Типовая промышленная схема выделения стирола. Технология получения стирола дегидрированием этилбензола

Этилбензол и толуол – это два схожих по своим свойствам вещества, относящиеся к классу «углеводороды». Они крайне токсичны для человека и пагубно влияют на организм.

Толуол – это бесцветная жидкость, также известная под названием метилбензол. Вещество отличается характерным резким и едким «ароматом». В естественной среде толуол встречается в неочищенной нефти, а также довольно часто обнаруживается в составе толуанского бальзама. Метилбензол получается в процессе каталитического риформинга бензиновых фракций нефти. Известны и иные методы получения этого токсичного вещества. Например, толуол выделяется в процессе перегонки древесной смолы.

Метилбензол является необходимым элементом при изготовлении бензола. Таким образом, толуол – это очень важное сырье, используемое в химической промышленности. Вещество обладает прекрасными свойствами растворителя, поэтому идеально подходит для большинства полимеров и лакокрасочных составов.

Этилбензол – это тоже бесцветная жидкость с характерным «бензиновым» запахом. Вещество органического происхождения содержится в каменноугольной смоле и нефти. Получают этилбензол в процессе переработки бензола в этилен или в результате риформинга. Вещество используют при производстве стирола, который в дальнейшем становится одним из компонентов для пластмассы. Помимо всего прочего, этилбензол активно применяется при изготовлении высокооктанового бензина, каучука и резинового клея. Как и толуол, эта жидкость используется в качестве сильного растворителя.

Оба вещества почти не растворяются в воде, но при этом легко смешиваются с такими веществами, как бензол, спирт и эфир.

Человек может определить этилбензол и толуол по запаху, если концентрация веществ в воздухе составит 8ppm (для толуола) и 2,3ppm (для этилбензола). По вкусу обе жидкости проявляются намного раньше. При повышенной концентрации толуол и этилбензол могут нанести сильный вред любому живому организму, поэтому при работе с ними следует соблюдать все меры предосторожности.

Этилбензол и толуол: влияние на окружающую среду

В процессе испарения обе жидкости легко взаимодействуют с воздухом и попадают в атмосферу. В случае случайного разлива таких химических компонентов или нефтепродуктов, токсичные вещества проникают в подземные воды и водоемы. Бензиновые утечки чреваты загрязнением грунта толуолом и бензолом. Загрязнения такого рода чаще всего встречаются в зонах промышленных свалок и в местах слива промышленных отходов.

Стоит заметить, что, несмотря на свои токсичные свойства, толуол и этилбензол очень быстро испаряются в воде. Также они не остаются в почве, так как перерабатываются многочисленными микроорганизмами. Ситуация в корне меняется, если жидкости попадают в подземные воды или на открытый воздух. Дело в том, что в этих местах отсутствует необходимое количество микроорганизмов, поэтому вещества просто не успевают перерабатываться естественным путем. В этом случае человек может запросто получить отравление. Жидкие вещества легко проникают через кожу и быстро попадают в кровь. Если же человек вдыхал вредные испарения, то толуол и этилбензол попадают в организм через дыхательные пути, а затем в кровь.

В ежедневной жизни мы постоянно сталкиваемся с результатами химического производства, в состав которых входят этилбензол и толуол. Это может быть бензин, керосин, печное топливо, красители, растворители, очистители и даже косметика. Некоторое количество толуола было обнаружено в обычном сигаретном дыме. Так, средний курильщик выкуривает более 1000 микрограмм токсичного вещества в день. Сотрудник завода, на котором используются различные нефтепродукты, получает еще большую дозу испарений, которая составляет 1000 миллиграмм.

Как толуол влияет на организм человека

На протяжении долгого времени ученые изучают влияние толуола на человеческий мозг. К сожалению, результаты исследований не радуют. Когда токсичное вещество попадает в организм, человек начинает испытывать сильные головные боли и страдать от бессонницы. Толуол нарушает нормальную деятельность человеческого мозга, вследствие чего умственные способности пострадавшего понижаются. В случае длительного отравления веществом наблюдаются такие симптомы, как постоянная усталость, потеря памяти, резкое снижение аппетита. В какой-то момент человек просто теряет контроль над своей мышечной и мозговой деятельностью.

После длительного взаимодействия с толуолом человек испытывает проблемы со слухом и зрением. При хронических отравлениях различать цвета становится очень сложно. Именно поэтому каждый раз при работе с клеем на протяжении долгого времени вы начинаете путаться в мыслях, чувствуете себя сонным. На такие симптомы стоит обращать внимание, так как человек может не только потерять сознание, но и умереть при подобном отравлении.

Помимо всего прочего, толуол сказывается на работе почек. Если вдыхать токсин и при этом употреблять алкогольные напитки, то интоксикация будет в разы сильнее.

Токсин негативно влияет на женский организм, провоцируя выкидыши, а также преждевременные роды. Если во время всей беременности женщина постоянно вдыхала пары толуола, то его влияние на ребенка будет сказываться и после родов, если мать будет кормить его грудным молоком.

Как этилбензол может повлиять на организм человека

Человек, вдыхающий пары этилбензола, начинает испытывать следующие симптомы: сильная усталость, постоянная сонливость, острая головная боль. Также появляется странное зудящее ощущение в ротовой полости, носу и животе. Глаза начинают слезиться, а дыхание становится тяжелым. Этилбензол также пагубно влияет на работу мышц и приводит к нарушениям координации.

При более длительном воздействии токсин может привести к серьезным заболеваниям печении, крови.

На сегодняшний день ученые провели ряд исследований, на основе которых удалось установить, что испарения толуола и этилбензола способны вызывать злокачественные образования.

Для того, чтобы определить, каково содержание толуола и этилбензола в вашей квартире, рекомендуется пригласить экспертов, которые проведут быстрый и качественный анализ воздуха.

1-4 – ректификационные колонны; I – углеводородный конденсат; II -этилбензол на рециркуляцию в реакторную подсистему; III - бензол-толуольная фракция; IV - стирол; V - смолы.

В ректификационной колонне 1 отделяется основное количество этилбензола вместе с бензолом и толуолом.

В колонне 3 в качестве дистиллята отгоняется весь этилбензол и часть стирола. Эта фракция возвращается как питание в колонну 1. Таким образом, колонны 1-3 работают как трехколонный комплекс.

Окончательная очистка стирола от смол осуществляется в колонне 4 (часто для этого используют дистилляционный куб). Все колонны, в которых присутствует стирол, работают при глу­боком вакууме, чтобы температура в кубе не превышала 100 °С.

Рассмотрим некоторые особенности приведенной технологической схемы разделения. В такой схеме производства обычно используется вариант, в котором на первом этапе осуществляется второе заданное разделение. А именно, в первой колонне отгоняются вместе с этилбензолом бензол и толуол, а затем от этилбензола отгоняются легколетучие компоненты. С точки зрения затрат энергии этот вариант менее выгоден. Вместе с тем, учитывая реакционную способность стирола (высокая активность и способность к термополимеризации), этот вариант является более предпочтительным. Тем более, если принять во внимание небольшое содержание бензола и толуола в реакционной смеси.

Учитывая высокую реакционную способность стирола, для разделения пары «этилбензол-стирол» обычно используется «двойная ректификация», позволяющая снизить гидравлическое сопротивление ректификационных колонн, а следовательно, и температуру в кубах, которая должна быть не выше 100 °С (при необходимом вакууме). Именно при этой температуре начинается термополимеризация стирола.

В общем случае любая «двойная ректификация» является неприемлемой как в энергетическом отношении, так и по капитальным затратам. Использование такого варианта является вынужденной мерой. В данном случае возможны два варианта «двойной ректификации» (рис. 3.4, а , б ).

Технологическое оформление «двойной» ректификации:

а - вариант I; б - вариант II; 1-2 – ректификационные колонны; I – смесь этилбензола и стирола; II - стирол и полимеры; III - этилбензол.

В первом варианте в первой колонне наряду с полной отгонкой этилбензола (или легколетучего компонента для любой другой системы) отгоняется часть стирола. При этом со­отношение между этилбензолом и стиролом в дистилляте первой колонны выбирается таким, чтобы кубовая жидкость колонны 2 по своему составу примерно соответствовала составу исходной смеси колонны 1.

Во втором варианте в колонне 1 отгоняется чистый этилбензол. В кубе этой колонны остается такое количество этилбензола, которое позволяет при допустимом вакууме поддерживать темпе­ратуру не более 100 о С.

В колонне 2 в качестве дистиллята отгоняется оставшийся этилбензол вместе со стиролом, количество которого определяется соотношением этилбензола и стирола в ис­ходной смеси первой колонны.

В случае разделения этилбензола и стирола предпочтение может быть отдано первому варианту «двойной ректификации», в котором в колонне 2 подвергается нагреванию только часть стирола, тогда как во втором варианте весь стирол подвергается нагреванию в кубах обеих колонн, а это даже при вакууме приводит к его потерям за счет термополимеризации. Правда большая разница в энергозатратах может окупить потери стирола, но для этого требуется более детальное сравнение.

Для решения задачи разделения пары «этилбензол - стирол» может быть предложен вариант с одной колонной, заполненной насадкой с малым гидравлическим сопротивлением. В этом случае, учитывая большие потоки флегмы, будут разные количества потоков жидкости и пара по высоте колонны. Следовательно, для устойчивой работы насадочной колонны необходимы разные диаметры верхней и нижней частей колонны. Такая колонна позволяет разделить эту пару компонентов при температуре в кубе колонны не выше 100 °С.

Насадочная колонна с укрепляющей и исчерпывающей частями разного диаметра:

I – смесь этилбензола и стирола; II – стирол и полимеры; III – этилбензол.

Принципы в технологии получения стирола дегидрированием этилбензола .

· Технология производства стирола дегидрированием этилбензола относится к одностадийным химическим процессам.

· В качестве исходного сырья используется доступный этилбензол, получаемый алкилированием бензола олефинами.

· Применяемые в промышленности технологические решения с введением пара между двумя-тремя слоями катализатора, использование встроенных в реактор теплообменных устройств, а также

· эффективная каталитическая система позволяют при достаточно высокой селективности около 90% добиться конверсии этилбензола за один проход на уровне 60-75%.

· Рециркуляционный поток бензола, связывающий разделительную и реакторную подсистемы технологии, обеспечивают полную конверсию исходного сырья.

Снижение энергозатрат на процесс дегидрирования может достигаться не только за счет эффективного теплообмена между входящими и выходящими потоками, но и за счет использования вместо водяного пара (энергоноситель и разбавитель) инертного газа . В этом случае тепло должно подводиться между слоями катализатора с помощью встроенных теплообменников. Замена пара на инертный газ (азот, СО 2) позволяет избежать многократного испарения и конденсации воды, обладающей высокой скрытой теплотой испарения. В этом случае также снижаются и затраты на очистку водного конденсата, загрязненного ароматическими соединениями, и в целом уменьшится потребление воды производством.

Важной составной частью технологии выступает подсистема разделения . В данном случае, как отмечено ранее, существенным фактором, влияющим на суммарные показатели технологии, являются режимы ректификационного разделения. Они должны обеспечивать условия, при которых отсутствует термополимеризация стирола . Энергетически наиболее целесообразно применять вместо двойной ректификации одну насадочную колонну с низким гидравлическим сопротивлением, либо схему из комплексов гетероазеотропной ректификации.

Наконец, гетерогенно-каталитический характер процесса позволяет достаточно просто создавать аппараты и технологические линии большой единичной мощности.

Характеристика кубовых остатков ректификации стирола и пути их переработки .

Нефтехимические процессы являются наиболее сложными из химических производств, так как получение многих мономеров связано с образованием большого количества вторичных и побочных продуктов, отходов. Экономическая эффективность производства во многом зависит от способов утилизации отходов.

Для этого в настоящее время применяют в основном два метода - топливный и химический . Преимущество второго метода бесспорно, так как при этом рационально решается вопрос сырьевых ресурсов, поскольку многие отходы производства содержат ряд ценных мономеров и органических соединений. Сжигание, напротив, вызывает загрязнение атмосферы, коррозию аппаратуры, теряются в огромных количествах вторичные материальные ресурсы.

При выделении и очистке стирола в процессе ректификации накапливаются кубовые остатки, утилизация которых чрезвычайно важна. В состав их входит большое количество различных органических соединений, в том числе и мономерный стирол, полное извлечение которого на ректификационных колоннах не достигается.

В зависимости от условий фракционирования печного масла содержание стирола в кубовом остатке ректификации может изменяться от 10 до 50 %, а полистирола - 15-70 %.

Внедрение в последние годы высокоэффективных ингибиторов термической полимеризации стирола в процессе его получения позволило значительно снизить количество остаточного стирола и полистирола в КОРС. Это привело к тому, что синтез пленкообразующего стал мало перспективным и основным способом утилизации КОРС, стало использование его в качестве добавки к котельному топливу. Вопросом утилизации КОРС занимаются не один десяток лет, но до сих пор он остается актуальным.

Кубовые остатки ректификации стирола по составу можно условно представить тремя группами веществ

Мономеры,

Полимеры и

Продукты органического синтеза.

В результате исследований было идентифицировано около 95 % веществ, входящих в состав КОРС.

В зависимости от способов получения стирола, режима работы реактора, срока службы катализатора, режима работы колонн ректификации, применяемой ингибирующей системы и времени пребывания в отгонных аппаратах, состав КОРС меняется довольно в широких пределах.

К основным компонентам, входящим в состав КОРС, образующихся при производстве стирола дегидрированием этилбензола, относятся: стирол, метилстиролы, этилбензол, полистирол, дивинилбензол, нафталин, дифенил, неидентифицированные «легкие» вещества, высококипящий «тяжелый» остаток и др.

Исходя из компонентов состава КОРС можно предложить следующие пути его переработки:

1) разделение КОРС на фракции с их дальнейшим полным или частичным использованием.

2) выделение полимерной части из КОРС связано, в основном, с целью использования полимера стирола в качестве основы для получения пленкообразующих композиций.

Выделение полимера предлагалось двумя методами: отгонкой легколетучих компонентов и экстракцией. Необходимо отметить, что молекулярная масса полистирола в кубовых остатках изменяется в довольно широких пределах от 1000 до 110000, поэтому попытки выделения и использования полистирола представляют значительные трудности.

3) прямая утилизация КОРС с получением ценного продукта для дальнейшего его применения.

Прямая утилизация КОРС - на этом пути рассматриваются два направления:

Использование КОРС в качестве пластификатора и

Для получения пленкообразующих материалов.

Ряд работ направлен на использование КОРС в дорожном строительстве, как компонента асфальтобитумных покрытий, улучшающего адгезию к гравию и сцепление с грунтом. Однако, данное использование КОРС бесперспективно. Это в первую очередь связано с его токсичностью. Мономерный стирол присутствует в КОРС в значительно больших количествах, чем допустимо санитарными нормами. Поэтому большинство исследований имели целью утилизировать КОРС таким образом, чтобы уменьшить содержание мономерного стирола в полученном продукте с помощью полимеризации.

4) нейтрализация КОРС , как правило, сжигание в виде раствора - жидкое топливо.

Процесс нейтрализации КОРС определяется его токсичностью - в основном содержащимся в нем остаточным стиролом, а также присутствием очень токсичного и опасного для здоровья человека продукта канцерогена - 3,4-бенз(а)пирена (до 3000 мг/кг). Классический способ нейтрализации - сжигание КОРС в специальных печах затруднен тем, что содержание полимера в нем меняется. В результате образуется при сжигании большое количество сажи, содержащей до 120000 мкг/кг 3,4-бенз(а)пирена. При сжигании КОРС, содержащего в качестве ингибитора серу, образуется большое количество диоксида серы, также требующего улавливания или нейтрализации.

5) Более технологичным является сжигание КОРС в растворе толуола или другого растворителя, например, полиалкилбензольных смол. Этот способ используется большинством заводов, производителей стирола.

На ОАО «Ангарскнефтеоргсинтез» например, КОРС применялся как топливо при сжигании химически загрязненных вод в термических печах в смеси с каменноугольным топочным мазутом, на ОАО «Нижнекамскнефтехим» осуществлен запуск и освоение мощности установки утилизации жидких отходов.

Не было дома цветов, всё хотела купить, но денег жалко было, а вчера привезли на работу по 150руб цветы, я и купила, выбрала 2, а третий (посерединке) сыночек выбирал! Драцена (справа) Экология жилища Драцена обладает повышенной способностью увлажнять воздух. В помещении, где она присутствует, уменьшается содержание формальдегидов в воздухе. Она также способна поглощать и нейтрализовать бензол, толуол, этилбензол, ксилол, циклогексанон. Энергетика драцен Считается, что драцена — символ власти, престижа, преуспевания. Оно способно очищать энергетику дома, особенно там где живут...

ВСЁ О ЛЕЧЕНИИ СОДОЙ (из однокласников)

Совет 1:ВСЁ О ЛЕЧЕНИИ СОДОЙ Области применения 1. Профилактика и лечение рака. 2. Лечение алкоголизма. 3. Отвыкание от курения. 4. Лечение всех видов наркоманий и токсикоманий. 5. Выведение из организма свинца, кадмия, ртути, таллия, бария, висмута и других тяжёлых металлов. 6. Выведение радиоактивных изотопов из организма, профилактика радиоактивного заражения организма. 7. Выщелачивание, растворение всех вредных отложений в суставах, в позвоночнике; камней в печени и почках, т.е. лечение радикулитов, остеохондрозов, полиартритов, подагры, ревматизма, мочекаменной болезни, желчекаменной болезни; растворение камней в...

Технология совместного получения стирола и пропиленоксида

Общая технологическая схема совместного получения стирола и пропиленоксида представлена на рис. 3. В данной технологии окисление этилбензола проводится в тарельчатой колонне 1. При этом как подогретый этилбензол, так и воздух подаются в низ колонны. Колонна снабжена змеевиками, расположенными на тарелках. Тепло отводится водой, подаваемой в эти змеевики. Если для интенсификации процесса использовать катализатор, то процесс необходимо проводить в ряде последовательно соединенных барботажных реакторов, в которые подают противотоком к воздуху этилбензольную шихту (смесь свежего и возвратного этилбензола с катализаторным раствором). При этом продукты окисления проходят последовательно через реакторы, в каждый из которых подают воздух.

Парогазовая смесь из верхней части реактора поступает в конденсатор 2, в котором конденсируется главным образом унесённый этилбензол, а также примеси бензойной и муравьиной кислот. После отделения конденсата от тазов он направляется в скруббер 4 хя нейтрализации кислот щелочью. После нейтрализации этилбензол возвращается в реактор С 1. Туда же подается этилбензол из колонны 10. Газы выводятся из системы. Оксидат из нижней части колонны 1, содержащий около 10% гидропероксида, направляют в ректификационную колонну 3 для концентрирования. Концентрирование гидропероксида проводят при глубоком вакууме. Несмотря на большие затраты энергии, этот процесс лучше проводить на установке двойной ректификации. При этом на первой колонне отгоняется часть этилбензола при более низком вакууме, а во второй колонне при более глубоком вакууме отгоняется остальная часть этилбензола с примесями. Дистиллят этой колонны возвращается в первую колонну, а в кубе получается концентрированный (до 90 %) гидропероксид, который направляется на эпоксидирование. Предварительно оксидат охлаждается в теплообменнике 5 исходным этилбензолом.

Рис. 4. Технологическая схема совместного получения стирола и оксида пропилена; 1 - колонна окисления; 2 - конденсатор; 3,7-10,18 - ректификационные колонны; 4 - скруббер щелочной очистки; 5,12,14 - теплообменники; 6 - колонна эпоксидирования; 11 - испаритель смешения; 13,15 - реакторы дегидратации; 16 - холодильник; 17 - флорентийский сосуд; I - воздух; II - этилбензол; III -пропилен; IV - раствор щелочи; V - газы; VI - катализатор- ный раствор; VII -оксид пропилена; VIII - смолы; IX - водный слой; X - стирол; XI - на дегидрирование; XII -пар

В колонне 3 отгоняется этилбензол с примесями кислот, поэтому верхний продукт также направляется в скруббер 4. Из куба колонны 3 сконцентрированный гидропероксид поступает в колонну эпоксидирования 6. (Эпоксидирование можно также проводить в каскаде реакторов.) В нижнюю часть колонны подается катали - заторный раствор из куба колонны 9. Туда же проводится подпитка свежим катализатором. Свежий и возвратный (из колонны 7) пропилен также подается в нижнюю часть колонны. Продукты реакции вместе с катализаторным раствором выводят из верхней части колонны и направляют в ректификационную колонну 7 для отгонки пропилена. Газы выводят из верхней части колонны и из системы для утилизации или сжигания. Кубовый продукт колонны 7 поступает в ректификационную колонну 8 для выделения в качестве дистиллята продуктового оксида пропилена. Кубовая жидкость колонны # поступает в колонну 9 для отделения продуктов синтеза от катализаторного раствора.

Катализаторный раствор из куба колонны возвращается в колонну эпоксидирования 6, а верхний продукт поступает в ректификационную колонну Юлля отделения этилбензола от метилфенилкарбинола и ацетофенона. Смесь метилфенилкарбинола (МФК) и ацетофенона подается в испаритель 11, в котором с помощью перегретого пара испаряются и отделяются от смол метилфенилкарбинол и ацетофенон. Смесь паров, перегретая до 300 °С, поступает в реактор 13 для дегидратации метилфенилкарбинола. В этом реакторе частично проходит дегидратация. Так как реакция дегидратации является эндотермической, то прежде чем продукты дегидратации поступают в другой реактор (реактор 15), продукты дегидратации перегреваются в теплообменнике 14.

Конверсия метилфенилкарбинола после двух реакторов достигает 90%. Продукты дегидратации охлаждаются водой в холодильнике 76 и поступают во флорентийский сосуд 17, в котором органический слой отделяется от водного. Верхний углеводородный слой поступает в ректификационную колонну 18 для отделения стирола от ацетофенона. Ацетофенон затем гидрируется на отдельной установке в метилфенилкарбинол, который поступает в отделение дегидратации.

Селективность процесса по оксиду пропилена составляет 95-- 97 %, а выход стирола достигает 90 % по этилбензолу. При этом из 1 т пропиленоксида получается 2,6--2,7 т стирола.

Таким образом, рассмотренная технология представляет сложную систему, включающую множество рециклов по этилбензолу, пропилену и катализатору. Эти рециклы приводят, с одной стороны, к увеличению затрат энергии, а с другой, позволяют вести процесс в безопасных условиях (при низкой концентрации гидропероксида-- 10--13%) и достигать полной конверсии реагентов: этилбензола и пропилена.

Следовательно, данный процесс необходимо оптимизировать. В предложенной технологической схеме достаточно полно используется тепло реакций и потоков. Однако вместо холодильника 16 лучше использовать котел-утилизатор, в котором можно получать пар низкого давления. Для этого в котел-утилизатор необходимо подавать водный конденсат, из которого будет получаться пар. Кроме того, следует предусмотреть более полное использование отходящих газов и смолы, щелочного раствора солей из скруббера 4, а также до- очистку водного слоя флорентийского сосуда. Наиболее существенным усовершенствованием технологической схемы может служить замена реакторов дегидратации на колонну, в которой можно организовать совмещенный реакционно-ректификационный процесс. Этот процесс протекает на ионообменном катализаторе в парожидкостном варианте, т. е. при температуре кипения смесей, проходящих через колонну, и может быть представлен схемой (рис. 5).

Рис. 5.

В таком варианте процесса конверсия и селективность могут достигать 100 %, так как процесс протекает при низких температурах и малом времени пребывания продуктов синтеза в реакторе.Преимущество данного варианта процесса заключается еще и в том, что стирол не попадает в куб колонны, а выделяется в виде гете- роазеотропа с водой (температура кипения ниже 100 °С), что позволяет исключить его термополимеризацию.