CS261074B1 - Zariadenie na výroba acetaldehydu - Google Patents

Description

261074 3

Vynález sa týká zariadenia na výrobuacetaldehydu parciálnou oxidáciou a/aleboautotermickou dehydrogenáciou etanolu nastriebornom katalyzátore, pričom vhodnýmikomponentmi zariadenia sú tiež aparáty zalotermicke] dehydrogenácie etanolu.

Je známe (Denisov E. T., Mickevič I. N.,Agabekov V. E.: Mechanizm židkofaznogookislenija kislorodsoderžaščich soedinenij,IzdateTstvo „Nauka i technika“, Minsk 1975),že exotermná oxidácia (169,7 až 203,5 kj//mol) etanolu može byť úplné alebo čiastoč-ne kompenzovaná endotermnou (—82,5 kj//mol) dehydrogenizáciou. Na reguláciu tep-loty sa navrhlo vonkajšie chladenie trubiekobsahujúcich katalyzujúce sieťky (švédskypat. 171 059 a USA pat. 3 106 581), alebo po-užíváme takého poměru vzduchu k etanolu,aby sa exotermné a endotermné reakcie prá-vě vyrovnali (Faith W. L., Keyes B. D,, ClarkR. L.: Industrial Chemicals, str. 1, J. Wiley,New York 1950, 2. vyd. 1957; McKetta J. J.:Encyklopedia of Chemical Processing andDesign, zv. 1, str. 114, Dekker, New York1976). Avšak aspoň sčasti je nevyhnutnéteplo endotermickej reakcie kompenzovaťexotermickou reakciou, ale zvýšne teplo jezapotreby racionálně ďalej využiť na pred-ohrev suroviny a na krytie aspoň časti ener-getických nárokov deliacej rady procesu vý-roby acetaldehydu.

Známe je (čs. autorské osvedčenie číslo214 341) sice zariadenie na výrobu acetal-dehydu parciálnou oxidáciou a/alebo dehyd-rogenáciou etanolu využívajúce v značnejmiere povodně zariadenie na výrobu forma-línu, avšak nezabezpečuje využitie defino-vaných zariadení, napr. endotermickej de-hydrogenácie etanolu na acetaldehyd. Žiadasi tiež zvýšiť účinnost deliacej rady.

Avšak podl'a tohto vynálezu zariadenie navvrobu acetaldehydu parciálnou oxidácioua/alebo autotermickou dehydrogenáciou eta-nolu na striebornom katalyzátore pri teplo-tě 340 až 640 °C. pozostávaiúce zo sýtiča,reaktora, absorpčných destilačných kolón,kondenzátorov. výmenníkov tepla. Čerpadiel,potrubí armatur, zásobníkov, medzizásobní-kov a pomocných zariadení vrátane mera-cei a remilačnej technikv pozostáva z filtravzduchu 5. turbodúchadla 6. z bezprostřed-né na reaktor 10 napojených výmenníkovtepla 11. 12, následného deliča fáz 13 a de-liacei rady reakčného produktu tvorenej e-tanolovou absorpčnou kolónou 16, vodnouabsorpčnou kolónou 20, vyvarovacou koló-nou 24, acetaldehvdovou rektifikačnou ko-lónou 28 a etanolovou rektifikačnou koló-nou 34, ako aj etanolovou rektifikačnou ko-lónou 2 čerstvého etanolu a připadne aj re-recirkulovaného, zásobníka suroviny, medzi-produktov, zásobníkov hlavného a vedfaj-ších produktov. Výhodou zariadenia podl'a tohto vynálezuje prevádzková spofahlivosť, optimálna nád-vaznosť jednotlivých aparátov, umožňujúcaracionálně využitie reakčného tepla a vy- sokú účinnost delenia komponentov, týmtiež vysokú čistotu acetaldehydu ako hlav-ného produktu a dobrú kvalitu dietyléterui zriadenej kyseliny octovej ako cennýchvedfajších produktov. Umožňuje využiť časťzariadení z výrobně acetaldehydu endoter-mickou dehydrogenáciou etanolu, ako rekti-fikačných 2, 28, 34 a absorpčných 20, 24kolón i časti zásobníkov 19, 31.

Zariadenie na výrobu acetaldehydu podl’atohto vynálezu, ktorého principiálna sché-ma je znázorněná na obrázku, je zhotovenéz nehrdzavejúcej ocele, médi a jej zliatín,resp. z hliníka a jeho zliatin, pozostáva zkfúčových zariadení a aparatúr, ako filtravzduchu 5, turbodúchadla 6, rektifikačnejkolony technického etanolu 2, sýtiča 7, reak-tora 10 s následným kvenčovaním hlavněvo výmenníku tepla 11, 12, dediča fáz 13,etanolovej absorpčnej kolony 16 skrápanejvodným roztokom etanolu, vodnej absorpčnejkolony 20, vyvarovacej kolony 24, zmieša-vacieho zásobníka 19 a medzizásobníka 31,acetaldehydovej 28 a etanolovej rektifikač-nej kolóny 34, turbodúchodla vzduchu 6, zá-sobníka produktu a zásobníkov medzipro-duktov.

Funkcia týchto a dalších aparátov zaria-denia ako aj ďalšie výhody sú zřejmé tiežz obrázku a příkladu. Příklad

Syntetický etanol o zložení (v % hmot.):88 % etanolu, 1,8 % dietyléteru, 10 °/o vo-dv, sa prúdom 1 vedie do rektifikačnej ko-lóny 2 s účinnosťou 30 skutočných patier,kde sa za atmosférického tlaku (101,3 kPa)a reflexnom pomere 2 :1 rektifikuje. Na pá-te kolóny sa získává roztok obsahujúci 90 %hmot. etanolu a 10 % hmot. vody, ktorý savedie prúdom 3 do prúdu regenerovanéhoetanolu 35, ktorý sa prúdmi 37 a 38 vediecez výmenník tepla 11, užívajúci tiež reakč-né teplo z reakčných splodín produktov vy-chádzajúcich z reaktora 10. Na hlavě koló-ny 2 sa získává koncentrovaný dietvléter,ktorý sa připadne ďalej vedie na výrobu čis-tého dietyléteru prúdom 4.

Etanol zbavený dietyléteru sa prúdom 3v množstve 1,14 hmot. častí spoločne s re-cirkulovaným prúdom 35 v množstve 1,13hmot. častí o zložení (v % hmot.) : etanol == 90,0 %, voda = 9,99 %, acetaldehyd == 0,009 °/o, dávkuje cez výmenník tepla 11do sýtiča 7, kde sa súčasne pomocou turbo-dúchadla 6 prúdom 39 privádza predčistenývzduch vo filtračnom zariadení 5. Mólovýpoměr etanol/vzduch = 1:1. V sýtiči 7 do-chádza k odpareniu kvapalného podielu.Zmes pár etanolu, vody a vzduchu sa prú-dom 9 po predohriatí na 140 CC vo výmenní-ku 8 vedie do reaktora 10, v ktorom je u-ložený katalyzátor — elektrolytické kryšta-lické striebro o zrnění 0,4 až 2 mm, uloženépódia velkosti zrnenia na medenej sieťke. 261074 6

Zaťaženie katalyzátora determinované časo-vou konstantou

W —— = 1,9 . 103 kgkath mol4 Γ tak, že kontaktný čas je 0,05 s.

Reakčná teplota vo vrstvě katalyzátoraje 450 °C ± 20 °C a tlak 120 kPa. Konverziaetanolu na jeden priechod reaktorom je 50proč.; selektivita premien etanolu na acet-aldehyd je 95 %. Vedlajšie produktu tvoriakyselina octová, dietylacetál, oxid uhličitý,metán a oxid uholnatý.

Reakčné splodiny po výstupe z katalytic-kej vrstvy o zložení (v % hmot.): acetal-dehyd = 26,1 °/o, etanol = 28,7 %, voda == 15,3 %, kyselina octová = 1,1 %, oxiduhličitý = 0,5 %, metán = 0,25 %, dusík == 27,7 % a vodík = 0,3 % s teplotou 450 °Csa rýchlo schladzujú vo výmenníku tepla11 odpařováním vodného roztoku etanolucirkulujúceho cez sýtič a chladiacou vodouvo výmenníku 12, pričom okolo 50 % vyššie-vrúceho podielu (etanol, acetaldehyd, voda,kyselina octová) skondenzuje. Este lepšievyužitie reakčného tepla sa dosiahne roz-dělením výmenníkov tepla 11 a 12 na dvečasti, z ktorých horná časť výmenníka 11sa použije na predohrev pár vstupujúcichdo reaktora — vstup prúd 40 a výstup —prúd 41. Horná časť výmenníka 12 sa můževyužiť na predohrev nástreku na acetalde-hydovú kolonu 28 — vstup kvapaliny prú-dom 42, výstup kvapaliny prúdom 43. V od-lučovači, resp. v děliči fáz 13 sa kondenzo-vaný podiel —· prúd 13 oddělí od plynnéhopodielu — prúd 14. Plynný podiel v množ-stve 2,18 hmot. častí o zložení (v % hmot.)34,45 % acetaldehydu, 15,0 % etanolu, 4,3proč. vody, 0,1 % kyseliny octovej, 0,77 %oxidu uhličitého, 0,38 % metánu, 44,5 %dusíka a 0,5 % vodíka sa vedie do etanolo-vej absorpčnej kolony 16 skrápanej vodnýmetanolom o teplote 5 °C, privádzaným prú-dom 32 v množstve 1,42 hmot. častí. V eta-nolovej absorpčnej koloně 16 o účinnosti20 teoretických stupňov (patier), vybavenéjdvorná chladiacimi okruhmi, chladenýmichladným kondenzátem, v ktorých sa dosa-huje teplota kvapaliny 8 °C, dochádza k ab-sorpci! podstatnej časti acetaldehydu a vyš-šievrúceho podielu. Plynný podiel z etano-lovej absorpčnej kolony odvádzaný prúdom17 sa zbavuje zvyšku acetaldehydu a etano-lu vo vodnej absorpčnej koloně 20, skrápa-nej chladeným kondenzátom s teplotou 5 CC,privádzaným prúdom 23 v množstve 0,67hmot. častí. Vodná absorpčná kolóna 20 je náplňová, s výškou náplně 3 900 mm. „Od-plyn“ z tejto kolony v množstve 0,95 hmot.častí a o zložení (v % hmot.) 0,009 % acet-aldehydu, 0,77 % vody, 1,76 % metánu,0,88 % oxidu uhličitého, 95,4 % dusíka a1,14 % vodíka sa vypúšťa do atmosféry, ale-bo sa vedie na pol'ný horák—prúd 21. Kva-palina z vodnej absorpčnej kolony 20 saprúdom 22 v množstve 0,71 hmot. častí ve-die na oddestilovanie acetaldehydu a etanoluvo vyvarovacej kolóne 24 za atmosférickéhotlaku s počtom skutečných patier 18, re-fluxnom pomere 4 : 1. Z nej sa prúdom 25odvádza acetaldehyd s etanolom a prúdom26 v množstve 0,66 hmot. častí vodný podielo zložení (% hmot.): 99,98 °/o vody, 0,0003proč. etanolu a 0,01 % kyseliny octovej.

Kvapalný podiel z kondenzátorov — vý-menníkov tepla 11 a 12 za reaktorom od-vádzaný prúdom 15, kvapalný podiel z eta-nolovej absorpčnej kolony 16 zasa prúdom18 a destilát z vyvarovacej kolóny 24 prú-dom 25, sa po zmiešaní v zásobníku 19 na-strekuje prúdom 27 v množstve 4,0 hmot.častí pozostávajúceho z 23,1 % hmot. acet-aldehydu, 48,0 % hmot. etanolu, 25,3 %hmot. vody a 1,8 % hmot. kyseliny octovejdo acetaldehydovej rektifikačnej kolóny 28.Táto kolóna 28 má účinnosť 52 skutočnýchklobúčikových patier, refluxný poměr 2 : 1a tlak na hlavě rektifikačnej kolóny je 202,6kPa. Za týchto podmienok sa získá na hlavěrektifikačnej kolóny 28 čistý acetaldehyd(acetaldehyd = 99,78 %, etanol = 0,03 %a voda = 0,16 %), ktorý sa odvádza v množ-stve 1,0 hmot. častí prúdom 29. Na patekolóny 28 sa získává vodný roztok etanolu(etanol = 63,93 % hmot. : voda 33,63 %,acetaldehyd = 0,007 % a kyselina octová == 2,43 % hmot.), ktorý sa odvádza prúdom30 v množstve 3,0 hmot. častí vedie do med-zizásobníka 31. Casť tohto roztoku sa po-užije na skrápanie etanolovej absorpčnejkolóny 16 prúdom 32, a druhá časť prúdom33 sa v množstve 1,59 hmot. častí nastre-kuje na etanolovú rektifikačnú kolonu 34 spočtom skutočných patier 48, pracujúcu prirefluxnom pomere 2:1a tlaku 101,3 kPa.Na hlavě kolóny 34 sa získává koncentro-vaný etanol, ktorý sa prúdom 35 recirku-luje do reakčnej časti. Na pate etanolovejrektifikačnej kolóny 34 sa získává praktic-ky vodný roztok kyseliny octovej s malýmmnožstvom vyššievrúceho podielu (voda == 91,4 %, kyselina octová = 8,38 °/o, eta-nol = 0,19 %) v množstve 0,48 hmot. častí— prúdom 36. Tento sa móže využiť akotaký alebo viesť na izoláciu kyseliny octo-vej.

Claims (1)

1. 261074 7 8 PREDMET Zariadenie na výrobu acetaldehydu par-ciálnou oxidáciou a/alebo autotermickou de-hydrogenáciou etanolu na striebornom ka-talyzátore prl teplote 340 až 640 °C, pozo-stávajúce zo sýtiča, reaktora, absorpčnýcha destilačných kolon, kondenzátorov, vý-menníka tepla, čerpadiel, potrubí, armatur,zásobníkov, medzizásobníkov a pomocnýchzariadení vrátane meracej a regulačně] tech-niky, vyznačené tým, že pozostáva z filtravzduchu (5], turbodúchadla (6), z bezpro-středné na reaktor (10) napojených výmen- VYNÁLEZU níkov tepla (11, 12), následného deliča fáz(13) a deliacej rady reakčného produktutvorenej etanolovou absorpčnou kolonou(16), vodnou absorpčnou kolonou (20), vy-varovacou kolonou (24), acetaldehydovourektifikačnou kolónou (28) a etanolovourektifikačnou kolónou (34), ako aj rektifi-kačnou kolónou (2) čerstvého etanolu a při-padne aj recirkulovaného, zásobníka suro-viny, medziproduktov, zásobníkov hlavnéhoa vedfajších produktov. 1 list výkresov