Повышение эффективности производства хлорпарафина марки ХП-30
Красильникова Клавдия Федоровна,
доцент кафедры технологии органического и нефтехимического синтеза, научный руководитель,
Мохова Дарья Дмитриевна,
студент-магистрант 6-го курса.
Волгоградский государственный технический университет.
В настоящее время хлорпарафины являются важными и перспективными химическими продуктами, так как имеют широкое промышленное применение, сравнительно дешевы, представляют собой трудногорючие соединения, без запаха [1]. Хлорпарафины используются в промышленности тяжелого органического синтеза как полупродукты (ок. 15%) и как добавки (в основном, вторичные пластификаторы, применяемые совместно с эфирами фталевой кислоты) для полимеров на основе поливинилхлорида (до 80%), придавая им ряд полезных свойств. Полученные изделия обладают повышенной механической прочностью, морозостойкостью, устойчивостью к действию углеводородов и улучшенной гидрофобностью. Хлорпарафины отличаются низкой токсичностью (4 класс опасности) и доступностью сырья для их производства [2].
Жидкие хлорпарафины используются в качестве компонента в жирующих композициях в кожевенной промышленности, пластификаторов в полимерных композициях [3].
Мировое производство хлорпарафинов является многотоннажным. В настоящее время промышленное производство хлорированных парафинов в СНГ осуществляется только предприятиями Российской Федерации. В Волгограде их выпускают ОАО «Каустик» и ОАО «Химпром», в Башкортостане – Стерлитамакское ОАО «Каустик», в Чувашии – Новочебоксарское ОАО «Химпром». Тенденция роста производства хлорпарафинов, отмеченная в последние годы, обусловлена стабильной потребностью как на внутрироссийском рынке, так и спросом в странах СНГ и дальнем зарубежье. Основным экспортером хлорированных парафинов из России является Волгоградское ОАО «Каустик» [4].
Один из способов синтеза хлорпарафинов марки ХП-30, реализованный на ОАО «Каустик» заключается в жидкофазном хлорировании парафина при температуре 100 – 130 °С, времени синтеза 10 ч, в вертикальном цилиндрическом эмалированном аппарате типа РИС-П, снабжённого рубашкой и мешалкой. Достоинства данного способа заключаются в низкой температуре проведения процесса, отсутствии давления [3].
При производстве хлорпарафинов марки ХП-30 используются жидкие парафины фракции С14-С17 с массовой долей н-алканов не менее 99%. В качестве хлорирующего агента используется испаренный хлор.
Процесс хлорирования парафинов описывается следующим общим уравнением:
СnH2n+2 + хCl2 → СnH2n+2-хClх + хHCl + хQ,
где n = 14-17; х = 1-7 (в зависимости от фракции парафина); Q = 25,5 ккал (106,6 кДж) на каждый внедренный атом хлора.
Недостатками данного способа является длительность процесса, периодичность, к сырью предъявляются жесткие требования, а именно: содержание масел до 2,3%, так как увеличение содержания масел снижает конверсию по хлору на 10-20% и увеличивает время хлорирования в два раза; в процессе образуются абгазы хлорирования, представляющие собой непрореагировавший хлор и хлористый водород, которые необходимо утилизировать. При реализации рассматриваемого производства подача хлора осуществляется с помощью сифона, что является менее эффективным, чем с помощью барботера. Получаемый хлорпарафин содержит растворенные кислые газы – хлористый водород и непрореагировавший хлор. Наличие этих газов снижает термостабильность хлорпарафинов, поэтому их отдувают азотом до требований нормативной документации.
Для повышения эффективности рассматриваемого производства хлорпарафина марки ХП-30 предлагается проводить процесс в непрерывном режиме хлорирования парафиновых углеводородов газообразным хлором в противоточной секционированной барботажной колонне, что позволяет также снизить температурный режим синтеза со 115°С до 85°С. Также происходит полное превращение растворенного хлора и частичная отпарка растворенного в хлорпарафине хлористого водорода.
Данное усовершенствование несет за собой ряд изменений в конструкции аппарата, используемого на промышленном аналоге, а именно замену основного аппарата − реактора типа «котел» на секционированную барботажную колонну, которая представляет собой вертикальный стальной эмалированный аппарат, состоящий из четырех секций, снабженных газораспределителем, внешнимм навесными теплообменниками и переливной трубкой для стока реакционной массы. Соотношение диаметра к высоте секции 1:2,2. Жидкий фильтрованный парафин с температурой 85°С подают непрерывно сверху реактора. Уровень парафина в каждой секции 80%; через барботер подается азот с давлением 0,30-0,45 МПа для проверки проходимости, после чего включают непрерывную подачу испаренного хлора снизу колонны через газораспределитель. Через несколько минут индукционного периода начинается реакция хлорирования. Тепло реакции отводят посредством навесных теплообменников подачей оборотной воды. Окончание хлорирования контролируется по плотности реакционной массы.
Гидродинамика реактора определятся наличием двух фаз: жидкой, в которой происходит синтез хлорпроизводных, и газовой, которую образуют хлор и хлористый водород. Объем газовой фазы в процессе синтеза не меняется, поскольку в результате реакции происходит эквимолярный обмен между фазами. Увеличение концентрации хлористого водорода не влияет на скорость диффузии хлора в жидкую фазу вследствие практической нерастворимости хлористого водорода в парафине.
При непрерывном режиме хлорирования парафинов получение целевого продукта осуществляется без простоев оборудования. Система характеризуется стационарностью главных переменных (параметры потоков на входах и выходах).
Предложенный способ хлорирования позволяет сконструировать автоматизированный реактор большой мощности для хлорирования жидких парафиновых углеводородов. Способ хлорирования компактный, надежный в работе и легко управляемый. Также существенным преимуществом является непрерывность процесса [5].
Литература
1. Бутакова Н.А. Совершенствование процесса окисления хлорпарафина ХП-30 и использование полученных продуктов для пластификации поливинилхлорида. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук / Н.А. Бутакова – Волгоград: ВолгГТУ, 2011. – 24 с.
2. Огородников С.К. Справочник нефтехимика в 2х томах. Т.2/С.К. Огородников – Л.: Химия, 1978. – 592 с.
3. Пат. 2153487 РФ, МПК С 07 С 17/10, С 07 С 19/01. Способ хлорирования парафиновых углеводородов / Е.С. Балакирев, И.А. Дьяконов, В.А. Филимонов. – 1998.
4. Постоянный технологический регламент ОАО «Каустик» №79-21/2008 Производства жидких хлорпарафинов, абгазной соляной кислоты.
5. Хлорированные парафины. Обзор производства в СНГ. Электронный журнал «Евразийский химический рынок» http://www.chemmarket.info. 2008,12.
Поступила в редакцию 01.11.2012 г.