Разработка процессов энерго-ресурсосберегающей технологии производства хлорбензола тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Глушков, Игорь Владимирович

• Глушков, Игорь Владимирович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Глушков, Игорь Владимирович

Введение

Глава 1 Литературный обзор. Промышленный синтез хлорбензола.

Общие сведения по технологии хлорбензола

Подготовка сырья

Хлорирование бензола

Выделение бензола из отходящих газов

Переработка реакционной массы

Выводы

Глава 2 Новый способ получения хлорбензола

Новая технологическая схема осушки бензола

Хлорирование бензола

Выделение бензола из абгазов

Переработка реакционной массы

Выводы

Глава 3 Экспериментальная часть

Осушка бензола и ее влияние на процессы получения хлор- 60 бензола

Обсуждение результатов

Выводы

Глава 4 Оценка способов получения хлорбензола

Энергетика производств

Расходные нормы по сырью и отходы производств

Оценка безотходности производств

Выводы

Глава 5 Опытно-промышленное испытание, внедрение и технико- 74 экономические показатели разработанных процессов

Технологический расчет технологического оборудования 75 производства

Технико-экономические показатели разработанных процессов

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка процессов энерго-ресурсосберегающей технологии производства хлорбензола»

Впервые синтез хлорбензола в России организован на Славянском содовом заводе незадолго до 1917г. В 1928-1933г. На Рубежанском химическом заводе построен второй цех хлорбензола. Метод заключался в периодическом хлорировании бензола в реакторе емкостного типа. Ввиду того, что реакция сопровождается большим выделением тепла, регламентирующим временем процесса являлось снятие тепла реакции. В предвоенные годы в связи с необходимостью увеличением производства хлорбензола были предприняты исследование кинетики процесса хлорирования бензола, а также начата разработка схем и аппаратов для проведения промышленного синтеза хлорбензола непрерывным способом. Профессором Московского химико-технологического института им. Д.И. Менделееева Н.Н. Ворожцовым старшим разработан способ многоступенчатого непрерывного хлорирования бензола в аппаратах с выносными холодильниками и непрерывной циркуляцией. На Рубежанском химзаводе А.П. Яровой осуществил многоступенчатую схему хлорирования бензола непрерывным способом, расположив каскадом имевшиеся хлораторы периодического действия.

Исследователь Б.Е. Беркман в 1938г. обратил внимание на то, что при хлорировании в лабораторных условиях пузырьки хлора, проходя через слой бензола высотой в 40 см. в присутствии хлорного железа, полностью успевают превратиться в хлористый водород, за 1-2 сек. Как оказалось скорость промышленного хлорирования ограничивается только скоростью отвода реакционного тепла. Первые же опыты показали, что если допускать нагревание реакционной массы до температуры кипения и вводить в аппарат избыток бензола, который отнимает тепло реакции, то время пребывания реакционной массы в хлораторе может быть сокращено с нескольких часов до нескольких минут. Этот способ хлорирования бензола при температуре кипения реакционной массы был предложен автором весной 1938 г. Великая отечественная война задержала внедрение разработки. Данная технология была внедрена на Уфимском химзаводе, но по ряду причин в настоящее время производство остановлено [1].

Потребление хлорбензола в США , Западной Европе и Японии устойчиво снижается. Начиная с 2001 года, потребление уменьшилось в среднем на 3,6% в год. Производители продуктов, технология получения которых требует использования хлорбензола, продолжают поиск более экологичных заменителей или пытаются минимизировать количество хлорбензола в процессе производства.

Использование хлорбензола в качестве растворителя, по предложениям аналитиков, также будет сокращаться.

В течение прошлого десятилетия производство и потребление хлорированных бензолов, как и большинство других хлорсодержащих органических веществ, находилось под растущим давлением со стороны экологических организаций в связи с такой серьезной проблемой, как выброс хлора и твердых хлорированных отходов в окружающую среду, особенно через сточные воды.

В прошлом существовал ограниченных рынок для полихлорированного бензола в сельском хозяйстве и некоторых других областях, но в связи с токсичностью этих продуктов их использование уменьшилось до крайне малых объемов.

Кроме того, отходы полихлорированных бензолов должны сжигаться, так как захоронение их или вывоз в сраны третьего мира больше не практикуется.

Только три из множества возможных продуктов, получаемых в результате хлорирования бензола, продолжают широко применяться на практике. Это монохлорбензол, о-дихлорбензол и п-дихлорбензол.

Доля монохлорбензола в общем потреблении хлорбензола составляет 60% в США, 63% в Западной Европе и только 31% в Японии, где значительно шире, чем в других регионах используют дихлорбензол.

Основным конечным продуктом использования монохлорбензола является нитрохлорбензол. Нитрохлорбензолы используются в качестве промежуточных продуктов при изготовлении красителей и пигментов, каучука, химикатов для обработки резины, пестицидов (например, паратион и карбофуран), фармацевтических препаратов (например, ацетоминофен) и других органических веществ.

О-дихлорбензол является химическим полупродуктом, используемым в основном для производства 3,4-дихлоранилина в США, Южной Америке и Западной Европе, и промежуточным продуктом для производства гербицидов в Японии.

Основные варианты использования п-дихлорбензола в мире: в составе дезодорантов воздуха в помещениях, в качестве сырья для полифениленсульфидных смол и качестве средства борьбы с молью. Полифениленсульфиды являют1 ся высококачественными полимерами, получающими в последнее время все большее распространение. Вначале они производились только в США, но с 1987 года их производство было освоено и в Японии. Выпуск этих полимеров в обеих странах в последние пять лет быстро рос.

За исключением высококачественных полимеров, остальные рынки для хлорбензолов вполне сформированы.

ОАО "Химпром" (г. Новочебоксарск) испытывает потребность в данном сырье (используется при получении фенилтрихлорсилана) и в 2002 г. запущено собственное производство хлорбензола (ХБ).

После оценки различных схем получения хлорбензола был выбран принцип непрерывного хлорирования бензола с отводом тепла реакции, парами кипящего бензола во всем объеме реакционной массы, с последующей двухступенчатой ректификацией.

Процесс получения хлорбензола основан на реакции жидкофазного хлорирования бензола в присутствии хлорного железа:

С6Н6 + С12-> СбН5С1 + HCI + 28,8 + 31,3 ккал/моль

Побочная реакция:

C6H5CI + С12-> СбН4С12 + HCI + 28,0 ккал/моль

Хлорное железо образуется в процессе реакции из металлического железа:

2Fe + ЗС12-> 2FeCI3

Производство хлорбензола создавалось как неотъемлемая часть производства фенилтрихлорсилана (ФТХС), где одной стороны хлорбензол используется в качестве сырья для производства ФТХС. С другой стороны при производстве ФТХС в качестве побочного продукта образуется бензол (225 кг/т ФТХС) содержащий ЧХК (0,4%масс.) и хлорсилоксаны (0,3%масс.)

В связи с этим был выбран способ осушки бензола от влаги хлорсилокса-нами и ЧХК содержащиеся в бензоле с производства ФТХС [2]. Сущность данного метода заключается в том, что хлорсиланы и ЧХК реагируют с водой с образованием полихлорид океанов по реакции:

2 =SiCI +Н20-* = Si-O-Si = + 2HCI

При этом осушка бензола происходит практически на 100%.

Также предполагалось задействовать существующую схему очистки бензола с производства ФТХС для осушки бензола и задействовать схему абсорбции хлористого водорода производства ФТХС с производства хлорбензола.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты химической технологии», Глушков, Игорь Владимирович

Выводы

1. Впервые показано и экспериментально доказано, что возможно использование хлорсодержащих кремнийорганических соединений для глубокой осушки бензола

2. Разработана новая технология получения хлорбензола, где предусмотрена 100% осушка бензола, что позволяет вести процесс хлорирования бензола с минимальной концентрацией хлорного железа (0,0005-0,01% масс.).

3. В результате исследования показано, что при снижении концентрации хлорного железа при хлорировании, снижается выход полихлоридов бензола который является побочным продуктом и его использование крайне ограниченно.

4. Новая технология получения хлорбензола позволила совместить процесс производства хлорбензола с производством ФТХС и ТХС.

5. Снизить отходы производства, снизить расходные нормы по сырью и энергоресурсам, за счет использование производства хлорбензола, как неотъемлемой части единого кремнийорганического комплекса.

6. Данная степень осушки позволила полностью исключить воду в технологическом цикле, тем самым исполнить всю промышленную схему из «черного» металла.

7. Применить основное технологическое оборудование без специальной футеровки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Глушков, Игорь Владимирович, 2005 год

1. Б.Е. Беркман, Промышленный синтез хлорбензола, Москва, 1957. 186с.2. Патент РФ №2217404, 2003.

2. Постоянный технологический регламент производства фенилтрихлорси-лана ОАО "Химпром", 282-КО,Новочебоксарск, 2003.

3. Журнал ЭКиП России, 7, 1998.

4. Заявка 63-258436 Япония; Заявка 3538565 Германия.6. Патент 2039731 РФ.2001.

5. Промышленные хлорорганические продукты: Справочник// Под общ. Ред. Л.А. Ошина. М.:Химия, 1978. 360 с.

6. F. Bourion, Ann. Chim., 14, 1920.215с.

7. Ф.Ф. Кривонос, ЖПХ, 26, 1953.198с.

8. Chemische Technologie, Bd.4. Organische Technologie, II, Munchen, 1954, s.12.

9. H.H. Ворожцов, Основы синтеза полупродуктов и красителей, Госхимиз-дат, 1956. 412с.

10. Н. Wiegandt, P.Lantos, Ind. Eng. Chem., 43, 2167.1951.

11. A. Brunjes, M. Bogart, Пат.США 2395777; цит. no Ind. Eng. Chem., 43, 2167 .1951.

12. C. Fisk, M. Noyes, J.Am. Chem. Soc., 58, 1936.1707.

13. Б.Е. Беркман, Авторское свидетельство. СССР 63784 .1944.i16.- А.Н. Плановский, B.C. Хайлов, Химическая промышленность, №1, 1945.15с.

14. А.Н. Плановский, Химическая промышленность, №5, 1944. 5с; №6, 1944.5с.

15. Н.Н. Ворожцов старш., Авторское свидетельство. СССР 46567.1935.

16. Н.Н. Ворожцов старш., Пром. орг. хим., 1, 1936.667с.

17. Б.Е. Беркман, Авторское свидетельство. СССР 71631.1948.л

18. Б.Е. Беркман, Авторское свидетельство. СССР 72394. 1948.

19. Б.Е. Беркман, М.Я. Гишплинг, К.К. Гофмейстер, С.В. Добровольский, П.П. Ламехов, Авторское свидетельство. СССР 102336 (1956).

20. Патент США № 3318803, НКИ 208-187, опубл. 1965.

21. Патент США №2989572, 1967.

22. Патент ПНР №66341, кл.12 G 1/01, опубл. 1972г.

23. J. Lee, Chem. Eng., 54, 1947.122с.

24. В.Д. Симонов, Л.И. Герчановский, Г.Н. Нагимов, Авторское свидетельство. СССР 85585 . 1950.

25. В.В.Кафаров , ЖПХ, 24, 1951.246с

26. А.Г.Касаткин, Основные процессы и аппараты химической технологии, Госхимиздат, 1956.741с.

27. Н.Н. Ворожцов мл., Химическая промышленность, №6, 21 .1947.

28. Е. МсВее, С. Roberts, Ind. Eng. Chem., 47, 1955.1876c

29. J.Lee, Chem. Eng., 54, 1947.118c

30. В.Г.Фриденберг, Химическая наука и промышленность, 2, 1957.108с.

31. П.С. Сергеев, Б.Д. Кружалов, Химическая наука и промышленность, 1, 1956.287с.

32. Сборник Научно-исследовательских работ по борьбе со свекловичным долгоносиком, Киев-Харьков, 1941. Статьи: Е.Н. Савченко, стр.66; Е.Н. Савченко. А.У. Данильченко, стр.77; Т.Д. Приходкина, стр.93; А.У. Данильчен-ко, стр.88.36. Герм. пат. 248405.1955.

33. А.Л. Энглин, Г.Ф. Нехорошев, М.Б. Скибинская, Авторское свидетельство. СССР 104226.1956.

34. Англ. пат. 711172; цит. по J.Appl. Chem., 5, 1955.135с.

35. Пат США 2725409; цит. по РЖХим., №20, 1956.327с.40. Пат США 2727929,1956.

36. F. Kirkbride, J. Appl. Chem, 6, 1956.11c

37. И.А. Каблуков, Термохимия, Госхимтехиздат, 1934.532с

38. М.С. Литвиненко, Н.М. Носалевич, Л.Д. Глузман, Т.Е. Гаммельштейн,

39. P.M. Кольтун, Кокс и химия, №3, 1956.41с.

40. G.Wohleben, Angew. Chem., 67, 1955.741с.

41. J. Lee, Chem. Eng., 54, 1947.122c

42. В.Д. Симанов, З.Ф. Ципленкова, И.Д.Ошина, Авторское свидетельство. СССР 105134.1957.

43. В.Н. Стабников, П.С. Цыганов, Спирт. Пром., №2, 1956,4с.

44. В.В. Кафаров, Л.И.Бляхман, Зав. лаб., 17, 1951.1509с.

45. В.В. Кафаров, Статья в сборнике «Процессы и аппараты» под ред. А.Г. Касаткина, Госхимиздат, 1953. 186с.

46. A.M. Гаспарян, Труды Ереванского Политехнического института, №1, 1941.59с.

47. П.С. Артамонов, В.Н. Извеков, Химическая промышленность, №3, 1946.13с

48. И.И. Ложников, Спирт, пром., №2, 1956.4с.

49. Н.Е. Вишневский, Химическая промышленность, №2, 1956.102с.

50. D. Litzenberg, Н. White, Chem. Eng. Prog., 50, 1954.436c.

51. К.А. Миронов, Л.И. Шипетин, Теплотехнические измерительные приборы и автоматические регуляторы, Машгиз, 1956.465с.

52. D. Enders, Chem. Techn.№2, 1956.67с

53. W. Mathes, Angew. Chem., 52, 1939. 591c.

54. P. Sherwood, Petr. Proc., 8, 1953.1543c.

55. Х.Л. Цейтлин, ЖПХ, 27, 1954.953c; 28, 1955.490c.; 29, 1956.229c; Х.Л. Цейтлин, В.А. Стрункин, ЖПХ, 29, 1956.1664c

56. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для ву-зов/Под.ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова.-10-е изд., перераб и доп.-Л.:Химия, 1987г.576с.

57. Химическая энциклопедия М., «Большая Российская энциклопедия», В 5-ти томах., 1999г.

58. Краткий справочник физико-химических величин. Учебное пособие длявузов/Под.ред. В.Г. Равделя Д.: Химия, 1983г.212с.

59. Временные методические указания по оценке безотходности химических производств, ВСН-69-87, Москва, 1987.43с.

60. Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Анализ и синтез химико-технологических систем. Учебник для вузов.- М.: Химия, 1991.-432с.

61. Разделение смесей кремнийорганических соединений / Ю.К.Молоканов, Т.П.Кораблина, М.А. Клейновская, М.А. Щелкунова.- 2-е изд.,перераб. И доп.-Л.:Химия, 1986.187с.

62. А.А.Гайле, В.Е.Сомов, О.М. Варшавский. Ароматические углеводороды, выделение, применение рынок. Химиздат, Санкт-Петербург, 2000г. 178с

63. Лаптев А.,Г., Минаев Н,Г., Мальковский П.А. Проектирование и модернизация аппаратов разделения в нефте- и газопереработке, Казань, КГЭУ, 2002г.196с.

64. И.А. Александров. Ректификационные и абсорбционные аппараты, Москва, Изд-во Химия, 1978г.204с.

65. Кафаров В.В.Методы кибернетики в химии и химической технологии: 4-е изд., перераб., доп.- М.: Химия, 1985.448с.

66. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ, изд.: в 2-х книгах ; А.Н. Баратов, А .Я. Корольченко, Г.Н. Кравчук и др. М.: Химия, 1990. 272с.

67. Багатуров С.А.Основы теории и расчета перегонки и ректификации. Изд. «Химия», 1974.440с.

68. Андриянов К.А.Кремнийорганические соединения. М.: Госхимиздат, 1955.520с.

69. Андриянов К.А., Хананашвили Л.М.Технология элементоорганических мономеров и полимеров.М.:Химия, 1973.400с.

70. Бажант В., Хваловски В., Ротоуски И. Силиконы. М.:Госхимиздат, 1960.710с.

71. Лельчук С.Л., Тубянская B.C. Физико-химические свойства некоторых кремнийорганических соединений. М.: Госхимиздат, 1961.67с.

72. Рамм В.М. Абсорбция газов. М.:Химия, 1966.766с.

73. Рид Р., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Д.: Химия, 1982.592с.

74. Соболевский М.В., Музовская О.А., Повелева Г.С. Свойства и области применения кремнийорганических продуктов, М.: Химия, 1975.296с.

75. Рабинович Г.Г., Рябых П.М., Хохряков П.А., Молоканов Ю.К. и др. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки. Справоч-ник.М.:Химия, 1979.568с.

76. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. 9-е изд., пер. и доп.- М.: 1973.754с.

77. Плановский А.Н., Николаев П.И.Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. 3-е изд., пер. и доп.-М.: Химия, 1987.540с.

78. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Кн. 1,2 -М.: Химия, 1981.812с.

79. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии -М.: Химия, 1975.575с.

80. Мухленов И.П. Общая химическая технологи. Т. 1,2. 4-е изд.- М.: Высшая школа, 1984.256+263с.

81. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической технологии.-Jl.: Машиностроение, 1975.752с.

82. Дытнерский Ю.И.Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по курсовому проектированию. М.: Химия, 1983.272с.

83. Романков П.Г. Курочкина М.И.Расчетные диаграммы и номограммы по курсу «Процессы и аппараты химической промышленности».-Л. .-Химия, 1985.56с.

84. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.-М.:Энергия, 1973.319с.

85. Кутателадзе С.С. Основы, теории теплообмена, 5-изд.-М.:Атомиздат, 1979.415с.

86. Кутепов A.M. и др. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании/ A.M. Кутепов, Л.С. Стерман, Н.Г. Стюшин.- М.: Высшая школа, 1977.352с.чения. Каталог. 3-е изд.-М.: Изд-во ЦИНТИхимнефемаш, 1982.32с.

87. Treybal R.E.Mass-Transfer Operations.2-nd ed.-N.-Y.:McGraw-Hill Book Co.,1968.717 p.

88. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. 3-е изд., пер.-М.: Химия, 1978.280с.

89. Колонные аппараты: Каталог. 2-е изд.-М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1978.31с.

90. Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Гурьева JI.B. Оптимизация теплообменных процессов и систем М.:Энергоатомиздат. 1988.192с.

91. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.:Наука, 1974.831с.

92. Мешалкин В.П. Кафаров В.В. Методы автоматизированного синтеза высокоэффективных теплообменных систем и систем ректификации. Сер.: Современные проблемы химии и химической промышленности. М.: НИИТЭ-ХИМ. 1983.Вып. 12 (150).50 с.

93. Кисельников В.Н.Основы теплопередачи и расчета тепловых аппаратов химической промышленности.-Иваново: ИХТИ, 1977.103с.

94. Чиркин B.C. Теплопроводность промышленных материалов. Справочное пособие.2-еизд., пер.и доп.-М.:Машгиз, 1962.247с.

95. Основы химической технологии / И.П.Мухленов,А.Е.Горштейн, Е.С.Тумаркина, В.Д.Тамбовцева.З-е зд.-М.:Высшая школа, 1983.335с.

96. Кафаров В.В. и др. Принципы математического моделирования химико-технологических систем / В.В.Кафаров, В.Л.Перов, В.П. Мешалкин.- М.: Химия, 1974/344с.

97. Отраслевой стандарт. «Аппараты колонные тарельчатые, метод технологического и гидродинамического расчета» / ОСТ 26-01-1488-83. Министерство химического и нефтяного машиностроения, 1983. 120с.