Способ получения ацетона

(51) 07 49/08 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ растворителя в лакокрасочной промышленности, в процессе депарафинизации топлив,в фармацевтической промышленности и пр. Предложенный катализатор включает молибден,хром, галлий и Торгайскую белую глину при следующем соотношении компонентов, масс молибден - 5,93, хром - 5,93, галлий - 0,01,Торгайская белая глина - 88,13, что позволяет повысить содержание ацетона в продуктах при парциальном окислении пропан-бутановой смеси воздухом при температуре 350-550 С, скорости подачи смеси 450 ч-1.(72) Тунгатарова Светлана Александровна Масалимова Бакытгуль Кабыкеновна Кузембай Косылган Кузембайулы(73) Акционерное общество Институт органического катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского(57) Изобретение относится к способу получения ацетона, который широко применяется в качестве Изобретение относится к области нефтехимии, а именно,к способам получения кислородсодержащих соединений из пропанбутановой смеси. Целью настоящего изобретения является получение ценных продуктов нефтехимического производства из пропанбутановой смеси. Известно, что парциальное окисление природных и попутных нефтяных газов (1-4 предельные углеводороды), основной составляющей которых является пропан-бутановая смесь,в кислородсодержащие соединения(кетоны,альдегиды, кислоты) является актуальным как с точки зрения экологии, так и экономики. Так, как в мире на сегодняшний день ежегодно сжигается порядка 100 млрд. кубометров попутных нефтяных газов, при этом загрязняющие выбросы в атмосферу исчисляются тысячами тонн. Сжигание за счет потребления кислорода, выделения диоксида углерода и тепла способствует усилению парникового эффекта. В связи с нерациональным использованием такого богатства и отсутствием промышленных способов переработки, углубленное развитие исследований по окислительной переработке природных и попутных нефтяных газов представляет теоретический и практический интерес. Известно,что 1-4 предельные углеводороды могут явиться дешевым сырьем для получения ценных соединений кетонов, альдегидов,кислот,спиртов,синтез-газа,олефинов,производство которых отсутствует в Казахстане. Стоимость таких веществ в десятки и сотни раз выше исходных газов. Углубленное исследование глубокой переработки природных и попутных нефтяных газов соответствует приоритетам развития Казахстана в области использования собственного углеводородного сырья, так как по мере увеличения добычи черного золота проблема утилизации попутных газов становится все актуальнее. Неудивительно, что развитые страны делают ставку на рациональное использование природных и попутных нефтяных газов и некоторые,например Норвегия,добились практически 100 их утилизации. В связи с внесением изменений в Законы Республики Казахстан О нефти,О недрах и недропользовании,принятием Концепции экологической безопасности Республики Казахстан,актуальной становится задача полной утилизации попутного газа. Этот вопрос имеет также международный аспект, так как Казахстан является активным участником общемирового процесса стабилизации и уменьшения количества парниковых газов в атмосферу. Основное количество ацетона до настоящего времени получали дегидрированием изопропанола СН 3 СНОНСН 3 СН 3 СОСН 3 Н 2-66,8 кДж/моль. Процесс протекает как в газовой фазе (при температуре 325 С на оксиде цинка или при температуре 500 С и давлении 303 кПа на медном катализаторе), так и в жидкой фазе при температуре 150 С в среде высокотемпературного растворителя(Андреас Ф., Гребе К. Химия и технология пропилена. Л. Химия, 1973. с.368). Известен способ фирмы -, ФРГ,получения ацетона в жидкой фазе (Справочник нефтехимика. Т. 2 / Под ред. Огородникова С.К. Л. Химия, 1978. с.592), в котором пропилен под действием раствора 2 и СС 2 в соляной кислоте при 90-120 С и давлении 900-1200 кПа превращается в ацетон. При этом восстановленный катализатор подвергается окислению воздухом. Выход ацетона составляет 92-94. Недостатком способа является применение дорогостоящего палладиевого катализатора. Из других методов получения ацетона следует отметить 1) ферментное окисление углеводородов,2) выделение ацетона в качестве побочного продукта при кумольном методе получения фенола,3) в процессе получения глицерина(пропиленакролеинацетоналлиловый спиртглицерин), 4) при переработке уксусной кислоты. Известен способ получения С 3 кислородсодержащих соединений взаимодействием пропилена с водой в присутствии катализатора,содержащего родий, иридий и активированный уголь в качестве носителя, при следующем соотношении компонентов, мас. родий - 0,3-4,1 иридий - 0,9-4,7 активированный уголь - остальное. Выход ацетона на 5- (0,34,7)/С катализаторе составляет 72,3 при 400 С и давлении 11,0 атм. Конверсия пропилена - 15,0. (Закумбаева Г.Д.,Шаповалова Л.Б. Способ получения С 3 кислородсодержащих соединений. Патент РК 8272 от 28.05.1988 г). Недостатками способа является низкая конверсия пропилена и использование дорогостоящего катализатора на основе благородных металлов. Одним из близких по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ получения ацетона, используемый в США(Азингер Ф. Химия и технология парафиновых углеводородов. М. Гостоптехиздат, 1959. .624). Сущность способа состоит в окислении пропана кислородом при давлении 1-100 атм и температуре 250-373 С (лучше при а) 100 атм и 250 и б) 60 атм и 252). При степени конверсии-100 образуется смесь соединений альдегиды 2-13,513,7 -спирты - 15,2-17,5 изопропиловый спирт - 6,2-16,0 ацетон - 7,9-12,5 кислоты 18,9-19,0 С 2 - 20,6-21,4 СО 2 - 7,7-9,9. Недостатком способа является незначительное содержание ацетона в продуктах реакции и проведение процесса без катализатора, в результате чего реакция осуществляется при высоком давлении(от 20 до 100 атм, при давлении 1 атм образуется лишь 0,5 ацетона). Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ получения ацетона, используемый в Казахстане (Досумов К., Тунгатарова С.А.,Кузембай К.К., Масалимова Б.К. Способ получения ацетона. Инновационный патент РК 21794. Опубл. 15.10.09, Бюл. 10.). Сущность способа состоит в окислении пропана кислородом при давлении 1 атм и температуре 350-550 С (лучше при а) 1 атм и Т 400 С и б) 1 атм и Т 450 С). При степени конверсии - 100 образуется смесь соединений альдегиды С 2 - 10,1-41,0 -спирты - 8,6-66,0 изопропиловый спирт - 0 ацетон - 10,0-38,2 кислоты - 0 С 2 - 0-24,5 СО - 0. Недостатком способа является незначительное содержание ацетона в продуктах реакции и проведение процесса присутствии катализатора, содержащего, мас. молибден - 14,33, хром - 14,33, галлий - 0,01,Торгайская белая глина - 71,33. Технической задачей заявляемого изобретения является повышение содержания ацетона в продуктах в результате прямого одностадийного способа из пропан-бутановой смеси на оксидном катализаторе при сниженном содержании активных компонентов катализатора,что значительно удешевляет стоимость катализатора. Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом получения ацетона из пропан-бутановой смеси путем парциального окисления воздухом при давлении 1 атм, объемном соотношении С 3-4225145, температуре 350-550 С и скорости подачи реакционной смеси 450 ч-1, отличающийся тем, что процесс проводится в присутствии катализатора, содержащего, мас. молибден - 5,93, хром - 5,93, галлий - 0,01,Торгайская белая глина (ТБГ) - 88,13. Предлагаемый способ позволяет осуществить получение ацетона с содержанием 31,0 в продуктах против 12,4, 40,2 против 10,0 и 50,9 против 0 в сравнимых условиях при использовании /ТБГ катализатора, увеличив содержание ацетона с 10,0-38,2 до 27,3-50,9. Катализатор готовят следующим образом. В раствор парамолибдата аммония (22,25 мл),содержащего в пересчете на металл 0,89 г Мо,добавляют раствор нитрата хрома (6,85 мл),содержащий в пересчете на металл 0,89 г С, и далее добавляют нитрат галлия (1,28 мл), содержащий в пересчете на металл 0,0009 г . Полученный раствор тщательно перемешивают. Навеску предварительно обработанного носителя-ТБГ (15 г) (просушенного при 200 С в течение 2-х часов, прокаленного при 500 С в течение 2-х часов, обработанного 10 НС в течение 2-х часов и затем прокаленного при 500 С в течение 2-х часов), добавляют при перемешивании в раствор смеси солей молибдена, хрома, галлия заданной концентрации. Пропитку проводят в течение 10-15 минут при комнатной температуре, далее смесь упаривают на водяной бане при перемешивании. Полученный катализатор сушат 2 часа при 200 С, а затем прокаливают 2 часа при 500 С. Для получения ацетона окислением пропанбутановой смеси воздухом в трубчатый кварцевый реактор проточного типа загружают 2 см 3 катализатора, затем в реактор подают реакционную смесь в соотношении С 3-С 4 (где 30 4)22 5145. Опыты проводят при давлении 1 атм,объемной скорости подачи 450 ч-1, температуре 350 550 С. Реакцию ведут в течение 2-х часов. Содержание образующихся жидких и газообразных продуктов определяют хроматографическим методом на приборе 6890(США), на колонке - , заполненной полистирол-дивинилбензолом длиной 30 м,диаметром 530 мкм. Нижеследующие примеры и данные сравнительной таблицы 1 иллюстрируют предлагаемое техническое решение. Пример 1. В кварцевый реактор проточного типа загружают 2 см 3 /ТБГ катализатора, пропускают при 350 С и давлении 1 атм газовую смесь (пропан с добавкой 30 бутанавоздухаргон) при соотношении 3-4225145 и объемной скорости подачи 450 ч-1 в течение двух часов. Конверсия пропана - 100,0, и-бутана - 11,3 н-бутана - 10,2. Продукты реакции содержат,мас. ацетон - 27,3 ацетальдегид - 10,0 кислоты - 29,7. Сопутствующие продукты - вода,этилен, водород, метилэтилкетон. Пример 2. В кварцевый реактор проточного типа загружают 2 см 3 /ТБГ катализатора, пропускают при 400 С и давлении 1 атм газовую смесь (пропан с добавкой 30 бутанавоздухаргон) при соотношении 3-4225145 и объемной скорости подачи 450 ч-1 в течение двух часов. Конверсия пропана - 100,0, и-бутана - 16,9 н-бутана - 13,5. Продукты реакции содержат,мас. ацетон - 38,9 ацетальдегид - 8,4 н - спирты - 2,6 и-С 3 Н 7 ОН-2,1 кислоты - 27,2 следы - СО. Сопутствующие продукты - вода,этилен, водород, метилэтилкетон. Пример 3. В кварцевый реактор проточного типа загружают 2 см 3 /ТБГ катализатора, пропускают при 450 С и давлении 1 атм газовую смесь (пропан с добавкой 30 бутанавоздухаргон) при соотношении 3-4225145 и объемной скорости подачи 450 ч-1 в течение двух часов. Конверсия пропана - 100,0 , и-бутана - 23,1 н-бутана - 14,2. Продукты реакции содержат,мас. ацетон - 31,0 ацетальдегид - 7,3 н-спирты 3,3 изо-С 3 Н 7 ОН 2,8 кислоты - 21,3 СО - следы. Сопутствующие продукты - вода, этилен, водород, метилэтилкетон. Пример 4. В кварцевый реактор проточного типа загружают 2 см 3 /ТБГ катализатора, пропускают при 500 С и давлении 1 атм газовую смесь (пропан с добавкой 30 бутанавоздухаргон) при соотношении 3-4225145 и объемной скорости подачи 450 ч-1 в течение двух часов. Конверсия пропана - 100,0, и-бутана - 37,1 н-бутана - 29,0. Продукты реакции содержат,мас. ацетон - 40,2 ацетальдегид - 6,2 кислоты - 9,2 СО - 0,8. Сопутствующие продукты - водород, вода, этилен, метилэтилкетон. Пример 5. В кварцевый реактор проточного типа загружают 2 см 3 /ТБГ катализатора, пропускают при 3 550 С и давлении 1 атм газовую смесь (пропан с добавкой 30 бутанавоздухаргон) при соотношении 3-4225145 и объемной скорости подачи 450 ч-1 в течение двух часов. Конверсия пропана - 100,0, и-бутана - 47,5 Степень конверсии,Состав образующихся Состав образующихся жидких продуктов,Сопутствующие продукты водород, вода, этилен, метилэтилкетон ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения ацетона из пропан-бутановой смеси путем парциального окисления воздухом при давлении 1 атм объемном соотношении 3-4225145, температуре 350-550 С и скорости подачи реакционной смеси 450 ч-1, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии катализатора, содержащего, мас. молибден - 5,93 хром - 5,93 галлий - 0,01 Торгайская белая глина - 88,13.