способ десублимации фталевого ангидрида из фталовоздушной смеси

Формула изобретения

Способ десублимации фталевого ангидрида из фталовоздушной смеси путем ее охлаждения инертным хладагентом при противоточном движении, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют полиметилсилоксановую жидкость и процесс осуществляют в тарельчатой колонне при 42-50^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способам выделения фталевого ангидрида из реакционных газов в результате окисления ароматических углеводородов. Фталевый ангидрид находит широкое применение в лакокрасочной промышленности.

Известен способ улавливания фталевого ангидрида методом сублимационной конденсации в конденсаторах намораживания, где происходит охлаждение контактных газов ниже точки росы и осаждение кристаллов фталевого ангидрида, выделившихся в процессе сублимации /Гуревич Д.А. "Фталевый ангидрид". М. Химия, 1968 г., стр. 125-130/.

Недостатком этого способа является снижение производительности процесса улавливания фталевого ангидрида во времени из-за ухудшения теплообмена в конденсаторе. Через 5 часов работы аппарата степень улавливания фталевого ангидрида снижается примерно на 10% и ускоряется процесс улавливания побочных продуктов реакции (малеиновый ангидрид, 1,4-нафтохинон и др.). Во избежание снижения качества продукта-сырца устанавливают дополнительные конденсаторы намораживания, что связано с большими материальными затратами. Кроме того, наличие примесей усложняет дальнейшую очистку сырца на стадиях термодесорбции и дистилляции.

Аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения выбран способ десублимации фталевого ангидрида в аппарате с ребристыми трубками, охлаждаемыми водой, подаваемой противотоком по отношению к движению фталовоздушной смеси (SU 1.544.764).

Недостатком известного способа является сложность аппаратурного оформления и недостаточный выход чистого фталевого ангидрида. Это связано с тем, что при улавливании фталевого ангидрида происходит накопление продукта на внутренней поверхности трубок, из-за чего ухудшаются условия теплообмена и уменьшается производительность процесса. Для обеспечения непрерывности процесса улавливания фталевого ангидрида необходима установка одного или нескольких дополнительных, в зависимости от мощности производства фталевого ангидрида, аппаратов, что усложняет технологическую схему процесса.

Кроме того, для извлечения сконденсировавшегося на трубках аппарата фталевого ангидрида требуется дополнительный подвод тепла для расплавления твердого продукта, что ведет к дополнительным энергозатратам.

В известном способе в процессе десублимации наряду с фталевым ангидридом конденсируются побочные продукты реакции (1,4-нафтохинон, малеиновый ангидрид и др. ), что усложняет дальнейшую очистку сырого фталевого ангидрид и приводит к уменьшению выхода чистого фталевого ангидрида.

Технический результат данного изобретения заключается в уменьшении расхода ПМС жидкости, снижение энерготехнологических потерь, улучшение экологичности процесса за счет снижения вредных примесей в отходящих газах.

Для достижения технического результата в способе десублимации фталевого ангидрида из фталовоздушной смеси путем ее охлаждения инертным хладагентом - полиметилсилоксановой жидкостью процесс охлаждения проводят при противоточном движении полиметилсилоксановой жидкости в тарельчатой колонне.

Сущность изобретения поясняется следующим образом.

При проведении процесса охлаждения ФВС при противоточном движении ПМС жидкости в тарельчатой колонне происходит непосредственный контакт ФВС и ПМС жидкости, что способствует повышению тепло- и массообмена.

При противоточном движении ПМС жидкости в тарельчатой колонне происходит постепенное охлаждение ФВС, что способствует более полному процессу десублимации не только фталевого ангидрида (ФА), но и практически всех примесей, в основном малеинового ангидрида и нафтохинона.

На чертеже приведена технологическая схема установки для осуществления способа.

Установка содержит тарельчатую колонну 1 с расположенными внутри нее тарелками, соединенную со сборником суспензии ФА и ПМС жидкости 2. Насос 3 соединен со сборником суспензии 2, с холодильником 4 и теплообменником 5. Теплообменник 5 соединен сепаратором 6, предназначенным для отделения масла от кристаллического фталевого ангидрида.

Способ десублимации ФА осуществляется следующим образом. ФВС с температурой 160-190^oC под давлением 3000-6000 Па из контактного отделения подают в десублимационную тарельчатую колонну 1 под нижнюю тарелку. Противотоком на верхнюю тарелку подается суспензия ФА в ПМС жидкости, охлажденная до температуры не ниже 42^oC. В колонне 1 происходит охлаждение ФВС и десублимация ФА при непосредственном контакте с охлажденной ПМС. Благодаря противотоку процесс охлаждения происходит постепенно, а в процессе десублимации происходит выделение не только ФА, но и практически всех примесей - малеинового ангидрида и нафтохинонов. В результате содержание фталевого ангидрида, малеинового ангидрида и нафтохинонов в хвостовых газах не превышает нормы ПДВ и их дальнейшая очистка не нужна.

Температура подаваемой на десублимационную колонну суспензии ФА в ПМС не должна превышать 42^oC, т.к. при охлаждении ФВС ниже этой температуры происходит конденсация воды с образованием фталевой кислоты, что приведет к уменьшению степени улавливания фталевого ангидрида.

Суспензия ФА в ПМС выходит из колонны 1 с температурой 60-90^oC и поступает в сборник 2, откуда подается насосом 3 в холодильник 4, где охлаждается до температуры 42-50^oC и поступает на верх колонны 1. Часть суспензии (10-15% от массы) поступает в нагреватель 5, в котором подогревается до температуры 135-150^oC и далее в разделитель 6, где ФА плавится. В разделителе 6 происходит разделение жидкого фталевого ангидрида и ПМС. Расплавленный сырой ФА непрерывно поступает из разделителя в сборник сырого ангидрида и далее на дальнейшую переработку.

Горячая ПМС с температурой 135-150^oC поступает в сборник 2 и направляется в холодильник 4.

Используемая полиметилсилоксановая жидкость имеет следующие свойства:

Марка ПМС-100

Вязкость при 20^oC, сСт - 95-100

Температура кипения при 1-3 мм рт.ст., ^oC - 300

Температура вспышки, ^oC - 300

Плотность, г/см³ - 0,98

Средняя теплоемкость /300-1000^oC/, ккал/кгград - 0,39

Использование десублимационной колонны очень выгодно, т.к. гидравлическое сопротивление не более 1,50-2,0 кПа и расходы на перекачку ФВС в 2-3 раза ниже, чем у известного способа. Кроме того, теплообмен в колонне более эффективен, благодаря чему расход фталовоздушной смеси на 1 кг ПМС составляет 0,30-0,35 нм³/кг, что на 20-25% больше, чем в прототипе. В свою очередь, это дает 20- 22,5%-ную экономию свежей ПМС.

Подача в разделитель всей суспензии, выходящей из смесителя экономически и технологически не выгодна из-за большого количества тепла, необходимого для нагрева всей суспензии. Подача 10-15% от всей циркулирующей суспензии является достаточной для процесса разделения, а нагрев такого количества суспензии до 140-150^oC позволяет сэкономить в 3-5 раз больше тепла по сравнению с тем, если бы нагревали 100% суспензии.

Расход суспензии меньше 10% от всей массы циркулирующей суспензии приводит к ухудшению процесса разделения ФА и ПМС, а увеличение расхода суспензии >15% нецелесообразно.

Приведенный интервал температур 160-190^oC соответствует температурам ФВС, выходящей из холодильника на действующих заводах фталевого ангидрида. Уменьшение температуры ФВС менее 160^oC приводит к преждевременной десублимации ФА и отложении его на стенках подводящих трубопроводов. При увеличении температуры ФВС >190^oC снижается производительность газовых холодильников по рекуперации тепла контактных газов, а также возможно образование смолистых веществ, что уменьшает степень улавливания ФА.

Уменьшение давления ФВС на Входе в колонну 1 ниже 3000 Па приводит к уменьшению производительности процесса десублимации ФА, а увеличение давления выше 6000 Па ухудшает процесс массообмена в колонне и уменьшает, таким образом, степень улавливания ФА.

Пример конкретной реализации процесса.

ФВС с температурой 170^oC в количестве 30000 нм³/ч под давлением 600 мм вод. ст. поступает в колонну 1. Противотоком из холодильника 4 подается суспензия с температурой 400^oC. Из колонны 1 суспензия с температурой 80^oC направляется в промежуточный сборник 2, откуда насосом перекачивается в холодильник 4 (85% от массы суспензии) и в теплообменник 5 (15% от массы суспензии). В сепараторе 6 при температуре 138^oC происходит плавление ФА и отделение его от ПМС. Определение содержания масла во ФА, отобранном из нижней части сепаратора 6 показало следовые количества масла - 0,001%.

Степень улавливания ФА - 99,8% при расходе ФВС 0,35 нм³ на 1 кг ПМС.

Состав отходящих газов, г/нм³: ФА - 0.05, малеиновый ангидрид - 0.04, 1,4-нафтохинон - 0.03.

Уменьшение потерь ФА и улучшение качества ФА по сравнению с известными способами достигается за счет отсутствия перегревов ФА при плавлении, которые приводят к частичному разложению ФА с образованием примесей.