гідрування ненасичених циклічних з'єднань в реакційно-ректифікаційної колоні. Проводять в рідкій фазі, в присутності каталізатора гідрування, виконаного у формі насадки для перегонки, має структуру, придатну для дистиляції, і представляє собою метал, нанесений на носій з оксиду алюмінію. Надмірний тиск у верхній частині колони становить до 24,61кг / см2. Спосіб відрізняється тим, що температура кубового залишку становить від 100 до 190 ° C. Особливістю є те, що проводять додаткову стадію гідрування головного рідкого продукту, що містить циклогексан і не прореагував бензол, разом з воднем в одноцікловом реакторі з нерухомим шаром, що містить каталізатор гідрування, для догідрірованія по суті всього, що не прореагував бензолу з воднем з метою отримання додаткової кількості циклогексану [12 ].
1.4. Обгрунтування вибору технологічної схеми гідрування
Проаналізувавши всі можливі способи гідрування бензолу, я прийшла до висновку, що найоптимальнішою схемою є гідрування в паровій фазі на нікельхромовие каталізаторах із застосуванням комбінування двох реакторів з суспендованих і стаціонарним каталізатором. Вибір обґрунтовується наступними причинами:
- Енергетично парофазного гідрування має помітні переваги перед Рідкофазний, особливо якщо парофазного здійснювати в трубчастих реакторах з одночасним отриманням енергетичного пара. Крім того, при реалізації жидкофазного процесу виникають труднощі, пов'язані з використанням суспендованого каталізатора;
- Комбінування реакторів дозволяє досягати високої продуктивності і ступеня перетворення сировини. В основному реакція протікає в першому реакторі. У другому реакторі відбувається тільки невелика частка перетворень, причому охолодження не потрібно;
- Нікелеві каталізатори швидко і незворотно адсорбируют сірчисті з'єднання. Тому їх можна використовувати в якості ефективних форконтактов для тонкого очищення бензолу.
2. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА
2.1. хімізм процесу
Циклогексан отримують гидрированием бензолу по реакції:
Реакція оборотна і супроводжується виділенням великої кількості тепла. При реалізації процесу промислового складу виникають труднощі пов'язані зі зніманням тепла, що виникають в процесі реакції. Також бензол слід очистити від сполук сірки, що є контактними отрутами.
2.2. характеристика сировини
В якості сировини використовують нафтохімічний або коксохімічний бензол. Нафтохімічний бензол виділяють з нафтових фракцій 62 - 105 ° С на установках платформинга. Продукти платформинга поділяють екстрактивної дистиляцією і ректифікацією; що виходить при цьому бензол містить близько 0,2% домішок, в тому числі до 0,06% н-гептану, 0,06% толуолу і метілціклогексана і 0,0001% загальної сірки.
Коксохімічний бензол містить значно більше сірки, особливо тіофенового, тому 'на коксохімічних підприємствах передбачають спеціальну гідроочищення бензолу гидрированием сірчистих сполук до сірководню і подальшим відпарюванням H2 S і лужної промиванням. Після очищення в бензолі міститься 0,0002% тіофенового сірки і 0,0001% сірковуглецевої, а також 0,05 - 0,09% н-гептану та 0,06 - 0,12% метілціклогексана. Домішки вуглеводнів в бензолі не впливають на процес гідрування, але, потрапляючи в циклогексан, вони можуть в кінцевому рахунку погіршити якість капролактаму.
Очищення бензолу ректифікацією виявляється не ефективною зв'язку з утворенням несприятливих за складом азеотропних сумішей (наприклад, 99,3% бензол і 0,7% н-гептан). На практиці домішки висококиплячих вуглеводнів виділяють не з бензолу, а з циклогексану на ректифікаційної колоні, яка працює при атмосферному тиску. Кубова рідина колони, так звана, «гептанова фракція», виводиться на спалювання.
2.3. Вплив температури на процес гідрування
Як видно з графіка, при 200 ° С повніше перетворення бензолу досягається при навантаженнях близько 3,5 ч-1. Зі збільшенням температури активність каталізатора знижується, і при 350 ° С ступінь гідрування бензолу в усьому діапазоні навантажень не перевищує 0,82.
Залежність ступеня перетворення бензолу від величини, зворотної навантаженні, при різній температурі
1 - 175 ° C; 2 - 200 ° С; 3 - 250 ° С; 4 - 300 ° С; 5 - 350 ° С.
З даних, наведених на рис.2.3, слід, що криві, що описують залежність ступеня перетворення бензолу від температури при постійному навантаженні, проходять через максимум, що відповідає