Производство капролактама - Бадриан А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Во всех отечественных производствах используются проточно-циркуляционные схемы, в которых Для уменьшения потерь водорода непрореагировавший газ возвращается в цикл. В случае отвода тепла реакции циркуляционным газом, его требуется около 70 моль на 1 моль бензола (при нагревании на 80—100°С). Такого количества циркуляционного газа вполне достаточно не только для отвода тепла, -но и для поддержания всего бензола в Парообразном состоянии, однако при этом возрастает расход электроэнергии на сжатие газа.
Количество циркуляционного газа существенно уменьшается при применении изотермических трубчатых реакторов, с отводом тепла реакции испаряющимся конденсатом или высокотемпературным теплоносителем с одновременным получением пара. Количество циркуляционного газа определяется только необходимостью поддержания бензола в паровой фазе, соотношение газ : бензол уменьшается с 70 : 1 до (8-М0) : 1.
При мольном соотношении газ : бензол, равном 8 : 1 и температуре насыщения 100°С, оптимальное давление в системе составляет 1,6 МПа. Водород с агрегатов синтеза аммиака подается на гидрирование с давлением 2,4—2,6 МПа, т. е. не требуется расходовать электроэнергию на сжатие водорода.
Использование для гидрирования смеси водорода с инертными компонентами вызывает необходимость отдувать часть газа для поддержания в цикле необходимой концентрации водорода. Количество отдувочного газа, а следовательно, и потери водорода уменьшаются, если использовать высококонцентрированный водород или уменьшить концентрацию Н2 в циркуляционном газе. Как следует из табл. 3, расход водорода значительно снижается при переходе от циркуляционного газа, содержащего 75% (об.) Нг к газу с содержанием 50% (об.) Н2. Особенно это заметно при использовании свежего газа, содержащего 90 или 75% (об.) Н2.
Снижение количества отдувочных газов весьма существенно и с точки зрения сокращения потерь циклогексана: его содержание
27
Таблица 3. Зависимость расхода водорода иа гидрирование бензола от его концентрации в свежем и циркуляционном газе (в м3/т)
Концентрация Нг » свежем газе, % (об.) 75% (об.) Нэ в циркуляционном газе 50% (об.) На в циркуляционной газе
фактический в пересчете иа 100 % фактический в пересчете иа 100 %
97 910 883 850 825
90 1330 1200 1000 900 .
75 2800* 2100* 1600 1200
* 65% (об.) На в циркуляционном газе.
в отдувочных газах составляет 0,2—0,4% (об.). Потери циклогексана устраняются полностью, если установить угольный адсорбер.
Гидрирование бензола на вольфрам-никель-сульфидном катализаторе [26]. Недостатком схемы является необходимость
Иа сракел
, 11 На факел
Циклогексан • на очистку
Рис. 7. Схема гидрирования беизола:
J — насос; 2 — теплообменник; 3 — подогреватель; 4 — Компрессор; 5 — колонна форконтакта; 6 — реактор трубчатый; 7 — сепаратор; 8 — колонный реактор; 9 — холодильник-конденсатор;
10, 12 — сепарационные колонны; 11, /5 — холодильники; 14 — сборник.
введения серы в бензол, а также высокое давление в системе (3 МПа), что требует применения устойчивых к сульфидной коррозии сталей. Гидрирование проводят в реакторах полочного типа при объемной скорости подачи бензола 0,2—0,4 ч~*. Тепло реакции отводится циркуляционным газом.
«Осерненный» бензол, смешанный с циклогексаном (1:1), подают в колонну гидрирования, внутри которой размещены теплообменник и катализаторная коробка. В теплообменнике, куда поступает также циркуляционный водород, сырье испаряется, нагревается до 250—280°С и по центральной трубе попадает в верх-
28
нюю часть катализаторной зоны. Катализатор располагается на пяти полках, причем на каждой следующей полке по ходу парогазовой смеси объем его увеличивается, что обеспечивает равномерный температурный режим в колонне. Кроме того, на каждую полку подводится холодный водород.
Парогазовая смесь выходит из катализаторной зоны с температурой 350 °С и охлаждается в теплообменной части, покидая колонну с температурой 120 °С. Далее реакционная смесь поступает в водяной конденсатор и сепаратор, где сконденсировавшиеся углеводороды отделяются от газа. Газ возвращается в цикл, жидкость же дросселируется до 1 МПа, отделяется в сепараторе низкого давления от газов и поступает на очистку.
Циклогексан-сырец содержит около 3% непрореагировавшего бензола, до 2% метилциклопентана, 0,5—0,7% тяжелокипящих соединений, а также растворенный сероводород. Отделение только легколетучих примесей ректификацией недостаточно для получения циклогексана, пригодного для окисления. Остающиеся тяже-локипящие примеси (сернистые соединения) тормозят процесс окисления и снижают выход, полезных продуктов. Поэтому циклогексан-сырец подвергают двухступенчатой ректификационной очистке и от легколетучих, и от тяжелокипящих примесей.
Гидрирование бензола на никель-хромовом катализаторе [6] проводят в насыпных реакторах шахтного типа, в последнее время — в агрегатах с трубчатыми реакторами. Принципиальная схема гидрирования с применением трубчатого реактора представлена на рис. 7.
Бензол со склада центробежным насосом 1 подается в трубное пространство теплообменника 2. Здесь он испаряется, смешивается с циркуляционным газом и свежим водородом, и смесь нагревается за счет тепла реакционной смеси, поступающей из реактора 8. Для создания необходимого соотношения газ : бензол (8:1) предусматривается циркуляция газа компрессором 4. Свежий водород подается в нагнетательную линию компрессора 4 таким1 образом, чтобы с помощью регулятора поддерживать автоматически постоянное давление в цикле.
