Opis

ZECZPOSPOLITA
POLSKA
#
URZĄD
PATENTOWY
RP
OPIS PATENTOWY
Patent dodatkowy
do patentu nr
153 594
Int. Cl.5 C07C 409/10
Zgłoszono: 88 08 15 /?♦ 274243/
Pierwszeństwo —
Zgłoszenie ogłoszono: 90 02 19
tf&
Opis patentowy opublikowano: 1991 10 31
Twórcy wynalazku: Stanisław Kurowski, Jan Głuszek, Stanisław Ciborowski,
Zofia Krupiezka, Lucjan Franek, Michał Żebrowski,
Ryszard Galbfaoh, Andrzej Rościezewaki, Janusz Urbański,
Jacek Dąbrowski, Anna Młynarczyk
Uprawniony z patentu: Instytut Chemii Przemysłowej,
Warszawa /Polska/
SPOSÓB UTLENIANIA KUMENU DO WODÓRONA DTLENKU KUMBNU
Przedmiotem wynalazku jest sposób utleniania kurnenu do wodoronadtlenku kurnenu /WNK/
w reaktorze wieżowym. Czynnikiem utleniającym jest powietrze lub gaz zawierający tlen*
Uzyskiwany w tym procesie WNK jest produktem pośrednim w syntezie fenolu i acetonu me¬
todą kurne nową*
W znanym procesie produkcji fenolu metodą kurnenową jednym z etapów produkcji jest
utlenianie Kurne nu powietrzem* Proces utleniania prowadzi się w reaktorach kolumnowych
z półkami kołpaczkowymi lub sitowymi lub w reaktorach wieżowo-barbotażowych w tempera¬
turach 100-135°C pod ciśnieniem 0,4-0,8 MPa w obecności lub bez katalizatorów.
W procesie utleniania kumenu oprócz WNK tworzą się produkty uboczne, głównie dwu-
metylofenylokarbinol /DMFK/ i acetofenon /AcF/* Ilośó tworzących się produktów ubocznych,
a więc selektywnośó utleniania zależy głównie od temperatury procesu, od czystości kume¬
nu kierowanego do utleniania i od końcowego stężenia WNK w oksydacie. Praktycznie proces
utleniania kumenu prowadzi się do zawartości 18-35S&, najkorzystniej około 22$ WNK w
oksydacie* Proces jest bardziej selektywny przy niższych stężeniach wodoronad tlenku ku¬
menu, jednakże wymaga wówczas większego zużycia energii na odparowanie nieprzereagowanego kumenu*
Znane są również sposoby utleniania kumenu polegające na prowadzeniu procesu w reak¬
torach wieżowych ewentualnie w kaskadzie. Utlenianie w jednym reaktorze prowadzi się w
temperaturze stosunkowo niskiej, około 110°C, gdyż proces zachodzi przy wysokim stęże¬
niu WNK w cieczy reakcyjnej, około 23-26$ WNK* Utlenianie w kaskadzie reaktorów prowa¬
dzi się w ten sposób, że najwyższą temperaturę, około 120-130°C, utrzymuje się w pierw¬
szym stopniu kaskady, gdzie stężenie WNK jest najniższe /5-10$ TOK/, a najniższą tempe¬
raturę utrzymuje się w reaktorze końcowym kaskady, gdzie stężenie WNK wynosi 20-30&*
W reaktorach wieżowych ciepło reakcji odbiera się bądź za pomocą chłodnic wodnych
umieszozonych wewnątrz reaktora, bądź przez cyrkulację cieczy reakoyjnej przez wymięnni153
594
153 594
2
ki ciepła umieszczone posa reaktorem, W reaktora oh kolumnowych - półkowych, które według
założęrf miały spełniać rolę wielu reaktorów pracujących w kaskadzie /każda półka odpo¬
wiadać miała jednemu stopniowi kaskady/ na każdej półce znajduje się ohłodnica wodna,
która odbiera oiepło reakcji i reguluje temperaturę na danej półce. Tak jak w kaskadzie
reaktorów wieżowych w reaktorze półkowym najwyższą temperaturę utrzymuje się na najwyż¬
szej półce /pierwszy stopień kaskady/, na którą wprowadza się kurnen, a najniższą na
najniższej, z której odprowadza się oksydat. W reaktorach półkowych większość ciepła
reakcji utleniania kurnenu odbiera się za pomocą wody chłodzącej, co oznacza że z jednej
strony'*ifżywa się ciepło dostarczane przez parę do podgrzania reagentów, a z drugiej
zużywa się energię na odebranie ciepła reakcji, aby utrzymać założoną temperaturę proce¬
su utleniania.
Nieoczekiwanie okazało się, że można znacznie zmniejszyć zużycie czynników energetycz¬
nych przy prowadzeniu procesu według wynalazku, jeżeli proces poprowadzi się w jednym
reaktorze wieżowym w warunkaoh autotermicznych. Utrzymywanie temperatury procesu utle¬
niania w zakresie 100-135°C zapewnia się poprzez regulację temperatury podawanych substratów, zwłaszcza kurnenu. Ponieważ proces utleniania kumenu jest silnie egzotermiczny
/ciepło reakcji wynosi 240 Kcal/kg WNK/, określenie temperatury substratów niezbędnej
dla zachowania autotermicznośoi jest uwarunkowane wieloma parametrami procesu. Ma na to
wpływ m. in. stężenie WNK w substracie oraz w oksydacie, ilość odbieranego oksydatu,
temperatura procesu, od której zależy głównie szybkość utleniania i wydzielania się od¬
powiedniej ilości ciepła, ilość podawanego powietrza i związana z tym szybkość odprowa¬
dzania gazów pooksydacyjnych, cieśnie nie procesu decydujące o ilości zużywanego ciepła
na odparowanie kumenu uchodzącego z gazami pooksydacyjnymi.
Sposób prowadzenia procesu utleniania kumenu w przebudowanym reaktorze półkowym na
wieżowy polega na podawaniu w górze reaktora kumenu czystego lub zawierającego pewne
ilości WNK, a w dole reaktora podawanie gazu zawierającego tlen, zwłaszcza powietrza*
Temperatura substratów, to jest kumenu i powietrza jest tak ustalona, aby proces zacho¬
dził autotermicznie. Każdy wzrost lub obniżenie założonej temperatury w reaktorze, spo¬
wodowane np. zwiększeniem szybkości utleniania, zmianą ilości podawanego powietrza,
zmianą ciśnienia, daje sygnał do podgrzewacza kumenu zasilającego w celu odpowiednio
obniżenia lub podwyższenia temperatury w podgrzewaozu.
Prowadzony proces według wynalazku jest bardzo energooszczędny. W porównaniu do
reaktora kolumnowego z półkami, w reaktorze wieżowym można wykorzystać praktycznie całe
ciepło reakcji do podgrzania reagent ów,temperaturę w reaktorze regulować temperaturą
kumenu zasilającego i uzyskiwać znacznie większą produkcję z jednostki objętości reak¬
tora przy selektywności utleniania wyższej niż w reaktorze półkowym, o czym świadczą
powyższe przykłady.
Przykład
I. Reaktor czteropółkowy zasilano 10,3 t/godz. kumenu zawierają¬
cego 6% WNK i 25 t/godz. powietrza. Temperatura kumenu zasilającego wynosiła 110°C, a
powietrza 70°C. Temperatura na poszczególnych półkach licząca od góry: 120, 118, 116,
115°C Uzyskano 9,5 t/godz. oksydatu zawierającego 30,9& WNK. Selektywność utleniania
wynosiła 90,5#. Takim samym kurne nem, a więc zawierającym 6% WNK ogrzewanym do 50°C za¬
silano reaktor, z którego usunięto półki i założono barbotkę. Ilości kumenu zasilają¬
cego i oksydatu takie same jak w reaktorze półkowym. Temperatura powietrza zasilającego
w obu przypadkach wynosiła 70°C. Jednakowa temperatura w reaktorze wynosiła 112°C.
Stężenie WNit w oksydacie - 30,7&, selektywność - 91,6^.
Przykład
II. Reaktor przebudowany jak w przykładzie I zasilano kumenem za¬
wierającym 1& WNK. Zasilanie kumenem 12,6 t/godz., powietrzem 2,7 t/godz. Temperatura
kumenu zasilającego wynosiła 55°C, a powietrza 30°C. Temperatura w reaktorze 115°C
Uzyskano 12,0 t/goaz. oksydatu zawierającego 2895 WNK, a selektywność utleniania wyno¬
siła 93,2#.
153 594
Zastrzeżenie
3
patentowe
Sposób utleniania kumenu do wodoro nad tlenku kumenu gazem zawierającym tlen w tempe¬
raturze 100-135°C pod zwiększonym ciśnieniem,
znamienny
tym,
że proces
prowadzi się w reaktorze wieżowym w warunkach autotermicznych, przy czym utrzymywanie
temperatury procesu zapewnia się poprzez regulację temperatury substratów wprowadza¬
nych do reaktora.