способ концентрирования гидропероксида изопропилбензола

Формула изобретения

1. Способ концентрирования гидропероксида изопропилбензола в процессе производства фенола и ацетона путем его ректификации на двух колоннах под вакуумом, отличающийся тем, что поступающий на концентрирование оксидат с содержанием ГПИПБ 20-28 мас.% с температурой 93°С и давлением 5 ата дросселируют в емкость, из которой образованную газовую фазу в количестве 25 мас.% от общего потока подают в верхнюю часть первой по ходу колонны или конденсатор после нее, а жидкую фазу направляют как питание этой колонны, где в качестве дистиллята отбирают изопропилбензол, возвращаемый на стадию окисления производства гидропероксида, в кубовой части колонны создают вакуум на уровне 35 мм рт.ст. и отбирают фракцию, содержащую 70-80% гидропероксида изопропилбензола, которую подают на вторую ректификационную колонну, работающую под вакуумом 2-7 мм рт.ст., из которой в качестве дистиллята отбирают возвратную изопропилбензольную фракцию и направляют ее вновь на узел концентрирования, а кубовую жидкость этой колонны - концентрированный до 91-92% гидропероксид изопропилбензола подают на производство фенола и ацетона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дросселирование оксидата проводят как перед первой, так и перед второй ректификационной колоннами, с отбором газовых фаз в количестве 15-20 мас.% от поступивших на эти колонны продуктов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую фракцию оксидата после дросселирования перед его подачей на первую колонну концентрирования подогревают кубовой жидкостью второй колонны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к процессу совместного производства фенола и ацетона и, в частности, к получению концентрированного гидропероксида изопропилбензола (ГПИПБ).

Известен способ концентрирования гидропероксида изопропилбензола, полученного окислением изопропилбензола (ИПБ). (Серебряков Б.Р. и др. "Новые процессы органического синтеза". Химия, 1989, с.227).

По существующему способу оксидат с содержанием ГПИПБ на уровне 20-28 мас.% концентрируют на двух ректификационных колоннах, работающих под вакуумом до содержания ГПИПБ 89-90 мас.%.

Содержание ГПИПБ в дистилляте первой по ходу колонны, возвращаемом на узел окисления изопропилбензола после щелочной обработки, достигает 6,4 мас.%, в дистилляте второй колонны, подаваемом в рецикл на узел концентрирования, до 15 мас.%. Часть гидропероксида, в процессе окисления и ректификации, разлагается на побочные продукты: диметилфенилкарбинол (ДМФК), ацетофенон (АЦФ), кислоты и ряд других кислородсодержащих соединений, которые ингибируют процесс окисления.

Недостатком данного способа является высокое содержание ГПИПБ в дистиллятах колонн концентрирования, направляемых в рецикл как снова на окисление изопропилбензола, так и на концентрирование, а также сравнительно невысокое содержание ГПИПБ в концентрированном продукте, что приводит к снижению выработки гидропероксида, к излишним потерям сырья, в том числе гидропероксида, а также к повышению энергозатрат.

Как показали исследования, одной из главных причин повышенного рецикла гидропероксида является его капельный унос при повышенном пенообразовании в присутствии значительного количества легко- и тяжелокипящих кислородсодержащих соединений, а также наличие азеотропов ряда продуктов с водой.

В многотоннажном промышленном производстве подобные пенообразование и унос могут быть снижены значительным увеличением диаметров ректификационных колонн, то есть снижением скорости потоков, установкой эффективных отбойных устройств, а также увеличением количества ректификационных тарелок, в том числе высоты колонн, что естественно, требует больших капитальных затрат.

Целью данного изобретения является увеличение производительности системы ректификации по ГПИПБ с получением более концентрированного конечного продукта, снижение потерь углеводородов и энергетических затрат.

По предлагаемому способу снижение рецикла ГПИПБ с дистиллятом колонн на окисление и ректификацию достигают путем дросселирования оксидата перед ректификацией, что позволяет снизить потери ГПИПБ при их рециркуляции на окисление и ректификацию и соответственно понизить энергозатраты.

Способ осуществляют по следующей технологической схеме: поступающий на концентрацию оксидат с содержанием гидропероксида 20-28 мас.%, температурой 93°С, давлением 5 ата, дросселируют в емкость, из которой образующуюся газовую фазу в количестве 25 мас.% от общего количества подают в верхнюю часть первой по ходу колонны, а жидкую фазу направляют на питание этой колонны, где в качестве дистиллята отбирают изопропилбензол, возвращаемый на стадию окисления ИПБ. В кубовой части колонны создается вакуум на уровне 35 мм рт.ст. В качестве кубовой жидкости получают фракцию, содержащую 70-80% гидропероксида ИПБ, которую подают на вторую ректификационную колонну, работающую под вакуумом 2-7 мм рт.ст. Со второй колонны в качестве дистиллята отбирают возвратную изопропилбензольную фракцию и направляют вновь на узел концентрирования, а кубовую жидкость - сконцентрированный до 91-92% гидропероксид ИПБ - подают на производство фенола и ацетона.

При этом предлагаются два варианта работы узла концентрирования:

1 вариант: дросселирование оксидата проводят только перед первой ректификационной колонной с отбором газовой фазы в количестве 25 мас.% от поступившего в емкость оксидата и направлением ее под первую тарелку сверху или же непосредственно в конденсаторы после ректификационной колонны, а жидкую фазу подают в качестве питания этой колонны;

2 вариант: дросселирование проводят как перед первой, так и перед второй ректификационными колоннами с отбором газовой фазы в количестве 19-21 мас.% от поступившего оксидата.

По I варианту способа оксидат, полученный в результате окисления ИПБ, подают на установку концентрирования по линии 1 и по линии 2 на дросселирование в емкость 3 (фиг.1).

Газовая фаза из емкости 3 по линии 4 поступает под верхнюю тарелку (или же в конденсаторы) первой по ходу колонны 5, работающей под вакуумом 30-35 мм рт.ст., дистиллят этой колонны по линии 6 поступает в конденсаторы 7 и 8, а затем в емкость 9 и по линии 10 возвращается на узел окисления изопропилбензола.

Жидкую фазу из емкости 3 по линии 11 подогревают в теплообменнике 12 за счет тепла отходящей по линии 22 из второй по ходу колонны 17 кубовой жидкости, затем дополнительно нагревают (а при необходимости охлаждают) в теплообменнике 14 и по линии 15 направляют в нижнюю часть колонны 5. Кубовую часть этой колонны по линии 16 подают в колонну 17, работающую под вакуумом 2-7 мм рт.ст.. Дистиллят этой колонны, пройдя теплообменники 18 и 19, собирают в емкость 20, откуда направляют по линии 21 снова на концентрирование. Кубовая жидкость этой колонны - концентрированный гидропероксид ИПБ - по линии 22 поступает в теплообменник 12, где отдает свое тепло подаваемому на концентрирование оксидату и по линии 23 направляется в производство фенола и ацетона.

По второму варианту (фиг.2) кубовую жидкость колонны 5, отбираемую по линии 16, дросселируют в емкость 17 с отбором газовой фазы по линии 18 в верхнюю часть колонны 19 с последующей подачей по линии 23 возвратной фракции ИПБ также на концентрирование, а кубовую часть - концентрированный гидропероксид - по линии 24, а затем 25 - в производство фенола и ацетона.

Подвод дополнительного тепла или хладоагента в колонны осуществляют подачей пара или воды в кипятильники 24 и 25 по первому, 27 и 28 по второму вариантам.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами при двух режимах концентрирования: с подачей на ректификацию оксидата с концентрацией гидропероксида изопропилбензола на уровне 20 мас.%, то есть полученному в "мягких" условиях окисления, с минимальным выходом побочных продуктов и с концентрацией гидропероксида изопропилбензола на уровне 28 мас.%, то есть с большей производительностью, но с более высоким выходом побочных продуктов.

Пример 1 (по существующему способу).

Концентрирование проводят на двух ректификационных колоннах под вакуумом. Поступающий оксидат объединяют с возвратной изопропилбензольной фракцией - дистиллятом второй по ходу колонны в емкости под атмосферным давлением и в количестве и по составу, приведенным в таблицах 1 и 2, подают в первую колонну. Дистиллят первой колонны - возвратную изопропилбензольную фракцию - с содержанием ГПИПБ до 6,4 мас.% возвращают на узел окисления, а кубовую жидкость подают на вторую колонну. Кубовую жидкость второй колонны концентрируют до содержания 89-90 мас.%. ГПИПБ и направляют в производство фенола и ацетона, а дистиллят возвращают на первую колонну концентрирования через емкость, где он объединяется с оксидатом.

На колоннах концентрирования выдерживают следующий технологический режим, приведенной в таблице 1.

По существующему способу

Таблица 1
Наименование показателей	Содержание ГПИПБ в оксидате
	20 мас.%	28 мас.%
Колонна концентрирования 1-ая
Подача сырья, кг/ч	57700	57700
Отбор дистиллята, кг/ч	43348	41348
Отбор кубовой жидкости, кг /ч	14352	16352
Температура, °С:
питания	95	95
верха	66	67
куба	90	91
Вакуум куба, мм рт.ст.	35	35
Количество пара на кипятильник, т/ч	8,4	8,4
Концентрация ГПИПБ, мас.%:
в дистилляте	5,2	6,4
в кубовой жидкости	64,7	71,59
Колонна концентрирования 2-ая
Отбор дистиллата, кг/ч	4289	1772
Отбор кубовой жидкости, кг/ч	10063	14580
Температура, °С:
верха	61	66
куба	92	94
Вакуум куба, мм рт.ст.	5,0	5,0
Количество пара на кипятильник, т/ч	1,2	1,2
Концентрация ГПИПБ, мас.%:
в дистилляте	6,2	15,23
в кубовой жидкости	89,9	89,64

По данному способу выработка концентрированного ГПИПБ в пересчете на 100% содержания основного вещества составляет соответственно при содержании ГПИПБ в оксидате на уровне 20 мас.% 9046 кг/ч, при содержании 28 мас.% 13069 кг/ч.

Концентрация гидропероксида в готовом продукте практически не достигает 90 мас.%, а расход пара составляет соответственно 9,6 т/ч.

Пример 2 (по предлагаемому способу, 1 вариант).

Концентрирование гидропероксида изопропилбензола проводят по схеме, приведенной в примере 1 с тем отличием, что поступающий оксидат дросселируют в емкость, из которой газовую фазу в количестве 25% направляют под первую тарелку сверху первой колонны ректификации или же непосредственно в конденсаторы после первой колонны, а жидкую фазу из этой емкости подают в качестве питания в нижнюю часть этой колонны (фиг.1).

Жидкую фракцию оксидата после дросселирования и перед подачей на первую колонну концентрирования подогревают кубовой жидкостью второй колонны.

На колоннах концентрирования выдерживают следующий режим, приведенный в таблице 2.

Таблица 2
Наименование показателей	Содержание ГПИПБ в оксидате
	20 мас.%	28 мас.%
I колонна №5
Подача оксидата, кг/ч	57700	57700
Газовая фаза после дросселирования, кг/ч	14425	14425
Жидкая фаза после дросселирования, кг/ч	43275	43275
Отбор дистиллята на окисление, кг/ч	43800	39298
Отбор кубовой жидкости, кг/ч	13900	18402
Температура, °С
питания	95	95
верха	66	66
куба	89	90
Количество пара на кипятильник, т/ч	7,6	7,6
Вакуум куба мм рт.ст.	35	35
II колонна №17
Отбор дистиллята, кг/ч	2946	2868
Отбор кубовой жидкости, кг/ч	10954	15534
Температура, °С
верха	66	66
куба	90	99
Вакуум куба, мм рт.ст.	4	4
Количество пара на кипятильник, т/ч	1,1	1,1
Анализы, мас.%
I колонна №5
Содержание ГПИПБ
в газовой фазе	1,8	2,63
в жидкой фазе	25,8	36,0
в дистилляте	5,1	6,4
в кубовой жидкости	64,7	81,59
II колонна №17
Содержание ГПИПБ
в дистилляте	5,2	6,2
в кубовой жидкости	91,6	91,9

Концентрация ГПИПБ в готовом продукте в сравнении с существующим способом повышается по первому режиму на 1,7%, по второму на 1,96%.

По данному способу выработка концентрированного ГПИПБ в пересчете на 100% содержания основного вещества составляет соответственно при содержании ГПИПБ в оксидате на уровне 20 мас.% 10033 кг/ч, при содержании 28 мас.% 14275 кг/ч. В сравнении с существующим способом увеличение выработки составляет в среднем 10%. Расход водяного пара на колонны снижается до 8,7 т/ч.

Пример 3 (по предлагаемому способу, 2 вариант).

Концентрирование ГПИПБ проводят по схеме, приведенной в примере 2, с тем отличием, что дросселированию подвергают и кубовую жидкость первой колонны с подачей газовой фазы в верхнюю часть второй ректификационной колонны или же непосредственно в конденсаторы второй колонны. Количество газовой фазы, подаваемой на первую колонну, при этом составляет 15% от поступившей фракции оксидата, на вторую колонну 20% (фиг.2).

На колоннах концентрирования выдерживают следующий режим, приведенной в таблице 3.

Таблица 3
Наименование показателей	Содержание ГПИПБ в оксидате
	20 мас.%	28 мас.%
I колонна
Подача оксидата, кг/ч	57700	57700
Газовая фаза после дросселирования, кг/ч	11420	11420
Жидкая фаза после дросселирования, кг/ч	46280	46280
Отбор дистиллята на окисление, кг/ч	42300	37480
Отбор кубовой жидкости, кг/ч	15400	20220
Температура, °С:
верха	66	66
куба	88	90
Количество пара на кипятильник, т/ч	7,6	7,6
Вакуум куба, мм рт.ст.	35	4
II колонна
Подача, кг/ч
газовой фазы после дросселирования	3230	3099
жидкой фазы после дросселирования	12170	17121
Отбор дистиллята, кг/ч	4420	4576
Отбор кубовой жидкости, кг/ч	10980	15644
Температура, °С
дистиллята	66	66
кубовой жидкости	92	94
Вакуум куба, мм рт.ст.	4	4
Количество водяного пара, т/ч	0,9	0,9
Анализы, мас.%:
I колонна
Содержание ГПИПБ
В газовой фазе	1,79	2,36
В жидкой фазе	24,50	33,90
в дистилляте	3,00	3,75
в кубовой жидкости	73,30	78,60
II колонна
Содержание ГПИПБ
в газовой фазе	2,50	3,90
в жидкой фазе	83,70	84,44
в дистилляте	3,80	3,62
в кубовой жидкости	92,00	92,10

Концентрация ГПИПБ в готовом продукте в сравнении с существующим способом повышается по первому режиму на 2,1%, по второму на 2,46%.

По данному способу выработка концентрированного ГПИПБ в пересчете на 100% содержания основного вещества составляет соответственно при содержании ГПИПБ в оксидате на уровне 20 мас.% 10101 кг/ч, при содержании 28 мас.% 14408 кг/ч, по сравнению с существующим способом увеличение выработки составляет в среднем 12%. Расход водяного пара на колонны составляет 8,5 т/ч.

Сравнение основных показателей существующих и предлагаемых способов приведено в таблице 4.

Таблица 4
Показатели	Существующий способ	Предлагаемые способы
		I вариант	II вариант
		Одноступенчатое дросселирование	Двухступенчатое дросселирование
Нагрузка по оксидату, кг/ч	57700	57700	57700
Выработка ГПИПБ (на 100%), кг/ч
при ее концентрации в оксидате
20 мас.%	9046	10033	10101
28 мас.%	13069	14275	14408
Расход водяного пара, т/т ГПИПБ	9,6	8,7	7,5
Концентрация ГПИПБ в готовой гидроперекиси, мас.%	89,0-89,9	91,6-91,9	91,0-92,1

Таким образом, как одно-, так и двухступенчатое дросселирование оксидата позволит увеличить производительность установки по концентрированию гидропероксида кумола на 10-12%, поднять концентрацию ГПИПБ товарного продукта на 2 абс.% и снизить расход водяного пара на 0,9-1,1 т/т гидропероксида.