На правах рукописи

Инграм Илия Шамилевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ 3-хлор-2-метилпропена

И УТИЛИЗАЦИИ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

02.00.13 - Нефтехимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2009

Работа выполнена на кафедре нефтехимии и химической технологии ГОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Хлесткин Рудольф Николаевич

Официальные оппоненты доктор технических наук

Дмитриев Юрий Константинович;

доктор технических наук, профессор

Валитов Раиль Бакирович.

.

Ведущая организация ГОУ ВПО Башкирский государственный университет.

Защита состоится л22 декабря 2009 года в ___ на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.01 при ГОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Автореферат разослан л___ ноября 2009 года.

Ученый секретарь совета Сыркин А.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Перспективным направлением развития нефтехимической отрасли является разработка и внедрение комплексных малоотходных технологий, обеспечивающих повышение энергоэкономичности и экологической безопасности производства. При этом модернизация действующего оборудования и совершенствование существующих технологий является основной целью интенсификации производственных процессов. Большое значение имеет так же разработка технологий использования побочных продуктов производства в качестве нефтехимического сырья.

В настоящее время 3-хлор-2-метилпропен применяется в качестве высокоэффективного инсектицида для обеззараживания зерновых продуктов. Благодаря своей высокой реакционной способности, 3-хлор-2-метилпропен может быть использован в качестве промежуточного продукта при получении широкого ряда соединений, обладающих практически ценными свойствами.

Единственным промышленным способом производства 3-хлор-2-метилпропена является газофазное хлорирование изобутилена при температуре 100-1500С. Процесс сопровождается образованием большого количества хлорорганических отходов (до 18%).

В связи с этим совершенствование способа получения 3-хлор-2-метилпропена, направленное на модернизацию оборудования, интенсификацию производства, и использование побочных продуктов реакции в качестве нефтехимического сырья является весьма актуальной и перспективной задачей.

Цель и задачи работы

Цель работы: совершенствование способа получения 3-хлор-2-метилпропена и разработка возможных вариантов использования побочных продуктов.

В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:

- совершенствование промышленного способа получения 3-хлор-2-метилпропена;

- проведение исследований по использованию побочных продуктов хлорирования изобутилена для получения практически ценных продуктов.

Научная новизна

Исследована реакция гетерофазного хлорирования изобутилена. Установлено, что реакцию целесообразно проводить в среде целевого 3-хлор-2-метилпропена при температуре кипения реакционной смеси и при мольном соотношении реагентов изобутилен:хлор 1,01:1. При этом выход 3-хлор-2-метилпропена повышается с 86,7 до 93,9%, а выход каждого из побочных продуктов снижается более чем на 40%.

Впервые исследован процесс получения композиционной олифы реакцией сополимеризации -метилстирола с дихлоризобутиленами, содержащимися в кубовых отходах производства 3-хлор-2-метилпропена. Установлено, что процесс необходимо проводить при температуре 90-100С, количестве катализатора 1% масс. и времени реакции 8часов.

Практическая ценность

Усовершенствован промышленный реакторный узел хлорирования изобутилена, позволивший повысить селективность процесса на 7,2%.

Впервые разработаны способы использования отходов производства 3-хлор-2-метилпропена для получения продуктов, обладающих практически ценными свойствами:

- олифы композиционной - реакцией -метилстирола с дихлоризобутиленами, содержащимися в кубовых отходах;

- смесевого нематоцида - смешением легких и тяжелых фракций производства 3-хлор-2-метилпропена;

- антикоррозионного гидроизоляционного состава - смешением кубовых остатков процесса с битумом.

Апробация работы

Основные положения диссертационного исследования были представлены в материалах международных научно-технических конференций Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук (г. Уфа, 2008, 2009 гг; вып. №№ 3, 4), XIII Международной научно-технической конференции при XIII специализированной выставке Архитектура. Строительство. Коммунальное хозяйство - 2009 (г. Уфа, 2009 г.) и межвузовских студенческих конференций, проводимых в рамках конференции студентов, аспирантов и молодых учёных УГНТУ (59-я и 60-я конференции; г. Уфа, 2008, 2009 гг).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых журналах в соответствии с перечнем ВАК Минобразования и науки РФ.

Структура диссертации

Работа изложена на 137 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, включая 22 таблиц и 20 рисунков и приложения. Список литературы включает 139 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность диссертационного исследования, посвященного разработке малоотходной технологии производства 3-хлор-2-метилпропена и разработке способов использования побочных продуктов реакции хлорирования изобутилена в качестве нефтехимического сырья.

В первой главе приведён анализ известных методов получения хлорпроизводных алкенов и технологических аспектов переработки отходов хлорорганических производств.

Во второй главе приведены характеристики объектов исследования, методики проведения экспериментов и методы анализа целевых продуктов.

В третьей главе рассмотрены вопросы совершенствования производства 3-хлор-2-метилпропена.

Известно, что при хлорировании изобутилена, наряду с целевым продуктом 3-хлор-2-метилпропеном, образуется ряд побочных продуктов:

При хлорировании избутилена, кроме незначительной конкуренции процессов замещения и присоединения, замещение протекает преимущественно в наиболее реакционноспособное аллильное положение, и лишь в небольшой степени - при ненасыщенном атоме углерода, поэтому хлорирование изобутилена проводят в избытке углеводорода.

Промышленным способом производства 3-хлор-2-метилпропена является газофазное хлорирование изобутилена при температуре 100-150С, времени контакта 1,0-1,5 с и соотношении исходных реагентов (1,0-1,1):1 (изобутилен-хлор). Технология производства 3-хлор-2-метилпропена состоит из следующих стадий:

• Хлорирование изобутилена.
• Конденсация хлорорганики и отпарка хлористого водорода.
• Абсорбция хлористого водорода.
• Ректификация 3-хлор-2-метилпропена (сырца).

При анализе технологии производства 3-хлор-2-метилпропена нами выявлено, что основные недостатки обнаруживаются на стадии газофазного хлорирования изобутилена. По старой схеме реактор хлорирования представляет собой графитовый теплообменник, в верхнюю часть которого вмонтирован смеситель из нержавеющей стали. В процессе эксплуатации этот аппарат из-за температурных напряжений часто выходит из строя в результате образования трещин. Для преодоления этого недостатка нами было предложено осуществлять процесс при более низких температурах в среде жидкого целевого продукта в разработанном нами реакторе. Газообразный изобутилен и хлор поступают в реактор, в котором за счёт испарения части 3-хлор-2-метилпропена происходит съём тепла, и температура поддерживается на уровне 72-80С.

Целевой продукт образуется при введении одного атома хлора, поэтому процесс проводили при некотором избытке изобутилена. С целью определения условий протекания реакции хлорирования, обеспечивающих максимальный выход продукта, нами проведен ряд экспериментов по методу лопыт - точка на лабораторной установке. Изучалось влияние мольного соотношения исходных реагентов в пределах 1,05-1,1:1. Было установлено, что максимальный выход 3-хлор-2-метилпропена достигается при проведении процесса с соотношением изобутилен:хлор, равным 1,01:1. Наибольшее влияние на целенаправленное хлорирование изобутилена оказывает изменение объемной скорости подачи реагентов (рисунок 1).

1 - конверсия хлора;

2 - селективность образования 3-хлор-2-метилпропена (по хлору)

Рисунок 1 - Влияние объемной скорости подачи реагентов на процесс хлорирования изобутилена

Максимум выхода наблюдается при объемной скорости подачи реагентов 980 ч-1. При дальнейшем повышении объемной скорости происходит снижение выхода, что, видимо, связано с недостаточным временем контакта (снижается конверсия хлора). При более низких значения скорости подачи снижается селективность процесса за счет дальнейшего хлорирования или гидрохлорирования монохлорпроизводных изобутилена.

Хлорирование всегда проводят при атмосферном давлении, непрерывно пропуская смесь реагентов через хлоратор. Важнейшей операцией является эффективное смешение исходных реагентов. То есть смеситель является важным конструктивным элементом в технологической схеме хлорирования, поэтому нами разработана новая конструкция смесителя, совмещающая систему смешения исходных газообразных компонентов с барботером для нового реактора (рисунок 2).

I - общий вид смесителя; II - конструкция смесителя;

А - штуцер ввода хлора; Б - штуцер ввода изобутилена;

1 и 3 - соосные патрубки; 2 и 4 - центрирующие втулки; 5 - сужающая втулка; 6 - фторопластовый уплотнительный материал; 7 - накидная гайка; 8 - труба-смеситель; 9 - барботер; 10 - конусная вставка; 11 - поджимное кольцо

Рисунок 2 - Конструкция смесителя

Смеситель состоит из соосных патрубков 1 и 3, сужающей втулки 5, трубыЦсмесителя 8, барботера 9, конусной вставки 10. Для центровки соосных патрубков 1 и 3 предусмотрены центрирующие втулки 2 и 4. Для герметизации смесителя предусмотрены поджимное кольцо 11 и фторопластовый уплотнительный материал 6, для фиксации центрирующих втулок 2 и 4, сужающей втулки 5, а также для сжатия уплотнительного материала 6 предусмотрена накидная гайка 7. Хлор в смеситель подается по патрубку 3, изобутилен поступает по кольцевому зазору между патрубками 1,3.

Смешение газов осуществляется в цилиндрической трубе, к концу которой на резьбе присоединена перфорированная насадка (барботер). Число отверстий в насадке, их диаметр и длина определяются исходя из условий формирования струй газа. Количество отверстий в насадке 180, диаметр отверстий 2 мм, длина отверстий 10 мм.

Для исключения застойных зон в барботере (для выравнивания осевой скорости смеси газов по высоте барботера) в насадку на резьбе вставляется конус, который также сокращает время пребывания газов в смесителе. Было установлено, что для обеспечения нормальной работы смеситель должен быть погружен в жидкость на глубину 450 мм.

Предложенный стальной эмалированный реактор представляет собой емкость объемом 1,6 м3, со смесителем, погруженным в жидкость, с выходом струй газовой смеси в объем жидкости через перфорированный корпус смесителя (рисунок 3). В качестве жидкости, заполняющей реактор, целесообразно использовать 3-хлор-2-метилпропен, температура кипения которого при рабочем давлении составит 72-800С. Стабилизация температуры в аппарате происходит за счет испарения жидкой фазы и возврата флегмы после конденсации отходящих паров.

Реакторный узел работает следующим образом: изобутилен из испарителя при температуре 30-350С и давлении 0,12-0,18 МПа через боковой штуцер подается в кольцевой зазор между трубками смесителя. Хлор из буфера по существующей линии при температуре 10-400С и давлении 0,15-0,18 МПа подается в верхнюю часть смесителя.

1 - эмалированный реактор; 2 - смеситель; 5 - конденсатор;

8 - газосепаратор (фазоразделитель)

Рисунок 3 - Принципиальная схема предлагаемого реакторного узла

Пары хлорорганики из реактора 1 поступают в конденсатор 5 (бывший реактор-хлоратор), охлаждаемый рассолом, и при температуре 200С поступают в фазоразделитель 8. Оттуда несконденсировавшиеся пары хлорорганики направляются в конденсатор 71, охлаждаемый рассолом до минус 280С, а жидкая фаза поступает обратно в реактор 1 для корректировки температурного режима; избыток 3-хлор-2-метилпропена (сырца) направляется в отпарную колонну 6 (рисунок 4). Испытание нового реакционного узла на промышленной установке позволило увеличить выход целевого 3-хлор-2-метилпропена с 86,7 до 93,9%.

1 - реактор, 2 - смеситель, 3 - испаритель изобутилена; 5,71-3,12,14 -конденсаторы; 6 - отпарная колонна; 81-3 - газосепараторы; 9 - абсорбер; 11,13 - ректификационные колонны; 17 - холодильник; 18 - сборник отходов; 4 - буфер хлора; 10 - санитарная колонна; 19 -сборник товарного 3-хлор-2-метилпропена; 15,16 - кипятильники;

- хлор; - изобутилен; II-соляная кислота; IV-отходы; V-3-хлор-2-метилпропен, VI- абгазы, VII-вода, VIII- 1-3% раствор NaOH, IX- сточные воды

Рисунок 4 - Усовершенствованная технологическая схема производства 3-хлор-2-метилпропена

Ниже приводится сравнительный материальный баланс стадии хлорирования изобутилена по существующей и усовершенствованной технологии (таблица 1).

Таблица 1 - Материальный баланс стадии хлорирования изобутилена

Приход	Расход
Состав	кг	% масс	Состав	по существующей технологии	по усовершенствован-ной технологии
кг	%мас	кг	%масс    Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по разным специальностям