125611 (Технологія і устаткування для переробки бензолу)

ТЕХНОЛОГІЯ Й УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ПЕРЕРОБКИ СИРОГО БЕНЗОЛУ

Технологічні схеми і режим переробки сирого бензолу

Сирий бензол являє собою багатокомпонентну систему, основними складовими яке є одноядерні ароматичні з'єднання — бензольні вуглеводні і різні домішки. Основна маса сирого бензолу википає до 18 (ВУС, Вище цієї температури киплять легкокипящие погони поглинальної олії, що містяться в сирому, бензолі, а також неграничні з'єднання.

Наявність у сирому бензолі неграничних і сірчистих з'єднань виключає можливість безпосереднього одержання з нього чистих продуктів без попереднього очищення його від цих небажаних домішок. Порозумівається це тим, що навіть незначні домішки сірки в бензолі і толуолі, застосовуваних для деяких органічних синтезів, викликають швидке отруєння каталізатора, а смолисті речовини, що утворяться в результаті полімеризації неграничних з'єднань, обволікають поверхня каталізатора, дезактивируют неї. У зв'язку з цим переробка сирого бензолу повинна здійснюватися таким чином, щоб бензольні продукти, що виходять, не містили неграничних і сірчистих чи з'єднань же містили в дуже незначних кількостях, що виключають їхній шкідливий вплив у процесі виробництва синтетичних продуктів.

У промисловості для переробки сирого бензолу використовуються два процеси

1. ректифікація-поділ суміші внаслідок по-різному температур кипіння її компонентів;

2. очищення — виділення неграничних і сірчистих з'єднань.

Тому в будь-яку технологічну схему переробки сирого бензолу обов'язково включається попередня стадія, призначення якої видалити домішки неграничних і сірчистих з'єднань, а потім переходити до ректифікації очищеної сировини й одержанню товарних продуктів.

На коксохімічних заводах СРСР найбільше поширення одержала технологічна схема переробки сирого бензолу з одержанням чистих продуктів, що включає наступні технологічні операції: 1) одержання фракції ВТК (бепзолыю-толуольно-ксшюльной) шляхом виділення сірковуглецевої фракції з першого чи бензолу попередньої ректифікації сирого бензолу (з відгоном до 180°С); 2) сернокислотную очищення фракції ВТК; 3) ректифікацію очищеної фракції БТК.

На першій стадії відбувається виділення сірковуглецю і деякої частини неграничних з'єднань і насичених вуглеводнів, на другий — очищення від неграничних з'єднань і тиофена і на третьої — виділення бензолу й інших продуктів з очищеної фракції БТК.

У деякі технологічні схеми включають ректифікацію сірковуглецевої фракції, редистилляцию другого бензолу й одержання бензолу для синтезу.

Основи переробки сирого бензолу

Основна мета переробки сирого бензолу - виділення найважливіших ароматичних компонентів (бензолу, толуолу, ізомерів ксилолу й ін.) у можливо більш чистому виді з найменшими втратами й одержання поряд з цим корисних для народного господарства продуктів і ароматичних домішок. Виділення чистих продуктів із сирого бензолу здійснюється методом ректифікації, що є одним з найбільш ефективних для поділу рідких сумішей на окремі компоненти. Для переробки сирого бензолу і його фракцій набули застосування безупинна і періодична ректифікація під атмосферним тиском, і ректифікація у вакуумі для редистилляции другий бензол а. Процес ректифікації сирого бензолу здійснюється в колонах барботажпого типу, що мають усередині колпачковые чи сітчасті ректифікаційні тарілки, па яких досягається противоточное взаємодія потоків пари і рідини. У результаті багаторазово чергуються процесів часткового випару залишку і часткової конденсації пар у колоні досягаються практично повний розподіл легкокипящего компонента в парову фазу і відділення від нього высококипящих компонентів — залишку, що виводиться знизу колони.

Основними умовами досягнення необхідного ступеня поділу компонентів у колоні є підведення тепла вниз колони і подача холодного зрошення на верх колони.

Зрошення ректифікаційних колон може здійснюватися двома способами: флегмою — продуктом часткової конденсації пар, що виходять з колони в апараті, називаному дефлегматором, і рефлюксом — продуктом повної конденсації пар у конденсаторі-холодильнику. Інтенсивність зрошення колони характеризується відношенням кількості рефлюкса (флегми) до кількості дистиляту, що називається рефлюксным числом (чи флегмовым). У практичних умовах зміна рефлюкс-пого (флегмового) числа досягається зміною количест-ваотбираемого дистиляту. При зрошенні колони рефлюксом можна дозатором швидко і точно установити кількість подаваного на зрошення рефлюкса, автоматизувати роботу колони.

Для наг.ева сировини і випару легкокипящего компонента, нагрівання і випару рефлюкса в нижню частину колони подається глуха пара у выносные підігрівники термосифонного тіла. Передбачено подачу гострої пари. Ступінь поділу компонентів у колоні залежить від режиму роботи ректифікаційного агрегату і визначається температурами в низі й в ерху колони.

Температура в низі колони характеризує повноту виділення легкокипящего компонент і повинний відповідати температурі кипіння залишку, вона регулюється кількістю подаваного в колону глухої і гострої пари. Чистота дистиляту регулюється зміною подачі рефлюкса на зрошення і контролюється температурою верха колони, що повинна відповідати температурі кипіння дистиляту.

У практиці ректифікації сирого бензолу і його фракцій для зниження температури кипіння одержав поширення метод ректифікації з гострою парою.

Добір головної (сірковуглецевої) фракції і бензолу виробляється без гострої пари, тому що необхідна температура може бути досягнута при обігріві колон глухою парою. Толуол і всі наступні продукти відбирають із застосуванням гострої пари. Для редистилляции другого бензолу використовують гостра пара і вакуум.

Очищення сирого бензолу від неграничних і сірчистих з'єднань

Сернокислотная очищення

Для очищення сирого бензолу і його фракцій від неграничних і сірчистих з'єднань у промисловості набули застосування сернокислотная очищення і каталітичне гідроочищення. •

Для глибокого очищення бензолу від домішок насичених з'єднань великого значення набуває процес екстрактивної ректифікації, що сполучається як зі среднетемпературной гідроочищенням, так і із сернокислотной.

З неграничних з'єднань, що містяться в сирому бензолі, дуже схильні до утворення термічно хитливих полімерів і середніх ефірів диклопентадиен і інші, зосереджені переважно в сірковуглецевій фракції. Ще більш схильний до цих процесів дициклопентадиен.

При переробці сирого бензолу попередньо відокремлюють фракції, що киплять нижче 70 і вище 145°С, тому що в них концентрується велика частина неграничних сірчистих фракцій, що википають до 79 і вище 145°С. Це дозволяє скоротити витрату на хімічне очищення сирого бензолу і квалифицированно використовувати циклопентадиен і сірковуглець, виділені в головну фракцію, і высококипящие неграничні з'єднання (индент, кумарин і стирол).

У результаті сернокислотной очищення фракції ВТК основним продуктом є очищена фракція, що містить высококипящие з'єднання, що виділяються при наступній ректифікації у виді кубових залишків.

Ступінь очищення бензольних продуктів від неграничних і сірчистих з'єднань характеризується пробій із сірчаною кислотою і визначенням бромного числа. Сернокислотная проба характерна для неграничних з'єднань і повинна бути в межах 0,15—0,30, бромне число (кількість брому, г/100 м проби) характеризує зміст тиофеновой сірки і складає 0,20—0,30.

Для досягнення досить повного виділення тиофена в процесі сернокислотной очищення фракції ВТК у промисловості використовують спосіб добавки неграничних з'єднань (присадки). Як присадку використовують відходи виробництва бутадієну (I), пиперилеповую фракцію (побічний продукт при виробництві ізопрену) (II), дивинильпую фракцію (відходи виробництва дивінілу) і до.

Використання присадок при сернокислотной очищенню фракції ВТК дозволяє використовувати їх для алкилирования тиофена, знизити інтенсивність протікання процесів сульфирования і сополимеризации бензольних вуглеводнів і зменшити нх утрати. Неграничні з'єднання присадок реагують з тиофеном з більшою вибірковістю й інтенсивністю. Очищення фракції БТК виробляються двулстадийным методом, по якому подача кислоти па промивання фракції здійснюється в двох стадій, а присадки додаються після того, як прореагировали неграничні з'єднання, що містяться у фракції БТК,- Сутність стадійної подачі присадки полягає в тім, щоб виключити полімеризацію неграничних з'єднань у процесі очищення, придушити малоизбирательную реакцію сульфирования тиофена і продовжити в часі реакцію алкилирования тиофена, тобто провести процес у бажаному напрямку і раціонально

використовувати неграничні з'єднання фракції БТК і присадки.

Витрата присадок за даними заводів Півдня складає: пипериленовой фракції ( щомістить 95% неграничних з'єднань) 1,5—1,8%; дивннильной близько 1,6% {по масі). Оптимальна температура процесу очищення „зависит від складу фракції, що промивається, і не повинна бути вище 35-45 С. Температура фракції, що завантажується в апарат, повинна складати°20-25 С.

Реакції, якими супроводжується процес хімічного очищення, зкзотермнчны. Кількість тепла, що виділяється, обумовлено складом фракції, змістом неграничних з'єднань і їхніх властивостей. При промиванні фракції БТК оптимального складу підйом температури при очищенні складає 15—20°С.-

Достоїнством очищення з присадками неграничних з'єднань є також мала чутливість до температурних умов, тому при її проведенні не потрібно ретельного регулювання температури.

На процес сернокислотной очищення впливають умови контактування 'кислоти і продукту. Протікають при сернокислотной очищенню реакції проходять в основному на поверхні кислоти; чим зга поверхня більше, тим повніше і швидше вони закінчуються.

Посилена турбулізація середовища, крім великої поверхні для протікання реакцій, забезпечує також безупинний приплив реагуючих речовин до цієї поверхні і відвід від її продуктів реакції. При досягненні більш високої ефективності перемішування зменшуються кількість кислої смолки, що утвориться, і витрата кислоти, а при постійній витраті кислоти поліпшується ступінь очищення.

Оптимальна тривалість перемішування фракції, що очищається, ВТК із концентрованою кислотою в насосі-змішувачі 2,5 з, гідрокулях 30—40 з і реакторі 4,5— 5,0 хв.

Тривалість перемішування істотно не впливає на ступінь очищення, збільшення її приводить до росту кількості кислої смолки, погіршенню її консистенції (збільшується в'язкість), зв'язаному з цим росту втрат кислоти і продукту, а також наростанню сульфирования ароматичних вуглеводнів. Нижче приведений режим процесу сернокислотной очищення:

Важливою технологічною операцією сернокислотной очищення є регенерація сірчаної кислоти. Якщо не вважати деяких незначних утрат сірчаної кислоти, кислою смолкою, що захоплюється механічно, основна частина її може бути виділена шляхом регенерації в змішувачах, куди подається вода, що зменшує концентрацію сірчаної кислоти і перериває полімеризацію. Вода витрачається в кількості 1,8—2,0 обсяги на 1 обсяг кислоти. При недоліку води знижується вихід регенерованої кислоти і збільшується вихід кислої смолки. Регенерована кислота погано відокремлюється від смолки. Звичайно концентрація регенерованої кислоти складає 40— 50%, а її вихід не менш 70—80%. Образующаяся в процесі сернокислотной очищення кисла смолка, вихід якого коливається від 0,2—0,3 до I — 2%, використовується для виробництва дорожнього в'язких. Склад її в залежності від умов процесу і складу фракції, що очищається, може помітно коливатися, що підтверджується наступними даними:

Загальні втрати при очищенні звичайно 3—5%. У практичних умовах вихід чистих продуктів складає 91—93%від кількості-бензолу, відігнаного до 180°С, що порозумівається значними втратами при переробці головної фракції.

Недоліками сернокислотной очищення є трохи завищені втрати чистих продуктів, утворення відходів виробництва у виді кислої смолки й одержання відпрацьованої (регенерованої) кислоти, застосування якої для виробництва сульфату амонію важко. Але такі достоїнства сернокислотной очищення, як приступність і дешевина реактиву, гнучкість процесу і простота керування їм, невеликі питомі витрати і простота апаратурного оформлення, забезпечують цьому методу широке застосування і майбутність.

На мал. 43 приведена принципова схема безупинної сернокислотной очищення фракції ВТК. Перевагами її є сталість технологічного режиму, зручність обслуговування і можливість дуже інтенсивного перемішування-, що недосяжно в апаратурі періодичної дії великої ємності.

Фракція ВТК надходить у змішувач, а потім у відцентровий насос I, що є також змішувачем, сюди ж подається концентрована сірчана кислота. Тут відбувається процес алкилировапия тиофена з неграничними з'єднаннями фракції. Перед другою групою змішувачів 2 подається присадка для продовження реакції виділення тиофена. Потім суміш надходить у наступну групу змішувачів 2, куди подається вода для регенерації сірчаної кислоти, звідси суміш надходите реактор 3. В усіх попередніх апаратах сумарна тривалість контакту не перевищує звичайно 1 хв, у реакторі — 4—6 хв. Весь наступний ланцюг апаратів призначений для відстою кислоти і кислої смолки, нейтралізації фракції і відстою відпрацьованого лугу.