Гидрирование бензола

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.