СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРМЕТИЛА Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Х

И

М

И

Ч

Е

С

К

И

Е

НАУКИ

УДК 661.723-13

А.А. Вернигора

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРМЕТИЛА

В статье описывается реализованный в промышленности процесс получения хлорметила (хлористого метила). В статье предложен один из способов модернизации действующей установки путем видоизменения стадии подготовки сырья и реорганизации реакторного узла. Данное решение позволит решить сразу несколько существующих проблем этого процесса.

Ключевые слова: хлорметил, хлористый метил, метанол, жидко-фазное гидрохлорирование.

Хлористый метил широко применяют в промышленности, в основном в качестве метилирующего агента в производстве диметилдихлорсилана и других силанов, тетраметилсвинца, метилцеллюлозы, метилмеркаптана. Также в больших количествах он используется как растворитель в процессе получения бутилкаучуков [1].

Потребность в хлористом метиле в России на сегодняшний день составляет 150 тыс. тонн в год, и эта цифра будет увеличиваться по мере восстановления мощностей отечественных предприятий.

Рассматриваемый нами процесс получения хлористого метила основан на жидкофазном взаимодействии метилового спирта и хлористого водорода. Образование хлорметила протекает в одну стадию по реакции:

сн3он+нс1 —сн3а+н2о

Стадия синтеза проводится в реакторе, который представляет собой стальной или графитовый цилиндрический аппарат со съемной крышкой, внутри гуммирован и футерован диабазовой плиткой. На производстве установлен каскад из трех реакторов, суммарный объем которых равен 18,4 м3.

В ходе проведения структурно-функционального анализа производства были обнаружены следующие недостатки:

1) маленькая конверсия хлористого водорода;

© Вернигора А.А., 2020.

Научный руководитель: Небыков Денис Николаевич - кандидат химических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, Россия.

ISSN 2223-4047

Вестник магистратуры. 2020. № 3-2 (102)

2) образование на всех стадиях процесса производства абгазов, содержащих хлористый метил;

3) образование в процессе производства большого количества сточных вод, в том числе и химически загрязненных;

4) длительная и громоздкая стадия подготовки сырья.

С целью устранения вышеперечисленных проблем, на основании патента японской исследовательской группы, было предложено усовершенствование производства посредством видоизменения стадии подготовки сырья и реорганизации реакторного узла [2]. Реакторный узел будет представлять собой каскад, состоящий из 2 барботажных реакторов, вместо 3-ёх используемых на производстве. Для сокращения времени получения целевого продукта предлагается насыщать метанол хлористым водородом непосредственно в реакторе первой ступени. Были пересмотрены соотношения реагентов. На первой ступени процесс протекает в незначительном избытке хлористого водорода, а в реакторе второй ступени путем добавления дополнительного количества метанола достигается уже избыток метанола по отношению к хлористому водороду. Таким образом, удаётся достичь почти полной конверсии хлористого водорода, при сохранении значения конверсии метанола, также уменьшить образование отходов производства, упростить стадию подготовки сырья, уменьшить время получения продукта. Также пропадает необходимость многоступенчатой стадии отмывки хлористого метила от кислых примесей, что упрощает стадию выделения.

Таблица 1

Сравнение параметров способа промышленного аналога и усовершенствованного _способа получения хлористого метила_

Параметр процесса Рассматриваемый «прототип» Новый способ

Время на получение продукта 7-8 ч 3-5 ч

Температура процесса о 90-115 С о 100-120 С

Соотношение реагентов CH3OH:HCI=1:3,0-4,0 1 ступень: CHзOH/HCI=0,9:1 2 ступень: CH3OH/HCI= 1,1:1

Степень конверсии по HCl Хь=31% Хь=99,2%

Организация реакторного узла Каскад трех реакторов РПС Каскад двух реакторов РПС с дифференцированной дозировкой реагентов в каждый реактор

Метанол с температурой 25°С из емкости поз. Е-1 подается насосом Н-1 в реактор Р-1. Хлористый водород, содержащий до 20% инертов, по трубопроводу поступает на мембранную очистку М-1,2 от хлора и водорода [3]. Выделенные сопутствующие газы поступают в линию возврата в цех-изготовитель. Очищенный хлористый водород по барботерам, поступает в реактор первой ступени Р-1. Температура в реакторе 100-110°С поддерживается с помощью выносного кипятильника Т-1 и регулируется за счет подачи в межтрубное пространство кипятильника пара с избыточным давлением (0,60±0,05) МПа. Образующаяся парогазовая смесь, содержащая пары метанола, хлористого водорода и воды, по обогреваемому трубопроводу подается через барботеры в реактор второй ступени Р-2. Жидкая фаза из реактора Р-1 через гидрозатвор подается по теплоизолированному трубопроводу в нижний штуцер реактора Р-2. В верхний штуцер реактора Р-2 подается по сифону метанол насосом Н-2.

Температура в реакторе 110-120°С поддерживается циркуляцией реакционной массы через выносной кипятильник Т-2 за счет подачи в межтрубное пространство кипятильника пара с избыточным давлением (0,60±0,05) МПа. Реакционная масса в виде парогазовой смеси, состоящей из метилхлорида, димети-лового эфира, хлористого водорода, воды и метанола, поступает в холодильники-конденсаторы Т-3,4, охлаждаемые оборотной водой с температурой 25°С. Кубовый остаток из реактора Р-2 поступает в сборник С-1. Конденсат из теплообменников Т-3,4, содержащий преимущественно воду, метанол и хлористый метил, поступает в сборник С-1. Реакционный газ из Т-3,4 поступает на отмывку от HCl и CH3OH в абсорбционную колонну К-1, орошаемую речной водой с температурой 25°С. Куб колонны К-1 собираются в сборнике С-4, после заполнения сборника С-4 объединяется с потоком, выходящим из сборника С-1, и подается на питание стабилизационной колонны К-2. Сверху колонны отгоняются пары хлористого метила, которые поступают дефлегматор, конденсат из которого поступает на орошение колонны К-2, CH3C1 направляется на осушку в турбулентный смеситель ТС-1,2. Кубовые колонны К-2 собираются в сборник С-2 и затем с помощью насоса Н-3 подаются на питание колонны дистилляции К-3. Сверху колонны отгоняются пары, обогащенные метанолом, которые затем поступают в дефлегматор, конденсат из которого поступает на орошение колонны К-3. Несконденсировавшиеся пары направляются в конденсатор, жидкая фаза из которого поступает в сборник С-5, откуда подается на мембранное разделение МП-1,2, где методом первапорации происходит отделение метанола от примесей. Очищенный метанол (пермеат) рецирку-

лирует на стадию подготовки сырья. Вода после мембранного разделения и кубовые колонны К-3 собираются в сборнике С-3, при заполнении которого направляются на нейтрализацию. Очищенный от HCl и метанола хлористый метил, поступает на осушку в турбулентный смеситель ТС-1,2. В качестве осушителя используется серная кислота с массовой долей не менее 88%. Осушенный хлористый метил направляется на компримированне в КМ-1, затем конденсируется в Т-6,7 и поступает на хранение в сборник С-4.

Рис. 1. Технологическая схема усовершенствованного способа получения хлористого метила

Реализация данного способа позволяет существенно упростить стадию подготовки сырья и, в то же время, требует некоторого изменения структуры реакторного узла. Данное направление совершенствования позволит максимально повысить конверсию хлористого водорода (99,2%) при сохранении высокой конверсии метанола (90%), сократить количество отходов производства, снизить энергетические затраты и расход реагентов (при поддержании плановой производительности 10000 т/год), повысить экологич-ность производства в целом, значительно упростить стадию выделения (отсутствие необходимости многоступенчатой отмывки хлористого метила от HCl).

Библиографический список

1. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology / Michael T. Holbrook / John Wiley & Sons Inc., 5th ed., vol. 16, 2003, p. 317.

2. Пат.5917099. Япония Способ получения хлористого метила / Tomomi Narita, Hiroyuki Kobayashi, Yukinori Satoh, Yoshihiro Shirota ; заяв. и пат.обл. Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. - опубл. 29.06.99.

3. Выделение хлористого водорода и аммиака из абгазов производства микроэлектронных изделий методом абсорбционной первапорации / П. Н. Дроздов и др. // Известия АИН им. А. М. Прохорова. Технология материалов и компонентов электронной техники. 2004. Т. 7. С. 52-62.

ВЕРНИГОРА АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.