Новые пути улучшения показателей процесса получения кумилгидропероксида тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.04, кандидат технических наук Бударев, Андрей Викторович

• Бударев, Андрей Викторович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бударев, Андрей Викторович

1 Введение

2 Литературный обзор «Исследования в области промышленного способа окисления кумола»

2.1 Механизм окисления кумола

2.1.1 Возникновение и зарождение активных центров

2.1.2 Развитие цепи при окислении углеводородов 14 2.1 3 Вырожденное разветвление цепи. Механизм образования основных побочных продуктов реакции окисления 15 кумола

2.1.4 Обрыв цепи

2.2 Влияние на селективность и скорость окисления кумола условий проведения процесса '

2.2.1 Селективность процесса окисления кумола

2.2.2 Влияние примесей в свежем и возвратном кумоле

2.2.3 Влияние температуры на скорость и селективность процесса

2.2.4 Влияние расхода воздуха

2.2.5 Влияние давления

2.3 Анализ состояния проблемы промышленного окисления кумола

3 Экспериментальная часть

3.1 Аналитические методы

3.2 Используемые вещества

3.3 Описание лабораторной установки

3.4 Описание методик проведения экспериментов

3.5 Описание методики моделирования реакторных систем

3.6 Описание методики экспериментов по исследованию влияния растворённого кислорода

4 Обсуждение результатов

4.1 Влияние гидродинамических параметров на скорость и селективность окисления кумола

4.1.1 Переменная концентрация кислорода в окисляющем агенте

4.1.2 Влияние давления

4.1.3 Окисление при переменном расходе воздуха

4.1.4 Реакции окисления кумола на границе раздела фаз газ-жидкость и за счёт растворённого в жидкой фазе кисло- 68 рода

4.1.5 Порядок реакций и параметры активации

4.1.6 Влияние гидродинамических параметров на селективность процесса окисления кумола

4.2 Способ повышение селективности промышленного процесса окисления кумола 87 4.2.1 Изучение этапа развитого радикального процесса окисления кумола

4.3 Практическое применение результатов исследований

5 Выводы 120 Литература

Заключение диссертации по теме «Технология органических веществ», Бударев, Андрей Викторович

5 Выводы

1. По результатам проведённых исследований разработана усовершенствованная технология окисления кумола, позволяющая увеличить конверсию и селективность промышленного процесса окисления кумола за счёт:

- увеличения поверхности раздела фаз газ-жидкость с помощью тарелок эрлифтного типа, устанавливаемых в реакторы с целью увеличения скорости образования ГПК;

- оптимального снижения давления в реакторах и понижения концентрации растворённого кислорода в жидкой фазе с целью увеличения селективности;

- увеличения конверсии кумола благодаря удалению образующихся альдегидов, органических кислот и фенола непосредственно из зоны окисления кумола.

2. Экспериментально показано, что при окислении кумола кислородом воздуха в реакторе барботажного типа процесс окисления протекает как за счёт кислорода, растворённого в жидкой фазе, так и на границе раздела фаз газ-жидкость. /

3. Установлено, что реакции окисления кумола, протекающие с участием растворённого в жидкой фазе кислорода, являются низкоселективными, а реакции окисления, протекающие на границе раздела фаз газ-жидкость, являются высокоселективными.

4. Установлено, что значения'эффективной энергии активации образования ГПК с участием в реакции растворённого кислорода и кислорода в газовой фазе на поверхности раздела фаз газ-жидкость принципиально различны по величине — 109 и 54.6 кДж/моль, соответственно.

5. Установлено, что альдегиды оказывают сильное негативное влияние на процесс окисления кумола — снижают скорость образования ГПК и селективность.

6. Экспериментально установлена зависимость размера газовых пузырей, газосодержания и скорости всплытия от давления в реакторе и скорости подачи воздуха в реактор. Показано, что с ростом давления в реакторе размер пузырей и газосодержание уменьшаются, что приводит к уменьшению площади поверхности контакта фаз газ-жидкость и снижению селективности.

7. Экспериментально показано, что в интервале давлений 0.1-0.8 МПа в реакторе барботажного типа с ростом давления скорость образования ГПК достигает предельной величины (выходит на плато), что одновременно приводит к уменьшению селективности процесса.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бударев, Андрей Викторович, 2011 год

1. О роли перекисей в процессах медленного окисления / А.Н. Бах // Журнал Русского физико- химического общества. - 1897. - Т. XX1., № 6. - С. 373-398.

2. Ueber die sogenannte "Activining" die Sauerstoffs und über Superoxydbildung / C. Engler, W. Wild // Berinchte. 1897. - Bd.30. - S. 16691681.

3. Семёнов, H.H. Цепные реакции./ Н.Н.Семёнов. — 2-е изд. — М.: Наука, 1986.-535 с.

4. Эммануэль, Н.М. Цепные реакции: исторический аспект / Н.М. Эммануэль, Г.Е. Заиков, В.А. Крицман. — М.: Наука, 1989. — 335 с.

5. George P. The Oxidation of Liquid Hydrocarbons. I. The Chain Formation of Hydroperoxides and their Decomposition / P. George, E.K. Rideal, A. Robertson //Proc. Roy. Soc. A. 1946. - V.185, № 1002. - P. 288-309.

6. Современные представления о механизме окисления углеводородов в жидкой фазе / Д.Г. Кнорре и др. // Успехи химии. 1957. — Т.26, № 4. -С. 416-458.

7. Эммануэль, Н.М. Цепные реакции окисления углеводородов в жидкой фазе / Н.М. Эммануэль, Е.Т. Денисов, З.К. Майзус. — М.: Наука, 1965. — 376 с.

8. Кружалов, В.Д. Совместное получение фенола и ацетона / В.Д. Кружа-лов, Б.И. Голованенко. М.: Госхимиздат, 1963. - 191 с.

9. Autoxydatoin von Kohlen-wasserstoffen, IX Mitteil. Uber peroxide von Benxol-Derivaten / H. Hock, S. Lang // Berichte. 1944. - Bd.77, № 3-4. - S. 257-264,

10. Семёнов, H.H. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности / H.H. Семёнов. 2-е изд. - М. : Изд-во АН СССР, 1958.-681 с.

11. Иванов, К.И. Промежуточные продукты и промежуточные реакции автоокисления углеводородов / К.И. Иванов. JI. : Гостоптехиздат, 1949. — 192 с.

12. Перекиси при окислении углеводородов / С.С. Медведев // Проблемы кинетики и катализа: сб. трудов конференции, посвященной сорокалетию перекисной теории Баха-Энглера, —JI-M.: Госхимиздат. — 1940. —Т. 4. — С.28-46.

13. Frank, С.Е. Hydrocarbon Oxidation / С.Е. Frank // Ghem. Rews. 1950. -V.46,№ l.-P. 155-169.

14. Яблонский, О.П. Ассоциация гидроперекисей углеводородов / О Л. Яблонский, В.А. Беляев, А.Н. Виноградов // Успехи Химии. — 1972. Т. XLI, №7.-С. 1260-1276.

15. Антоновский B.JI. Изучение механизма жидкофазного окисления ку-мола методом ингибирования: П Механиз вырожденного разветвления цепей /В:Л: Антоновский, Е.Т. Денисов, JI.B. Солнцева// Кинетика и катализ. 1965. - Т.6, № 5. - С. 815-819.

16. Современные направления исследования цепных процессов жидкофаз-ного окисления / Н.М. Эммануэль // Теория и практика жидкофазного окисления : сб. тр./ под ред. Н.М. Эммануэля. М.: Наука, 1974. - С. 7-33.

17. Денисов, Е.Т. Механизм жидкофазного окисления кислородсодержащих соединений/ Е.Т. Денисов, Н.И. Мицкевич, В.Е. Агабеков. Минск. : Наука и техника, 1975. — 336 с.

18. О последовательности образования продуктов при жидкофазном окислении кумола / B.JI. Антоновский, Б.И. Макалец // Доклады АНСССР. — 1961. — Т.140, №5.-С. 1070-1072.

19. Howard, J.A. Absolute Rate Constant for Hydrocarbon Autoxidation. 30. On the self-reaction of the a-cumilperoxy radical in solution / J.A. Howard,'J.E. Bennett, G. Brunton // Can. J. Chem. 1981. - V.59. - P. 2253-2260.

20. A Study of the Mechanism of Cumen Autoxidation. Mechanism of the Interaction of t-Peroxy Radicals / H.S. Blanchard. // J. Am. Chem. Soc. 1959. -V.81, № 17-18.-P. 4548-4552.

21. Кинетика и химизм образования и распада гидроперекиси кумола при окислении кумола / B.JI. Антоновский и др. // Химия перекисных соединений: сб. докладов под ред. акад. И.И. Черняева и др. М.: Изд. АНСССР. -1963.-С 219-225.

22. О18 Tracer Evidence of the Terminatiopn Mechanism in the Autoxidation Cumene / T.G. Tailor, P.D. Barlett // Tetr. Letters. 1960. - № 24. - P. 31-36.

23. О некоторых свойствах водной натриевой соли гидроперекиси изопро-пилбензола / В.А. Беляев, М.С. Немцов // Журнал общей химии. — 1961. — Т.31.-С. 3855-3860.

24. Немцов, М.С. Воспоминания и размышления / М.С. Немцов. — СПб. : Рио «СПб ГИПТ», 2006.-96 с.

25. Mechanism of the Termination Step in Autoxidation Reactions / G. A. Rus-sel // Chem.Ind. 1956. - № 49ю - P. 1483.

26. Deuterium Isotope Effects on the Air Oxidation of Cumene / C.E. Booser et. all. // J. Am. Chem.Soc. 1956. - № 78. - P. 1506-1507.

27. Ингибирующее влияние примесей в изопропилбензоле в процессе окисления / А.Г. Епифанова, А.Ю. Брук // Нефтехимия и нефтепереработка.-1977.- №1. С. 38.

28. Изучение процесса щелочного окисления изопропилбензола: IV Влияние побочных продуктов окисления изопропилбензола/ В.А. Симанов, М.С. Немцов // Журнал общей химии. 1962. - Т.32, № 9. - С. 2919-2925.

29. Изучение процесса щелочного окисления изопропилбензола: П. О щеiлочной защите процесса окисления / В.А. Симанов, М.С. Немцов // Журнал общей химии. 1960. - Т.30, № 7. - С. 2153-2161.

30. Денисов, Е.Т. Ингибирование цепных реакций / Е.Т. Денисов, В.В: Аза-тян. — Черноголовка: Российская академия наук, 1997. — 267 с.

31. Эммануэль, Н.М. Окисление этилбензола. Модельная реакция. / Н.М. Эмануэль, Д. Галл. М.: Наука, 1984. - 376 с.

32. Антоновский, B.JI. Органические перекисные инициаторы / B.JI. Антоновский. М.: Химия, 1972. - 448 с.

33. Окисление кумола в присутствии воды / Г.П. Голышева и др. // Нефтепереработка и нефтехимия. — 1983. — № 12. — С. 31-35.

34. Catalysis and Inhibition by Water during the Liquid-Phase Oxidation of hydrocarbons / L J. Csanyi, // J. Catal. 1993. - V.141, № 2. - P. 721-724.

35. Влияние рН-среды на промышленный процесс окисления изопропилбензола / А.К. Грязнов и др. // Нефтепереработка и нефтехимия. 1989. -№4.-С. 25-29.

36. Изучение процесса щелочного окисления изопропилбензола. VI. Влияние органических кислот / В.А. Симанов, М.С. Немцов // Журнал общей химии. 1962. - Т.32, № 10. - С. 3179-3183.

37. Механизм кислотного разложения гидроперекисей / Ю.А. Шляпников // Кинетика и катализ. 1960. - T.I, № 3. - С. 365-373.

38. Изучение процесса щелочного окисления изопропилбензола. П. О щелочной защите процесса окисления / В.А. Симанов, М.С. Немцов // Журнал общей химии. 1960. - Т.30, № 7. - С. 2153-2161.

39. Повышение селективности процесса окисления изопропилбензола в гидроперекись / А.Г. Епифанова и др. // Химическая промышленность.-1984.-№4.-С. 13-14.

40. Долгоплоск, Б.А. Механизм ингибирования цепных реакций / Р.А Парфёнова, Б.А Долгоплоск: сб. научн. тр. ВНИИСК- М.: 1951. С. 232.

41. Шушунов, В.А, Влияние некоторых факторов на скорость окисления кумола кислородом и на выход его гидроперекиси / В.А.Шушунов, Б.А. Редошкин, Ю.Д. Голубев // Журнал прикладной химии. 1962. — Т.35, № 3.- С.832-838.

42. Высокотемпературное окисление кумола в гидроперекись / Б.И. Мака-лец и др. И Нефтехимия. 1979. - Т.19, № 3. - С. 438-440.

43. Кинетическая модель жидкофазного окисления кумола в гидроперекись / Б.И. Макалец и др.'// Нефтехимия. 1978. - Т.18, № 2.- С. 250255. ,

44. О режиме работы промышленного реактора окисления кумола / В.А. Левштейн, В;Б. Фальковский И Нефтехимия и нефтепереработка. — 1971. — №12. С. 14-15.

45. Сравнительные испытания реакторов жидкофазного окисления углеводородов / В.Л. Антоновский и др:. // Журнал прикладной химии. — 1964. — Т.37, № 11.-С. 2453-2456.

46. О режимах работы барботажных реакторов для окисления углеводородов / В:А. Меныциков; М;Э. Аэров // Химия и технология топлив и масел.- 1970. № 5. - С.43-^45.

47. Левпггейн, В.А. О растворимости кислорода в кумоле / В.А. Левштейн, Н.Г. Гладышева, З.А. Правдивцева //Нефтехимия и нефтепереработка. -1971.-№1.-С. 47.

48. Влияние гидродинамических факторов на процесс окисления изопро-пилбензола в пенном состоянии / О.В. Маминов и др. // Химия и технология топлив и масел. 1967. - № 12. — С. 9-10.

49. The Course and Mechanism of Autoxidation Reactions in Olefinic and Poly-olefinic Substances, including Rubber / E.H. Fanner et al. // Trans. Far. Soc. -1942. V.38, № 1. - P. 348-356.

50. The Liquid Phase Oxidation of Hydrocarbons. Part П: The Free Radical Character of the Heavy Metal Catalyzed Oxidation / P. George, A. Robertson // Trans. Far. Soc. 1946. - V.42, № 3-4. — P. 217-229.

51. Левштейн, B.A. Влияние удельной поверхности контакта фаз на скорость окисления изопропилбензола / В.А. Левштейн, З.А. Правдивцева, В.А. Дубровина // Химическая промышленность. —1971. — №9. — С.25-26.

52. Аэров, М.Э. Исследования работы барботажной колонны с высоким слоем жидкости / М.Э. Аэров, В.А. Меньшиков, С.С. Трайнина // Химическая промышленность. — 1967. — № 2. — С. 69—73.

53. Исследования интенсификации процесса окисления кумола / В.А. Левштейн, З.А. Правдивцева // Нефтехимия и нефтепереработка. — 1970. — №10.-С. 21-23.

54. Оптимизация промышленного процесса окисления изопропилбензола /

55. A.Г. Епифанова и др. // Химическая промышленность. 1986. — № 5. — С. 269-270.

56. Исследование массоотдачи из пузырей воздуха в барботажных реакторах / А.А. Безденежных, В.В. Вильдтгрубе // Теоретические основы химической технологии. 1970. - T.IV, № 6. - С. 808-812.

57. Рамм, В.М. Адсорбционные процессы в химической промышленности /

58. B.М. Рамм.- М.-Л.: Госхимиздат, 1951. 349 с.

59. Левич, В.Г. Физико-химическая гидродинамика / В.Г. Левич.- М.: Физматгиз, 1959. 699с.

60. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологи / А.Г. Касаткин. 9-е изд. - М.: Химия, 1973. - 750 с.

61. Перепёлкин, К.Е. Газовые эмульсии / К.Е. Перепёлкин, B.C. Матвеев.-Л.: Химия, 1979. 199 с.

62. Влияние количества подаваемого воздуха на процесс окисления изо-пропилбензола / С.С. Карагьозова, Н.С. Николов // Нефтехимия и нефтепереработка. 1983. - №8. - С. 27-28.

63. Эрлифт в качестве реактора для процессов жидкофазного окисления углеводородов / Х.Е. Хчеян // Тр. НИИСС. 1958. -№ 1.-G. 242-275.

64. Мутрисков, А.Я. Анализ процесса окисления кумола в окислительных колоннах / А.Я. Мутрисков, О.В. Маминов, H.H. Терпиловский // Известия ВУЗов: Химия и химическая технология. 1972. — Т. 15, № 3; — С. 406-413.

65. Влияние концентрации кислорода на процессы окисления этилбензола и изопропилбензола / Х.Э. Харлампиди и др. // П междунар. конф. «Кинетика радикальных жидкофазных реакций»: Тез. докл. — Казань, 1995.

66. Растворимость кислорода в жидкостях / H.H. Мухин // Журнал прикладной химии. 1980. - №2794-80 Деп.

67. Особенности жидкофазного окисления кумола молекулярным кислородом в присутствии солей меди (П) в обратных мицелярных системах / Л.П. Паничев и др. // Нефтехимия. 1994. - Т.34, № 2. - С. 171-179.

68. Катализ реакций жидкофазного окисления этилбензола и изопропилбензола металлокомплексными соединениями азотсодержащего угля / Л.А. Тавадян, А.К. Тоникян // Арм. Хим. Журн. 1987. - Т.40, № 10. - С. 610618.

69. Окислительное превращение кумола в присутствии производных ферроцена / Космацева Т.Г. и др. // Изв. АН БССР. 1986. - № 5. с. 28-32.

70. Закономерности каталитического окисления кумола в присутствии фе-нантролиновых моноаддуктов цинка (П) / С.К. Козлов, В.М. Потехин // Журнал прикладной химии. 1986. - Т.59, № 6. - С. 1397-1401.

71. Юффа, А .Я. Окисление кумола в гидропероксид кумила на нанесённых медных катализаторах / А .Я. Юффа, Н.В. Воронцова, Н.А. Шелпакова // Нефтехимия. 1985. - Т.25, № 1. - С. 71-74.

72. Адрианова, Т.И. Исследование каталитической активности некоторых азапорфиновых соединений в реакции окисления кумола / Т.И Адрианова,

73. A.И. Шерле, А.А. Берлин // Изв. АН СССР. 1973. - № 3. - С. 531-536.

74. Zeolite Effect on the Oxidation of Hydrocarbons with Irradiated Titanium Oxide (T1O2) Semiconductor / O. Beaune et al. // J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1992. - № 22. - P. 1649-1650.

75. Козлов, С.К. Влияние концентрационных факторов на процесс каталитического окисления изопропилбензола / С.К. Козлов, Ф.И. Товстохатько,

76. B.М. Потехин // Журнал прикладной химии. — 1986. — Т.59, № 6. — С. 1138— 1140.

77. Окисление изопропилбензола до гидроперекиси в присутствии смешанных солевых катализаторов / К.А. Червинский, JI.B. Недоселко // Химическая промышленность. -1970. — Т.46, № 9. — С. 658-660.

78. Ismail,S.M. Liquid Phase Oxidation of Cumene Over Heterogeneouse Catalysts / S.M. Ismail // J. Chem. Soc. Pak. 1986. - V.8, № 1. - p. 43-47.

79. Жидкофазное окисление кумола на фталоцианине железа (П), закреплённом в цеолите NaY / Т.В. Королькова, Б.В. Романовский // Нефтехимия. 1985. - Т.25, № 4. - С. 546-548.

80. А.С. 106906 СССР, МКИ(6) 120 26от. Способ получения гидроперекисей алкилбензолов ! П.Г. Сергеев, Р.Ю. Удрис, Б.Д. Кружалов, М.С. Немцов, -заявл. 07.01.1947.

81. Pat. 7393984 USA, Int. CI. C07C 409/10. Method for Producrion of Cumen Hydroperoxide / V.M. Zakoshansky et all.; appl. № 11/934,032; patented Jul.01.2008.

82. Мицелярно-каталитическое окисление углеводородов. I. Окисление кумола кислородом в водных растворах додецилсульфата натрия в присутствии сульфата меди / Л.П. Паничева и др. // Кинетика и катализ. — 1990.1. Т.31, № 1.-С. 96-100.

83. Каталитическая активность анионных ПАВ в эмульсионном окислении кумола молекулярным кислородом,/ Л.П. Паничева и др. // Нефтехимия.- 1994. Т.34, № 5. - С. 453-458.

84. Эмульсионное окисление кумола в гидроперекись / Г.П. Голышева и др. // Нефтехимия. 1968. - № 10. - С.15-17.

85. Кучер, Р.В. Химические реакции в эмульсиях / Р.В. Кучер, В.И. Карбан. -Киев : Наук, думка, 1973. 141 с.

86. Мицелярный катализ в окислении липидов / О.Т. Касаикина и др. // Вестн. моск. ун-та. Сер. 2 Химия. 2010. - Т. 51, № 3. - С. 246-250.

87. Влияние поверхностно-активных веществ на распад кумилгидроперок-сида / З.С. Карташева и др. // Нефтехимия. 2001. - Т.41, №3. - С. 222227.

88. Влияние воды на процесс окисления изопропилбензола / Ю.В. Чуркин . и др. // Химическая промышленность. 1984. - № 2. - С. 80-81.

89. Жидкофазное окисление изопропилбензола при повышенном давлении / Р.В; Кучер и др. // Журнал прикладной химии. 1962. — Т.35, № 1. - С. 170-176.

90. Селезнёв; К.А. Аналитическая химия / К.А. Селезнёв. — М.: Высшая школа, 1963. 288 с.

91. Карножицкий, В. Органические перекиси / В. Карножицкий. — М.: ИЛ, 1961.-156 с.

92. Образование дикумилпероксида — побочного продукта процесса кислотно-каталитического разложения гидропероксида изопропилбензола /

93. B.М. Закошанский // Журналобщей химии. 1989. - Т 59, № 5. - С.1122-1126.

94. Антоновский, В.Л. Кинетика синтеза перекиси кумила / В.Л. Антоновский, Ю.Д. Емелин, Л.Д. Шейко // Химия перекисных соединений: сб. докладов / под ред. акад. И.И. Черняева и др. М:: Изд. АНСССР, 1963.1. C. 240-248.

95. Закошанский В.М. Механизм окисления кумола / В.М. Закошанский, A.B. Бударев // Рос. Хим. Журнал. (ЖРХО им. Д.И. Менделеева)- 2008! -Т. 52,№4. — С. 72-88.