Производство фенола кумольным методом

Технологический процесс производства фенола и ацетона по кумольному методу состоит из двух основных стадий: - алкилирование бензола до изопропилбензола и окисление изопропилбензола до гидропероксида и его разложение.

Алкилирование бензола. Изопропилбензол (кумол) получа­ется алкилированием бензола пропиленом в присутствии ката­лизаторов на основе хлорида алюминия:

 

Принципиальная схема производства фенола по кумольному методу

 

 

 

В качестве катализатора используется растворимый в угле­водородах жидкий комплекс Густавсона, получаемый нагреванием хлорида алюминия с бензолом и изопропилбензо-лом с добавлением хлорида водорода, или из отходов металли­ческого алюминия (ИПБ — молекула изопропилбензола):

 

 

Технологическая схема производства изопропилоензола ал­килированием пропиленом представлена на рис. 2.

 

Рис 2. Технологическая схема производства изопропилбензола:

7 — алкилатор, 2 — аппарат для приготовления катализатора, 3 — сепара^ тор, 4 — холодильник, 5, 6 — промывные колонны, 7 — подогреватель, 8, 9 — ректификационные колонны, 10,13 —холодильники-конденсаторы, 11 — абсорбер, 12 — водяной скруббер

 

 

В алкилатор 1 подается бензол, осушенный азеотропной рек­тификацией, пропилен и каталитический комплекс, приготов­ленный в аппарате 2. Продукты алкилирования из алкилатора поступают в сепаратор 3, где от них отделяется каталитичес­кий комплекс, возвращаемый в алкилатор. Углеводородный слой, состоящий из изопропилбензола, ди- и полиизопропилбензолов и непрореагировавшего бензола, охлаждается в водя­ном холодильнике 4 и подается на промывку от хлорида алю­миния в колонну 5, орошаемую водой, и затем, в колонну 6, оро­шаемую водным раствором гидроксида натрия. Выйдя из ко­лонны 6 нейтрализованная смесь углеводородов (алкилат) по­догревается в подогревателе 7 и направляется в систему ректи­фикации, состоящую из двух колонн. В колонне 8 отгоняется избыток бензола, который возвращается на алкилирование, в колонне 9 — изопропилбензол. Часть кубовой жидкости, со­держащей полиизопропилбензолы, направляется из колонны 9 на приготовление каталитического комплекса в аппарат 2. Газы, выходящие из алкилатора 1, проходят конденсатор 10, в котором конденсируется бензол, возвращаемый в алкилатор 1, и поступают в абсорбер 11, орошаемый полиизопроцилбензо-лом, который абсорбирует из них остатки бензола. Затем газы промываются в скруббере 12 от хлорида водорода и выбрасыва­ются в атмосферу.

Алкилатор — основной аппарат технологической схемы представляет собой колонну барботажного типа, заполненную жидкой реакционной смесью, состоящей из бензола, изопропил­бензола и каталитического комплекса. Через смесь барботирует пропилен.

Окисление изопропилбензола и разложение гидропероксида.

Получение фенола из изопропилбензола включает операции окисления изопропилбензола до его гидропероксида, выделе­ния гидропероксида из продуктов окисления, разложения гид­ропероксида, нейтрализации продуктов разложения и выделе­ния из них фенола и ацетона.

 

1. Окисление изопропилбензола (ИПБ) молекулярным кис­лородом представляет сложную радикально-цепную каталити­ческую реакцию, протекающую в жидкой фазе по уравнению:

 

 

 

Конечным продуктом окисления в этом случае является гидропероксид изопропилбензола (ГП). Реакция окисления протекает через образование радикалов со свободной валент­ностью на атоме углерода Х> или кислорода >СОО и иници­ируется за счет автоокисления ИПБ при введении инициато­ров:

 

 

или при взаимодействии кислорода с катализатором:

 

 

 

с последующим развитием цепи до образования достаточно ус­тойчивого в условиях реакции молекулярного продукта — ГП:

 

 

 

Катализаторами реакции окисления ИПБ являются резина­ты и нефтенаты кобальта (II) и марганца (II). При этом, одно­временно с основной реакцией (а) протекают побочные реакции образования диметилфенилкарбинола, ацетофенона и муравь­иной кислоты, как это показано на схеме:

 

 

Вследствие этого селективность окисления ИПБ до ГП не пре­вышает 95%.

2. Разложение гидропероксида изопропилбензола представ­ляет экзотермическую реакцию кислотного расщепления, опи­сываемую общим уравнением:

 

 

 

Реакция протекает по ионному механизму через следующие стадии:

1) Образование и дегидратация оксониевого иона:

 

 

2) Перегруппировка образовавшегося иона с миграцией фе-нильной группы к атому кислорода:

 

 

3) Превращение карбкатиона с образованием фенола и аце­тона:

 

 

Одновременно с основной реакцией (д) протекают побочные реакции с участием диметилфенилкарбинола и ацетофенона, присутствующих в техническом ГП. Так например, диметил-фенилкарбинол дегидратируется до метилстирола:

 

 

 

который выделяется в виде товарного продукта или присоеди­няется к циркуляционному возвратному ИПБ.

На рис 3. представлена технологическая схема про­цесса получения и разложения гидропероксида изопропил­бензола.

 

 

Рис. 3.Технологическая схема окисления ИПБ и разложения ГП:

1 — сборник, 2 — теплообменник, 3 — реактор окисления, 4 — холодиль­ник-конденсатор, 5 — сепаратор-промыватель, 6 — дроссель, 7 — ваку­ум-ректификационная колонна, 8 — разлагатель, 9 — выносной холодиль­ник, 10, 11, 12 — ректификационные колонны

 

Смесь свежего и циркуляционного (оборотного) ИПБ с добав­кой ГП для инициирования процесса окисления из сборника 1 поступает в теплообменник 2, где нагревается продуктами окис­ления (оксидатом), выходящим из реактора окисления и пода­ется в верхнюю часть реактора окисления 3. В нижнюю часть реактора под давлением 0,4 МПа поступает противотоком очи­щенный воздух, барботирующий через жидкость. Избыток воз­духа с увлеченными им парами ИПБ и побочных продуктов (формальдегид и муравьиная кислота) проходит холодильник-конденсатор 4, где из него выделяются жидкие продукты, и выбрасывается в атмосферу. Конденсат поступает в сепаратор-промыватель 5, орошаемый водным раствором щелочи, для уда­ления муравьиной кислоты, и разделяется в нем на углеводо­родный и водный слои. Углеводородный слой, содержащий ИПБ, подается в сборник 1 и возвращается в цикл. Выходящий из нижней части реактора 3 оксидат, содержащий до 30% ГП, проходит теплообменник 2, дросселируется до давления 40 кПа в дросселе 6 и подается на ректификацию в вакуум-ректификационную колонну 7 для отгонки ИПБ и концентрирования ГП.

Отогнанный ИПБ из колонны поступает в сепаратор 5 и из него в сборник 1. Сконцентрированный до 85—90% ГП подается на операцию разложения в разлагатель 8, куда вводится раствор серной кислоты в ацетоне. Из разлагателя продукты разложе­ния после нейтрализации раствором гидроксида натрия направ­ляются в систему ректификации, состоящую из нескольких колонн. При давлении 10^б Па в колонне 10 отгоняется ацетон, а при пониженном давлении в колонне 11 — а-метилстирол и ос­татки ИПБ, а в колонне 12 — фенол.

Основными аппаратами технологической схемы являются реактор окисления ИПБ и разлагатель ГП. Реактор окисления представляет колонну из нержавеющей стали, снабженную встроенными холодильниками для отвода реакционного тепла и в нижней части оборудованную системой подачи и барботиро-вания воздуха. Разлагатель выполнен в виде пустотелой колон­ны, снабженной выносным холодильником-конденсатором. Реакционное тепло отводится за счет испарения ацетона, кото­рый водится в колонну с серной кислотой. После конденсации в холодильнике ацетон возвращается в разлагатель.