Способ получения метилэтилкетона

 

Изобретение относится к способу получения метилэтилкетона, который широко применяют в качестве растворителя перхлорвиниловых, нитроцеллюлозных лаков и клеев. Способ заключается во взаимодействии бутанола-2 с перекисью водорода, при 220-350^oС и мольном соотношении реагентов (1,0-5,0) : 1 соответственно, при времени контактирования 3-8 c. Способ обеспечивает повышение выхода с 44 до 64% и снижение количества отходов. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в производстве метилэтилкетона (МЭК), который находит широкое применение в качестве растворителя перхлорвиниловых, нитроцеллюлозных, полиакриловых лаков и клеев, для депарафинизации нефтяных фракций, в качестве компонента для удаления красок.

Известно более 10 методов получения МЭК, основанных на каталитическом окислении бутилена, дегидрировании или окислении бутанола-2, при совместном получении фенола через гидроперекись втор-бутилбензола или уксусной кислоты при окислении бутана. В промышленности основные количества МЭК получают дегидрированием бутанола-2 [1-7] или в качестве побочного продукта в производстве уксусной кислоты окислением бутана.

Процесс дегидрирования проводится в жидкой фазе на катализаторе - никель Ренея или хромит меди, при 130-180^oC. Процесс проводится в инертном растворителе - высококипящем парафине и обладает рядом недостатков (малый съем продукта с единицы катализатора - около 1,1 кг/(кг•ч), малый срок службы катализатора - не более 2 лет, необходимость использования и регенерации растворителя). Получение МЭК совместно с уксусной кислотой характеризуется низкой производительностью процесса, большим количеством побочных продуктов, сложной схемой разделения реакционной смеси.

В России МЭК производился до 1996 г. с помощью процесса каталитического окисления бутанола-2 кислородом воздуха. Процесс характеризуется низкими значениями селективности и выхода, низким качеством товарного продукта, большим количеством отходов.

Прототипом данного изобретения является способ получения МЭК посредством высокотемпературного некаталитического окисления бутанола-2 перекисью водорода [8]. Процесс проводят при 460-560^oC и объемном соотношении бутанола-2 и 25-35% перекиси водорода, равном 1:(1,7-3,5), или примерно при мольном соотношении 1: 3. Максимальный выход процесса 44,2%. По данным авторов этого изобретения селективность процесса в зависимости от температуры и соотношения реагентов составляет 99,3-99,8%.

Однако, приведенные результаты вызывают большие сомнения, так как при проведении нами процесса при 460-560^oC наблюдалось воспламенение реакционной массы в реакторе и основными продуктами превращения бутанола-2 были диоксид углерода и вода (выход МЭК при этом не превышал 10%). Сомнительно и абсолютное отсутствие потерь продуктов реакции при разделении реакционной массы с общим количеством менее 1 г.

Для организации промышленного процесса получения МЭК с высокими значениями селективности и выхода, малым количеством отходов, высоким качеством товарного продукта и простотой аппаратурного оформления, предлагается способ, отличающийся тем, что окисление бутанола-2 перекисью водорода проводят при 220-350^oC, мольном соотношении бутанола-2 и 50% перекиси водорода (1,0-5,0):1 и при времени контактирования 2-12 с.

В отличие от прототипа, процесс проводят при значительно более низких температурах, в избытке бутанола-2, при более высокой концентрации перекиси водорода, при предварительном смешении реагентов и подачей их в реактор в виде единого материального потока. Существенное значение имеет время контактирования исходных реагентов в зоне повышенных температур, которое зависит от габаритов реактора и скорости подачи в него реагентов (значение указанного параметра не рассматривается в прототипе).

Изобретение иллюстрируется примерами проведения процесса в лабораторном реакторе, изготовленном из кварцевого стекла, с электрообогревом, позволяющим проводить процесс при температурах до 600^oC. Реактор имитирует промышленный трубчатый аппарат. Объем реактора 0,078 дм³. Исходные реагенты предварительно смешивают в требуемом соотношении, а затем подают с определенной скоростью в реактор, в котором поддерживается требуемая температура. Скорость подачи реагентов определяет время их контактирования в реакторе. Реакционные газы конденсируют в холодильнике, охлаждаемом захоложенной до температуры 5^oC водой. По окончании опыта конденсат взвешивают и анализируют методом газожидкостной хроматографии. В таблице приведены примеры проведения процесса при различных сочетаниях технологических параметров, значения которых являются отличительными признаками изобретения.

В условиях как повышенных (примеры 1-2), так и пониженных (пример 12) температур наблюдается снижение выхода МЭК, причем, при высоких температурах наблюдается повышенное содержание примесей и повышенная величина нестыковки материального баланса (дебаланс опыта). Эти факты подтверждают протекание побочных реакций и частично глубокое окисление бутанола-2 (до двуокиси углерода и воды). При низкой температуре (пример 12) скорость целевой реакции окисления бутанола-2 атомарным кислородом, по-видимому, недостаточна.

При повышенном избытке бутанола-2 (примеры 3, 7) с увеличением времени контактирования выход МЭК также снижается. Аналогичное явление наблюдается при повышении времени контактирования и увеличения концентрации атомарного кислорода (пример 4), что, по-видимому, может объясняться также протеканием процессов дальнейшего окисления МЭК. Выход МЭК снижается и при снижении времени контактирования (примеры 5, 9), что связано с наличием "проскока" непрореагировавших компонентов.

В примерах 6, 8, 10, 11 достигнуты наилучшие показатели, особенно при 250^oC и времени контактирования 3,5-4,0 с.

Использование данного изобретения позволяет эффективно и надежно решать проблему организации крупнотоннажного промышленного производства МЭК. Указанное производство характеризуется высокими технико-экономическими показателями, определяемыми такими факторами, как отсутствие дорогостоящих катализаторов, высокая селективность процесса, отсутствие вспомогательных растворителей, использование реагентов в соотношении, близком к стехиометрии, высокая скорость процесса, отсутствие повышенных давлений и пр.

Литература 1. Kire Otmer "Encyclopedia of Chemical Technology" Third Edition. J. Wiley and sons/ v. 13/ P.905.

2. Ф.Ф.Чернышкова "Нефтехимия", т. 31, 579-591, 1991.

3. А.С.Султанов и др. Авт. свидетельство СССР, 293790, 1971.

4. Патент ФРГ, 1965186, 1979.

5. Патент США 2829165, 1958.

6. Chem. Eng. 63, 1960.

7. Патент США, 2153582.

8. Т.М.Нагиев и др. Авт. свидетельство СССР 1074858, 1984.

Формула изобретения

1. Способ получения метилэтилкетона, включающий взаимодействие бутанола-2 с перекисью водорода, отличающийся тем, что процесс проводят при 220-350^oС, предпочтительно при 250-280°С, при мольном соотношении бутанола-2 и перекиси (1,0-5,0):1, предпочтительно при (1,5-2,5):1, и при времени контактирования реагентов в реакторе 2-12 с, предпочтительно 3-8 c.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходные реагенты предварительно смешивают и в виде раствора подают в реактор одним материальным потоком.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перекись водорода используют в виде водного раствора с концентрацией 30-50 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1