Лекции ХТОВ 1 / Получение ТМК / + / Технологическая схема отличается известной гибкостью

Технологическая схема отличается известной гибкостью, в частности уменьшение конверсии при снижении содержания изобутилена в исходной смеси можно предотвратить повышением давления увеличением времени контакта смеси с катализатором на первой стадии. Применение полярного растворителя (этилцеллозольва) обеспечивает гомогенизацию фракции в воде и значительно повышает эффективность и продолжительность работы ионитного катализатора (до 4000-5000 часов без замены).

Заслуживает внимание проведение стадии дегидратации спирта в реакторе, конструкция которого позволяет использовать тепло конденсации паров (СН₃)₃СОН и Н₂О (67 кДж/моль для 85% спирта) при превращении спирта в изобутилен, требующего затраты тепла 5,7 кДж/моль.

Также гидратацию и дегидратацию возможно проводить в присутствии ионитных катализаторов макропористой структуры типа Амберлист-25, КИФ, а также Н₂SO₄ или других соединений с кислотными свойствами. Однако только на ионитах обеспечивается легкость выделения продуктов, отсутствие сточных вод и высокая селективность процесса. [1, c. 21]

Катализатор КУ-2ФПП выпускается в виде различных марок, отличающихся по своему внешнему виду (марка А – гранулы в форме цилиндров; марка А₁, А₂– гранулы в форме колец с различным гранулометрическим составом). Не смотря на то, что катализатор выпускается различной формы, каталитическая активность у всех марок одинакова (55%).

Первая стадия осуществляется в трех последовательно расположенных гидрататорах, заполненный ионообменным полимером КУ-2ФПП (90°С, 1,96 МПа). Фракция С₄ подается в виде смеси с водой. Продукты реакции выводятся из нижней части гидрататора и за счет дросселирования давления отделяются от непрореагировавших углеводородов, после чего поступают на выделение и ректификацию возвратной фракции. Выделенный из водно-спиртового раствора азеотроп триметилкарбинола с водой после ректификации освобождается от углеводородов С₄ и направляется в дегидрататор с КУ-2ФПП (90°С, 0,14-0,19 МПа). Газообразный изобутилен пропускается через парциальный конденсатор и промывную колонну, в которых из него отделяются примеси спирта, а также олигомеры изобутилена, и после компремирования и конденсации направляется на азеотропную осушку и ректификацию. При выделении изобутилена на ионообменных полимерах конверсия олефина составляет 92% (масс.). Изобутилен-ректификат получается с чистотой 99,93 % (масс.) и содержанием примесей: изобутана и бутиленов – не более 0,05% (масс.), триметилкарбинола – не белее 0,005% (масс.), влаги – не более 0,005% (масс.).

2.4. Описание технологической схемы производства

Метод извлечения изобутилена на ионитном катализаторе основан на способности изобутилена, в присутствии сульфокатионита, вступать в реакцию с водой с образованием третичного бутилового спирта-триметилкарбинола (ТМК).

Гидратация изобутилена происходит по следующему уравнению:

или по стадиям:

В процессе гидратации в небольшом количестве образуется побочные продукты: димеры изобутилена, эфиры, вторичный бутиловый спирт.

Процесс гидратации проводится в экстракционно-ректификационном противоточном режиме при температуре 8095 °С под давлением 1,752,0 МПа.

Бутилены нормального строения при этом с водой практически не реагируют и легко отделяются от ТМК.

На второй стадии процесса трет-бутиловый спирт подвергают дегидратации с образованием изобутилена и воды. Дегидратация трет-бутилового спирта под давлением 0,06 МПа и температуре 90 °С в присутствии сульфокатионита.

2.4.1. Отмывка изобутиленсодержащих фракций от азотосодержащих

соединений

-Бутилен – изобутиленовая фракция (-БИФ) со склада Т-3 поступает на отмывку в Кт-1 от металлических и азотистых соединений, чтобы не “отравить” в процессе гидратации катализатор.

\α-бутилен изобутиленовая фракция подается в нижнюю часть колонны Кт-1 для отмывки от азотсодержащих примесей. Отмывка производится паровым конденсатом при температуре не выше 35⁰С и давлении не выше 0,5МПа.

Паровой конденсат после холодильника Т-86 через клапан поз.4-5 поступает в сборник Е-1 по уровню в нем, откуда насосом Н-2 через регулятор расхода поз.5-1 подается в верхнюю часть колонны Кт-1.

Циркуляция конденсата через колонну Кт-1 производится насосом Н-1 через регулятор расхода поз.3-1. Перед поступлением в колонну циркулирующий конденсат охлаждается в теплообменнике Т-1, охлаждаемый оборотной водой.

Подача парового конденсата на отмывку (циркуляция + подпитка) должна выдерживаться не менее 15,0 м³/час. Загрязненный конденсат по уровню раздела фаз в колонне Кт-1 через клапан поз.2-5 выводится в отпарную колонну Кт-4.

Отмытое сырье из верхней части колонны Кт-1 поступает в емкость Е-2.

2.4.2.Гидратация изобутиленсодержащей фракции

До подачи сырья в гидрататоры налаживается циркуляция конденсата по схеме:сборник Е-3 → насос Н-4 → теплообменник Т-3 → подогреватель Т-2→

гидрататоры Р-1,2,3 → теплообменник Т-5 → колонна Кт-2 → насос Н-7 →

теплообменник Т-5 → теплообменник Т-3 → холодильник Т-2 → фильтры Ф-1,2 → сборник Е-3.

Циркулирующий конденсат из сборника Е-3 насосом Н-4 подается в верхнюю часть гидрататора Р-1 через теплообменник Т-3, где нагревается за счет тепла кубового продукта колонны Кт-2, и проходит подогреватель Т-4, где нагревается паром 0,5 МПа до температуры реакции. Пар в подогреватель Т-4 подается через клапан поз.11-6.

Процесс гидратации изобутилена в трет-бутиловый спирт проводится в гидрататорах Р-1,2,3, представляющий собой реакционный аппарат колонного типа [4,c.109] на катализаторе КУ-2ФПП при температуре 80-90 °С и давлении 1,75­2,0 МПа.

Циркулирующий конденсат поступает в верхнюю часть гидрататора Р-1, затем проходит гидрататоры Р^-2,3 и выходя из нижней части гидрататора Р-3 в виде слабого раствора трет-бутилового спирта через клапан поз.24-5 проходит теплообменник Т-5, где нагревается за счет тепла кубового продукта колонны Кт-2, и поступает на питание этой колонны .

Сырьё из емкости Е-2 насосом Н-3 подается в нижнюю часть гидрататора Р^-3 и, пройдя слой катализатора, из верхней части этого гидрататора через регулятор уровня поз.22-1 насосом Н-6 подаётся в нижнюю часть гидрататора Р-2. Пройдя слой катализатора, из верхней части этого гидрататора, через регулятор уровня поз.19-2 насосом Н-5 подается в нижнюю часть гидрататора Р-1. Пройдя слой катализатора, отработанная фракция из верхней части гидрататора Р-1 через регулятор уровня поз.15-1 поступает в емкость Е-4, откуда газовая фаза через регулятор давления поз.14-1 отводится в колонну Кт-5, а жидкие углеводороды через регулятор уровня поз.13-1 выводится также в эту колонну для очистки отработанной фракции от ТМК, димеров и эфиров.

2.4.3. Концентрирование слабого раствора ТМК с системы гидратации и его дегазация

Слабый водный раствор ТМК из нижней части гидрататора Р-3 через регулятор давления поз.24-1 проходит теплообменник Т-5, где нагревается за счет тепла кубового продукта колонны Кт-2, и поступает в эту колонну для концентрирования ТМК.

Обогрев колонны Кт-2 производится паром давлением 0,5 МПа через кипятильники Т-6. Пар в кипятильники подается через клапан поз.25-5.

Циркулирующий конденсат из куба колонны Кт-2 через регулятор уровня поз.27-1 насосом Н-7 через теплообменник Т-5, где отдает часть тепла раствору ТМК, поступающему на питание этой колонны, откачивается в теплообменник Т-3, где нагревает циркулирующий конденсат, поступающий на гидратацию, и проходит холодильник Т-2 узла очистки жидкости.

Отгоняемые с верха колонны Кт-2 пары азеотропа ТМК поступают в дефлегматор Т-7, охлаждаемый оборотной водой, где конденсируется и сливаются в сборник Е-5. Оборотная вода в дефлегматоры Т-7 подается через клапан поз.29-5 по температуре ТМК после этих дефлегматоров.Несконденсированные углеводороды из верхней части сборника Е-5 отводятся в систему конденсации отдувок.

Азеотроп ТМК из сборника Е-5 насосом Н-8 через регулятор расхода поз.28-1 частично подается на флегму колонны Кт-2, а избыток с коррекцией по уровню в сборнике Е-5 подается в колонну Кт-3 на дегазацию от растворенных углеводородов.

Обогрев колонны Кт-3 производится паром давлением 0,5 МПа через кипятильник Т-8. Подача пара в этот кипятильник производится через клапан поз.31-5.

Отгоняемые с верха колонны Кт-3 углеводороды и пары ТМК поступают в дефлегматор Т-9, охлаждаемый водой, где при температуре 75-82⁰С пары ТМК конденсируются и стекают в колонну Кт-3 через буфер О-1 в виде флегмы. Несконденсированные углеводороды через буфер О-1, где происходит отделение капель жидкости, отводятся в систему конденсации отдувок.

Из куба колонны Кт-3 азеотроп ТМК через регулятор уровня поз.32-1 выводится в сборник Е-126 для последующей подачи его на дегидратацию.

2.4.4.Очистка циркулирующего конденсата от анионитов серной кислоты

Узел предназначен для поддержания заданной величины рН циркулирующего конденсата. Узлы очистки циркулирующего конденсата обеих систем аналогичны по технологической схеме и имеют общую систему взрыхления, регенерации и промывки. Работа фильтров включает в себя следующие циклы:

• очистка циркулирующего конденсата;

• взрыхление;

• регенерация;

• промывка.

Циркулирующий конденсат из куба колонны Кт-2 насосом Н-7 проходит теплообменники Т-5, Т-3 и поступает в холодильник Т-2, охлаждаемый оборотной водой. В указанных холодильниках циркулирующий конденсат охлаждается до температуры не выше 80 °С и поступает в фильтры очистки Ф-1 и Ф-2. Регулирование температуры производится клапаном поз.10-5, установленным на линии обратной оборотной воды после холодильников Т-2.

Катионовые фильтры Ф-1, загруженные отработанным катализатором КУ-2 ФПП, предназначены для улавливания полимеров, поступающих с сырьем. После загрязнения катализатор из фильтра выгружается и вывозится на шламоотвал, а в фильтр загружается новая партия отработанного катализатора.

Анионитовые фильтры Ф-2 предназначены для очистки циркулирующего конденсата от анионитов серной кислоты, образующие в результате десульфирования формованного катализатора КУ-2ФПП в гидрататорах и дегидрататорах.

Очистка от анионитов серной кислоты проводится на ионнообменной смоле марки АН-31 или Амберлайт IRA-96. Циркулирующий конденсат проходит катионовые и анионовые фильтры и поступает в сборник Е-3, откуда насосом Н-4 снова подается в гидрататоры.

В системе имеется 5 пар фильтров. Взрыхление, приготовление регенерационного раствора и промывка проводится паровым конденсатом.

Регенерация анионитовых фильтров производится 24 % раствором NaOH.

Снижение рН циркулирующего конденсата ниже 5,0 говорит о насыщении анионита в работающем фильтре серной кислоты. В этом случае пара фильтров отключается, в работу включается резервная пара.

Отключенная пара фильтров освобождается в сборник Е-3. Воды взрыхления, регенерация и промывки фильтров сбрасываются в ХЗК.

.