Курсовая работа (т): Этаноламины: свойства, получение, применение

6. Сравнение методов получения (достоинства и недостатки)

Исторический очерк о развитии производства изопрена

В основе современных промышленных способов производства изопрена лежат теоретические исследования в области химии диеновых углеводородов, выполненные в начале 20 века. В 1908 -1912 годах С.В. Лебедев установил общие закономерности полимеризации изопрена. Работы по производству изопрена начаты А.Е. Фаворским, открывшим в 1905 году реакцию получения третичных ацетиленовых спиртов конденсацией ацетилена с карбонильными соединениями. В 1917 году Принс доказал принципиальную возможность получения диеновых углеводородов из олефинов и формальдегида. В 1928 году А.Е. Фаворский изучил и в 1939 году предложил метод синтеза изопрена на основе ацетилена и ацетона, реализованный позже в промышленном масштабе в Италии.

До 1959 года бутадиен - 1,3 был в нашей стране единственным мономером для производства синтетического каучука. В 50-х годах был разработан метод синтеза изопрена из изобутилена и формальдегида (диоксановый метод), осуществленный впервые в мире в промышленном масштабе в 1964-1965 годах на Самарском и Волжском заводах синтетического каучука. В 1968 - 1970 годах вводятся в действие крупные мощности по производству изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана, извлекаемого из попутного газа Среднего Приобья. Позже на этом сырье организовали производство изопрена на Тобольском нефтехимическом комбинате.

В промышленности изопрен получают тремя способами:

. Из изобутилена и формальдегида.

На первой стадии образуется диметилдиоксан. Реакцию проводят в трубчатых реакторах, в которые противотоком подают фракцию углеводородов С₄ с содержанием изобутилена 40-50% и формалин, содержащий не менее 35% формальдегида, катализатор - 1-2%-ная H₂SO₄. Выход продукта 74-80% по формальдегиду. На второй стадии диметилдиоксан, разбавленный перегретым паром, разлагают в адиабатических реакторах в присутствии кальцийфосфатного катализатора, изопрен выделяют ректификацией. Выход 43-46%.

. Дегидрированием изопентана. На первой стадии в кипящем слое алюмохромового катализатора при 530-610 °С образуются изоамилены; выход 28-33%. На второй стадии изоамилены, разбавленные перегретым водяным паром, дегидрируют в стационарном слое хромкальцийникельфосфатного катализатора при 550-650 °С; выход 32-34%. Изопрен и изоамилены после первой стадии выделяют экстрактивной ректификацией с ДМФА или другими экстрагентами.

. Из фракции С₅ пиролиза жидких нефтепродуктов (содержит 15-20% изопрен), получаемой при производстве этилена. Изопрен выделяют двухступенчатой экстрактивной ректификацией с ацетонитрилом. ДМФА или др. Выход по этилену 2-5%. Этим способом (он наиболее экономичен) за рубежом производят более 70% изопрен

В лаборатории чистый изопрен может быть получен разложением b-метилпирролидина. [7]

Таблица 1 - Экономическая оценка различных методов получения изопрена

Проанализировав таблицу 1 можно убедится, что наиболее рентабельными способами получения изопрена являются окислительное дегидрирование изопентана и выделение изопрена из фракции С₅ пиролиза жидких нефтепродуктов. Эти методы характеризуются наименьшими капитальными вложениями, сниженной себестоимостью выпускаемой продукции и уменьшенными затратами энергоресурсов. [10]

Наиболее простой вариант получения изопрена - извлечение из фракций С₅ пиролиза нефти, содержащей обычно 15-20% изопрена. Эта фракция образуется в качестве побочного продукта при получении этилена и пропилена в количествах, не превышающих 15-20% от выхода этилена. Однако для промышленной реализации метода необходимо транспортировать эту фракцию с различных нефтеперерабатывающих заводов, что создает определенные трудности.

Изопентан и изопентены, обладающие углеводородным скелетом конечного продукта, являются дефицитными продуктами в связи с тем, что они широко применяются как высокооктановая добавка к качественным бензинам (не содержащим тетраэтилсвинец). Это ограничивает возможность их применения для получения изопрена [8] Одним из основных преимуществ способа получения изопрена из изобутилена и формальдегида по сравнению с другими способами получения этого мономера является высокая чистота продукта при сравнительно простых методах его выделения и очистки.

Основной недостаток процесса - образование многочисленных побочных продуктов, количество которых достигает до 0,5 т/т изопрена. Для утилизации части побочных продуктов триметилкарбинольную фракцию подвергают разложению с образованием возвращаемого в процесс изобутилена, что значительно снижает его расход на 1 т изопрена. Разложение выделяемой фракции метилгидропирана позволяет дополнительно получить до 2% изопрена.

Другим недостатком этого способа получения изопрена является необходимость рекуперации формальдегида, образующегося при разложении диметилдиоксана. Этого недостатка лишен процесс, в котором в качестве промежуточного продукта получают метилбутандиол или изоамиленовый спирт, легко превращаемые в относительно мягких условиях (453-527 К) на фосфатных катализаторах в изопрен с высоким выходом. Однако созданию промышленного процесса, включающего стадию образования этих промежуточных продуктов, препятствует отсутствие методов их селективного получения. Наиболее удачный вариант получения изопрена из изобутилена и формальдегида через стадию метилбутандиола был разработан сотрудниками Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН и Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института мономеров (г. Тула). Этот вариант получения изопрена из изобутилена и формальдегида отличается от реализованного в промышленности тем, что процесс осуществляют через промежуточную стадию образования 3-метилбутандиола-1,3. [8]

В настоящий момент предлагается главным образом три потенциально пригодных для промышленного использования процесса получения изопрена из изобутилена и формальдегида.[11]

-       Диоксановый процесс

-       Одностадийный процесс (Курарей)

-       Жидкофазный процесс (Еврохим)

Диоксановый процесс

Метод получения изопрена в две стадии через стадию получения промежуточного продукта - диметилдиоксана, с последующим его разложением на изопрен и формальдегид

Достоинствами этого распространенного метода можно назвать высокую чистоту целевого продукта (изопрена), относительно невысокие требования к сырью, большую производительность, длительный опыт промышленной эксплуатации (44 года) и возможность квалифицированного использования побочных продуктов.

Основными недостатками этого метода являются: необходимость рецикла формальдегида, высокая энергоемкость, большое количество побочных продуктов и большое количества сточных вод и газовых выбросов в атмосферу

Одностадийный процесс (Курарей)

Метод получения изопрена из изобутилена и формальдегида без стадии выделения и разложения промежуточных продуктов:

Достоинства данного метода в том, что этот менее энергоемок, более прост в технологическом исполнении, а также образует меньшее количество сточных вод и обеспечивает высокую чистоту изопрена.

Недостатками же этого метода являются: малая производительность, повышенная металлоемкость; высокие требования к сырью; использование побочных продуктов только в качестве котельного топлива.

Жидкофазный процесс (Еврохим)

Это современная технология на основе жидкофазного каталитического синтеза изопрена из изобутилена и формальдегида, исключающая стадию каталитического разложения диметилдиоксана при высоких температурах и позволяющую сократить материальное оформление процесса и энергопотребление при оптимальных условиях процесса.

Преимущества данного метода: высокая чистота изопрена (не менее 99,0 % масс. по основному продукту); малая энергоемкость небольшое количество сточных вод и газовых выбросов; невысокие требования к сырью; длительный опыт промышленной эксплуатации (6 лет); возможность квалифицированного использования части побочных продуктов. То есть данный метод объединяет достоинства первых двух.[11]

Таблица 2 - Достоинства и недостатки методов получения изопрена

Технология жидкофазного синтеза изопрена по технологии Еврохим была внедрена на ОАО «Нижнекамскнефтехим» в 2006 году. Инвестиционные затраты на внедрения окупились менее, чем за 2 года промышленной эксплуатации.

Список использованных источников и литературы

1.      Огородников С.К. Производство изопрена / С.К. Огородников, Г.С.Идлис. - Л.: Химия, 1973. - 296с.:ил;

.        Энциклопедия полимеров. В 3т. Т.1 : а - к / Редкол. В.А.Каргин (гл.ред.) и др. - М.:Советская энцикл., 1972. - 609 с.: ил.;

.        Кирпичников П.А. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука: учебное пособие для вузов/ П.А.Кирпичников, В.В.Береснев, Л.М.Попова. - 2-е изд., перераб. - Л.:Химия, 1986. - 224 с.: ил.;

.        Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: справочное издание: в 2 книгах; кн.1 / А.Н.Баратов, А.Я.Корольченко, Г.Н.Кравчук и др. - М., Химия, 1990. - 496 с.;

5.      Химия. Доска объявлений по химии [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://xim-poisk.com/book/search/chemical/encyklopedia/1620.html: свободный (дата обращения 20 марта 2012г).;

.        Способы получения и химические свойства алкадиенов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: <http://www.alhimikov.net/organikbook/alkadien_01.html>: свободный (дата обращения 20 марта 2012г).;

.        Химическая энциклопедия. В 5т. Т.2 : даффа - меди / Редкол. И.В. Кнунянц (гл.ред.) и др. - М.:Сов.энцикл., 1990. - 671 с.: ил.;

.        Платэ Н.А. Основы химии и технологии мономеров: учебное пособие / Н.А.Платэ, Е.В.Сливинский. - М.:Наука: Маик Наука /Интерпериодика, 2002. - 696с.: ил.;

.        Один из крупнейших поставщиков полимерных материалов UMSС. - Режим доступа: <http://umsc.ru/catalog_7.html>: свободный;

.        Башкатов Т.В. Технология синтетических каучуков: учебник для техникумов. - 2-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1987. - 360 с.;