Вариант реконструкции установки дегидратации 2-метилпропанола-2 для получения изобутилена Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК.66.023.2, 661.725

А. В. Хундиряков, Ф. Р. Гариева ВАРИАНТ РЕКОНСТРУКЦИИ УСТАНОВКИ ДЕГИДРАТАЦИИ 2-МЕТИЛПРОПАНОЛА-2

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБУТИЛЕНА

Ключевые слова: изобутилен, дегидратация, 2-метилпропанол-2.

В даннойработе предлагается вариант реконструкции установки дегидратации 2-метилпропанола-2 с целью повышения удельной производительности по изобутилену в расчете на единицу массы катализатора, путем изменения обвязки оборудования. Разработана технологическая схема и 3Dмодель установки с использованием программного пакета AutoCAD.Смоделирован технологический процесс дегидратации 2-метилпропанола-2 с использованием программногопакета AspenTech HYSYS.

Keywords: isobutylene, dehydration, 2-methylpropan-2-ol.

This project suggests anoption for reconstruction 2-methylpropan-2-oldehydration unit to increase specific productivityby isobutylene counted per catalyst weight unit due tostrapping equipment change. The technological scheme and the 3D model of the unit has been created using AutoCADs of tware package. Dehydration 2-methylpropanol-2 process has been modeled using AspenTech HYSYSs of tware package.

Фракция, содержащая 2-метилпропанол-2 может быть получена из изобутиленсодержащих фракций, в качестве которых могут быть изобутиленсодержащие фракции пиролиза и/или дегидрирования изобутана, и/или каталитического крекинга, и/или изомеризации нормальных бутенов [1].

2-Метилпропанол-2 является промежуточным продуктом в производстве изобутилена высокой чистоты. Изобутилен в свою очередь является важнейшим и крупнотоннажным мономером алифатического ряда, потребность в котором постоянно увеличивается. На основе изобутилена в настоящее время получают синтетический каучук, пластмассы, топливо, смазки, присадки к маслам, поверхностноактивные вещества, разнообразные добавки и другие продукты, которые используются практически во всех отраслях народного хозяйства. Производство мономеров занимает важное место в общей схеме получения синтетических каучуков. Около половины всех капиталовложений, затрачиваемых на производство синтетического каучука, приходится на получение мономеров.

К изобутилену, применяемому в качестве мономера при производстве синтетических каучуков, предъявляются высокие требования в отношении концентрации и чистоты. Требуется минимальное содержание н-бутиленов и отсутствие примесей, особенно при получении бутилкаучука, где высокомолекулярные полимеры могут быть получены лишь при применении изобутилена весьма высокой чистоты [3, с. 638].

Изобутилен высокой чистоты может быть получен в промышленности в процессе двухстадийного выделения изобутилена из С4-фракций [2, с. 232].

Первая стадия состоит из прямой гидратации изобутилена с образованием 2-метилпропанола-2.

Н3С-С = СН2+ НОН

3 I 2

RSO3H.

Н3С

изобутилен

ОН

I

Н3С С СНз НзС

2-метилпропанол-2

Процесс гидратации проводится в экстракционно-реакционном противоточном

режиме при температуре 72^90°С под давлением 17,5^20,0 кгс/см2. Раствор 2-метипропанола-2 подвергают концентрированию, дегазации, отделению от углеводородов С4 и направляют на вторую стадию.

Второй стадией производства является дегидратация 2-метилпропанола-2 в изобутилен. Процесс дегидратации проводят в реакционно-ректификационном аппарате - дегидрататоре. 2-Метилпропанол-2 подвергается дегидратации при температуре в кубе 110^120 °С и давлении не более 2,1 кгс/см2. Поток 2-метипропанола-2 подается в верхнюю часть ректификационной зоныс последующей его подачей в виде парового потока в нижнюю часть реакционной зоны и выводом парообразных продуктов реакции, содержащих концентрированный изобутилен, с верха реакционной зоны на конденсацию с отделением изобутилена и возвратом сконденсированной смеси в верхнюю часть реакционной зоны на орошение слоя катализатора, при этом жидкие продукты реакции направляют с низа реакционной зоныв верхнюю часть ректификационной зоны на тарелку питания.

Процесс протекает по уравнению:

ОН ПРА|, РБОзН

Н3С-С- СН3 +

Н3С-С-СН 2+ НОН

I " " """" I

Н3С Н3С

2-метилпропанол-2 изобутилен вода

В обоих стадиях применяется формованный катализатор КУ-2ФПП, являющийся

сильнокислотным макропористым катионитом КУ-2-8 (сульфонированный сополимер стирола и дивинилбензола с термопластичным полимерным материалом - полиэтиленом), так же могут быть использованы сульфонированные ионообменные смолы, такие как КСМ-2, КУ-23 или их импортные аналоги Амберлист 15, Амберлист 35, Амберлист 36, Пюролайт СТ 175, Пьюролайт СТ 275 [1].

Недостатком данного процесса является недостаточная удельная производительность по

изобутилену в расчете на единицу массы катализатора.

Предлагается вариант реконструкции установки дегидратации 2-метипропанола-2. За аналог взято действующее производство высококонцентрированного изобутилена на ионитных катализаторах, где путем гидратации изобутилена в 2-метилпропанол-2 с последующей его дегидратацией извлекают изобутилен из а-бутилен-изобутиленовой фракции (а-БИФ).

Задачей предложенной реконструкции является повышение удельной производительности по изобутилену в расчете на единицу массы катализатора. Одним из важных моментов принятии решения по реконструкции связано с тем, что вносимые изменения должны учитывать существующую технологию процесса, его аппаратурное оформление и окупаться за наиболее короткий период для действующегопредприятия.

Техническим решением данной задачи на основании вышесказанного является получение изобутилена из 2-метипропанола-2 путем дегидратации при температуре 90-120°С и давлении 1-3 кгс/см2 на слое сульфакатионитного катализатора при исходной подаче 2-метипропанола-2 в верхнюю часть

ректификационной зоны ректификационно-реакционного дегидрататора с последующей ее подачей в виде паровых продуктов с верха реакционной зоны дегидрататора, выводу парообразных продуктов реакции, содержащих изобутилен из нижней части реакционной зоны аппарата, подаче жидких продуктов реакции в ректификационную зону дегидрататора на тарелку, расположенную ниже тарелки питания и подаче жидких продуктов возвратной фракции 2-метипропанола-2 в ректификационную зону дегидрататора на тарелку питания.

На основании данного технического решения была разработана P&ID диаграмма дегидратации 2-метилпропанола-2 (рис. 1).

2-Метилпропанол-2 из ёмкостипоз. Е-001, насосом поз. Н-001 подаётся в верхнюю часть ректификационной зоны дегидрататорапоз. Д-001, являющейся исчерпывающей частью

ректификационной колонны на тарелку питания. В ректификационной зоне происходит испарение 2-метилпропанола-2, который подается в виде парового потока с верха реакционной колонны, где на катализаторе КУ-2Ф1III. при температуре не более 110 оС и давлении не более 2.1 кгс/см2 происходит реакция дегидратации 2-метилпропанола-2 с образованием изобутилена и водного раствора 2-метилпропанола-2 и бутанола-2.

Пары изобутилена. 2-метилпропанола-2 и воды. выходящие с нижней части реакционной зоны дегидрататора поз. Д-001 поступают в парциальный конденсаторпоз. Т-001, охлаждаемый

промышленной водой. где происходит конденсация паров 2-метилпропанола-2 и воды. Конденсат 2-метилпропанола-2 поступает в сборники поз. Е-002. откуда насосом поз. Н-002 в постоянном количестве подается в теплообменники поз. Т-002. где

подогревается за счет тепла кубовой фузельной воды. и затем подаётся от теплообменника поз. Т-002 для испарения в верхнюю часть ректификационной зоны дегидрататорапоз. Д-001 на тарелку питания. который затем подают в виде парового потока с верха реакционной зоны дегидрататора поз. Д-001

Рис. 1 - Р&ГО диаграмма установки дегидратации 2-метилпропанола-2 в изобутилен

Газообразный изобутилен с унесенными каплями 2-метилпропанола-2 и воды с температурой 45^50°С поступает в сепараторы поз. 0-001 откуда жидкая фаза стекает в сборники поз.Е-002. а пары изобутилена отводятся на следующие стадии: отмывка. ректификация и осушка изобутилена.

Жидкие продукты реакции из реакционной зоны направляют в ректификационную зону дегидрататорапоз. Д-001 на тарелку. расположенную ниже тарелки питания.

Нижняя отгонная часть дегидрататора имеет 14 ректификационных тарелок для полного исчерпывания 2-метилпропанола-2 из кубового продукта. Обогрев дегидрататора осуществляется паром 6.0 кгс/см2 через выносной кипятильник поз.Т-002. Образующаяся в процессе дегидратации фузельная вода (слабый раствор 2-метилпропанола-2 и бутанола-2). из куба дегидрататорапоз. Д-001проходит теплообменник поз. Т-003. где нагревает возвратную фракцию. содержащую 2-метилпропанол-2 из отстойника поз. Е-002 проходит холодильник поз. Т-004 охлаждаемый оборотной водой и поступает на стадию концентрирования бутанола-2.

В ходе выполнения исследования смоделирован технологический процесс дегидратации 2-метилпропанола-2 в программном обеспечении Л8репТесШУ8У8. на основании которого рассчитан материальный баланс и требуемые конструктивные параметры оборудования и разработана 3D модель установки (рис.2).

Анализ полученных результатов выявил возможность увеличения удельной

производительности изобутилена в расчете на единицу массы катализатора по сравнению с прототипом на 34% без изменения капитальных

Рис. 2 - 3D модель установки дегидратации трет-бутанола; промывки, ректификации и осушки изобутилена

затрат на узел дегидратации 2-метилпропанола-2.

Проведенное техническое обоснование показало,

что срок окупаемости составит 1 год.

Литература

1. Способ получения изобутилена из трет-бутанолсодержащей фракции (варианты) / Общество с ограниченной ответственностью «Инженерно-внедренческий центр «ИНЖЕХИМ» Пат. 2567556 RU, приор.28.01.2015, опубл. 10.11.2015, Бюл. №31

2. Справочник нефтехимика. В двух томах. Т. 2/Под ред. С. К. Огородникова. — Л.1 Химия, 1978. — 592 с., ил

3. Белов П.С. Основы технологии нефтехимического синтеза. М-Л Химия. 1965г. 377с.

© А. В. Хундиряков, магистр кафедры технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, a.khundiryakov@gmail.com; Ф. Р. Гариева, к.х.н, проф. той же кафедры, garievafr@mail.ru.

© A. V. Khundiryakov, Mphil student of Department of Chemical Technology of petroleum and gas processing KNRTU, a.khundiryakov@gmail.com; F. R. Garieva, PhD, prof. of Department of Chemical Technology of petroleum and gas processing KNRTU, garievafr@mail.ru.