способ получения изопропанола

Формула изобретения

Способ получения изопропанола жидкофазным каталитическим гидрированием ацетона, осуществляемый в двух последовательно расположенных реакционных зонах в пленочном режиме с рециклом части реакционной смеси в первую зону и прямоточной подачей реагентов во вторую зону, отличающийся тем, что взаимодействие ведут при температуре 50-130^oС и давлении 1,0-2,0 МПа, причем в первой зоне процесс ведется в противотоке жидкость-газ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к органической химии, к области получения алифатических соединений, имеющих гидроксильную группу, восстановлением кислородсодержащей функциональной группы водородом, а именно к способам получения изопропанола гидрированием ацетона.

Изопропанол (изопропиловый спирт) используется как растворитель, а также в качестве исходного сырья в производстве катализаторов, химикатов для сельского хозяйства, лекарственных препаратов, изопропилацетата.

Известны два основных направления промышленного синтеза изопропанола: гидратацией пропилена [патент РФ 2158725, кл. С 07 С 29/04, оп. 20.11.2000 г.] и гидрированием ацетона [Kirk-Othmer, 3-ed, vol 19, р. 198-215].

Применение того или иного способа в основном определяется наличием сырья и стоимости пропилена и ацетона.

В промышленности применяется газофазная и жидкофазная технологии получения изопропанола гидрированием ацетона на стационарном катализаторе. К газофазной технологии относится способ [авт.св. СССР 1051055, кл. С 07 С 31/10, оп. 30.10.1983].

Жидкофазные процессы гидрирования по сравнению с газофазными более производительны и селективны.

Известен способ жидкофазного гидрирования ацетона [патент США 5081321, кл. С 07 С 029/145; С 07 С 031/10 on. 14.01.1990, ЕР 379323, кл. С 07 С 29/145, on. 25.07.1990] . Способ заключается в каталитическом гидрировании жидкофазного ацетона газообразным водородом в реакторе, содержащем гетерогенный катализатор. Реагенты подаются в верхнюю часть реактора сопутствующим газожидкостным потоком.

Взаимодействие проходит в диапазоне от температуры окружающей среды до 200^oС. В промышленном варианте температура составляет от 35 до 150^oС. Более высокая температура способствует разложению ацетона, что приводит к снижению выхода целевого продукта. Давление может быть от атмосферного до 80 кг/см², предпочтительно от 2 до 50 кг/см². Соотношение газообразного водорода и ацетона на вводе соответствует 1-10:1, лучше 1,2-5 моль водорода на 1 моль ацетона.

Известен [заявка Японии 3133941, кл. С 07 С 31/10, on. 07.06.1991] способ получения изопропанола и аппарат для его осуществления, согласно которому исходная смесь, содержащая ацетон, подается в верхнюю часть реактора, заполненного катализатором, куда также вводится водород. Проходя через слой катализатора (например, никель Ренея), эти вещества взаимодействуют, образуя целевой продукт - изопропанол. Реакционная смесь выводится из нижней части реактора и вводится в сепаратор. Часть отделенной жидкости рециркулируется, при этом соотношение рециркулируемого продукта к подаваемому на синтез 1: 1-1:30. Остальная часть, пройдя через дегазатор и фильтр, выводится. Газообразные продукты, отделенные в сепараторе, охлаждаются в теплообменнике и частично рециклизуются или выводятся.

Наиболее близким аналогом является способ получения изопропанола жидкофазным гидрированием ацетона [патент ЕР 1070698, кл. С 07 С 29/145, on. 24.01.01; патент ФРГ 19933691, кл. С 07 С 29/145, оп. 18.01.2001 г.].

По этому способу гидрирование проводится в двух реакторах, заполненных катализатором, содержащим никель. Температура взаимодействия от 60 до 140^oС, давление от 10 до 50 бар, соотношение водород:ацетон по крайней мере от 1,5: 1 до 1:1. В оба реактора реагенты вводятся попутным потоком сверху, на слой катализатора. Первый реактор работает с рециклом жидкой реакционной смеси; второй - без рецикла. Тепловой режим реакторов - адиабатический.

Задача предлагаемого изобретения - повышение производительности процесса при сохранении его высокой селективности.

Сущность изобретения состоит в том, что изопропанол получают жидкофазным гидрированием ацетона, которое проводится при температуре 50-130^oC и давлении 1,0-2,0 МПа, в двух реакционных зонах (реакторах), заполненных катализатором, в пленочном режиме. Первая зона (реактор) работает с рециклом жидкой реакционной смеси, вторая - без рецикла. Водород последовательно подается в первую зону (или в первый реактор) под слой катализатора в противотоке с жидкой фазой, а затем во вторую зону (второй реактор) - попутным потоком с жидкостью сверху вниз. Тепловой режим в обоих реакторах адиабатический. Тепло химической реакции в первом реакторе отводится в теплообменнике, установленном на линии рецикла. В первой зоне (реакторе) достигается степень превращения ацетона 75-85%, после второй зоны степень превращения ацетона может составлять 99% и более.

Процесс гидрирования по предлагаемому способу осуществляется в реакторном узле, включающем 2 реактора, однако конструктивно он может проводиться и в одном реакторе, разделенном на две реакционные зоны. Первая зона, так же как и первый реактор, должна иметь циркуляционный контур и работать в режиме противотока жидкость-газ, а вторая зона - без рецикла реакционной смеси, с попутным прохождением реагентов.

Предлагаемый способ подачи водорода, как показали сравнительные опыты, оказался эффективнее: при одинаковой контактной нагрузке на катализатор конверсия ацетона в первом реакторе и, соответственно, во всем реакторном узле оказалась выше, чем в прямоточной схеме.

Проведенные нами исследования позволили найти объяснение этому эффекту.

При работе по противоточной схеме свежий водород, вступая в контакт с нагретой до Т_вых жидкой реакционной смесью, насыщается до равновесия ее парами. Температура жидкой реакционной смеси при этом снижается в соответствии с отдачей теплоты испарения. По мере расходования водорода на химическую реакцию пары реакционной смеси по высоте слоя катализатора конденсируются, повышая при этом температуру жидкой фазы. В результате гидрирование в противоточном реакторе (или зоне) проходит при большем уровне температуры, чем в прямоточном реакторе.

Противоток положительно влияет на ход процесса также в силу того, что вместе с парами изопропанола от выхода реактора в сторону входа переносятся пары непрореагировавшего ацетона, что снижает его концентрацию в реакционной смеси, поступающей на вход второго реактора, увеличивая этим общую степень превращения ацетона в реакторном узле.

Количественная оценка влияния противотока была проведена на установке (чертеж), включающей реактор 1 с циркуляцией реакционной смеси диаметром 50 мм, высотой 1,8 м, заполненный 3,5 л катализатора, и реактор 2, не имеющий циркуляционного контура, диаметром 50 мм и высотой 0,8 м с 1,4 л катализатора. Водород в реактор 1 подается противотоком, во второй - прямотоком.

Приводимые ниже в таблице примеры иллюстрируют эффективность предлагаемого изобретения. Во всех примерах температура на входе в каждый реактор была равна 50^oС, кратность циркуляции K=Q рец/Qисх составляла 4,3-4,6, адиабатический разогрев в обоих реакторах был равен 80^oС.

Гидрирование проводилось при давлении 10 и 20 МПа, на двух типах катализаторов - никеле Ренея и никель-хромовом. Размеры гранул катализатора Ni-Ренея - 4-5 мм, таблетки Ni-Cr катализатора d=5 мм, L=4 мм.

Во всех примерах таблицы селективность гидрирования ацетона составляла 100% (концентрация побочных продуктов определялась с точностью до 50 ppm).

Таким образом, основным отличительным признаком данного изобретения от способа по прототипу является проведение процесса с подачей газовой и жидкой фаз, включающих часть рециркулируемой реакционной смеси, в первый реактор противотоком, а во второй - прямотоком, проведение процесса при температуре 50-130^oС и давлении 1-2 МПа.