Введение к работе
Актуальность работы. Процесс совместного получения фенола и ацетона через гидропероксид кумола является одним из наиболее распространённых крупнотоннажных процессов нефтехимии. Несмотря на то, что процесс впервые был реализован ещё в 1949 году, до настоящего времени ведутся поиски путей его оптимизации и улучшения экономических параметров. Причины указанного вполне понятны – во-первых, на фенольных производствах в мире производится очень большое количество гидропероксида кумола (около 17 млн. т/год). Во-вторых, наблюдается непрерывный и очень значительный рост производства этого продукта (5-6% отн./год). В-третьих, даже в лучших технологиях окисления кумола технические показатели и, в первую очередь, достигнутый уровень селективности и низкая конверсия кумола не удовлетворяют производителей фенола и ацетона. Другие стадии фенольного процесса к настоящему времени достигли очень высокой и теоретически предельно возможной селективности, поэтому единственным направлением увеличения экономических показателей всего процесса в целом является стадия окисления кумола – первое звено цепочки процесса совместного получения фенола и ацетона. Прямая взаимозависимость конверсии кумола и селективности, скорости окисления и конструкции реакторов, полное отсутствие успехов в поиске промышленных катализаторов окисления кумола – всё это заставляет исследователей всё глубже и глубже рассматривать существующие представления о механизме и кинетике окисления кумола.
Цель работы заключалась в рассмотрении процесса окисления кумола, протекающего на границе раздела фаз газ-жидкость и за счёт растворённого в жидкой фазе кислорода, а также в рассмотрении влияния образующихся кислот и альдегидов на взаимосвязь между селективностью и концентрацией ГПК и разработка на основе полученных данных более эффективной технологии окисления кумола.
Научная новизна. Экспериментально установлены зависимости между размером газовых пузырей, газосодержанием и скоростью всплытия от давления в реакторе и скорости подачи воздуха в реактор.
Рассмотрено влияние некоторых технологических параметров на селективность процесса окисления кумола кислородом воздуха, а именно: давления, скорости подачи окисляющего агента и концентрации кислорода в окисляющем агенте.
Показано, что окисление кумола протекает по двум направлениям: за счёт кислорода, растворённого в жидкой фазе, и кислородом, находящимся на границе раздела фаз газ-жидкость.
Установлено, что соотношение количества ГПК, образующегося по каждому из направлений, значительно меняется при различном давлении.
Выявлено, что образование ГПК за счёт растворённого в жидкой фазе кислорода протекает с низкой селективностью, в то время как окисление кислородом на границе раздела фаз, напротив, является высокоселективным.
Проведено сравнение полученных кинетических параметров реакции окисления кумола, протекающей на границе раздела фаз газ-жидкость и с участием растворённого в жидкой фазе кислорода.
Экспериментально показано, что с ростом концентрации ГПК происходит увеличение концентрации кислот и альдегидов, которые, в свою очередь, приводят к увеличению доли реакций расходования ГПК на образование нецелевых продуктов. В результате чего происходит падение конверсии и селективности процесса.
Разработана усовершенствованная технология, позволяющая увеличить скорость образования ГПК, конверсию кумола и селективность процесса.
Практическая ценность и реализация работы.
1. Разработан и обоснован принцип проведения промышленного процесса окисления кумола, позволяющий достичь высоких значений селективности и скорости окисления.
2. Предложена конструкция реакторов барботажного окисления, позволяющая повысить селективность и скорость окисления кумола.
3. Разработан промышленный метод, позволяющий проводить окисление при высоких значениях конверсии кумола без значительных потерь селективности.
Техническая документация с разработанной усовершенствованной технология окисления кумола с отмывкой оксидата между реакторами передана для реконструкции завода с наращением мощности с 60 до 90 тысяч тонн фенола /год для проектирования и последующего внедрения на заводе.
На защиту выносятся:
1. Экспериментальные доказательства протекания реакции окисления кумола по двум независимым направлениям – на границе раздела фаз газ-жидкость и за счёт растворённого в жидкой фазе кислорода.
2. Кинетические и энергетические параметры процесса окисления кумола с учётом двух направлений протекания реакции.
3. Особенности влияния некоторых продуктов окисления, образующихся в процессе окисления кумола, на «предельную» концентрацию кумилгидропероксида и тесную взаимосвязь между селективностью процесса окисления кумола и концентрацией кумилгидропероксида
4. Новый подход к реализации промышленного процесса окисления кумола.
Апробация работы и публикации. Часть используемого в данной работе материала докладывалась на международной Конференции AIChE Spring National Meeting, New Orleans, La., March 10-14, 2002. По материалам диссертационной работы опубликованы 2 статьи – в одном из ведущих рецензируемых журналов, входящих в перечень ВАК, получен 1 патент США.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, выводов и библиографического списка, включающего 98 ссылок на отечественных и зарубежных авторов (на 10 страницах), 4 приложений (на 7 страницах). Работа изложена на 138 странице машинописного текста и содержит 12 таблиц, 36 рисунков.
Похожие диссертации на Новые пути улучшения показателей процесса получения кумилгидропероксида
