RU2008147589A

RU2008147589A - Способ получения изопрена в трубчатом реакторе и устройство для его проведения

Info

Publication number: RU2008147589A
Application number: RU2008147589/15A
Authority: RU
Inventors: Андрей Иванович Брункин (RU); Андрей Иванович Брункин
Original assignee: Андрей Иванович Брункин (RU); Андрей Иванович Брункин
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-06-10
Also published as: RU2403969C2

Abstract

1. Способ получения изопрена путем жидкофазного взаимодействия изобутилена и формальдегида или веществ, являющихся их источниками, в присутствии кислотного катализатора, при стехиометрическом избытке изобутилена по отношению к суммарному количеству формальдегида, осуществляемого в одной или нескольких реакционных зонах прямоточного трубчатого реактора, при повышенной температуре и давлении, с непрерывной отгонкой паровой смеси, содержащей преимущественно изопрен и непрореагированные исходные реагенты, их разделением на органический и водный слой, выделением изопрена и рецикловых потоков, отличающийся тем, что сначала ! а) осуществляют раздельную подачу текущих потоков изобутилена, формальдегида и кислотного катализатора, причем указанные потоки подают со суб- и сверхкритическим давлением изобутилена, затем ! б) нагревают указанный поток изобутилена до суб- и сверхкритической температуры изобутилена, дополнительно нагревают указанный поток формальдегида и, необязательно, нагревают указанный поток кислотного катализатора до таких температур, которые обеспечивают протекание реакций в среде суб- и сверхкритического изобутилена, затем ! в) объединяют указанные потоки изобутилена, формальдегида и кислотного катализатора в струйном смесителе (6), с обеспечением в нем линейной скорости полученной реакционной смеси, равной 10-350 м/с, предпочтительно 15-100 м/с, причем период времени, в течение которого происходит объединение, по существу составляет менее чем 0,1 секунды, предпочтительно менее чем 0,01 секунды, затем ! г) в прямоточном трубчатом реакторе (7) резко снижают линейную скорость указанной реакционной

Claims

1. Способ получения изопрена путем жидкофазного взаимодействия изобутилена и формальдегида или веществ, являющихся их источниками, в присутствии кислотного катализатора, при стехиометрическом избытке изобутилена по отношению к суммарному количеству формальдегида, осуществляемого в одной или нескольких реакционных зонах прямоточного трубчатого реактора, при повышенной температуре и давлении, с непрерывной отгонкой паровой смеси, содержащей преимущественно изопрен и непрореагированные исходные реагенты, их разделением на органический и водный слой, выделением изопрена и рецикловых потоков, отличающийся тем, что сначала

а) осуществляют раздельную подачу текущих потоков изобутилена, формальдегида и кислотного катализатора, причем указанные потоки подают со суб- и сверхкритическим давлением изобутилена, затем

б) нагревают указанный поток изобутилена до суб- и сверхкритической температуры изобутилена, дополнительно нагревают указанный поток формальдегида и, необязательно, нагревают указанный поток кислотного катализатора до таких температур, которые обеспечивают протекание реакций в среде суб- и сверхкритического изобутилена, затем

в) объединяют указанные потоки изобутилена, формальдегида и кислотного катализатора в струйном смесителе (6), с обеспечением в нем линейной скорости полученной реакционной смеси, равной 10-350 м/с, предпочтительно 15-100 м/с, причем период времени, в течение которого происходит объединение, по существу составляет менее чем 0,1 секунды, предпочтительно менее чем 0,01 секунды, затем

г) в прямоточном трубчатом реакторе (7) резко снижают линейную скорость указанной реакционной смеси до 0,01-10 м/с, предпочтительно до 0,02-0,05 м/с и, по меньшей мере, в одной реакционной зоне адиабатического трубчатого реактора (7) в среде суб- и сверхкритического изобутилена осуществляют автотермическую реакцию химического взаимодействия реакционной смеси с образованием промежуточных соединений, в начальный период которого происходит мгновенное повышение температуры указанной реакционной смеси, по меньшей мере, примерно на 20°С, причем период времени, в течение которого осуществляют указанное взаимодействие, по существу составляет менее чем 360 секунд, предпочтительно менее чем 240 секунд, особенно предпочтительно менее чем 120 секунд, затем в указанных условиях осуществляют реакцию химического разложения промежуточных соединений с образованием изопрена, в течение которого происходит снижение температуры указанной реакционной смеси, по меньшей мере, примерно на 10°С, причем период времени, в течение которого осуществляют указанное взаимодействие, по существу составляет менее чем 360 секунд, предпочтительно менее чем 240 секунд, особенно предпочтительно менее чем 120 секунд, и затем

д) дросселируют полученный поток продуктов реакции через редуцирующее устройство (8) в испарительный сепаратор (9) с меньшим давлением, в котором за счет резкого уменьшения плотности указанных продуктов реакции происходит снижение его температуры, причем одновременно степенью открытия редуцирующего устройства (8) сохраняют суб- и сверхкритическое давление изобутилена в реакционной зоне трубчатого реактора (7), после чего отводят паровой поток, содержащий преимущественно изопрен из верхней части испарительного сепаратора (9) и жидкий поток, содержащий преимущественно кислотный катализатор из его нижней части.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника изобутилена применяют изобутиленсодержащие углеводородные смеси и/или соединения легко образующие изобутилен, например триметилкарбинол (ТМК) или метилтретбутиловый эфир (МТБЭ).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника формальдегида применяют смеси, содержащие водный раствор формальдегида, и/или формальде-гидообразующие соединения и/или соединения его предшественников, например метанол или 4,4-диметилдиоксан-1,3 (ДМД).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислотного катализатора применяют любую кислоту минерального или органического происхождения, например серную, фосфорную, щавелевую или их смеси.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу изобутилена и формальдегида осуществляют в стехиометрическом соотношении или при стехиометрическом избытке изобутилена примерно в пределах 1, 1-3 молей в расчете на 1 моль формальдегида, а подачу кислотного катализатора примерно в пределах 1-50% в расчете на суммарный поток.

6. Способ по п.1, в котором поток изобутилена нагревают до температуры более 155°С, предпочтительно более 160°С и особенно предпочтительно более 170°С.

7. Способ по п.1, в котором суб- и сверхкритическое давление изобутилена в реакционной зоне трубчатого реактора (7) более 4,1 МПа, предпочтительно более 5 МПа, особенно предпочтительно более 9 МПа.

8. Способ по п.1, в котором температура взаимодействия реакционной смеси в среде суб- и сверхкритического изобутилена более 155°С, предпочтительно более 160°С, особенно предпочтительно более 170°С.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль реакции химического взаимодействия реакционной смеси осуществляют по скорости и степени увеличения или снижения ее температуры.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед реакционной зоной разложения промежуточных соединений к потоку реакционной смеси подают поток изобутилена или вещества, являющегося его источником примерно в пределах 0,2-1 молей в расчете на 1 моль формальдегида.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед редуцирующим устройством (8) к потоку продуктов реакции добавляют поток растворителя-экстрагента, возможно изобутилена или изобутиленсодержащей смеси, необязательно находящегося в суб- и сверхкритическом состоянии в соотношении примерно в пределах 10-200% в расчете на суммарный поток, причем указанный поток рециркулируют.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что испарительный сепаратор (9) или паровой поток на выходе из испарительного сепаратора (9) дополнительно охлаждают.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что разложение промежуточных соединений приводят в испарительном сепараторе (9) или ректификационной колонне.

14. Устройство для получения изопрена, включающее средства подачи изобутилена и формальдегида, средства их нагрева и трубчатый реактор, отличающееся тем, что устройство содержит:

а) средства подачи (1) потока изобутилена, средства подачи (2) потока формальдегида и средства подачи (3) кислотного катализатора, которые способны устанавливать суб- и сверхкритическое давление изобутилена;

б) средство нагрева (4) потока изобутилена, способное устанавливать суб- и сверхкритическую температуру изобутилена, соединенное линией со средством подачи (1) потока изобутилена, средство нагрева (5) потока формальдегида, соединенное линией со средством подачи (2) потока формальдегида, и необязательно средство нагрева кислотного катализатора;

в) струйный смеситель (6), выполненный по существу в виде цилиндрической трубы, которая имеет длину не менее пяти эквивалентных диаметров, имеющую, по меньшей мере, три впускных отверстия для потоков изобутилена, формальдегида и кислотного катализатора, соединенные соответствующими линиями со средствами нагрева (4, 5) потоков изобутилена и формальдегида и средством подачи (3) кислотного катализатора, и одно выпускное отверстие для реакционной смеси, соединенное с внутренней полостью трубчатого реактора (7);

г) трубчатый реактор (7), выполненный по существу в виде цилиндрического полого корпуса высокого давления без внутренних устройств, закрытый с одного торца крышкой, через которую пропущена цилиндрическая труба струйного смесителя (6) для потока реакционной смеси, а с другого торца закрытый днищем, имеющим одно выпускное отверстие для потока продуктов реакции;

д) редуцирующее устройство (8), содержащее регулирующую форсунку или регулирующий вентиль, соединенные линией с выпускным отверстием трубчатого реактора (7);

е) испарительный сепаратор (9), соединенный с редуцирующим устройством (8) таким образом, чтобы конус струи редуцирующего устройства (8) находился в испарительном сепараторе (9), и имеющий в верхней части, по меньшей мере, одно первое выходное отверстие для парового потока и в нижней части, по меньшей мере, одно второе выходное отверстие для жидкого потока.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что средства подачи (1, 2) изобутилена и формальдегида содержат насосный агрегат высокого давления.

16. Способ по п.1, в котором потоки изобутилена и формальдегида нагревают с использованием наружного теплообмена или воздействием электрического поля.

17. Устройство по п.14, отличающееся тем, что впускное отверстие для потока изобутилена в цилиндрической трубе струйного смесителя (6) расположено осесимметрично по отношению к впускным отверстиям для потоков формальдегида и кислотного катализатора.

18. Устройство по п.14, отличающееся тем, что, по меньшей мере, часть цилиндрической трубы струйного смесителя (6) находится во внутренней полости трубчатого реактора (7), причем ось указанной цилиндрической трубы совпадает с осью трубчатого реактора (7).

19. Устройство по п.14, отличающееся тем, что цилиндрическая труба струйного смесителя (6) заканчивается расширяющимся диффузором.

20. Устройство по п.14, отличающееся тем, что расстояние между цилиндрическими поверхностями трубчатого реактора (7) не превышает 150 мм.

21. Устройство по п.14, отличающееся тем, что трубчатый реактор (7) содержит, по меньшей мере, одно измерительное средство для контроля температуры.

22. Устройство по п.14, отличающееся тем, что трубчатый реактор (7) содержит, по меньшей мере, одно измерительное средство для контроля давления и, по меньшей мере, одно средство регулирования редуцирующего устройства (8), функционально связанное с указанным измерительным средством и с редуцирующим устройством (8).

23. Устройство по п.14, отличающееся тем, что редуцирующее устройство (8) выполнено с углом конуса струи в пределах примерно от 30 до 180°, предпочтительно от 90 до 140°.

24. Устройство по п.14, отличающееся тем, что испарительный сепаратор (9) содержит ректификационную колонну.