Содержание
Назначение
Циклогексан является относительно стабильным циклоалканом, присутствующим в сырой нефти в концентрациях, варьирующихся от 0,1 до 1,0%. Этот циклоалкан представляет собой бесцветную легковоспламеняющуюся жидкость, широко используемую в качестве промежуточного звена в производстве нейлона.
Почти весь производимый в промышленности циклогексан используется для производства адипиновой кислоты и капролактама, предшественников нейлона. Небольшая часть полученного циклогексана расходуется на различные виды использования, такие как растворители и полимерные реакционные разбавители.
Использование капролактама:
- при производстве синтетических волокон (особенно полиамида 6).
- в щетинных щетках, текстильных элементах жесткости, пленочных покрытиях, синтетической коже, пластмассах, пластификаторах, красках для транспортных средств, сшивке для полиуретанов, а также в синтезе лизина.
Россия производит 8% мирового объема капролактама и внутреннее потребление его растёт на 6-8% ежегодно. Для укрепления позиций на мировом рынке товаров химической промышленности, в том числе полиамидных пластмасс, необходимо расширение существующих производственных мощностей капролактама на основе последних достижений в этой области.
Сырье и продукты
В промышленном масштабе циклогексан получают гидрированием бензола в присутствии никелевых катализаторов. На производителей циклогексана приходится примерно 11,4% мирового спроса на бензол. Реакция гидрирования бензола является сильно экзотермической.
В качестве сырья процесса выступает бензол и водород. Продуктом является циклогексан – ценное сырье нефтехимических синтезов, а также топливный газ, как результат реакций
расщепления и примесей нежелательных углеводородов в исходном сырье.
Технологическая схема
Процесс состоит из трех основных секций:
- реакционная;
- секция разделения продуктов;
- стабилизации.
Реакционная секция
Бензол подают в первичный реактор (1) вместе со свежим и рециркулирующим водородом. Реакцию гидрирования проводят в реакторе с барботажной колонной в присутствии катализатора на основе никеля.
Катализатор поддерживается в виде суспензии с помощью внешнего циркуляционного контура. Большая часть тепла реакции удаляется путем испарения потока продукта; оставшееся тепло реакции отводится во внешний контур. Пропуская поток флегмы реактора через теплообменник, нагревается химочищенная питательная вода, производя пар низкого давления. На этом этапе большая часть бензольного сырья превращается в циклогексан. Поток верхнего газообразного продукта направляется в реактор с неподвижным слоем (2), где непрореагировавший бензол превращается в циклогексан. Завершающую реакцию гидрирования проводят в присутствии катализатора на основе твердого никеля, нанесенного на оксид алюминия.
Секция разделения продуктов
Поток продукта подается в сепаратор-отбойник (3), работающий под высоким давлением. Большая часть циклогексана в сырье конденсируется с образованием двух потоков, газообразного обогащенного водородом и потока жидкого циклогексана. Водорода направляется в рециркуляционный компрессор (4), где он компримируется до давления реакции первичного реактора и поступает на реакторный блок.
Секция стабилизации
В дистилляционной колонне (5) поток, обогащенный жидким циклогексаном, очищается от более легких углеводородов, таких как метан, этан и растворенный водород. Легкие газы, выходящие из верхней части колонны, используются в качестве топлива, в то время как поток циклогексана с остаточным содержанием бензола ниже 100 ppm выходит из нижней части колонны.
Материальный баланс
Материальный баланс действующей установки гидрирования бензола приведен в таблице.
| №п/п | Приход | №п/п | Расход | ||||
| Наименование статей прихода | кг/ч | % мас. | Наименование статей расхода | кг/ч | % мас. | ||
| 1. | Бензол технический, в том числе: | 1. | Циклогексан технический, в том числе: | ||||
| А) бензол | 7974 | 99,80 | А) циклогексана | 8576 | 99,78 | ||
| Б)низкокипящие | 0,4 | 0,01 | Б) азота | 3 | 0,03 | ||
| В) высококипящие | 15,6 | 0,20 | В) низкокипящие | 0,4 | 0,00 | ||
| Г) высококипящие | 15,6 | 0,18 | |||||
| Итого | 7990 | 100,00 | Итого | 8595 | 100,00 | ||
| 2. | Водород, в том числе: | 2. | Газы дросселированния, в том числе: | ||||
| А) водород | 624 | 69,64 | А) циклогексан | 6 | 18,52 | ||
| Б) азот | 272 | 30,36 | Б) водород | 0,6 | 1,85 | ||
| В) азот | 25,8 | 79,63 | |||||
| Итого | 896 | 100,00 | Итого | 32,4 | 100,00 | ||
| 3. | Отдувочные газы, в том числе: | ||||||
| А) циклогексан | 6 | 2,32 | |||||
| Б) водород | 9,4 | 3,63 | |||||
| В) азот | 243,2 | 94,04 | |||||
| Итого | 258,6 | 100,00 | |||||
| Всего (общее) | 8886 | Всего (общее) | 8886 | ||||
Достоинства и недостатки
Недостатки
- Побочные реакции, в частности изомеризация циклогексана в метилциклопентан (при более высоких температурах происходит разрыв нафтенового кольца с образованием нежелательных С5 и более легких продуктов)
- Высокие требования по качеству исходного сырья, его чистоте и содержанию сернистых соединений.
Достоинства
- Относительно низкая стоимость катализаторов на основе никеля.
- Высокая чистота получаемого циклогексана, порядка 99,9 %.
Существующие установки
Крупнейшими потребителями продукта гидрирования бензола – циклогексана являются производители капролактама.
Капролактам производится перегруппировкой циклогексаноноксима при смешении с олеумом. Циклогексаноноксим, в свою очередь, производится из циклогексанона и гидроксиламинсульфата. Циклогексанон получают окислением циклогексана кислородом воздуха.
В России капролактам производят 3 компании:
- OАО «Куйбышевазот» (Тольятти),
- ОАО «Азот» (Кемерово; холдинг СИБУР)
- ОАО «Щекиноазот» (Тульская область).
Компания «КуйбышевАзот» является крупнейшим производителем капролактама и полиамида-6 в России. Далее, в порядке снижения мощностей по производству капролактама, следует Кемеровское ОАО «Азот».
Третий производитель капролактама в России – ОАО «Щекиноазот» (входит в ОХК «Щекиноазот»).
Все перечисленные компании производят капролактам из циклогексана, полученного гидрированием бензола.
