способ разделения алкилата, полученного при алкилировании бензола -олефинами фракции c12-c14 в присутствии катализатора

Формула изобретения

Способ разделения алкилата, полученного при алкилировании бензола -олефинами фракции c12-c14 в присутствии катализатора, патент № 2393142" SRC="/images/patents/69/2393014/945.gif" BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -олефинами фракции C₁₂-C₁₄ в присутствии катализатора, включающий разделение на смеси из бензола и воды и из моноалкилбензола и полиалкилбензола с последующей ректификацией каждой смеси, отличающийся тем, что разделение алкилата на смеси осуществляют в первой ректификационной колонне непрерывного действия при флегмовом числе от 5 до 15 и числе теоретических тарелок от 10 до 20, при этом в дистиллят выделяют смесь бензола и воды, которую направляют во вторую ректификационную колонну, а кубовый остаток, содержащий смесь моноалкилбензола и полиалкилбензола, направляют в третью ректификационную колонну, причем во второй ректификационной колонне периодического действия из смеси бензола и воды при флегмовом числе от 0,5 до 20, числе теоретических тарелок от 5 до 10 и времени отбора от 1 до 3 ч выделяют в дистиллят азеотропную смесь бензола и воды, которую возвращают во вторую колонну вместе с подаваемой смесью бензола и воды для последующего разделения, а в кубовый остаток - бензол, в третьей ректификационной колонне непрерывного действия из смеси моноалкилбензола и полиалкилбензола при флегмовом числе от 10 до 20, числе теоретических тарелок от 8 до 20 и остаточном давлении от 5 до 20 мм рт.ст. выделяют в дистиллят моноалкилбензол, а в кубовый остаток - полиалкилбензол.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, а именно к способам разделения трудноразделимых смесей, содержащих моноалкилбензол и полиалкилбензол, и может быть использовано в технологиях основного органического синтеза.

При алкилировании бензола -олефинами фракции c12-c14 в присутствии катализатора, патент № 2393142" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -олефинами фракции С₁₂-С₁₄ в присутствии катализатора в виде комплексного соединения хлорида алюминия, толуола и хлористого водорода получают алкилат, представляющий собой смесь компонентов из бензола, воды, моноалкилбензола (МАБ) и полиалкилбензола (ПАБ). Сложность разделения на целевые МАБ и ПАБ обусловлена наличием термодинамических ограничений вследствие присутствия азеотропной смеси бензола и воды с минимальной температурой кипения.

Известен способ разделения алкилата путем ректификации в пяти ректификационных колоннах непрерывного действия. При этом в первой ректификационной колонне в дистиллят выделяют смесь бензола и воды и направляют ее в фазоразделитель, в котором нижний водный слой отводят в канализацию, а верхний органический слой, содержащий бензол, разделяют на два потока: один из них возвращают в первую ректификационную колонну в качестве флегмы, а второй - направляют в производство алкилата. Кубовый остаток первой ректификационной колонны, содержащий МАБ в виде смеси из этилбензола, изопропилбензола, бутилбензола, ПАБ и смолы, направляют во вторую ректификационную колонну, где при остаточном давлении 190-200 мм рт.ст. в дистиллят выделяют МАБ, в частности смесь этилбензола, изопропилбензола, бутилбензола, а в кубовый остаток - смесь ПАБ и смол, которую направляют в третью ректификационную колонну, где при остаточном давлении 50 мм рт.ст. в дистиллят выделяют ПАБ, а в кубовый остаток - смолы. Для разделения МАБ из второй ректификационной колонны дистиллят направляют в четвертую ректификационную колонну, в которой в дистиллят выделяют этилбензол, а кубовый остаток, содержащий смесь изопропилбензола и бутилбензола, направляют в пятую ректификационную колонну, где при остаточном давлении 420-450 мм рт.ст. выделяют в дистиллят изопропилбензол, а в кубовый остаток - бутилбензол (Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. М.: Химия, 1968. - С.244-245).

Недостатками описанного способа являются высокие энергетические затраты, обусловленные сложностью технологического процесса разделения алкилата в пяти колоннах, и наличие смол в качестве отходов производства, загрязняющих окружающую среду.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ разделения алкилата, полученного при алкилировании бензола -олефинами фракции c12-c14 в присутствии катализатора, патент № 2393142" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -олефинами фракции C₁₂-С₁₄ в присутствии катализатора, включающий разделение на смеси из бензола и воды и из моноалкилбензола и полиалкилбензола с последующей ректификацией каждой смеси. При этом разделение на смеси осуществляют путем подачи алкилата из отстойника в испаритель, затем в фазоразделитель, в котором отгоняют смесь, содержащую бензол с небольшими примесями воды, которую после охлаждения подают в ректификационную колонну непрерывного действия. Данная смесь содержит 70-90% входящего в состав алкилата бензола. В ректификационной колонне в дистиллят выделяют азеотропную смесь бензола и воды, которая является отходом производства, а в кубовый остаток - бензол, возвращаемый в производство. Смесь из фазоразделителя, содержащую остатки бензола, воду, МАБ и ПАБ, подают в роторный пленочный испаритель, в котором отделяют смесь бензола и воды с дальнейшей подачей в ректификационную колонну, а смесь МАБ и ПАБ подают на разделение в другую ректификационную колонну непрерывного действия, причем в дистиллят выделяют целевой МАБ, а в кубовый остаток - ПАБ и продукты осмоления, которые являются отходом производства и направляются на сжигание (Замятина З.Н., Комарова Л.Ф. Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду (экологическая оценка). - Барнаул: изд-во Азбука, 2002. С.147-157).

Недостатками описанного способа являются низкий выход МАБ, обусловленный потерями при ректификации в результате осмоления, и бензола вследствие того, что его определенное количество в составе азеотропной смеси бензола и воды в качестве отходов направляют на сжигание, сложность аппаратурного оформления, вызванная необходимостью существования большого количества вспомогательного оборудования, наличие отходов производства в виде азеотропной смеси бензола с водой и смол, загрязняющих окружающую среду, и высокие энергетические затраты, обусловленные проведением ректификации в непрерывном режиме.

Предлагаемым изобретением решается задача увеличения выхода МАБ, получения дополнительного целевого продукта - ПАБ, увеличения выхода возвращаемого в производство алкилата сырьевого продукта - бензола, упрощения аппаратурного оформления, снижения загрязнения окружающей среды и уменьшения энергетических затрат процесса разделения алкилата.

Для получения данного технического результата в предлагаемом способе разделения алкилата, полученного при алкилировании бензола -олефинами фракции c12-c14 в присутствии катализатора, патент № 2393142" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -олефинами фракции С₁₂-С₁₄ в присутствии катализатора, включающем разделение на смеси из бензола и воды и из моноалкилбензола и полиалкилбензола с последующей ректификацией каждой смеси, разделение на смеси осуществляют в первой ректификационной колонне непрерывного действия при флегмовом числе от 5 до 15 и числе теоретических тарелок от 10 до 20, при этом в дистиллят выделяют смесь бензола и воды, которую направляют во вторую ректификационную колонну, а кубовый остаток, содержащий смесь моноалкилбензола и полиалкилбензола, направляют в третью ректификационную колонну, причем во второй ректификационной колонне периодического действия из смеси бензола и воды при флегмовом числе от 0,5 до 20, числе теоретических тарелок от 5 до 10 и времени отбора от 1 до 3 ч выделяют в дистиллят азеотропную смесь бензола и воды, которую возвращают во вторую колонну вместе с подаваемой смесью бензола и воды для последующего разделения, а в кубовый остаток - бензол, в третьей ректификационной колонне непрерывного действия из смеси моноалкилбензола и полиалкилбензола при флегмовом числе от 10 до 20, числе теоретических тарелок от 8 до 20 и остаточном давлении от 5 до 20 мм рт.ст. выделяют в дистиллят моноалкилбензол, а в кубовый остаток - полиалкилбензол.

Увеличение выхода МАБ, получение дополнительного целевого продукта - ПАБ, увеличение выхода возвращаемого в производство алкилата сырьевого продукта - бензола, упрощение аппаратурного оформления, снижение загрязнения окружающей среды и уменьшение энергетических затрат процесса разделения алкилата достигается оптимизацией режимов разделения и обеспечивается за счет того, что разделение алкилата на смеси осуществляют в первой ректификационной колонне непрерывного действия при флегмовом числе от 5 до 15 и числе теоретических тарелок от 10 до 20, при этом в дистиллят выделяют смесь бензола и воды, которую направляют во вторую ректификационную колонну, а кубовый остаток, содержащий смесь моноалкилбензола и полиалкилбензола, направляют в третью ректификационную колонну, причем во второй ректификационной колонне периодического действия из смеси бензола и воды при флегмовом числе от 0,5 до 20, числе теоретических тарелок от 5 до 10 и времени отбора от 1 до 3 ч выделяют в дистиллят азеотропную смесь бензола и воды, которую возвращают во вторую колонну вместе с подаваемой смесью бензола и воды для последующего разделения, а в кубовый остаток - бензол, в третьей ректификационной колонне непрерывного действия из смеси моноалкилбензола и полиалкилбензола при флегмовом числе от 10 до 20, числе теоретических тарелок от 8 до 20 и остаточном давлении от 5 до 20 мм рт.ст. выделяют в дистиллят моноалкилбензол, а в кубовый остаток - полиалкилбензол.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема разделения алкилата, полученного при алкилировании бензола -олефинами фракции c12-c14 в присутствии катализатора, патент № 2393142" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -олефинами фракции C₁₂-C₁₄ в присутствии катализатора.

Разделение алкилата F на смеси осуществляют в первой ректификационной колонне 1 непрерывного действия при флегмовом числе от 5 до 15 и числе теоретических тарелок от 10 до 20. При этом в дистиллят D₁ выделяют смесь бензола и воды, которую направляют в ректификационную колонну 2, а кубовый остаток W₁, содержащий смесь МАБ и ПАБ, направляют в ректификационную колонну 3. Выделение дистиллята D₁ в ректификационной колонне 1 оптимально проводят при флегмовом числе от 5 до 15 и числе теоретических тарелок от 10 до 20. При снижении флегмового числа менее 5 и уменьшении числа теоретических тарелок менее 10 ухудшается качество дистиллята вследствие загрязнения МАБ. При увеличении флегмового числа более 15 и числа теоретических тарелок более 20 увеличиваются энергетические затраты в ректификационной колонне 1. Во второй ректификационной колонне 2 периодического действия из смеси D₁ бензола и воды при флегмовом числе от 0,5 до 20, числе теоретических тарелок от 5 до 10 и времени отбора от 1 до 3 ч выделяют в дистиллят D₂ азеотропную смесь бензола и воды, которую направляют в промежуточную емкость (не показана) и после 4-5 разгонок возвращают во вторую колонну 2 вместе с подаваемой смесью D₁ бензола и воды для последующего разделения, а в кубовый остаток W₂ выделяют бензол, который направляют как сырьевой продукт в производство алкилата.

Выделение дистиллята D₂ во второй ректификационной колонне 2 оптимально проводят при флегмовом числе от 0,5 до 20, числе теоретических тарелок от 5 до 10 и времени отбора от 1 до 3 ч. Уменьшение флегмового числа менее 0,5, сокращение числа теоретических тарелок менее 5 и времени отбора менее 1 ч приведет к ухудшению качества сырьевого бензола вследствие его загрязнения МАБ. Увеличение флегмового числа более 20, числа теоретических тарелок более 10 и времени отбора более 3 ч приведет к увеличению энергетических затрат в ректификационной колонне 2.

В третьей ректификационной колонне 3 непрерывного дейстивия из смеси W₁ МАБ и ПАБ при флегмовом числе от 10 до 20, числе теоретических тарелок от 8 до 20 и остаточном давлении от 5 до 20 мм рт.ст. выделяют в дистиллят D₃ - МАБ, а в кубовый остаток W₃ - ПАБ.

Выделение дистиллята D₃ в третьей ректификационной колонне 3 оптимально проводят при флегмовом числе от 10 до 20, числе теоретических тарелок от 8 до 20 и остаточном давлении от 5 до 20 мм рт.ст. Уменьшение флегмового числа менее 10, числа теоретических тарелок менее 8 и увеличение остаточного давления более 20 мм рт.ст. приводит у снижению качества дистиллята вследствие загрязнения его ПАБ. Увеличение флегмового числа более 20, числа теоретических тарелок более 20 и уменьшение остаточного давления менее 5 мм рт.ст. приводит к повышению энергетических затрат в ректификационной колонне 3.

Пример 1 (оптимальные значения параметров). Для разделения алкилата, полученного при алкилировании бензола -олефинами фракции c12-c14 в присутствии катализатора, патент № 2393142" SRC="" height=100 BORDER="0" ALIGN="absmiddle"> -олефинами фракции С₁₂-С₁₄ в присутствии катализатора и представляющего собой смесь из 47,45 мас.% МАБ; 3,87 мас.% ПАБ; 48,50 мас.% бензола и 0,18 мас.% воды, направляют в первую ректификационную колонну 1 непрерывного действия, которая работает при атмосферном давлении, флегмовом числе 10, числе теоретических тарелок 15. В дистиллят выделяют смесь 99,64 мас.% бензола и 0,36 мас.% воды, которую направляют во вторую ректификационную колонну 2. Кубовый остаток, содержащий смесь МАБ и ПАБ, направляют в третью ректификационную колонну 3. Причем во второй ректификационной колонне 2 периодического действия из смеси 99,64 мас.% бензола и 0,36 мас.% воды при флегмовом числе 10, числе теоретических тарелок 8 и времени отбора 2 ч выделяют в дистиллят азеотропную смесь бензола и воды, которую направляют в промежуточную емкость и после 4-5 разгонок возвращают во вторую колонну 2 вместе с подаваемой смесью бензола и воды для последующего разделения. Кубовый остаток, содержащий не менее 95 мас.% бензола, направляют как сырьевой продукт в производство алкилата. В третьей ректификационной колонне 3 непрерывного действия из смеси МАБ и ПАБ при флегмовом числе 15, числе теоретических тарелок 15 и остаточном давлении 10 мм рт.ст. выделяют в дистиллят 99,99% МАБ, а в кубовый остаток - ПАБ.

Качество МАБ соответствует ТУ-2414-001-27727329-2000.

Пример 2 (верхняя граница параметров). Разделение алкилата осуществляют по примеру 1, но при флегмовом числе 15 в первой ректификационной колонне 1 непрерывного действия, числе теоретических тарелок 20. При этом в дистиллят выделяют смесь из 99,85 мас.% бензола и 0,15 мас.% воды, которую направляют во вторую ректификационную колонну 2. Кубовый остаток, содержащий смесь МАБ и ПАБ, направляют в третью ректификационную колонну 3. Причем во второй ректификационной колонне 2 периодического действия из смеси 99,85 мас.% бензола и 0,15 мас.% воды при флегмовом числе 20, числе теоретических тарелок 10 и времени отбора 3 часа выделяют в дистиллят азеотропную смесь бензола и воды, которую направляют в промежуточную емкость и после 4-5 разгонок возвращают во вторую колонну 2 вместе с подаваемой смесью бензола и воды для последующего разделения. Кубовый остаток, содержащий не менее 95 мас.% бензола, направляют как сырьевой продукт в производство алкилата. В третьей ректификационной колонне 3 непрерывного действия из смеси МАБ и ПАБ при флегмовом числе 20, числе теоретических тарелок 20 и остаточном давлении 20 мм рт.ст. выделяют в дистиллят 99,97% МАБ, а в кубовый остаток - ПАБ.

Качество МАБ соответствует ТУ-2414-001-27727329-2000.

Пример 3 (нижняя граница параметров). Разделение алкилата осуществляется по примеру 1, но при флегмовом числе 5 в первой ректификационной колонне 1 непрерывного действия, числе теоретических тарелок 10. При этом в дистиллят выделяют смесь из 99,42 мас.% бензола и 0,58 мас.% воды, которую направляют во вторую ректификационную колонну 2. Кубовый остаток, содержащий смесь МАБ и ПАБ, направляют в третью ректификационную колонну 3. Причем во второй ректификационной колонне 2 периодического действия из смеси 99,42 мас.% бензола и 0,58 мас.% воды при флегмовом числе 0,5, числе теоретических тарелок 5 и времени отбора 1 час выделяют в дистиллят азеотропную смесь бензола и воды, которую направляют в промежуточную емкость и после 4-5 разгонок возвращают во вторую колонну 2 вместе с подаваемой смесью бензола и воды для последующего разделения. Кубовый остаток, содержащий не менее 93 мас.% бензола, направляют как сырьевой продукт в производство алкилата. В третьей ректификационной колонне 3 непрерывного действия из смеси МАБ и ПАБ при флегмовом числе 10, числе теоретических тарелок 8 и остаточном давлении 5 мм рт.ст. выделяют в дистиллят 99,96% МАБ, а в кубовый остаток - ПАБ.

Качество МАБ соответствует ТУ-2414-001-27727329-2000.

Пример 4 (за границами предлагаемых параметров). Разделение алкилата осуществляют по примеру 1, но при флегмовом числе 1 в первой ректификационной колонне 1 непрерывного действия, числе теоретических тарелок 5. В дистиллят выделяют смесь из 97,06 мас.% бензола, 0,36 мас.% воды и 2,58 мас.% МАБ, которую направляют во вторую ректификационную колонну 2. Кубовый остаток, содержащий смесь МАБ и ПАБ, направляют в третью ректификационную колонну 3. Причем во второй ректификационной колонне 2 периодического действия из смеси 97,06 мас.% бензола, 0,36 мас.% воды и 2,58 мас.% МАБ при флегмовом числе 0,1, числе теоретических тарелок 5 и времени отбора 0,5 часа выделяют в дистиллят азеотропную смесь бензола и воды, которую направляют в промежуточную емкость и после 4-5 разгонок возвращают во вторую колонну 2 вместе с подаваемой смесью бензола и воды для последующего разделения. Кубовый остаток, содержащий не менее 90 мас.% бензола и 10 мас.% МАБ, направляют как сырьевой продукт в производство алкилата. В третьей ректификационной колонне 3 непрерывного действия из смеси МАБ и ПАБ при флегмовом числе 5, числе теоретических тарелок 5 и остаточном давлении 5 мм рт.ст. выделяют в дистиллят 95,64% МАБ и 4,36% ПАБ, при этом качество МАБ ниже установленного в ТУ-2414-001-27727329-2000, равно 98%, а в кубовый остаток - ПАБ.

Увеличение параметров выше оптимальных при работе каждой из трех ректификационных колонн приводит к необоснованному увеличению энергетических затрат на проведение процесса для сохранения качества МАБ, соответствующего требованиям ТУ-2414-001-27727329-2000.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит увеличить выход МАБ, получить дополнительный целевой продукт - ПАБ, увеличить выход возвращаемого в производство алкилата сырьевого продукта - бензола, упростить аппаратурное оформление, снизить загрязнения окружающей среды и энергетические затраты процесса разделения алкилата.