способ управления водной отмывкой оксидата в производстве капролактама

Формула изобретения

1. Способ управления водной отмывкой оксидата в производстве капролактама, проводимый в ректификационной колонне с подачей реакционной смеси, регулированием температурного режима при использовании выносного теплообменника, отводом через конденсаторы дистиллята и кубового продукта, отличающийся тем, что дополнительно вводят насос подачи оксидата, соединенного с первым входом теплообменника оксидата, второй вход которого соединен с емкостью циклогексана; первый выход теплообменника оксидата соединен с первым входом смесительного устройства, второй его вход соединен с насосом подачи водно-органического дистиллята с емкостью, а первый выход соединен с первым входом основного разделительного сосуда, второй выход которого через смесительное устройство соединен с первым входом дополнительного разделительного сосуда, второй вход его соединен с насосом подачи конденсата из коллектора с датчиком расхода и клапаном, а его первый выход соединен с насосом подачи водно-кислого слоя в трубопровод подачи водно-органического дистиллята в смесительное устройство и в трубопровод подачи с датчиком расхода и клапаном из смесительного устройства в дополнительный разделительный сосуд с датчиком уровня и клапаном, второй его выход через клапан связан с трубопроводом концентрирования, а третий - с трубопроводом нейтрализации оксидата; первый выход основного разделительного сосуда с датчиком давления, датчиком уровня и клапаном через фильтр соединен с теплообменником отгонки органики с датчиком расхода пара и клапаном и с ректификационной колонной, при этом также введены трубопроводы для подключения гидрозатвора и сборника дистиллята, которые соединены с конденсаторами, причем первый выход сборника конденсата соединен трубопроводом с верхом ректификационной колонны с датчиком расхода пара и клапаном, а вторые и третьи выходы сборника дистиллята по трубопроводам направляют на следующие стадии переработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют разделительные сосуды с наружными подогревателями, рабочее давление и температура Р=1,6-1,7 МПа и Т=135-170°C.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сетчатый фильтр для отделения водно-кислого слоя от механических примесей, рабочее давление и температура Р-1,7 МПа Т=150°C.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют аналитический контроль циклогексанона, циклогексанола и кислот и эфиров на выходе основного и дополнительного разделительного сосуда, а также ректификационной колонны 3 раза/сут.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к выделению продуктов окисления циклогексана-оксидата в производстве капролактама от органических кислот и эфиров паровым конденсатом и выделению циклогексана, циклогксанола ректификацией при атмосферном давлении. Способ управления может быть использован при получении капролактама в химической промышленности.

Известен способ нейтрализации и омыления оксидата для удаления органических кислот. Для этого используют водный раствор щелочи. Процесс нейтрализации оксидата осуществляется в отстойниках, куда подают оксидат из реакторов и щелочь из щелевого смесителя (Овчинников В.И. и др. Производство капролактама. М., Химия, 1977 г., с.73-75). Приводятся несколько вариантов схем. При этом производятся большие потери циклогексана, выделяются соли, которые забивают ректификационные колонны при последующей обработке реакционной смеси.

Наиболее близким является способ выделения циклогексана из реакционной смеси синтеза циклогексанона, циклогесанола путем ректификации под давлением близко к атмосферному. Процесс проводят в двух колоннах. Часть циклогексана, газы, воду отводят из верха первой колонны, оставшуюся часть из второй колонны. Из кубовой части выводят концентрированную фракцию для дальнейшей переработки (Пат. РФ № 2226185, С07С 13/18, 27/28, 45/82, 2000 г.).

Недостатком способа являются потери циклогексанона и циклогексанола и образование примесей, влияющих на качество капролактама. Кроме того, для выделения продуктов используются две колонны.

Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование способа управления выделением циклогексанона и циклогексанола, а также снижение потерь по капролактаму и расхода щелочи.

Поставленная задача решается тем, что в способе управления водной отмывкой оксидата в производстве капролактама, проводимом в ректификационной колонне с подачей по трубопроводам реакционной смеси, регулированием температурного режима с использованием выносного теплообменника, отводом через конденсаторы дистиллята и кубового продукта, дополнительно вводят насос подачи оксидата, соединенного с первым входом теплообменника оксидата, второй вход которого соединен с емкостью циклогексана; первый выход теплообменника оксидата соединен с первым входом смесительного устройства, второй его вход соединен с насосом подачи водно-органического дистиллята с емкостью, а первый выход соединен с первым входом основного разделительного сосуда, второй выход которого через смесительное устройство соединен с первым входом дополнительного разделительного сосуда, второй вход которого соединен с насосом подачи конденсата из коллектора с датчиком расхода и клапаном, а его первый выход соединен с насосом подачи водно-кислого слоя в трубопровод подачи водно-органического дистиллята в смесительное устройство и в трубопровод подачи с датчиком расхода и клапаном из смесительного устройства в дополнительный разделительный сосуд с датчиками уровня и клапаном, второй его выход через клапан связан с трубопроводом концентрирования, а третий - с трубопроводом нейтрализации оксидата; первый выход основного разделительного сосуда с датчиком давления, датчиком уровня и клапаном через фильтр соединен с теплообменником отгонки органики с датчиком расхода и клапаном пара и ректификационной колонной, при этом также введены трубопроводы для подключения гидрозатвора и сборника дистиллята, которые соединены с конденсаторами, причем первый выход соединен трубопроводом с верхом ректификационной колонны с датчиком расхода и клапаном пара, а вторые и третьи выходы сборника дистиллята по трубопроводам направляют на следующие стадии переработки оксидата. При этом используют разделительные сосуды с наружными подогревателями. Рабочее давление и температура Р=1,6-1,7 МПа и Т=135-170°C, сетчатый фильтр для отделения водно-кислого слоя от механических примесей. Рабочее давление и температура Р=1,7 МПа и Т=150°C, а также осуществляют аналитический контроль циклогексана, циклогесанола и кислот на выходе основного и дополнительного разделительного сосуда 3 раза/сут. Исследование процесса получения оксидата в производстве капролактама показало, что получается смесь сложного состава, включающая циклогексан, циклогексанол, органические кислоты, эфиры при синтезе капролактама из бензола. Необходимо выделить следующие моменты: отмывка оксидата от органических кислот и отгонка циклогексанона и циклогесанола из воды методом ректификации. Наиболее приемлемым является использование в технологической схеме парового конденсата для удаления дикарбоновых и муравьиных кислот, при этом используются разделительные сосуды с наружными подогревателями - происходит двойное расслаивание смеси. В схеме используются обогреваемые трубопроводы, для исключения образования побочных продуктов, влияющих на качество, и снижающие потери капролактама. Для удаления органики используется одна ректификационная колонна. Необходимое тепло для удаления циклогексанона и циклогексанола производится теплообменником, установленным на входе в ректификационную колонну, при этом раствор водно-кислого сдоя подается через фильтр для удаления механических примесей на 13 тарелку колонны при соответствующей модернизации. На выходе колонны установлен гидрозатвор для исключения попадания воды при остановке колонны. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом. На фиг.1 изображена технологическая схема, а на фиг.2 - контроллер для управления процессом. Схема включает элементы 1-39.

1 - насос подачи оксидата; 2 - теплообменник оксидата; 3 - емкость циклогексана; 4 - смесительное устройство; 5 - основной разделительный сосуд(с наружным подогревателем); 6, 7 - насос подачи водно-органического дистиллята(ВОД) с емкостью; 8 - насос подачи водно-кислого слоя(ВКС); 9 - дополнительный разделительный сосуд(с наружным подогревателем); 10, 11 - датчик уровня и клапан на выходе сосуда 9; 12, 13 - датчик уровня и клапан на выходе сосуда 5; 14 - датчик давления в сосуде 5 и клапан 15 на выходе водно-кислого слоя для концентрирования; 16, 17 - датчик расхода водно-кислого слоя и клапан на входе в сосуд 9; 18 - насос подачи парового конденсата из коллектора 19 в сосуд 9; 20-21 - датчик расхода конденсата и клапан; 22 - ректификационная колонна; 23 - фильтр(сетчатый - для удаления механических примесей); 24 - теплообменник смеси; 25-26 - датчик расхода пара и клапан для подачи в теплообменник 24; 27 - датчик температуры в колонне 22; 28 - выносной теплообменник; 29, 30 - датчик давления пара и клапан на входе в теплообменник 28; 31, 32 - конденсаторы с подачей захоложенной и оборотной воды. 33 - гидрозатвор, куда подается азот; 34 - сборник дистиллята; 35, 36 - датчик расхода дистиллята и клапан(флегма) на колонну 22; 37, 38 - датчик расхода кубовой жидкости и клапан; 39 - контроллер для управления процессом, соединенный со входами датчиков 10, 12, 14, 16, 20, 26, 27, 29, 35, 37 и выходами клапанов 11, 13, 17, 21, 26, 34, 38, образуя контуры регулирования. Жидкие продукты окисления циклогексана-оксидата с нагнетания насоса 1 через теплообменник 2 непрерывно подаются на стадию отмывки оксидата. В теплообменнике оксидат охлаждается до температуры 126°C циклогексаном, поступающим из емкости 3, и далее поступает через смесительное устройство 4 в основной раз разделительный сосуд 5, где смешивается с водно-органическим дистиллятом (ВОД) и водно-кислым слоем (ВКС). Водно-органический дистиллят подается насосом 6 из емкости 7. Водно-кислый слой подается в линию подачи дистиллята насосом 8 из нижней части разделительного сосуда 9, уровень при этом поддерживается автоматически за счет регулятора (датчик 10 и клапан 11). В разделительном сосуде 5 происходит разделение органического и водного слоев. Граница раздела фаз поддерживается автоматически регулятором уровня (датчик 12 и клапан 13), путем выдачи расхода водно-кислого слоя на питание колонны для отгонки органики в количестве не более 8 м³/ч. При этом в воде растворяются дикарбоновые и муравьиные кислоты. Давление в разделительном сосуде 5 поддерживается автоматически регулятором (датчик 14 и клапан 15, расположенный на линии выдачи расхода водно-кислого слоя на стадию) концентрирования.

Разделительный сосуд 5 работает в режиме полного гидравлического заполнения. Органический слой 5 через смесительное сопло 4 поступает в дополнительный разделительный сосуд 9 объемом 25 м³. В сосуде 9 органический слой смешивается с водно-кислым слоем и чистым конденсатом. Водно-кислый слой подается в линию подачи дистиллята насосом 8 из нижней части разделительного сосуда 9 через регулятор расхода (датчик 16 и клапан 17) не более 50 м³/ч. Конденсат подается насосом 18 из коллектора 19 в количестве 5-10 м³/ч (датчик 20 и клапан 21). В сосуде 9 происходит дополнительное расслоение органического и водного слоя. Граница раздела фаз в этом сосуде поддерживается, ранее упомянутым, регулятором уровня (датчик 10 и клапан 11). Разделительный сосуд работает в режиме полного гидравлического заполнения. Органический слой из верхней части сосуда 9 направляется в линию нагнетания насоса 1 (два насоса) и затем на стадию нейтрализации. Отгонка органики из водно-кислого слоя происходит в колонне 22. Колонна имеет 25 колпачковых тарелок. Для концентрирования водно-кислый слой на колонну 22 подается на 13 тарелку из нижней части разделительного сосуда 5 через фильтр 23 для удаления механических примесей. Колонна 22 работает при атмосферном давлении. Необходимое для отгонки циклогексана, циклогексанона, циклогексанола и воды тепло подводится в колонну 22 через теплообменник 24, куда подают греющий пар давлением 0, 6 МПа (датчик 25 и клапан 26 на подаче пара). Температура (датчик 27) в кубе колонны до 105°C регулируется подачей пара до 0,6 МПа в выносной подогреватель 28, давление при этом регулируется (датчик 29 и клапан 30). Газы дросселирования и пары органических продуктов с температурой 100°C поступают в конденсатор 31, где охлаждаются за счет оборотной воды, подаваемой в трубное пространство конденсатора 31. Несконденсировавшиеся пары поступают в конденсатор 32, охлаждаемый захоложенной водой. Несконденсировавшиеся газы выводят в атмосферу через гидрозатвор 33. В газовую линию от конденсатора 32 к гидрозатвору 33 подводят азот давлением 0,05 МПа для предотвращения образования вакуума и исключения попадания воды в колонну из гидрозатвора 33 в случае охлаждения колонны при остановке. Жидкий дистиллят, содержащий циклогексан, циклогексанон, циклогексанол и органические кислоты из конденсаторов 31 и 32 сливаются в сборник 34 (условно показан один сборник), после которого потоки дистиллята разделятся на три потока. Первый поток в вид флегмы на верхнюю тарелку колонны 22. Расход флегмы регулируется (датчик 35 и клапан 36) в количестве не более 4 м³/ч. Второй поток подается в смеситель, в котором смешивается с оксидатом из реакторов (условно не показаны) в количестве до 2 м³/ч, и третий избыток дистиллята подается в отделение перегонки до 6 м³ (датчики и клапана для второго и третьего потока на выходе условно не показаны). Кубовая жидкость колонны 22 до 6-8 м³/ч (датчик 37 и клапан 38) подается для других производств.

Таким образом благодаря эффективному разделению смеси оксидата в разделительных емкостях с использованием конденсата выделяем кислоты. Направляя на колонну водно-кислый слой с предварительным нагревом, выделяем циклогексанон и циклогесанол, который используется для нейтрализации и в других производствах. Ниже приведена таблица при подаче оксидата на установку до 30 м³/ч.

Таблица
Наименование показателей	Предлагаемый способ	Прототип
.1. Нагрузка по оксидату, м3/ч	30	30
2. Точность регулирования уровня в разделительных сосудах, %	1,2	-
3. Точность регулирования температуры в колонне, °C	1,5	2
4. Суммарное содержание циклогексанона и циклогексанола на выходе колонн, %	0,49	1,5
5. Содержание кислот и эфиров, %	до 100,028	110,035
6. Потери, %	5	8
7. Относительное снижение расхода каустической соды, %	10	-

Испытания подтвердили эффективность управления водной отмывкой оксидата.

Способ внедрен в цехах ОАО «КуйбшевАзот». Экономический эффект до 20 млн. руб/год.