Установка жидкофазного синтеза изопрена

Настоящая полезная модель относится к устройствам, используемым в области производства мономеров для синтетического каучука, в частности, касается расположения и взаимосвязи аппаратов для проведения синтеза изопрена в жидкой фазе из изобутилена и формальдегида или веществ, являющихся источниками изобутилена и формальдегида. Предложена установка жидкофазного синтеза изопрена из изобутилена и формальдегида, включающая блок синтеза триметилкарбинола, состоящий из блока синтеза триметилкарбинола из изобутиленсодержащей фракции и блока синтеза триметилкарбинола из возвратного концентрированного изобутилена, блок синтеза диметилдиоксана, блок ректификации образующихся в блоке синтеза диметилдиоксана высококипящих побочных продуктов, блок разделения продуктов синтеза и выделения и очистки изопрена, соединенный непосредственно с блоком синтеза изопрена и с блоком разложения побочных продуктов, а также с блоком синтеза триметилкарбинола из возвратного концентрированного изобутилена, при непосредственном соединении блока разложения побочных продуктов с блоком ректификации высококипящих побочных продуктов и с блоком разделения продуктов синтеза и выделения продуктов синтеза и выделения и очистки изопрена. Синтез триметилкарбинола из изобутиленсодержащей фракции проводят в трех блоках, при этом объединенные потоки из первых двух параллельно работающих блоков синтеза триметилкарбинола поступают в третий блок синтеза триметилкарбинола с разницей в подаче изобутиленсодержащей фракции на каждый из параллельно работающих блоков не более 30%. Осуществление синтеза изопрена на предлагаемой установке позволяет повысить селективность процесса, управляемость процессом при изменении нагрузок по сырью на блок синтеза триметилкарбинола из изобутиленсодержащей фракции, снизить потребление сырья.

Настоящая полезная модель относится к устройствам, используемым в области производства мономеров для синтетического каучука, в частности, касается расположения и взаимосвязи аппаратов для проведения синтеза изопрена в жидкой фазе из изобутилена и формальдегида или веществ, являющихся источниками изобутилена и формальдегида, например, триметилкарбинола (ТМК) или диметилдиоксана (ДМД), в присутствии водного раствора кислоты-катализатора.

Известен способ получения изопрена из изобутилена и формальдегида в жидкой фазе в присутствии гомогенного кислотного катализатора, не предусматривающий выделение промежуточных продуктов синтеза [патент США 4511751, 16.04.1985 г., патент США 4593145, 03.06.1986 г.]. По способу взаимодействие кислого водного раствора формальдегида с изобутиленом и/или триметилкарбинолом проходит в 2-4 последовательно соединенных реакторах при температуре 150-220°C и давлении, в 1-2,5 раза превышающем давление паров реакционной смеси при этих температурах. Изобутилен и/или триметилкарбинол подводят только в первый реактор, а формалин в каждый реактор. Изопрен, воду, непревращенные исходные продукты отгоняют из каждой реакционной зоны и вводят в последующую с отгонкой их из последней реакционной зоны. Выход изопрена на превращенные формальдегид и изобутилен недостаточен и составляет 52% и 74% соответственно.

Известен способ получения изопрена, который включает синтез предшественников изопрена в нескольких реакторах, разложение образующихся продуктов и разделение продуктов, образующихся в реакторе разложения в ректификационных колоннах [патент РФ 2280022, опубликовано 20.07.2006].

Недостатком способа является образование большого количества высококипящих побочных продуктов (ВПП) и их накопление в системе, что приводит к образованию не расслаивающихся эмульсий и твердых отложений на оборудовании и его забивке. В процессе ВПП превращаются в так называемое «зеленое масло», что резко увеличивает себестоимость процесса.

Кроме того, в способе не предусмотрено разложение легкой фракции ВПП в исходное сырье и изопрен, а также гетерогенно-каталитическое разложение пирановой фракции, что ухудшает технико-экономические показатели процесса. Использование в способе в качестве источника изобутилена смеси ТМК и изобутилена на стадии синтеза изопрена снижает селективность процесса и ухудшает его расходные показатели.

Известна установка жидкофазного синтеза изопрена из изобутилена и формальдегида, включающая блок синтеза ТМК из изобутиленсодержащей фракции (ИФ), параллельно работающий с ним блок синтеза ТМК из возвратного концентрированного изобутилена и отдельно стоящий от блоков синтеза ТМК блок синтеза ДМД, блок синтеза изопрена, блок разложения побочных продуктов и блок выделения побочных продуктов и изопрена-мономера (патент РФ 113674, опубликовано 27.02.2012).

У известной установки не достаточный уровень управляемости процессом при изменении нагрузок по сырью на блок синтеза ТМК из изобутиленсодержащей фракции, а также недостаточная конверсия исходного сырья (изобутилена).

Ближайшим аналогом предлагаемой установки жидкофазного синтеза изопрена из изобутилена и формальдегида является установка по патенту на полезную модель 72972 [опубликован 10.05.2008 - прототип]. Установка состоит из блока синтеза ДМД, отдельно стоящего от двух параллельно работающих блоков синтеза ТМК (блока синтеза из изобутан-изобутиленовой фракции и блока синтеза из возвратного концентрированного изобутилена, выделяемого как из блока синтеза изопрена, так и из блока разделения продуктов синтеза и выделения изопрена-мономера). Образующиеся в указанных блоках ТМК и ДМД одновременно поступают на совместное разложение в блок синтеза изопрена, после блока синтеза ДМД установлен блок ректификации образующихся в нем высококипящих побочных продуктов, из которого выделенные легкие побочные продукты направляются либо на реализацию, либо на разложение совместно с побочными продуктами (фракция 4-метил-5,6-дигидро-пирана (МДГП)), полученными при разделении продуктов синтеза и выделении изопрена-мономера, либо одновременно на реализацию и разложение. Тяжелую фракцию направляют на реализацию. Блок разделения продуктов синтеза и выделения изопрена-мономера соединен непосредственно с блоком синтеза изопрена, с блоком разложения побочных продуктов и с блоком синтеза ДМД.

Использование установки позволяет увеличить производительность установки по изопрену и снизить расход формальдегида, а также снизить себестоимость целевого продукта за счет реализации тяжелой фракции ВПП.

С целью дальнейшего снижения потребления сырья (изобутилена) и улучшения технико-экономических показателей процесса синтеза изопрена из изобутилена и формальдегида предложена установка, состоящая из блоков, изображенных на прилагаемой фиг.1, где:

1, 8, 9 - блоки синтеза ТМК из изобутиленсодержащей фракции (8 и 9 параллельно работающие блоки),

2 - блок синтеза ТМК из концентрированного возвратного изобутилена,

3 - блок синтеза ДМД,

4 - блок синтеза изопрена,

5 - блок ректификации высококипящих побочных продуктов синтеза ДМД,

6 - блок разложения побочных продуктов,

7 - блок разделения продуктов синтеза и выделения изопрена-мономера.

Установка работает следующим образом.

Для получения ТМК в параллельно работающие блоки 8 и 9 подают воду и ИФ, с разницей в подаче ИФ на каждый из параллельно работающих блоков не более 30%. Затем объединенный поток из указанных блоков синтеза триметилкарбинола поступает в блок 1. Также в блок 1 подают воду. Возвратная фракция ИФ (С₄) из блока 1 отправляется на склад.

Синтез ТМК ведется в полочных реакторах, заполненных катионитом.

Образовавшийся ТМК в блоке 1, после отделения от возвратной фракции ИФ, подается в блок 4 синтеза изопрена, куда одновременно из блока 3 синтеза ДМД, отдельно расположенного от блоков синтеза ТМК, поступает ДМД. Отогнаный в блоке 4 концентрированный изобутилен возвращается в блок 2.

Необходимое количество ДМД синтезируется в блоке 3, для чего туда подается ИФ, формальдегид и водный слой из блока 4. Возвратная фракция ИФ из блока 3 отправляется на склад.

Блок 7 разделения продуктов синтеза и выделения изопрена-мономера непосредственно соединен с блоком 4 синтеза изопрена. Образующаяся в блоке 4 изопренсодержащая фракция подается на разделение продуктов синтеза выделение изопрена-мономера в блок 7.

Также блок 7 разделения продуктов синтеза соединен с блоком 2 синтеза ТМК из концентрированного возвратного изобутилена. Отогнанный в блоке 7 концентрированный изобутилен возвращается в блок 2. Одновременно в блок 2 подают воду.

Поток непрореагировавшего изобутилена из блока 2 может поступать на синтез ТМК из изобутиленсодержащей фракции в блоки 8 и 9.

Высококипящие побочные продукты, образующиеся при синтезе ДМД, из блока 3 подают в блок 5 ректификации высококипящих побочных продуктов синтеза ДМД, в котором происходит разделение на легкие ВПП и тяжелые ВПП, которые далее направляются на реализацию. Все или часть легких ВПП может быть направлена в блок 6 разложения побочных продуктов.

Блок 7 разделения продуктов синтеза и выделения изопрена-мономера непосредственно связан с блоком 6 разложения побочных продуктов. Изопренсодержащая фракция (изопрен-сырец) из блока 6 подается на разделение продуктов синтеза и выделение изопрена-мономера в блок 7, в котором происходит выделение товарного изопрена-ректификата и разделение побочных продуктов. В блок 6 подаются побочные продукты (фракция 4-метил-5,6-дигидро--пирана (МДГП)) из блока 7, образующиеся при синтезе изопрена.

Отличительным признаком предлагаемой установки от прототипа является то, что синтез ТМК из изобутиленсодержащей фракции проводят в трех блоках, при этом объединенный поток из первых двух параллельно работающих блоков синтеза триметилкарбинола поступает в третий блок синтеза триметилкарбинола.

При промышленном использовании предлагаемой установки достигаются следующие показатели:

- за счет использования трех блоков синтеза ТМК из изобутиленсодержащей фракции повышается селективность процесса, что обеспечивается лучшим распределением реагентов по полкам реакторов и меньшим выходом побочных продуктов (димеры изобутилена);

- обеспечивается гибкость производства и повышается уровень управляемости процессом при изменении нагрузок по сырью на блок синтеза ТМК из изобутиленсодержащей фракции. В случае необходимости один из параллельно работающих блоков может быть отключен без ухудшения показателей процесса (селективность, энергетика);

- за счет более высокой селективности процесса снижается потребление сырья (на производство одной тонны изопрена потребление изобутилена снижается на 7,5 кг).

Установка жидкофазного синтеза изопрена из изобутилена и формальдегида, включающая блок синтеза триметилкарбинола, состоящий из двух параллельно работающих блоков: блока синтеза триметилкарбинола из изобутиленсодержащей фракции и блока синтеза триметилкарбинола из возвратного концентрированного изобутилена, блока синтеза диметилдиоксана, расположенного отдельно от указанных блоков, блок ректификации образующихся в блоке синтеза диметилдиоксана высококипящих побочных продуктов, блок разделения продуктов синтеза и выделения и очистки изопрена, соединенный непосредственно с блоком синтеза изопрена и с блоком разложения побочных продуктов, а также с блоком синтеза триметилкарбинола из возвратного концентрированного изобутилена, при непосредственном соединении блока разложения побочных продуктов с блоком ректификации высококипящих побочных продуктов и с блоком разделения продуктов синтеза и выделения продуктов синтеза, и выделения и очистки изопрена, отличающаяся тем, что синтез ТМК из изобутиленсодержащей фракции проводят в трех блоках, при этом объединенные потоки из первых двух параллельно работающих блоков синтеза ТМК поступают в третий блок синтеза ТМК с разницей в подаче изобутиленсодержащей фракции на каждый из параллельно работающих блоков не более 30%.