Одностадийное получение изопрена из третбутилового спирта и формальдегида с электромагнитным нагревом модифицированного катализатора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.13, кандидат технических наук Юнусов, Джалиль Шамилевич

• Юнусов, Джалиль Шамилевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Юнусов, Джалиль Шамилевич

Введение

1 .Литературный обзор

1.1 Промышленное получение изопрена

1.2 Промышленные технологии получения изопрена

1.3 Использование СВЧ- излучения в каталитических процессах химических производств

1.4 Особенности проведения гетерогенно-каталитических процессов в СВЧ - поле

2. Экспериментальное исследование процесса получения изопрена с применением СВЧ- излучения и специально приготовленных катализаторов

2.1 Методика проведения экспериментов

2.2 Описание лабораторной установки

2.3 Катализаторы исследуемого процесса получения изопрена

2.4 Определение оптимальных условий проведения процесса

2.5 Исследование глубин проникновения СВЧ - излучения

2450 МГц) в используемые катализаторы

3. Обработка результатов экспериментов 66 3.1 Уравнение определяющее оптимальные условия проведения процесса

3.2 Расчёт нагрева катализатора в СВЧ — поле

4. Разработка технологии получения изопрена

4.1 Реактор получения изопрена под воздействием СВЧ- излучения

4.2 Материальный баланс

4.3 Расчёт теплового баланса

4.4 Расчёт энергозатрат на получение изопрена из изопентана. 83 4.4 Технология промышленного процесса получения изопрена из ТМК

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Одностадийное получение изопрена из третбутилового спирта и формальдегида с электромагнитным нагревом модифицированного катализатора»

Интенсивный рост потребности в полимерных резино-технических изделиях, в особенности изделиях шинной промышленности, диктует рост производства мономеров для синтетического изопренового каучука (СКИ). В общей себестоимости СКИ доля мономера составляет около 70 %, следовательно, существенно сократить затраты на производство каучука можно только уменьшив себестоимость изопрена. Одним из основных промышленных методов производства изопрена является его синтез из изобутилена и формальдегида через промежуточное получение 4,4-диметил-1,3-диоксана (ДМД). Непрерывный рост цен на энергоносители и углеводородное сырье требует оптимизации существующей технологии этого производства и одним из путей является использование новых методов подвода энергии в зону реакции.

Целью настоящей работы является повышение выхода изопрена, снижение расхода углеводородного сырья, энергии и повышение экологичности производства использованием в качестве энергоносителя СВЧ - излучения. Для достижения поставленной цели было проведено модифицирование ряда известных промышленных катализаторов и предложено специальное реакционное устройство.

Модифицирование традиционных катализаторов дегидратации привело к повышению количества кислотных центров, плотности и влажности катализаторов и позволило сформировать стабильные, активные твёрдые каталитические структуры для осуществления процесса низкотемпературной дегидратации третбутилового спирта с высоким выходом изопрена при нагреве под воздействием СВЧ-излучения. Себестоимость изопрена уменьшается на 37% по сравнению с промышленными методами с традиционным подводом энергии.

Испытания по одностадийному получению изопрена из третбутилового спирта и формальдегида с электромагнитным нагревом модифицированного катализатора на опытной установке показали перспективность данного метода для промышленного использования.

Разработанный метод одностадийного получения изопрена из изобутилена и формальдегида с электромагнитным нагревом модифицированного катализатора внедрён в учебный процесс в Уфимском государственном нефтяном техническом университете при выполнении учебно-исследовательских работ студентами на кафедре общей химической технологии.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение диссертации по теме «Нефтехимия», Юнусов, Джалиль Шамилевич

Выводы

1. Разработан гетерогенно-каталитический процесс получения изопрена из изобутилена и формальдегида в поле электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с использованием специально подготовленного катализатора. Процесс отличается уменьшением расхода энергии, высоким, до 78%, выходом изопрена, увеличением межрегенерационного пробега катализатора до 250 часов, используются модифицированные по специальной методике традиционные промышленные катализаторы изопрена.

2. Процесс модификации заключается в обработке различных катализаторов, в частности кальций-никель-фосфатного катализатора, фосфатного (основа кизельгур), фосфатного (основа силикагель), фосфатного (основа высокомодульные цеолиты), катализатора Клауса ортофосфорной кислотой, а модификация катализатора КУ-2 изменением влажности и плотности.

3. Результатами экспериментальных исследований подтверждено, что модифицированные промышленные катализаторы в условиях реакции в СВЧ-поле кроме обеспечения катализа выполняют функцию трансформаторов энергии СВЧ-поля в тепловую с КПД свыше 90% и пригодны для использоваться в промышленных процессах.

4. Для промышленной реализации процесса разработано специальное реакционное устройство, характеризующееся высоким КПД использования энергии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Юнусов, Джалиль Шамилевич, 2010 год

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

2. Арделян Н.Г. и др. Диэлектрические свойства смесей силикагеля с водой. Вопросы электронной техники. -Саратов: СПИ.: 1975. -с.97-100.

3. Соболев В.М., Бородина И.В. Промышленные синтетические каучуки. -М.: Химия, 1973.-392с.

4. Литвин О.В. Основы технологии синтеза каучуков. М.: Химия, 1972, 528 с.

5. Кирпичников П.А. Аверко-Антонович Л.А. Аверко-Антонович Ю.О. Химия и технология синтетического каучука. //Л.: Химия, 1970? 528 с.

6. Соболев В.М. Щербакова Н.В. Шмарин B.C. ЖПХ, 1963,т. 36 «2, с. 495497.

7. Калмыкова Г.В., Баунов A.M., Литвин О.Б. Промышленность синтетического каучука, 1972 №6, с. 20-22

8. Лиакумович А.Г., Сусеков Л.В., Александров В.К. Промышленность синтетического каучука, 1969 №9-10, с. 1-3

9. RUBBER WORLD, 1973 v. 166. №2 р.37 №6 p. 39

10. Oil and Gas Journal ,1971 v.69 № 11 p. 80 №5 p. 40-41

11. Фельдблюм В.Ш., Обещалова И.В. «Кинетика и катализ», 1970, т.11 № 4 с. 898-900.

12. Пат. № 2330010 Россия, МПК 7G01N27/00 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОПРЕНА / В.Ф. Богатырёв (Россия). № 2006115196/04; заявлено 20.11.2007; опубл. 2008, Бюл. № 21

13. МаранджеваЕ.Н. «Каучук и резина», 1972 №2 с. 57-59.

14. Пат. № WO/2004/087625 Япония, МПК 7G01N27/00 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОПРЕНА / Y AMADA, Osamu; (JP).KUSANO, Manabu; (JP).TAKAYANAGI, Nobuo; (JP). ARIMOTO, Hideki; (Л5). №

15. PCT/JP2004/004038; заявлено 24.03.2004; опубл. 2004,

16. Басс Ю.П. и др. Диэлектрический нагрев в резиновой промышленности.-М.: ЦИИИТЭНефтехим, 1974. -с. 244.

17. Пат. № 2184107 Россия, МПК С07С11/18 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОПРЕНА / ООО "ЕВРОХИМ-СПб- ТРЕЙДИНГ" (Россия). № 2001106118/04; заявлено 06.03.2001; опубл. 27.06.2002, Бюл. № 21

18. Кузьмин, В. 3. Поверхностно-активные свойства оксиэтилированных алкилфенолов / В. 3. Кузьмин, И. И. Сафарова, Т. М. Прокудина, В. А. Шепелин, Р. Р. Шарифуллин // Журнал прикладной химии. 2007 - Т. 80, вып. 5.- №5.- С. 778-781.

19. Сафарова, И. И. Разработка процесса выделения изобутилена из углеводородных фракций / И. И. Сафарова, В. 3. Кузьмин, Д. X. Сафин, А. Г. Лиакумович // Катализ в промышленности. 2008. - № 6. - С.5 - 10.

20. Е.В.Сливинский и др. Химическая промышленность, 1997, № 7, стр. 1219.

21. Е.В.Сливинский и др. Исследование кинетических закономерностей реакции гидроформилирования бутенов-2. сборники статей . Основной органический синтез и нефтехимия Выпуск 24 - 1988г. С. 118

22. Федоров B.C. Каучук и резина. 1972,№7 с. 1-3.

23. Лебедев H.H. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: -3-е изд., доп. Перераб. -М.: Химия, 1981. 608с.: ил.

24. Кирпичников П.А., Береснев В.В., Попова Л.М. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука:-2-е изд.,-Л.: Химия, 1986.-224с.: ил.

25. Рахманкулов Д.Л., Бикбулатов И.Х., Шулаев Н.С., Шавшукова С.Ю. Микроволновое излучение и интенсификация химических процессов М.: Химия, 2003.-220с.

26. Гарифзянов Г.Г. Промышленность синтетического каучука.2-е изд.- М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1968. -с. 14.

27. Роде Т.В. Кислородные соединения хрома и хромовые катализаторы, Изд. АН СССР, 1962.

28. Даминев P.P., Бикбулатов И.Х., Шулаев Н.С., Рахманкулов Д.Л. Гетерогенно-каталитические промышленные процессы под действием электромагнитного излучения СВЧ-диапазона: Монография. М.: Химия, 2006. - 144 с.

29. Тюрикова H.A. Производство СВЧ печей в США и Японии -Зарубежная электронная техника. -1973. -N5. -с.23-34.

30. Даминев P.P. Особенности проведения гетерогенно-каталитических реакций под действием электромагнитного излучения СВЧ-диапазона // Севергеоэкотех-2002: тезисы докладов Межрегиональной молодежной научной конференции. Ухта: Изд-во УГТУ, 2002. -С.212-213.

31. Рубинштейн A.M., Словецкая К.И., Бруева Т.Р. Методы исследования катализаторов и каталитических реакций. -Новосибирск.: СО АН СССР, 1965. -с.276.

32. Влияние СВЧ-поля на фазовый состав алюмохромового катализатора дегидрирования углеводородов / P.P. Даминев, И.Х. Бикбулатов, Н.С. Шулаев и др. // Катализ в промышленности. -2003. -№ 4. -С.49-52.

33. Панченков Г.М., Лебедев В.П. Химическая кинетика и катализ:-3-е изд., доп. исп. -М.: Химия, 1985.-c.592.: ил.

34. Применение энергии сверхвысоких частот в промышленности / Под. ред. Э. Окресса. -М.: Мир, 1971. -т.2. -с.272.

35. Рогов И.А., Адаменко В.Я. Расчет диаметра частично заполненого аксиального волновода СВЧ -нагревательного устройства.// Электронная обработка материалов. -1971.- N3.- с.46-49.

36. Архангельский Ю.С. и др. Волноводная камера для термообработки диэлектриков. Авт.свид. СССР N 362 580 опубл. в Б.И., 1973, N37.

37. Архангельский Ю.С. и др. Волноводная камера для термообработки диэлектриков. Авт. свид. СССР N 438 144 опубл. в Б.И., 1974, N28.

38. Архангельский Ю.С. и др. Устройство для сушки диэлектрических лент например, кинопленок. Авт. свид. СССР N 448 337 опубл. в Б.И., 1974, N40.

39. Архангельский Ю.С. Малогабаритная установка для сушки фотопленок.Юлектронная промышленность. -1974. -N9. -с.63-84.

40. Архангельский Ю.С., Сатаров И.К. Малогабаритная установка для сушки проявленной кинопленки в электромагнитном поле сверхвысоких частот.//Электронная техника. Сер.Электроника СВЧ. -1979. -N1. -с.79-80.

41. Даминев P.P., Бикбулатов И.Х., Бахонина Е.И., Кусакин И.А., Шулаев Н.С. Изомеризация бутенов под действием микроволнового излучения. // Нефтепереработка и нефтехимия. -2005. -№7. -С.29-31.

42. Даминев P.P. Каталитическое гидрирование углеводородов под действием микроволнового излучения. // Нефтехимия. -2006. -Т.46, №3. -С 233-235.

43. Архангельский Ю.С., Девяткин И.И. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов. Саратов: Изд. Саратов, гос. унив, 1983. - 140с.

44. Даминев P.P., Бикбулатов И.Х., Шулаев Н.С., Бахонина Е.И., Кусакин И.А.

45. Экспериментальные исследования глубины проникновения микроволнового излучения в металлооксидные катализаторы. // Химическая промышленность сегодня. -2005. -№12. -С. 17-23.

46. Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. -М.: Высшая школа, 1990.-335с.

47. Девяткин И.И., Иванов М.А. Расчет СВЧ сушилок с полем бегущей волны.// Электронная техника Сер. Электроника СВЧ. -1973. -N6. -с.99-105.

48. Девяткин И.И. и др. Замедляющие системы для СВЧ нагрева диэлектрических стержней.// Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. -1975. -N5. -с.88-95.

49. Девяткин И.И. и др. Устройство для СВЧ нагрева материалов. Авт. свид. СССР. N 411 553. Опубл. в Б.И., 1974, N2.

50. Шадрин Л.П., Буянов P.A. Промышленность синтетического каучука. -3-е изд. -М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1968. -с.ЗЮ.

51. Архангельский Ю.С., Арделян Н.Г. Термообработка диэлектриков в устройствах СВЧ с бегущей волной.//Изв. вузов С С СР.-Радиоэлектроника. -1974.-XVII.-N5.-C.31-37.

52. Архангельский Ю.С., Бунин Л.Г. Нормальные волны в прямоугольном волноводе, содержащем слой диэлектрика с произвольными потерями.//Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника.-1978. -XXI. -N8. -с.106-111.

53. Казанский Б.А. Научные основы подбора и производства катализаторов. -Новосибирск.: СО АН СССР, 1964. -с.312.

54. Каталитическое дегидрирование углеводородов под действием СВЧ-излучения. / Бикбулатов И.Х., Даминев P.P., Шулаев Н.С., Шулаев С.Н. // Башкирский химический журнал. 1997. - Т. 4, вып. 2. - С. 11-13.

55. Кирпичников П.А., Береснев В.В., Попова JI.M. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука:-2-е изд.,-Л.: Химия, 1986.-224с.: ил.

56. Нетушил A.B. и др. Высокочастотный нагрев в электрическом поле.-М.: Высшая школа, 1961. -с. 214.

57. Новожилов Ю.В., Япна Ю.А. Электродинамика.-М.: Наука, 1978. -с.260.

58. Лич Б., Сандерс Ю., Шлоссмахер Э., Берти Дж.5 Мак-Каллоч Д., Эдгар М., Хогэн Дж., Триплетт К., Наворски Дж., Велез Э., Иби Р., Синглтон Т. Катализ в промышленности. В 2-х т. / Под ред.Б.Лича.-М.: Мир, 1086.-324с.:ил.

59. Тюрикова H.A. Производство СВЧ печей в США и Японии -Зарубежная электронная техника. -1973. -N5. -с.23-34.

60. D. Michael, Р. Mingos, David R. Baghurst. Applications of Microwave Dielectric Heating Effects to Synthetic Problems in Chemistry. Chem. Soc. Rev., 1991,20, 1 47.

61. Патент 51-16460 (Япония). СВЧ нагреватель. Изобретения за рубежом. -1976. вып. 53. -N 18.

62. Cross N.E., Leach H.F. // J. Catalysis. -1971. -v.21. -N2. -p.239-244.

63. Рогов И.А., Некрутман C.B. Сверхвысокочастотный и инфракрасный нагрев пищевых продуктов.-М.: Пищевая промышленность, 1976.-c.292.: ил.

64. Рогов И.А., Адаменко В.Я. Расчет диаметра частично заполненого аксиального волновода СВЧ -нагревательного устройства.// Электронная обработка материалов. -1971.- N3.- с.46-49.

65. Me Gill S.L. and Walkiewich J.W.// J. Microwave Power Electromag. Energy. Symp. Summ. -1987. -p.175.

66. Poole C.P., Mc Iver. D.S. Advances in Catalysis and Related Subjects. 17. Acad. Press, N.Y.-L., 1967, 223.

67. Reidel J.C.// Oil. a. Gas., J. -1957. -55. -48. -87. Новости промышленности органического синтеза. -М.: ГОСИНИТИ, 1959. -с.6.

68. Van Reijen L.L., Sachtler W.M.H., Cosse P., Brouwer DM.// Proc. Ill Internation. Congress of Catalysis. Amsterdam, Nort-Holl, Publ. Co., 1964, -p.280.

69. Berteaud A.J. and Badot J.C.// J. Microwave Power. -1976. -11. -p.315.

70. Bourtry P. et al. -Bull.// Soc. Chim. France. -1967. -10. -p.3690.

71. Cross N.E., Leach H.F. // J. Catalysis. -1971. -v.21. -N2. -p.239-244.

72. Echols L.S., Pease R.N. // J. Amer. Chem. Soc.-1939. -61. -5. -p. 1024.

73. Baghurst D.R., and Mingos D.M.P.// J. Organomet. Chem. -1990. 384. -p.57.

74. Baghurst D.R., Mingos D.M.P., and Watson M.J.// J. Organomet. Chem.-1989.-368.-p.43.

75. Baghurst D.R., Cooper S.R., Green D.L., Mingos D.M.P., and Reynolds S.M. Polyhedron. -1990. -9. -893.

76. Teffal M. and Gourdene.// Eur. Polym. J.- 1983.-19. -p.543.

77. Tinga W.R.// Electromag. Energy Rev. -1988. -1. -p. 1.

78. Lauffer M.A.// J. Chem. Educ. -1981. -58. -p.250.

79. Matsunaga J. // Bull. Chem. Soc. Japan. -1957. -30.- 8. -p.868.

80. Применение энергии сверхвысоких частот в промышленности / Под. ред. Э. Окресса. -М.: Мир, 1971. -т.2. -с.272.