RU2765441C2 - Method for producing isoprene - Google Patents

Method for producing isoprene Download PDF

Info

Publication number
RU2765441C2
RU2765441C2 RU2020124451A RU2020124451A RU2765441C2 RU 2765441 C2 RU2765441 C2 RU 2765441C2 RU 2020124451 A RU2020124451 A RU 2020124451A RU 2020124451 A RU2020124451 A RU 2020124451A RU 2765441 C2 RU2765441 C2 RU 2765441C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
isoprene
formaldehyde
isobutylene
temperature
acid
Prior art date
Application number
RU2020124451A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020124451A (en
RU2020124451A3 (en
Inventor
Александр Александрович Бабынин
Эдуард Авраамович Тульчинский
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Оргнефтехим-Холдинг" (ООО "ОНХ-ХОЛДИНГ")
Эдуард Авраамович Тульчинский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Оргнефтехим-Холдинг" (ООО "ОНХ-ХОЛДИНГ"), Эдуард Авраамович Тульчинский filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Оргнефтехим-Холдинг" (ООО "ОНХ-ХОЛДИНГ")
Priority to RU2020124451A priority Critical patent/RU2765441C2/en
Publication of RU2020124451A publication Critical patent/RU2020124451A/en
Publication of RU2020124451A3 publication Critical patent/RU2020124451A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2765441C2 publication Critical patent/RU2765441C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C11/00Aliphatic unsaturated hydrocarbons
    • C07C11/12Alkadienes
    • C07C11/173Alkadienes with five carbon atoms
    • C07C11/18Isoprene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method for producing isoprene from isobutylene and formaldehyde in an aqueous medium in the presence of a water-soluble acid in a reactor with three conversion areas, followed by separation of the products of synthesis into recyclable products returned to the beginning of the process, waste, and commercial isoprene, wherein isoprene is synthesised by dehydration of methyl butanediol at a temperature of 120 to 150°C in the aqueous phase in the presence of acid, and prior to dehydration, the aqueous phase is subjected to deep purification from formaldehyde in a counter-current reaction-extraction apparatus at a temperature of 60 to 110°C using a solvent inert to acid, formaldehyde, isobutylene, and alcohols.
EFFECT: proposed method is more efficient with simultaneous simplification of the process as a whole, leading simultaneously to a significant increase in the efficiency of the isoprene production process, reduction in the consumption of raw materials and vapour, as well as elimination of gas emissions, exponential reduction in the amount of effluents and pollution.
5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтехимической промышленности и может быть использовано при получении изопрена из изобутилена и формальдегида, например, для изготовления синтетического каучука.The invention relates to the petrochemical industry and can be used in the production of isoprene from isobutylene and formaldehyde, for example, for the manufacture of synthetic rubber.

Из уровня техники известны близкие к заявленному изобретению решения. Так, например, известен способ получения изопрена (патент РФ №2266888, опубл. 27.12.2005 г.), при котором изопрен получают взаимодействием триметилкарбинола с 4,4-диметилдиоксаном-1,3 и/или формальдегидом в одной реакционной зоне - вертикальном полом аппарате с расположенным внутри его кожухотрубным теплообменником, разделяющим объем аппарата на верхнюю и нижнюю части, с циркуляцией реакционной массы через трубы этого теплообменника, в жидкой фазе, в присутствии водного раствора кислотного катализатора, при повышенной температуре и давлении, превышающем давление паров воды при этой температуре, при молярном избытке триметилкарбинола по отношению к суммарному количеству формальдегида, с непрерывным выводом образующихся продуктов реакции из реакционной зоны с последующей их конденсацией и экстракцией органических веществ из водной фазы с помощью сконденсированного погона, с последующим выделением изобутилена, направляемого на получение ТМК, и изопрена.Solutions close to the claimed invention are known from the prior art. So, for example, a method for producing isoprene is known (RF patent No. 2266888, publ. 12/27/2005), in which isoprene is obtained by reacting trimethylcarbinol with 4,4-dimethyldioxane-1,3 and / or formaldehyde in one reaction zone - a vertical floor apparatus with a shell-and-tube heat exchanger located inside it, dividing the volume of the apparatus into upper and lower parts, with circulation of the reaction mass through the pipes of this heat exchanger, in the liquid phase, in the presence of an aqueous solution of an acid catalyst, at elevated temperature and pressure exceeding the vapor pressure of water at this temperature , with a molar excess of trimethylcarbinol relative to the total amount of formaldehyde, with the continuous withdrawal of the resulting reaction products from the reaction zone, followed by their condensation and extraction of organic substances from the aqueous phase using a condensed distillate, followed by the isolation of isobutylene sent to obtain TMK, and isoprene.

Кроме того известен т.н. одностадийный способ получения изопрена (патент РФ №2184107, опубл. 27.06.2002 г.) из формальдегида и триметилкарбинола или соединения, образующего формальдегид при гидролизе, например 4,4-диметилдиоксана-1,3 и триметилкарбинола (при стехиометрическом избытке последнего) в присутствии кислоты-катализатора, осуществляемый при подаче исходных реагентов в куб реакционно-дистилляционной колонны, по верху которой при установленном флегмовом числе отгоняется изопрен и изобутилен. Процесс проводят при температуре в кубе колонны, равной 130-170°С под давлением, на 20-30% превышающем давление паров воды при заданной температуре и при конверсии ТМК 20-60%.In addition, the so-called. one-stage method for obtaining isoprene (RF patent No. 2184107, publ. 06/27/2002) from formaldehyde and trimethylcarbinol or a compound that forms formaldehyde during hydrolysis, for example, 4,4-dimethyldioxane-1,3 and trimethylcarbinol (with a stoichiometric excess of the latter) in the presence of acid-catalyst, carried out when the initial reagents are fed into the bottom of the reactive distillation column, over the top of which, at a set reflux ratio, isoprene and isobutylene are distilled off. The process is carried out at a temperature in the cube of the column, equal to 130-170°C under pressure, 20-30% higher than the vapor pressure of water at a given temperature and at a TMC conversion of 20-60%.

Также известен способ получения изопрена (см. патент РФ 2255928, опубл. 10.07.2005 г.), при котором - на первой стадии синтезируют 4,4-диметил-1,3-диоксан (ДМД) конденсацией изобутилена с формальдегидом в присутствии кислотного катализатора при 80-100°С, давлении 1,6-2,0 МПа. Из масляного слоя реакционной массы выделяют ДМД и смесь высококипящих побочных продуктов (ВПП). На второй стадии ДМД разлагают на кальций-фосфатном катализаторе при 290-380°С, давлении 0,12-0,16 МПа в присутствии водяного пара. После последующей переработки контактного газа получают изопрен. Смесь ВПП перегоняют на двух последовательно соединенных вакуумных ректификационных колоннах. На первой колонне получают дистиллят в количестве 60-70 мас. % от питания. Затем этот дистиллят перегоняют на второй колонне, откуда выводят дистиллят в количестве 75-90 мас. % от питания и кубовый остаток, который направляют в зону синтеза ДМД. Дистиллят второй колонны разлагают в изопрен на керамической насадке при 400-450°С, давлении 0,12-0,16 МПа в присутствии водяного пара, подаваемого в массовом соотношении к ВПП (2-5):1. Контактный газ после разложения ВПП перерабатывают совместно с контактным газом после разложения ДМД.Also known is a method for producing isoprene (see RF patent 2255928, publ. 07/10/2005), in which - at the first stage, 4,4-dimethyl-1,3-dioxane (DMD) is synthesized by condensation of isobutylene with formaldehyde in the presence of an acid catalyst at 80-100°C, pressure 1.6-2.0 MPa. DMD and a mixture of high-boiling by-products (WFP) are isolated from the oil layer of the reaction mass. At the second stage, DMD is decomposed on a calcium phosphate catalyst at 290-380°C, a pressure of 0.12-0.16 MPa in the presence of steam. After further processing of the contact gas, isoprene is obtained. The WFP mixture is distilled in two series-connected vacuum distillation columns. On the first column receive a distillate in the amount of 60-70 wt. % of food. Then this distillate is distilled on the second column, from where the distillate is removed in the amount of 75-90 wt. % of nutrition and VAT residue, which is sent to the DMD synthesis zone. The distillate of the second column is decomposed into isoprene on a ceramic nozzle at 400-450°C, a pressure of 0.12-0.16 MPa in the presence of water vapor supplied in a mass ratio to the runway (2-5):1. The contact gas after the decomposition of the WFP is processed together with the contact gas after the decomposition of DMD.

Также (описание к патенту RU №2255928, опубликованному 10.07.2005 г.), известны, два способа получения изопрена из изобутилена и формальдегида. По более старому, осуществленному в Тольятти каучук, водный раствор обезметанольного формалина смешивается с циркулирующим, упаренным водным слоем, содержащем помимо органических компонентов фосфорную кислоту, и в трех корпусном реакторе взаимодействует с изобутан-изобутиленовой фракцией, содержащей около 45% изобутилена при температуре около 100 С. Продукты реакции охлаждают, расслаивают, после чего водный слой упаривают в вакуумном аппарате, а дистиллят подвергают экстракции изобутан-изобутиленовой фракцией, поступающей затем в реактора. Очищенная экстракцией от ДМД формальдегидная вода подвергается ректификации с целью отделения метанола и ТМК, в составе которых содержатся формальдегид и вода, вся смесь сжигается без утилизации тепла. Формальдегидная вода, загрязненная примесями ДС и МБД, поступает на узел рекуперации формалина. Масляный слой, после отделения от водного, отмывают от формальдегида и кислоты, затем в ректификационной колоне по верху отгоняют изобутан возврат (содержание изобутилена около 14%), кубовая жидкость поступает на выделение широкой фракции, содержащей метилаль, ТМК, ДМД, воду и формальдегид, вся смесь возвращается в реактор. Остаток поступает в систему вакуумных колонн, где сначала отгоняется ДМД для дальнейшего превращения в изопрен. Тяжелый остаток вакуумной перегонкой разделяют на две примерно равные части, тяжелокипящая часть - преимущественно формали ДС, продается как товар. Более легкий отгон снова разделяют, меньшая часть, по преимуществу МБД и эфир МБД с изобутиленом, перерабатывается в изопрен вместе с ДМД, остаток - ДС выводится как товар.Also (description to the patent RU No. 2255928, published on 10.07.2005), two methods are known for producing isoprene from isobutylene and formaldehyde. According to the older, carried out in Togliatti rubber, an aqueous solution of non-methanolic formalin is mixed with a circulating, stripped off aqueous layer containing, in addition to organic components, phosphoric acid, and in a three-vessel reactor interacts with an isobutane-isobutylene fraction containing about 45% isobutylene at a temperature of about 100 C The reaction products are cooled, separated, after which the aqueous layer is evaporated in a vacuum apparatus, and the distillate is subjected to extraction with the isobutane-isobutylene fraction, which then enters the reactor. Formaldehyde water purified by extraction from DMD is subjected to rectification in order to separate methanol and TMK, which contain formaldehyde and water, the entire mixture is burned without heat recovery. Formaldehyde water contaminated with DS and MBD impurities enters the formalin recovery unit. The oil layer, after separation from the water layer, is washed from formaldehyde and acid, then isobutane is distilled off at the top of the distillation column (isobutylene content is about 14%), the bottom liquid is fed to the separation of a wide fraction containing methylal, TMK, DMD, water and formaldehyde, the entire mixture is returned to the reactor. The remainder enters the system of vacuum columns, where DMD is first distilled off for further conversion to isoprene. The heavy residue is separated by vacuum distillation into two approximately equal parts, the heavy-boiling part, mainly DS formals, is sold as a commodity. The lighter distillate is again separated, the smaller part, mainly MBD and MBD ether with isobutylene, is processed into isoprene together with DMD, the rest - DS is displayed as a commodity.

Смесь ДМД и легкой части тяжелого остатка поступает на термокаталитическое разложение на кальций фосфатном катализаторе при температуре 350-300 С, при весовом соотношении ДМД к водяному пару 1:2. Тепло подводится перегретым до 650 С паром. Контактный газ охлаждается с частичной рекуперацией тепла, конденсируется и поступает на расслоение. Реактора разложения работают периодически: три часа контактирование и три часа регенерация паро-воздушной смесью. После расслоения, водный слой, содержащий формальдегид, ДМД, непредельный спирт и немного ДС поступает на отгонку летучих, отгоняются водные азеотропы ДМД, непредельного спирта и частично формальдегид. Вся смесь возвращается в отстойник, а формальдегидная вода поступает на узел рекуперации формальдегида. Масляный слой из отстойника поступает на отмывку от формальдегида, промывная вода поступает в поток переработки всей формальдегидной воды разложения. Из масляного слоя отгоняют изопрен-изобутиленовую фракцию, которую затем делят на чистый изобутилен и изопрен-сырец, который на трех колонном агрегате подвергают тонкой ректификации, затем смешивают с циклогексаноном и раствором калиевой щелочи в н-бутиловом спирте. В результате происходит очистка от циклопентадиена за счет его связывания с циклогексаноном. Смесь подвергают разгонке, куб возвращается на химочистку, а изопрен отмывают и передают на полимеризацию. Тяжелые продукты масляного слоя разложения ДМД подвергают разделению в вакуумной колонне на фракцию пиранов с ДМД-возвратом и жидкие тяжелокипящие отходы. В целом процесс характеризуется высоким расходом пара на производство изопрена - 16 Гкал/т, высокими затратами на формальдегид 825 кг/т и изобутилен 1100 кг/т, большим количеством отходов примерно 415 кг/т, реализуемых по низким ценам, большим количеством сильно загрязненных стоков, большими выбросами в атмосферу.A mixture of DMD and the light part of the heavy residue is fed to thermal catalytic decomposition on a calcium phosphate catalyst at a temperature of 350-300 C, with a weight ratio of DMD to water vapor of 1:2. Heat is supplied by superheated steam up to 650 C. The contact gas is cooled with partial heat recovery, condensed and fed to the stratification. The decomposition reactors operate periodically: three hours of contact and three hours of regeneration with a steam-air mixture. After stratification, the aqueous layer containing formaldehyde, DMD, unsaturated alcohol and some DS is fed to the distillation of volatiles, the aqueous azeotropes of DMD, unsaturated alcohol and partially formaldehyde are distilled off. The entire mixture is returned to the sump, and the formaldehyde water enters the formaldehyde recovery unit. The oil layer from the sump is fed to formaldehyde removal, the wash water enters the processing stream of all formaldehyde decomposition water. The isoprene-isobutylene fraction is distilled off from the oil layer, which is then divided into pure isobutylene and raw isoprene, which is subjected to fine distillation in a three-column unit, then mixed with cyclohexanone and a solution of potassium alkali in n-butyl alcohol. The result is purification from cyclopentadiene due to its binding with cyclohexanone. The mixture is subjected to distillation, the cube is returned for dry cleaning, and the isoprene is washed and transferred to polymerization. The heavy products of the DMD decomposition oil layer are subjected to separation in a vacuum column into a pyran fraction with a DMD return and liquid heavy-boiling waste. In general, the process is characterized by a high steam consumption for the production of isoprene - 16 Gcal/t, high costs for formaldehyde 825 kg/t and isobutylene 1100 kg/t, a large amount of waste about 415 kg/t sold at low prices, a large amount of heavily polluted effluents , large emissions into the atmosphere.

Второй, более новый метод получения изопрена, реализованный в НКНХ, так же основан на синтезе и выделении ДМД, который затем подвергается жидкофазному превращению в изопрен. Все тяжелые побочные продукты синтеза ДМД подвергаются термокаталитическому разложению в двух-полочных, периодически работающих реакторах: 3 часа контактирование, 3 часа регенерация. Паром с температурой 650 С поддерживается температура 450-400 С и разбавление ВПП : пар=1:3,5-4. Для переработки ДМД требуется производить большое количество ТМК, на 1 моль ДМД 5 молей ТМК. Производство ТМК осуществляется в шести полочных реакторах на катионите. Сверху в реактор подается изобутан-изобутиленовая фракция, ТМК- рецикл и небольшое количество воды, по мере движения к нижележащим полкам реакционная смесь охлаждается и в нее добавляется вода, после выхода из реактора смесь попадает в ректификационную колонну, где отгоняется отработанная фракция с содержанием изобутилена 18%, по кубу выводится ТМК, который частично возвращается в реактор гидратации, а избыток выводится в реактор жидкофазного синтеза изопрена. Большая часть ТМК получается из рециклового изобутилена высокой концентрации в аналогичных реакторах с последующей отгонкой изобутилена. Смесь ДМД и ТМК в обозначенном соотношении подают в нижнюю часть реактора, который представляет из себя вертикальный теплообменник, верхняя и нижняя крышки которого соединены циркуляционной трубой. Далее процесс осуществляется в соответствии с патентом РФ №2266888, опубликованном 27.12.05 г.The second, newer method of obtaining isoprene, implemented in NKNKH, is also based on the synthesis and isolation of DMD, which then undergoes a liquid-phase transformation into isoprene. All heavy by-products of DMD synthesis are subjected to thermal catalytic decomposition in two-shelf, periodically operating reactors: 3 hours of contact, 3 hours of regeneration. Steam with a temperature of 650 C maintains a temperature of 450-400 C and dilution of the runway: steam = 1:3.5-4. To process DMD, it is required to produce a large amount of TMK, for 1 mol of DMD, 5 moles of TMK. TMK is produced in six cation-exchange tray reactors. From above, the isobutane-isobutylene fraction, TMK-recycle and a small amount of water are fed into the reactor, as it moves to the underlying shelves, the reaction mixture is cooled and water is added to it, after leaving the reactor, the mixture enters the distillation column, where the spent fraction with an isobutylene content of 18 is distilled off %, TMK is removed by cube, which is partially returned to the hydration reactor, and the excess is removed to the liquid-phase isoprene synthesis reactor. Most TMK is obtained from high concentration recycle isobutylene in similar reactors, followed by isobutylene distillation. A mixture of DMD and TMK in the indicated ratio is fed into the lower part of the reactor, which is a vertical heat exchanger, the upper and lower covers of which are connected by a circulation pipe. Further, the process is carried out in accordance with the patent of the Russian Federation No. 2266888, published on December 27, 2005.

Данный вариант характеризуется более низким расходом пара около 9-10 Гкал/т,, Выработка тяжелых отходов составляет 500 кг/т, что существенно выше, чем в первом варианте. Объем стоков и газовых выбросов ниже, чем в первом варианте, но загрязнений, относительно больше.This option is characterized by a lower steam consumption of about 9-10 Gcal/t, The production of heavy waste is 500 kg/t, which is significantly higher than in the first option. The volume of effluents and gas emissions is lower than in the first option, but pollution is relatively higher.

Известны также и другие аналогичные технические решения: RU 2230054, опубл. 10.06.2004 г., RU 2261855, опубл., 10.10.2005 г., RU 2554354, опубл., 27.06.2015 г., RU 2554009, опубл. 20.06.2015 г.Other similar technical solutions are also known: RU 2230054, publ. 06/10/2004, RU 2261855, publ., 10/10/2005, RU 2554354, publ., 06/27/2015, RU 2554009, publ. 06/20/2015

Всем перечисленным выше аналогам присущ известный недостаток - излишняя технологическая сложность процесса и его недостаточно высокая эффективность (т.н. «КПД»). Кроме того перечисленным аналогам присущи - высокие расходы сырья и пара, большой объем и загрязненность стоков, большой объем и загрязненность газовых выбросов, необходимость химической очистки изопрена от ЦПД с затратами на уничтожение отходов, содержащих бутиловый спирт, олигомеры изопрена, фульвены и калиевую щелочь.All of the analogues listed above have a well-known drawback - the excessive technological complexity of the process and its insufficiently high efficiency (the so-called "efficiency"). In addition, the listed analogues are characterized by high consumption of raw materials and steam, large volume and pollution of effluents, large volume and pollution of gas emissions, the need for chemical purification of isoprene from CPD with the cost of destroying waste containing butyl alcohol, isoprene oligomers, fulvenes and potassium alkali.

Решаемая задача заявленного изобретения: устранение перечисленных выше недостатков, путем создания более эффективного способа получения изопрена, при осуществлении которого достигается упрощение технологической сложности процесса в целом.The problem to be solved by the claimed invention: the elimination of the above disadvantages by creating a more efficient method for producing isoprene, the implementation of which simplifies the technological complexity of the process as a whole.

Технический результат изобретения: повышение эффективности процесса получения изопрена, а также снижение расходов сырья и пара, устранение газовых выбросов, снижение в разы стоков и загрязнений.The technical result of the invention: increasing the efficiency of the isoprene production process, as well as reducing the cost of raw materials and steam, eliminating gas emissions, reducing effluents and pollution by several times.

Указанная задача решается следующим образом:This task is solved as follows:

В заявленном способе производства изопрена из изобутилена и формальдегида в водной среде в присутствии водорастворимой кислоты в реакторе с тремя зонами превращений, с последующим разделением продуктов синтеза на рецикловые продукты, возвращаемые в начало процесса, отходы и товарный изопрен, при котором синтез изопрена осуществляют дегидратацией метилбутандиола при температуре 120-150°С в водной фазе в присутствии кислоты;In the claimed method for the production of isoprene from isobutylene and formaldehyde in an aqueous medium in the presence of a water-soluble acid in a reactor with three transformation zones, followed by separation of the synthesis products into recycle products returned to the beginning of the process, waste and commercial isoprene, in which isoprene synthesis is carried out by dehydration of methylbutanediol at temperature 120-150°C in the aqueous phase in the presence of acid;

Кроме того, перед дегидратацией водную фазу подвергают глубокой очистке от формальдегида в противоточном реакционно-экстракционном аппарате при температуре 60-110°С, с использованием инертного по отношению к кислоте, формальдегиду, изобутилену и спиртам растворителя, например гексана.In addition, before dehydration, the aqueous phase is subjected to deep purification from formaldehyde in a countercurrent reaction-extraction apparatus at a temperature of 60-110°C, using a solvent inert to acid, formaldehyde, isobutylene and alcohols, for example hexane.

Кроме того, взаимодействие изобутилена с формальдегидом осуществляют при температуре 60-110°С и с полным рециклом масляного слоя.In addition, the interaction of isobutylene with formaldehyde is carried out at a temperature of 60-110°C and with complete recycling of the oil layer.

Кроме того, синтез осуществляют с использованием шихты содержащей 8%-16% формальдегида, которую перед подачей в реактор получают смешением формалина с циркулирующим раствором кислоты и выдерживают при температуре 70-110°С в течение 10-30 мин.In addition, the synthesis is carried out using a mixture containing 8%-16% formaldehyde, which, before being fed into the reactor, is obtained by mixing formalin with a circulating acid solution and kept at a temperature of 70-110°C for 10-30 minutes.

Кроме того, циркулирующую кислоту перед подачей на приготовление шихты подвергают реакционно-экстракционной очистке инертным растворителем при температуре 120-150°С.In addition, the circulating acid is subjected to reaction-extraction purification with an inert solvent at a temperature of 120-150°C before being fed to the batch preparation.

При осуществлении способа, используют следующее оборудование: узел гидролиза полиоксиметиленов, обязательных компонентов обезметанольного концентрированного формалина; узел взаимодействия разбавленного кислого раствора формальдегида с концентрированным изобутиленом в реакторе с не менее чем тремя реакционными зонами; узел расслоения реакционной массы с рециркуляцией масляного слоя в реактор; узел очистки водного слоя от формальдегида за счет экстракции диметилдиоксана (ДМД) инертным растворителем, например гексаном; узел отгонки экстрагента с рециклом экстракта в реактор; узел отгонки воды и летучих продуктов из водного слоя и дегидратации метилбутандиола (МБД), триметилкарбинола (ТМК), триолов с образованием изопрена, изобутилена, пиранов, тяжелых побочных продуктов; узел конденсации паров реакционно-отгонной колонны, расслоения для дальнейшей переработки; узел высокотемпературной экстракции кислого водного слоя из куба реакционно-отгонной колонны инертным растворителем с последующей регенерацией экстрагента и выводом тяжелых побочных продуктов; узел разделения летучих продуктов реакционно-отгонной колоны с выделением изобутилена-рецикла, ТМК-рецикла, жидких отходов и товарного изопрена.When implementing the method, the following equipment is used: a unit for the hydrolysis of polyoxymethylenes, the essential components of non-methanol concentrated formalin; node interaction of a dilute acidic solution of formaldehyde with concentrated isobutylene in a reactor with at least three reaction zones; node for stratification of the reaction mass with recirculation of the oil layer into the reactor; unit for cleaning the aqueous layer from formaldehyde by extracting dimethyldioxane (DMD) with an inert solvent, such as hexane; extractant distillation unit with extract recycle to the reactor; unit for distillation of water and volatile products from the aqueous layer and dehydration of methylbutanediol (MBD), trimethylcarbinol (TMC), triols with the formation of isoprene, isobutylene, pyrans, heavy by-products; unit for condensing vapors of the reaction-stripping column, stratification for further processing; unit for high-temperature extraction of the acidic aqueous layer from the bottom of the reaction-stripping column with an inert solvent, followed by regeneration of the extractant and removal of heavy by-products; unit for separating volatile products of the reactive stripping column with the release of isobutylene recycle, TMK recycle, liquid waste and commercial isoprene.

Для реализации способа, в условиях Тольятти Каучук, потребуется строительство установки по извлечению изобутилена из 45% фракции в составе двух реакторов: этерификации и разложения эфира; дополнительного реакционно-экстакционного аппарата; оснащение тарелками двух полых аппаратов, для использования в качестве реакционно-отгонной колонны и изменение трубопроводной обвязки.To implement the method, in the conditions of Togliatti Kauchuk, it will be necessary to build a plant for the extraction of isobutylene from a 45% fraction consisting of two reactors: esterification and ether decomposition; additional reaction-extraction apparatus; equipping two hollow apparatus with trays for use as a reaction-stripping column and changing the piping.

Изобретение поясняется на схеме технологического процесса (см. фиг. 1).The invention is illustrated in the flow diagram (see Fig. 1).

На фиг 1:In Fig 1:

1 - емкость приготовления шихты и полного гидролиза полиоксиметиленов, пришедших с формалином.1 - container for batch preparation and complete hydrolysis of polyoxymethylenes that came with formalin.

2.1, 2.2 и 2.3 - трех-зонный реакторный блок синтеза диола, промежуточных и побочных продуктов.2.1, 2.2 and 2.3 - three-zone reactor block for the synthesis of diol, intermediates and by-products.

3 - емкость для расслоения масляной и водной фаз.3 - capacity for stratification of oil and water phases.

4 - экстракционная тарельчатая колонна для глубокой очистки водной фазы от формальдегида.4 - extraction tray column for deep purification of the aqueous phase from formaldehyde.

5 - ректификационная колонна, со всем необходимым оборудованием, для отгонки гексана от извлеченных веществ.5 - distillation column, with all the necessary equipment, for distillation of hexane from the extracted substances.

6 - реакционно-отгонная колонна для дегидратации МБД, триолов и ТМК, с большим объемом жидкости на тарелках.6 - reaction-stripping column for dehydration of MBD, triols and TMK, with a large volume of liquid on the trays.

7 - отстойник для отделения изопрен содержащего масла от метанольной воды.7 - sump for separating isoprene-containing oils from methanol water.

8 - экстрактор для завершения дегидратации тяжелых и их отделения от кислой воды.8 - extractor to complete the dehydration of heavy and their separation from acidic water.

9 - ректификационная вакуумная колона для регенерации гексана и выделения тяжелых жидких отходов.9 - distillation vacuum column for the regeneration of hexane and the separation of heavy liquid waste.

10 - ректификационная колона для отгонки изопрен-изобутиленовой фракции.10 - distillation column for distillation of the isoprene-isobutylene fraction.

11 - ректификационная колона для отделения и-бутилена от изопрена.11 - distillation column for separating n-butylene from isoprene.

12 - колонна ректификации изопрена.12 - isoprene distillation column.

13 - колонна отгонки ТМК от пиранов и гексадиенового спирта.13 - column for distillation of TMK from pyrans and hexadiene alcohol.

14 - колона очистки химстока с отгонкой смеси ТМК и метанола.14 - chemical waste treatment column with distillation of a mixture of TMK and methanol.

Заявленный способ осуществляется следующим образом.The claimed method is carried out as follows.

Обезметаноленный формалин, содержащий не менее 40% формальдегида, смешивается с горячим циркулирующим кислым водным слоем и поступает в расходную емкость 1, где при температуре 100-110°С, концентрации фосфорной кислоты 3% и формальдегида 12%, полиоксиметилены полностью переходят в мономерные формы. Далее формальдегидная шихта поступает на смешение со 100% изобутиленом, с мольным соотношением формальдегид : изобутилен=1:1,3 и через распределительное устройство поступает в реактора синтеза 2, включающие в себя не менее трех ступеней. При температуре 60-110°С происходит взаимодействие изобутилена с формальдегидом, концентрация последнего снижается ниже 2%, с образованием различных продуктов синтеза. Незначительный избыток изобутилена существенно снижает экстракцию продуктов из водного слоя, что смещает процесс в сторону преимущественного образования МБД. Продукты реакции расслаиваются в сепараторе 3 и масляный слой возвращается в начало процесса. Водный слой, содержащий все возможные продукты реакции, поступает на очистку от формальдегида, которая осуществляется в вертикальном противоточном экстракторе 4. Сплошная фаза - кислый водный слой, дисперсная фаза - инертный растворитель. В первую очередь начинает экстрагироваться ДМД, что сдвигает равновесие и идет исчерпание формальдегида за счет его взаимодействия с МБД с образованием о ДМД, одновременно начинается гидролиз диоксановых спиртов (ДС) с выделением формальдегида и образованием триолов. Весь формальдегид, выделившейся при гидролизе ДС, так же связывается в ДМД и выводится из кислой водной фазы. Таким образом, за счет некоторого снижения содержания МБД в водной фазе, удается очистить ее до остаточного содержания формальдегида не более 0,1%. Экстракт поступает на разгонку в тарельчатую колонну 5, где по верху отбирается растворитель, а все более тяжелые продукты из куба колонны возвращаются в реактор синтеза.Methanol-free formalin containing at least 40% formaldehyde is mixed with a hot circulating acidic water layer and enters the supply tank 1, where at a temperature of 100-110 ° C, a concentration of phosphoric acid of 3% and formaldehyde of 12%, polyoxymethylenes are completely converted into monomeric forms. Next, the formaldehyde mixture is mixed with 100% isobutylene, with a molar ratio of formaldehyde : isobutylene=1:1.3, and through the distribution device enters the synthesis reactor 2, which includes at least three stages. At a temperature of 60-110°C, isobutylene interacts with formaldehyde, the concentration of the latter decreases below 2%, with the formation of various synthesis products. A slight excess of isobutylene significantly reduces the extraction of products from the aqueous layer, which shifts the process towards the predominant formation of MBD. The reaction products are stratified in the separator 3 and the oil layer is returned to the beginning of the process. The aqueous layer, containing all possible reaction products, is supplied to formaldehyde removal, which is carried out in a vertical countercurrent extractor 4. The continuous phase is an acidic aqueous layer, the dispersed phase is an inert solvent. First of all, DMD begins to be extracted, which shifts the equilibrium and exhaustion of formaldehyde occurs due to its interaction with MBD with the formation of o DMD, while the hydrolysis of dioxane alcohols (DS) begins with the release of formaldehyde and the formation of triols. All formaldehyde released during the hydrolysis of DS is also bound in DMD and removed from the acidic aqueous phase. Thus, due to some reduction in the content of MBD in the aqueous phase, it is possible to purify it to a residual formaldehyde content of not more than 0.1%. The extract enters the tray column 5 for distillation, where the solvent is taken off at the top, and the heavier products from the bottom of the column are returned to the synthesis reactor.

Очищенный водный слой, содержащий МБД, триолы, ТМК, пирановый спирт, кислоту и воду поступает на шестую с верха тарелку в реакционно-отгонную колонну 6, где при температуре 120-150°С и давлении 1 ати происходит дегидратация МБД, триолов и ТМК. Необходимый объем для реакции достигается за счет того, что диаметр колонны значительно больше, чем требуется исходя из оптимальной скорости паров, при этом клапанов на тарелке мало, а уровень высокий, что приведет к увеличению расстояния между тарелками до 800 мм. Для предотвращения уноса кислой пены из колонны на верхнюю тарелку подается часть отпаренной воды в количестве 0,2-0,3 от всего отгона воды, остальная вода, количество которой равно воде, пришедшей с формалином и воде химически связанной в молекулу формальдегида, поступает на колонну 14 узла отгонки метанола и ТМК. Кубовый продукт практически чистая вода направляется в канализацию. Упаренный водный слой, содержащий мало летучие смолы поступает в экстрактор 8, где при той же температуре происходит окончательное превращение тяжелокипящих непредельных спиртов в не растворимые в воде полиолефины, которые с экстрагентом выводятся из кислой воды. Кислота направляется на приготовление формальдегидной шихты. Масляный слой из отстойника 7 направляется в блок ректификационных колонн, где в колонне 10 выделяется изопрен-изобутиленовая фракция, которая разделяется в колонне 11 на изобутилен - рецикл, возвращаемый в реактор синтеза и изопрен-сырец, простой ректификацией в колонне 12 превращается в товарный продукт, кубовая жидкость колонны 12, ректификации изопрена-сырца, возвращается к колонну 10, отгонки изопрен-изобутиленовой фракции, тяжелые продукты из куба этой колонны поступают в колонну 13 где отгоняется ТМК, который возвращается в реактор синтеза. По кубу выводятся остатки тяжелых жидких отходов Т.о. предлагаемый метод производства изопрена характеризуется существенно лучшими показателями.The purified aqueous layer containing MBD, triols, TMA, pyran alcohol, acid and water enters the sixth plate from the top into the reaction-stripping column 6, where at a temperature of 120-150 ° C and a pressure of 1 atm, dehydration of MBD, triols and TMA occurs. The required volume for the reaction is achieved due to the fact that the diameter of the column is much larger than required based on the optimal vapor velocity, while there are few valves on the plate, and the level is high, which will increase the distance between the plates to 800 mm. To prevent the entrainment of acidic foam from the column, a part of the stripped water is supplied to the upper plate in the amount of 0.2-0.3 of the total water distillation, the rest of the water, the amount of which is equal to the water that came with formalin and water chemically bound into the formaldehyde molecule, enters the column 14 units for distillation of methanol and TMK. The bottom product of almost pure water is sent to the sewer. The stripped off aqueous layer containing low volatile resins enters extractor 8, where, at the same temperature, the final conversion of heavy-boiling unsaturated alcohols into water-insoluble polyolefins takes place, which are removed from acidic water with the extractant. The acid is directed to the preparation of formaldehyde charge. The oil layer from the sump 7 is sent to the block of distillation columns, where the isoprene-isobutylene fraction is separated in column 10, which is separated in column 11 into isobutylene - recycle, returned to the synthesis reactor and raw isoprene, by simple rectification in column 12 turns into a commercial product, the bottom liquid of column 12, rectification of raw isoprene, returns to column 10, distillation of the isoprene-isobutylene fraction, heavy products from the bottom of this column enter column 13 where TMK is distilled off, which is returned to the synthesis reactor. The remains of heavy liquid waste are removed from the cube. Т.о. the proposed method for the production of isoprene is characterized by significantly better performance.

Так расход пар составляет 5,5-6 Гкал/т, Выход жидких отходов 195-200 кг/т, расход изобутилена 940 кг/т, расход формальдегида 565-570 кг/т. Количество стоков - минимизировано, их загрязненность очень низкая. Улучшения показателей удалось достичь за счет отказа от ДМД, как источника получения изопрена. В процессе взаимодействия изобутилена и формальдегида одновременно образуются МБД и непредельный спирт, которые в условиях действующих производств превращаются в ДМД и ДС, последний взаимодействует с полиоксиметиленами, из состава формалина, с образованием тяжелых, термически устойчивых формалей, в реакторе ДС этерефицируется изобутиленом, все эти реакции ведут к затратам сырья на образование тяжелых отходов.So the steam consumption is 5.5-6 Gcal / t, the yield of liquid waste is 195-200 kg / t, the consumption of isobutylene is 940 kg / t, the consumption of formaldehyde is 565-570 kg / t. The amount of drains is minimized, their pollution is very low. Improvement of indicators was achieved due to the rejection of DMD as a source of isoprene production. In the process of interaction of isobutylene and formaldehyde, MBD and unsaturated alcohol are simultaneously formed, which, under the conditions of existing production, are converted into DMD and DS, the latter interacts with polyoxymethylenes, from formalin, with the formation of heavy, thermally stable formals, in the DS reactor it is esterified with isobutylene, all these reactions lead to the cost of raw materials for the formation of heavy waste.

При термокаталитическом разложении ДМД по первому варианту на активных центрах катализатора одновременно присутствуют формальдегид, непредельный спирт и другие непредельные продукты, что обеспечивает потерю сырья на образование кокса и зеленого масла. При температуре 359-300°С формальдегид не устойчив и разлагается с образованием Н2, CO. CO2 и метанола. Переработка формальдегидной воды на колонне укрепления формалина, так же ведет к значительным потерям на образование смол, муравьиной кислоты, Н2, СО, CO2 и метанола и на физические потери со стоком. По второму варианту при гидролизе ДМД в потоке горячей циркулирующей кислоты одновременно образуются МБД, непредельный спирт и формальдегид, взаимодействие между последними ведет к образованию смол.During the thermal catalytic decomposition of DMD according to the first variant, formaldehyde, unsaturated alcohol and other unsaturated products are simultaneously present on the active sites of the catalyst, which ensures the loss of raw materials for the formation of coke and green oil. At a temperature of 359-300°C, formaldehyde is not stable and decomposes to form H2, CO. CO2 and methanol. The processing of formaldehyde water in the formalin fortification column also leads to significant losses in the formation of tar, formic acid, H2, CO, CO2 and methanol and in physical losses with effluent. According to the second variant, during the hydrolysis of DMD in a hot circulating acid stream, MBD, unsaturated alcohol, and formaldehyde are simultaneously formed, the interaction between the latter leads to the formation of resins.

По предлагаемому способу формалин смешивается с горячим потоком кислоты в воде, не содержащей спиртов, поэтому происходит быстрый гидролиз полиокси метиленов в мономерные формы и полностью предотвращается образование полиформалей. Принятая в предложенном методе концепция на производство изопрена из МБД, с полным подавлением образования ДМД, позволила снизить на треть потери формальдегида на образование отходов. Повышение выхода МБД достигнуто благодаря использованию 100% изобутилена с минимальным избытком и разбавленной до 8-16% формальдегидной шихтой. Эти меры позволили весь образующийся ДМД вернуть в реактор синтеза и превратить в МБД. Очистка раствора МБД от формальдегида позволила селективно извлечь один моль формальдегида из диоксанового спирта, последовательно превратив его в ДМД, МБД и изопрен.According to the proposed method, formalin is mixed with a hot stream of acid in alcohol-free water, therefore, polyoxymethylenes are rapidly hydrolyzed into monomeric forms and the formation of polyformals is completely prevented. The concept adopted in the proposed method for the production of isoprene from MBD, with complete suppression of the formation of DMD, made it possible to reduce by a third the loss of formaldehyde for waste generation. An increase in the yield of MBD was achieved through the use of 100% isobutylene with a minimum excess and formaldehyde mixture diluted to 8-16%. These measures allowed all the resulting DMD to be returned to the synthesis reactor and converted into MBD. Purification of the MBD solution from formaldehyde made it possible to selectively extract one mole of formaldehyde from dioxane alcohol, successively converting it into DMD, MBD, and isoprene.

Очистка раствора МБД от формальдегида обеспечила высокоселективное протекание реакций дегидратации без дополнительного образования смол. Высокотемпературная экстракция упаренного кислого водного слоя предотвратила попадание непредельных спиртов в реактор синтеза и потерь сырья на увеличение отходов.Purification of the MBD solution from formaldehyde provided a highly selective course of dehydration reactions without additional formation of resins. High-temperature extraction of the stripped off acidic water layer prevented the ingress of unsaturated alcohols into the synthesis reactor and the loss of raw materials to increase waste.

Как видно из изложенного, при осуществлении заявленного изобретения решается задача - создание более эффективного способа получения изопрена с одновременным упрощением процесса в целом, что одновременно приводит к существенному повышению эффективности процесса получения изопрена, снижению расходов сырья и пара, а также устранению газовых выбросов, снижению в разы стоков и загрязнений.As can be seen from the above, in the implementation of the claimed invention, the problem is solved - the creation of a more efficient method for producing isoprene while simplifying the process as a whole, which at the same time leads to a significant increase in the efficiency of the process of obtaining isoprene, reducing the cost of raw materials and steam, as well as eliminating gas emissions, reducing times of sewage and pollution.

Claims (5)

1. Способ производства изопрена из изобутилена и формальдегида в водной среде в присутствии водорастворимой кислоты в реакторе с тремя зонами превращений с последующим разделением продуктов синтеза на рецикловые продукты, возвращаемые в начало процесса, отходы и товарный изопрен, при котором синтез изопрена осуществляют дегидратацией метилбутандиола при температуре 120-150°С в водной фазе в присутствии кислоты, а перед дегидратацией водную фазу подвергают глубокой очистке от формальдегида в противоточном реакционно-экстракционном аппарате при температуре 60-110°С с использованием инертного по отношению к кислоте, формальдегиду, изобутилену и спиртам растворителя.1. A method for the production of isoprene from isobutylene and formaldehyde in an aqueous medium in the presence of a water-soluble acid in a reactor with three transformation zones, followed by separation of the synthesis products into recycle products returned to the beginning of the process, waste and commercial isoprene, in which isoprene synthesis is carried out by dehydration of methyl butanediol at a temperature 120-150°C in the aqueous phase in the presence of acid, and before dehydration, the aqueous phase is subjected to deep purification from formaldehyde in a countercurrent reaction-extraction apparatus at a temperature of 60-110°C using a solvent inert to acid, formaldehyde, isobutylene and alcohols. 2. Способ производства изопрена по п. 1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют гексан.2. A method for the production of isoprene according to claim 1, characterized in that hexane is used as a solvent. 3. Способ производства изопрена по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что взаимодействие изобутилена с формальдегидом осуществляют при температуре 60-110°С и с полным рециклом масляного слоя.3. Method for the production of isoprene according to any one of paragraphs. 1-2, characterized in that the interaction of isobutylene with formaldehyde is carried out at a temperature of 60-110°C and with a complete recycle of the oil layer. 4. Способ производства изопрена по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что синтез осуществляют с использованием шихты, содержащей 8-16% формальдегида, которую перед подачей в реактор получают смешением формалина с циркулирующим раствором кислоты и выдерживают при температуре 70-110°С в течение 10-30 мин.4. Method for the production of isoprene according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the synthesis is carried out using a mixture containing 8-16% formaldehyde, which, before being fed into the reactor, is obtained by mixing formalin with a circulating acid solution and kept at a temperature of 70-110°C for 10-30 minutes. 5. Способ производства изопрена по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что циркулирующую кислоту перед подачей на приготовление шихты подвергают реакционно-экстракционной очистке инертным растворителем при температуре 120-150°С.5. Method for the production of isoprene according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the circulating acid is subjected to reaction-extraction purification with an inert solvent at a temperature of 120-150°C before being fed to the batch preparation.
RU2020124451A 2020-07-23 2020-07-23 Method for producing isoprene RU2765441C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124451A RU2765441C2 (en) 2020-07-23 2020-07-23 Method for producing isoprene

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124451A RU2765441C2 (en) 2020-07-23 2020-07-23 Method for producing isoprene

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020124451A RU2020124451A (en) 2022-01-24
RU2020124451A3 RU2020124451A3 (en) 2022-01-24
RU2765441C2 true RU2765441C2 (en) 2022-01-31

Family

ID=80445059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124451A RU2765441C2 (en) 2020-07-23 2020-07-23 Method for producing isoprene

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2765441C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0209785A2 (en) * 1985-07-23 1987-01-28 BASF Aktiengesellschaft Process for the preparation of methylisobutylketone and isoprene
RU2131863C1 (en) * 1998-02-19 1999-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "НИЦ НХТ" Method of preparing isoprene by liquid phase reaction of isobutene and formaldehyde
RU2332394C1 (en) * 2007-01-23 2008-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Еврохим-СПб-Трейдинг" Method of isoprene production
RU2373176C1 (en) * 2008-04-15 2009-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технологический центр по химическим технологиям" Method of producing isoprene from formaldehyde and isobutene-containing c4-fraction
RU2458035C1 (en) * 2011-04-11 2012-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение ЕВРОХИМ" Method of producing isoprene

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0209785A2 (en) * 1985-07-23 1987-01-28 BASF Aktiengesellschaft Process for the preparation of methylisobutylketone and isoprene
RU2131863C1 (en) * 1998-02-19 1999-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "НИЦ НХТ" Method of preparing isoprene by liquid phase reaction of isobutene and formaldehyde
RU2332394C1 (en) * 2007-01-23 2008-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Еврохим-СПб-Трейдинг" Method of isoprene production
RU2373176C1 (en) * 2008-04-15 2009-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технологический центр по химическим технологиям" Method of producing isoprene from formaldehyde and isobutene-containing c4-fraction
RU2458035C1 (en) * 2011-04-11 2012-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение ЕВРОХИМ" Method of producing isoprene

Also Published As

Publication number Publication date
RU2020124451A (en) 2022-01-24
RU2020124451A3 (en) 2022-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010159212A (en) Method for separating alcohol
RU2741574C1 (en) Method for production of 2,2-dimethyl-1,3-propanediol
US3972955A (en) Process for preparation of isoprene
RU2159223C2 (en) Method of producing three separate streams of methanol and ethanol, propanol, and isobutanol
CZ295063B6 (en) Process for separating formaldehyde-containing product from formaldehyde solution
EA010358B1 (en) Process and apparatus for converting oxygenate to olefins
KR100270462B1 (en) Method of separating ehyl-tert-buthyl-ether and ethanol
RU2765441C2 (en) Method for producing isoprene
CN108218678A (en) The separation and refining method and device of polymethoxy dimethyl ether
CN105085165B (en) The separation method of ethylene glycol and diethylene glycol
CA1055874A (en) Extractive distillation of acetone
CN106588597A (en) Method for purifying polyoxyethene dimethyl ether
RU2280022C1 (en) Process of producing isoprene from isobutene and formaldehyde
CN109096063A (en) The method for purifying polyoxymethylene dimethyl ethers
JP6444555B1 (en) Separation method and method for producing isobutylene using the same
JPH04221333A (en) Process for producing ethyl tert-alkyl ether
EP0255401A2 (en) Process
RU2203878C2 (en) Isoprene production process
RU2099319C1 (en) Method for production of isoprene
RU2248961C1 (en) Isoprene production process
RU2432349C1 (en) Method of producing highly concentrated methylal
RU2319686C2 (en) Method of processing isobutene-containing hydrocarbon mixture
RU2258690C1 (en) Method for preparing isoprene
RU2747484C1 (en) Method for producing cyclohexyl hydroperoxide
RU2341508C1 (en) Method of obtaining isoprene