Установка для получения никотиновой кислоты

 

Изобретение относится к оборудованию для проведения каталитического окисления парогазовых смесей в стационарных условиях, предпочтительно для получения никотиновой кислоты, которая находит применение в фармацевтической промышленности, тонком органическом синтезе, сельском хозяйстве. Предлагаемая установка позволяет организовать производство технической никотиновой кислоты из β- пиколина на селективном оксидном катализаторе по упрощенной технологии, характеризующейся полным отсутствием сточных вод и вредных газовых выбросов. Установка для получения никотиновой кислоты одностадийным газофазным гетергенным каталитическим окислением β- пиколина кислородом в присутствии водяного пара включает узел подачи реагирующих веществ, узел контактирования, узел выделения продуктов контактирования, узел выдачи готовой продукции, последовательно соединенные между собой транспортными трубопроводами с размещенными на них основными клапанами и задвижками. Установка содержит дополнительно систему автоматического управления узлами, узел подачи реагирующих веществ содержит испаритель, дозировочный насос, фильтр, нагнетатель, электронагреватель, линии трубопроводов к испарителю, одна из которых является линией подачи исходного окисляемого реагента дозировочным насосом через фильтр в испаритель, другая - линией подачи воздуха через электронагреватель, пара и газов рецикла; узел контактирования состоит из контактного трубчатого аппарата с системой подачи теплоносителя в межтрубное пространство через электронагреватель или через теплообменник, узел выделения продуктов реакции содержит десублиматор с линией трубопроводов к системе его охлаждения, линией трубопроводов к аппарату дожига части выхлопных газов и линией трубопроводов рецикла газа на узел подачи реагирующих веществ, а емкость для выдачи готовой продукции связана через сушильную камеру с десублиматором. 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию для проведения каталитического окисления парогазовых смесей в стационарных условиях, предпочтительно для получения никотиновой кислоты, которая находит применение в фармацевтической промышленности, тонком органическом синтезе, сельском хозяйстве.

Известен метод получения никотиновой кислоты окислением 2-метил-5-этилпиридина азотной кислотой (SU, N 525425, 15.08.76, C 07 D 213/80).

Для улучшения процесса используют 100-117 % от теоретически требуемого количества азотной кислоты и процесс ведут при температуре 200-235^oC и давлении 25-45 ати с последующим выделением целевого продукта известными приемами.

Недостатками используемой установки в этом процессе являются ее сложность в эксплуатации, энергоемкость.

Известен способ получения никотиновой кислоты на основе окислительного аммонолиза 3-пиколина в присутствии ванадиевого катализатора с последующим гидролизом никотинамида и никотинонитрила (SU, N 235764, 24.01.69, C 07 D 213/80).

Недостатком используемой установки является также сложность в эксплуатации и наличие большого количества сточных вод.

Известна технология и установка фирмы C-E Lummus (Журнал "Химическая промышленность за рубежом", N 9, 1983 г., М.: НИИТЭХИМ), по которой никотиновую кислоту получают в две стадии, сначала из алкилпиридина (β -пиколина или 2-метил-5-этилпиридина) окислительным аммонолизом получают никотинонитрил, который затем гидролизуют в водном растворе аммиака, при этом аммиак катализирует процесс гидролиза. На второй стадии процесса деминерализованную воду смешивают с рециркулирующим маточным раствором со стадии фильтрации конечного продукта и направляют в гидролизер, куда вводят никотинонитрил, полученный на первой стадии процесса. Затем реакционную массу подают в колонну для отделения аммиака. После кристаллизации и фильтрации конечный продукт окончательно высушивают.

Недостатками установки являются ее многостадийность, наличие сточных вод, сложность в эксплуатации, энергоемкость.

Наиболее близким решением является установка (Sven Jaras. Sten.-Lundin. Preparation of pyriclinemonocarboxylic acids by catalutic vapor phase oxidation of colkylpyridime // J. App.Chem Biotechnol, 1977, р.27, 499-509) для получения никотиновой кислоты прямым одностадийный газофазным окислением β -пиколина кислородом в присутствии азота и водяного пара на оксидном катализаторе, находящемся в трубчатом реакторе.

Установка включает следующие основные узлы: подающая система для введения контролируемых количеств алкилпиридина, воздуха и пара; каталитический реактор, узел извлечения продукта с использованием конденсации и абсорбции; узел анализа получаемых продуктов.

Воздух пропускается через термостатированный испаритель с алкилпиридином. Затем реакционный поток подогревается и пропускается через трубчатый реактор с неподвижным слоем катализатора, размер гранул катализатора составляет 0,5-1,5 мм.

Выделение никотиновой кислоты из конденсата проводят сложным многостадийным методом, включающим экстракцию β -пиколина и пиридинкарбальдегида хлороформом из водного раствора с последующим выделением никотиновой кислоты из водной фазы. При этом образуются жидкие вредные отходы, требующие утилизации, а никотиновая кислота может быть загрязнена примесями хлороформа, что усложняет очистку.

К недостаткам установки можно отнести: сложность установки, особенно узла выделения и очистки никотиновой кислоты; низкий выход никотиновой кислоты, не превышающий 48%.

Таким образом, все технологические установки для получения никотиновой кислоты сложны в технологическом оформлении, имеют высокие капитальные и энергетические затраты, способы получения никотиновой кислоты отличаются многостадийностью, характеризуются большим количеством вредных газовых выбросов, сточных вод и твердых отходов.

Поставленная задача заключается в разработке установки, позволяющей организовать высокоэффективное производство технической никотиновой кислоты из β -пиколина на селективном оксидном катализаторе.

По сравнению с традиционными установками получения никотиновой кислоты предлагаемая установка позволяет получать никотиновую кислоту по упрощенной технологии, характеризующейся полным отсутствием сточных вод и вредных газовых выбросов.

Поставленная задача решается за счет установки для получения никотиновой кислоты одностадийным газофазным гетерогенным каталитическим окислением β -пиколина кислородом в присутствии водяного пара, включающей узел подачи реагирующих веществ, узел контактирования, узел выделения продуктов контактирования, узел выдачи готовой продукции, последовательно соединенные между собой транспортными трубопроводами с размещенными на них основными клапанами и задвижками, систему автоматического управления всеми узлами; узел подачи реагирующих веществ содержит испаритель, дозировочный насос, фильтр, нагнетатель, электронагреватель, линии трубопроводов к испарителю, одна из которых является линией подачи исходного окисляемого реагента дозировочным насосом через фильтр в испаритель, а другая - линией подачи воздуха через электронагреватель, пара и газов рецикла, узел контактирования состоит из контактного трубчатого аппарата с системой подачи теплоносителя в межтрубное пространство через электронагреватель или через теплообменник, узел выделения продуктов реакции содержит десублиматор с линией трубопроводов к системе его охлаждения, с линией трубопроводов к аппарату дожита части выхлопных газов и линии трубопроводов рецикла газа на узел подачи реагирующих веществ, а емкость для выдачи готовой продукции связана через сушильную камеру с десублиматором.

Существенными отличительными признаками установки являются следующие признаки: установка содержит дополнительную систему автоматического управления всеми узлами; узел подачи реагирующих веществ содержит испаритель, дозировочный насос, фильтр, нагнетатель, электронагреватель, линию трубопроводов к испарителю, одна из которых является линией подачи исходного окисляемого реагента дозировочным насосом через фильтр в испаритель, а другая - линией подачи воздуха через электронагреватель, пара и газов рецикла; узел контактирования состоит из контактного трубчатого аппарата с системой подачи теплоносителя в межтрубное пространство через электронагреватель или через теплообменник; узел выделения продуктов реакции содержит десублиматор с линиями трубопроводов к системе его охлаждения, к аппарату дожита части выхлопных газов и линии рецикла газа на узел подачи реагирующих веществ; емкость для выдачи готовой продукции связана через сушильную камеру с десублиматором.

Предлагаемая совокупность существенных отличительных признаков установки приводит к достижению поставленной задачи, является неочевидной и новой.

Принципиальная технологическая схема получения никотиновой кислоты показана на чертеже.

Узел приготовления парогазовой смеси β -пиколина включает: дозировочный насос 1, фильтр 2, испаритель 3, электронагреватель 4, нагнетатель 5, систему трубопроводов подачи β -пиколина в испаритель 6, систему трубопроводов подачи газа, воздуха и газов рецикла 7, регулятор автоматического управления подачи β -пиколина 8, содержащий систему блокировки температуры в слое катализатора, регулятор подачи пара и воздуха 9, содержащий блок соотношения подачи пара и воздуха и регулятор расходов газа рецикла и свежего воздуха 10.

Узел каталитического окисления β -пиколина в никотиновую кислоту содержит контактный аппарат 11 с линией трубопроводов 12 с регулируемым клапаном (на схеме не показан) для подачи исходной парогазовой смеси. Для подачи масла из емкости 13 через межтрубное пространство контактного аппарата 11 имеются насосы 14, линия трубопроводов 15, электронагреватель 16, теплообменник 17. Циркуляционная система масла содержит емкость 18, оборудованную системой подачи азота для создания азотной подушки и линию трубопроводов 19, связывающую теплообменник 20, емкость 21 и гидрозатвор 22.

На линии циркуляции масла выполнена блокировка 23 для исключения подачи масла без подачи азота. Для автоматического управления температурой теплоносителя имеются регуляторы 24. Линия трубопроводов 25 связывает контактный аппарат 11 с узлом выделения никотиновой кислоты.

Узел выделения никотиновой кислоты состоит из десублиматора 26 и регулятора 27 автоматического поддержания температуры в десублиматоре 26, расположенного на линии трубопровода 28 для подвода теплоносителя, десублиматор связан линией трубопроводов 29 с реактором дожигания 30, линией трубопроводов 31 с линией подвода воздуха 7 в узле приготовления парогазовой смеси (рецикл). Десублиматор 26 связан через линию трубопроводов 32 с сушильной камерой 33 и емкостью для сбора никотиновой кислоты 34.

Установка для получения никотиновой кислоты работает следующим образом.

Жидкий пиколин дозировочным насосом 1 через фильтр 2 подается по линии трубопроводов 6 в испаритель 3 и распыляется в нем. Воздух при помощи нагнетателя 5 через электронагреватель 4 подастся по линии трубопроводов 7 в эжектор испарителя, куда также подается пар от парового коллектора.

Нагретые воздух и пар испаряют β -пиколин и образуют парогазовую смесь заданного состава, состоящую из β -пиколина, воды (пара) и воздуха, которая поступает на конверсию в контактный аппарат 11 по линии трубопроводов 12 с температурой 170-190^oC, где на катализаторе происходит окисление β - пиколина в никотиновую кислоту с выходом не менее 80%.

В предлагаемой установке могут быть использованы различные контактные трубчатые аппараты. Возможно использование контактного аппарата комбинированного типа, представляющего собой трубчатый реактор, дополненный требуемым объемом для стационарного слоя катализатора и насадки, позволяющего эффективно отводить тепло, сделать процесс более безопасным, увеличить производительность процесса. Катализатор приготовлен по патенту РФ N 2049089. Используемый в установке катализатор позволяет получать никотиновую кислоту с высоким выходом (более 80%), при этом не образуются вредные газовые выбросы и отсутствуют сточные воды. В трубы, предпочтительно, для создания оптимальных условий окисления засыпают сначала слой насадки, соразмеренный с зернами катализатора, высотой от 10 до 50 мм, а затем засыпают гетерогенный катализатор в виде колец диаметром 4-10 мм. По трубам снизу вверх движется реакционная смесь, а в межтрубном пространстве циркулирует хладагент, имеющий подходящую температуру кипения и являющийся нелетучим, например масло АМ1 - 300. Для его охлаждения предусмотрена в схеме специальная система автоматического поддержания его температуры с помощью регуляторов 24. Процесс протекает при температуре 245 - 270^oC. Заданный температурный режим в аппарате поддерживается с помощью известных автоматизированных систем управления, описанных, например, в книге "Оптимальное управление процессами химической технологии". М.: Химия, 1978 г.

Температурный режим процесса окисления β -пиколина в контактном аппарате 11 поддерживается путем изменения температуры теплоносителя с помощью регуляторов 24 в зависимости от температуры, замеренной в реакционной зоне реактора.

После подачи в контактный аппарат парогазовой смеси β -пиколина и начала реакции окисления циркуляция масла ведется, минуя электроподогреватель, через межтрубное пространство контактного аппарата и теплообменник 17. Линия подачи масла снабжена системой подачи азота с давлением 0,2-0,3 кГс/см² и блокировкой 23, исключающими подачу масла без подачи азота. В линии циркуляции масла предусмотрено улавливание легких фракций через теплообменник 2, емкость 21 и гидрозатвор 22 и дожигание их в реакторе 30, например, по способу, описанному в а.с. N 789574.

Выделение никотиновой кислоты происходит в десублиматоре 26 путем охлаждения реакционной парогазовой смеси заданной температуры подводом охлаждающего носителя по линии трубопроводов 28, при этом происходит десублимация паров никотиновой кислоты, и она осаждается в виде белого мелкокристаллического порошка и собирается в сборной емкости 34, поступая предварительно в сушильную камеру 33.

Для проведения десублимации предлагается, предпочтительно, использовать конденсатор по а. с. N 116143. Этот аппарат позволяет осуществлять процесс конденсации паров никотиновой кислоты непрерывно. Непрерывность действия конденсатора обеспечивается тем, что конденсация паров происходит одновременно на внутренней поверхности цилиндрического корпуса аппарата, охлаждаемого посредством наружной водяной рубашки, и на наружной поверхности барабана, вращающегося внутри корпуса и имеющего внутреннюю охлаждающую водяную рубашку, теплоноситель подводится по линии трубопроводов 28, а осадок непрерывно снимается с этих поверхностей установленными на них ножами и удаляется из аппарата посредством шнекового устройства, затем поступает в сушильную камеру 33 и емкость для сбора никотиновой кислоты 34. Для поддержания требуемой температуры десублимации в узле предусмотрена автоматическая система поддержания температуры через регулятор 27.

Предлагаемый узел десублимации позволяет предотвратить образование в объеме частиц аэрозоля.

В установке могут быть использованы десублиматоры периодического или непрерывного действия (поверхностные десублиматоры).

Предпочтительно использовать переключение аппаратов для осуществления циклов десублимации и удаления слоя никотиновой кислоты. В этом случае в схеме предусматривается не менее двух десублиматоров.

С десублиматора через линию трубопроводов 29 реакционные газы поступают в реактор дожигания 30, а часть газов через линию трубопроводов 31, регулятор расхода 10 направляется в рецикл. Определяющим является содержание кислорода в газовом потоке. В схеме поддерживается автоматически подача свежего воздуха и газов рецикла, причем поддерживается автоматически содержание кислорода.

Таким образом, система автоматических регуляторов позволяет производить управление взаимосвязанными параметрами. Автоматизированная система управления параметрами технологического процесса способствует более высокому выходу никотиновой кислоты.

Достоинством предлагаемой установки является то, что в общую технологическую схему связаны сложные узлы испарения реагирующих веществ, контактирования в газовой фазе, десублимации, позволяющие получать никотиновую кислоту одностадийным газофазным гетерогенным каталитическим окислением β -пиколина кислородом в присутствии водяного пара.

Формула изобретения

Установка для получения никотиновой кислоты одностадийным газофазным гетерогенным каталитическим окислением бета-пиколина кислородом в присутствии водяного пара, включающая узел подачи реагирующих веществ, узел контактирования, узел выделения продуктов контактирования, узел выдачи готовой продукции, последовательно соединенные между собой транспортными трубопроводами с размещенными на них основными клапанами и задвижками, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно систему автоматического управления узлами, узел подачи реагирующих веществ содержит испаритель, дозировочный насос, фильтр, нагнетатель, электронагреватель, линии трубопроводов к испарителю, одна из которых является линией подачи исходного окисляемого реагента дозировочным насосом через фильтр в испаритель, а другая - линией подачи воздуха через электронагреватель пара и газов рецикла, узел контактирования состоит из контактного трубчатого аппарата с системой подачи теплоносителя в межтрубное пространство через электронагреватель или теплообменник, узел выделения продуктов реакции содержит десублиматор с линией трубопроводов к системе его охлаждения, линией трубопроводов к аппарату дожига части выхлопных газов и линией трубопроводов к аппарату дожига части выхлопных газов и линией трубопроводов рецикла газа на узел подачи реагирующих веществ, а емкость выдачи готовой продукции связана через сушильную камеру с десублиматором.

РИСУНКИ

Рисунок 1