Авторы: Кужель А. В., Ванин В. В.
Источник: Научный журнал «Вестник Кузбасского государственного технического университета» — 2009, № 2, с. 84–85.
Кужель А. В., Ванин В. В. Оптимизация производства пропиленгликоля. В условиях экономического кризиса и ухудшающейся экологической обстановки актуальным для завода стал вопрос уменьшения расхода сырья и энергоресурсов. В лабораторных и промышленных условиях проведены работы по оптимизации производства пропиленгликоля, увеличению его выхода и отработке параметров технологического режима стадии синтеза.
Пропиленгликоль (ПГ) может быть получен множеством методов: гидролизом дибром- или дихлопропана в присутствии окиси свинца; из пропилена через пропиленгликольацетат; окислением пропилена кислородом воздуха в инертном растворителе, например в бензоле, в присутствии ацатата марганца и др. [1–3].
Наибольшее практическое значение имеет получения ПГ гидратацией окиси пропилена (ОП) в присутствии различных катализаторов.
Состав продуктов гидратации ОП определяется соотношением воды и окиси пропилена в реакционной смеси, типом и концентрацией катализатора. Для получения максимального выхода ПГ гидратацию проводят в нейтральной или кислой среде при достаточно большом соотношении воды к окиси пропилена. Гидратация ОП в присутствии щелочей приводит к уменьшению выхода ПГ и увеличению выхода полипропиленгликолей [3].
Гидратация ОП в присутствии солей слабых кислот и сильных оснований, например карбонатов и бикарбонатов щелочных металлов, позволяет получать высокий выход ПГ при сравнительно малом соотношении между водой и ОП в исходной смеси. Так, при концентрации бикарбоната натрия 0,25 моль/л и ОП 3,1 моль/л (мольное отношение воды к окиси пропилена равно 14:1 ) выход пропиленгликоля составляет 91 %.
В качестве катализатора применяют также сернистый газ. При его концентрации в воде 0,1 %, мольном отношении воды и окиси пропилена, равном 12:1, выход продуктов составляет 91 % [3].
С 1967 г. на ООО ПО «Химпром» введено в эксплуатацию производство пропиленгликоля путем гидратации окиси пропилена в присутствии катализатора — едкого натра. Процесс проводят при температуре 170–2000 °С и давлении 1,0–1,5 МПа полунепрерывном способом.
Объемное соотношение воды и окиси пропилена (ОП) в смеси, поступающей на гидратацию, составляет примерно 4:1. При этих условиях получается водный раствор гликолей с массовой долей ПГ до 20 %, дипропиленгликоля до 2 %, трипропиленгликоля до 1 %.
В условиях экономического кризиса и ухудшающейся экологической обстановки актуальным для завода стал вопрос уменьшения расхода сырья и энергоресурсов. В лабораторных и промышленных условиях проведены работы по оптимизации производства ПГ, увеличению его выхода и отработке параметров технологического режима стадии синтеза: температуры, соотношения воды и ОП, содержания ОП в рабочей смеси для непрерывного процесса. На лабораторной колонне определяли температуры кипения водных растворов гликолей при разном давлении, подбирали режимы работы колонн для стадии ректификации.
Проанализировав полученные данные, пришли к выводу, что для увеличения выхода ПГ и уменьшения расхода ОП целесообразным будет переход на некаталитический метод получения ПГ по непрерывной схеме.
Технологическая схема производства ПГ состоит из 2 стадий: синтеза и ректификации.
Для приготовления рабочей смеси преимущественно используется дистиллят ректификационной колонны со стадии обезвоживания реакционной смеси. Образующаяся в реакторе смесь поступает на ректификацию, где ее обезвоживают, выделяют промежуточную фракции и товарный ПГ.
Обезвоживание проводят в ректификационной колонне насадочного типа до содержания воды в кубе колонны 10–20 %. Дистиллят колонны смешивается со свежей водой и поступает на стадию приготовления рабочей смеси.
Обезвоженный раствор поступает на стадию выделения промежуточной фракции в тарельчатую ректификационную колонну работающую под вакуумом, где происходит отгон воды до 0,3%. Дистиллят колонны содержащей ПГ в количестве от 30 до 50% возвращают на стадию обезвоживания реакционной смеси. Выделение товарного ПГ происходит в тарельчатой ректификационной колонне работающей под вакуумом.
Впервые в 2008 г. на ООО ПО «Химпром» освоено производство ПГ по непрерывной схеме. Процесс проводят при температуре 180–2000 °С и давлении 1,0–1,5 МПа. Объемное соотношение воды и ОП в смеси поступающей на гидратацию составляет примерно 3,6:1. Содержание ОП в рабочей смеси составляет 18–22 %. При этих условиях получается водный раствор гликолей с массовой долей ПГ до 23 %,и пропиленгликоля до 3 %, трипропиленгликоля до 0,3 %.
С переходом на непрерывную схему производства ПГ некаталитическим методом получения удалось добиться увеличения выхода ПГ на 9,2 % (мощность производства увеличилась в 1,5 раза) по сравнению с полунепрерывным способом и сокращения расхода сырья на 9 %. Выход поли-пропиленгликолей сократился на 23 %.