Введение
В исследованиях жидкофазного окисления алкилароматических углеводородов основное внимании уделяется составу жидких продуктов – содержанию различных кислородосо держащих соединений: гидропероксидов, спиртов, карбонильных соединений, кислот и так далее. Это связано с тем, что окисление соответствующих углеводородов нацелено на получение именно этих продуктов. При этом полный анализ отходящих газов (отработанного воздуха) практически не проводились. Анализ отработанного воздуха промышленных реакторов с помощью поточных газоанализаторов на содержание в них легких газов дал бы возможность получить более оперативную информацию о скорости и селективности окисления углеводородов, и, таким образом, контролировать и управлять процессом.
Результаты и их обсуждение
Процесс окисления этилбензола кислородом воздуха до гидроперекиси этилбензола осуществляется в каскаде реакторов барботажного типа под давлением 0,34÷0,49 МПа (3,5÷5,0 кгс/см2). Реактор представляет собой полый аппарат с внутренним змеевиком. [1]
Применение каскада реакторов обеспечивает возможность самотека продукта по реакторам и предотвращение распространения во всей системе аварийного режима, возникающего в случае завышения температуры в одном из реакторов. Реакция окисления экзотермическая (с выделением тепла). Основным продуктом процесса окисления этилбензола является гидроперекись этилбензола (ГПЭБ), побочными – ацетофенон (АЦФ), метилфенилкарбинол (МФК), бензойная кислота, бензальдегид, муравьиная кислота, вода и др. Реакция жидкофазного окисления этилбензола молекулярным кислородом описывается следующими уравнениями: [1]
В ходе обследования производства ГПЭБ на базе ОАО «НижнекамскНефтехим» в отработанном воздухе кроме кислорода и азота было обнаружено достаточно большое количество метана и водорода (рис. 1), что стало предметом исследования механизма их образования в результате протекания элементарных реакций окисления с участием радикалов и возможности использования этой информации в производственных целях.
Рисунок 1. Хроматограмма отработанного воздуха окисления этилбензола
Хроматографический анализ воздуха, поступающего в реакторы окисления, показал отсутствие метана. Отдельно в отработанном воздухе определялось содержание углекислого газа. Азот и инертные газы в реакциях не участвуют, унос этих газов в растворенном виде реакционной массой окисления (оксидатом) пренебрежимо мало, поэтому можно принять, что соотношение концентраций азота и аргона на входе и на выходе реактора постоянно. Используя комбинацию отдельно полученных результатов хроматографического анализа (N2, O2, H2 и CH4), волюмометрического анализа (СО2) и постоянство соотношения азота к аргону было рассчитано содержание основных компонентов отработанного воздуха после каждого из реакторов каскада окисления этилбензола и приводится в таблице. Сопоставлением состава газообразных и жидких потоков, была выявлена определенная взаимосвязь между технологическими параметрами процесса и составом отработанного воздуха, что можно использовать для повышения эффективности оперативного контроля производства.
Заключение
Анализ полученных результатов свидетельствуют о том, что наличие метана в отработанном воздухе окисления этилбензола тесно связано с образованием бензойной кислоты и бензальдегида, а присутствие водорода – с ацетофеноном. Анализируя отработанный воздух в автоматическом режиме, можно оперативно оценивать концентрацию побочных продуктов в реакционной массе окисления. Если принять, что МФК в совместном производстве стирола и оксида пропилена, является промежуточным продуктом получения стирола, то его можно отнести к целевым. В этом случае, селективность процесса можно оценить, используя простой алгоритм.
Выводы
Анализ отработанного воздуха промышленного окисления этилбензола на содержание кислорода, метана и водорода с помощью поточных газоанализаторов позволит оперативно оценить скорость и селективность процесса окисления, что может быть использовано для повышения эффективности управления соответствующих производств.
Список литературы
- 1. Технологический регламент цеха 2505 получения гидроперекиси этилбензола производства стирола с побочным получением окиси пропилена.
- 2. Борисов П.П., Эвентова М.С. и Семенидо Е.Г. Влияние температуры и кислорода на процесс окисления масла в объеме и тонком слое. Сборник статей – Окисление углеводородов в жидкой фазе. М.: Издательство АН СССР. 1959. С.327-332.
- 3. Эммануэль Н.М., Гал Д. Окисление этилбензола (модельная реакция). М.: Наука. 1984. 376с.
