книги / Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза.-1

Основные недостатки технологии сернокислотной гидратации этилена и пути их устранения. Главным преимуществом сернокислотной гидратации по сравне­ нию с прямой является возможность применения неконцентрированных оле­ финов: этилена, пропилена и других, так как их концентрирование связано с большими капитальными и эксплуатационными затратами. Именно этим мож­ но объяснить применение в США этого метода наряду с методом прямой гидра­ тации.

Однако метод сернокислотной гидратации имеет и недостатки, устранение которых привело бы к существенному усовершенствованию технологического процесса. Среди них можно отметить следующие.

Сложная и громоздкая конструкция тарельчатого абсорбера. Абсорбер изго­ товляют из многих различающихся физическими свойствами материалов, таких как сталь обычная (корпус аппарата), свинец и кислотоупорная плитка (футе­ ровка), чугун (подставки под тарелки), прессованный графит — игурит (тарел­ ки), легированная сталь (охлаждающие элементы) и др. Охлаждающие элемен­ ты труднодоступны для осмотра. Все это осложняет эксплуатацию аппарата, приводит к его частым остановкам и ремонту.

Однако те же трубы из легированной стали при другом конструктивном ре­ шении могут выполнять две функции: охлаждение и обеспечение контакта газ—жидкость. Например, из этих труб могут быть изготовлены тарелки про­ вального типа, через которые будет циркулировать охлаждающая вода. Из них же могут быть изготовлены трубчатые реакторы барботажного или пленочного типа с подачей охлаждающей воды в межтрубное пространство и т.п.

Если названные конструкции требуют еще разработки и проверки, то сле­ дующее, уже найденное и проверенное, весьма простое решение рекомендуется для использования в промышленности. Речь идет о применении барботажного абсорбера с циркуляцией реакционной смеси через выносной холодильник. Способ опробован на опытной установке и в условиях абсорбции этилена и про­ пилена.

Малая эффективность однократного экстрагирования полимеров «зеленым маслом». При принятом методе экстрагирования в экстракт переходит 70—75 % полимеров. Значит, до 30 % полимеров остается в разбавленной кислоте и «про­ скакивает» в аппараты концентрирования, где в условиях высокой температуры взаимодействуют с кислородом серной кислоты с выделением S 0 2 в атмосферу и

соответствующими потерями серной кислоты, о чем уже упоминалось выше. Для увеличения полноты экстрагирования целесообразно применять непрерыв­ ную противоточную экстракцию в колонне (как в колонне 16для отмывки эта­ нола, см. рис. 13.2).

Концентрирование отработанной серной кислоты в аппаратах «Хемико». Эта часть технологического процесса является самым слабым звеном во всем методе сернокислотной гидратации. Во-первых, концентрировать кислоту удается лишь до 88—90 %, а, во-вторых, такой процесс концентрирования из-за высо­ кой температуры топочных газов приводит к ощутимым потерям серной кисло­ ты от раскисления, сопровождающегося выбросом вредного диоксида серы в ат­ мосферу.

Какие же реальные возможности имеются в настоящее время для устранения этого главного недостатка? Решение следует искать в создании мягких условий процесса концентрирования, исключающих вредный процесс разложения сер­

•S пары этанола-сырца, минуя конденсатор 7, направляются прямо в основ­ ную ректификационную колонну 13, где в качестве дистиллята будет отводиться этанол-сырец вместе с легколетучими примесями, а в качестве нижнего продук­ та — фузельная вода;

S боковой отбор среднелетучей фракции полимеров остается без изменений (может изменяться только уровень отбора);

S дистиллят этанола-сырца направляется в ректификационную колонну 1 1, где в качестве верхнего продукта в приемник /2 отводится фракция, содержащая

этиловый эфир и легколетучие полимеры с примесями этанола и воды; в качест­ ве нижнего продукта отводится товарный этанол.

Соответствующие изменения должны быть сделаны и в обвязке вспомога­ тельной аппаратуры. В конструкции основной колонны, очевидно, необходимо также учесть иные количества и соотношения парового и жидкостного потоков по отгонной и укрепляющей частям колонны, чем при подаче исходной смеси в виде жидкости.

Следует также использовать принцип теплоинтеграции в многокорпусных установках ректификации. На рис. 13.6 приведена принципиальная схема трех­ корпусной ректификации, при этом ректификационные колонны /, 2 и 3 пред­

назначены для разделения одной и той же смеси и расположены параллельно друг другу. В колоннах используется различное рабочее давление. В каждом из аппаратов давление выбираюттаким образом, чтобы дефлегматор последующей колонны мог служить кипятильником предыдущей. Как видно, кипятильник колонны /служитдефлегматором колонны 2 и, следовательно, обогревается па­

ром, отходящим из верхней части колонны 2. В свою очередь кипятильник ко­ лонны 2 обогревается паром, поступающим из верхней части колонны 3, и слу­

жит ее дефлегматором. И только кипятильник колонны 3 расходует тепловую энергию, поступающую извне, а дефлегматор колонны / —внешний хладагент.

В случае применения такой трехкорпусной установки исходная смесь делит­ ся натри почти равные части (чтобы компенсировать тепловые потери и умень­ шение теплоты испарения с повышением давления: во вторую колонну смеси подается несколько больше, чем в первую, а в третью — несколько больше, чем во вторую). Каждая такая часть подается в соответствующую колонну через тёп-

т

дой), то давление в этой колонне составит 30—35 кПа при температуре в кубе ко­ лонны =7 °С. При перепаде температур в кипятильнике этой колонны 20 °С, температура вверху колонны 2 должна быть 95 °С, что соответствует давлению около 0,2 МПа при температуре в кубе 120 °С. И наконец, при том же перепаде температур 20 °С в кипятильнике колонны 2температура вверху колонны (высо­ кого давления) 3 должна быть 140 °С, что соответствует давлению = 0,7 МПа при температуре в кубе = 165 °С. В этом случае для обогрева кипятильника колонны 3 может быть использован водяной пар, имеющий давление 1,2—1,3 МПа и тем­ пературу 185— 190 °С.

Технология сернокислотной гидратации пропилена. Как уже отмечалось выше, обе стадии процесса сернокислотной гидратации пропилена протекают при прочих равных условиях значительно интенсивнее, чем гидратация этилена. Это особенно заметно на первой стадии, где реакционная способность пропилена при абсорбции его серной кислотой оценивается в пятьсот раз выше, чем этилена. По­ этому первая стадия гидратации пропилена отличается более мягкими условиями его поглощения: концентрация серной кислоты — 80—90 %; температура — 15—35 °С; парциальное давление пропилена — 0,3—0,8 МПа. Абсорбция пропи­ лена может проводиться в полых или насадочных аппаратах колонного типа.

Технологическая схема такая же, как и при гидратации этилена. Выход спир­ та составляет 93—95 %, выход эфира — 5—7 %. Все предложенные способы со­ вершенствования процесса гидратации этилена применимы к процессу гидрата­ ции пропилена. Дополнительно можно предложить следующий. В настоящее время пропилен-пропановая фракция подается в абсорбер в парообразном со­ стоянии. Более целесообразно подавать эту фракцию в абсорбер вжидком виде.

^Это, во-первых, значительно снижает теплоту поглощения пропилена, со­ ставляющую при его подаче в парообразном состоянии 50,2 кДж/моль, а при по­ даче жидкого пропилена на 16,7 кДж/моль меньше, что заметно облегчает отвод теплоты абсорбции.

«'Во-вторых, испарение пропана, присутствующего в пропилене, в еще большей мере облегчает отвод теплоты абсорбции.

«'В-третьих, из схемы исключаются испаритель и связанный с этим расход тепла на испарение пропилен-пропановой фракции.

Рассмотрим новые разработки технологии сернокислотной гидратации про­ пилена, в которых из технологической схемы исключен узел концентрирования отработанной серной кислоты.

Технологическая схема сернокислотной гидратации пропилена 70 %-й сер­ ной кислотой приведена на рис. 13.7. Исходная пропилен-пропановая фракция, содержащая 20—25 % пропилена, под давлением 2,5 МПа подается в испаритель 7, после чего пары направляются вабсорбер 2, где пропилен поглощается 70 %-й серной кислотой при температуре 65 °С. При таком значительном содержании в серной кислоте воды (30 %) изопропиловый спирт (ИПС) образуется уже в аб­ сорбере. Реакционная смесь содержит незначительное количество диизопропилсульфата, что благоприятно сказывается на протекании процесса, так как ведет кснижению образования диизопропилового эфира (ДИПЭ) по реакции

R2S 0 4 + 2 ROH «=t H2S 0 4 + 2ROR