[1]Настоящее изобретение относится к жидкофазному способу получения изопрена, в частности к получению изопрена из полупродуктов каталитического взаимодействия формальдегида с изобутиленом или его производными.
[2]Из известных способов получения изопрена наиболее привлекательным является способ получения изопрена путем конденсации изобутилена с формальдегидом в связи с тем, что эти реагенты производятся на основе первичных продуктов переработки нефти и попутного газа.
[3]Среди жидкофазных способов получения изопрена одним из наиболее распространенных является двухстадийный способ получения изопрена из изобутилена и формальдегида, согласно которому на первой стадии происходит конденсация изобутилена с формальдегидом в присутствии серной кислоты в качестве катализатора с образованием и выделением 4,4-диметилдиоксана-1,3 (ДМД), а на второй стадии гетерогенно-каталитическое разложение ДМД с образованием изопрена (Огородников С.К. «Производство изопрена». - Л.: Химия, 1973, с.47).
[4]Однако этот способ характеризуется большим расходом сырья, значительными энергозатратами и большим количеством химически загрязненных сточных вод.
[5]Известен способ получения изопрена на основе жидкофазного взаимодействия формальдегида и изобутена, включающий две последовательные стадии химического превращения, на первой из которых проводят преимущественно синтез полупродуктов, а на второй стадии при подводе тепла проводят разложение полупродуктов с образованием изопрена, выводимого в составе парового потока, и осуществляют последующее разделение продуктов. Разложение полупродуктов на второй стадии проводят в реакционной системе, сочетающей обогреваемую через межтрубное пространство кожухотрубчатую реакционную зону и соединенную с ее трубным пространством барботажно-реакционную зону. Процесс ведут с использованием растворенных в воде и/или твердых кислотных катализаторов (RU 2164909, 2001).
[6]Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки полупродуктов синтеза изопрена, согласно которому осуществляют контактирование технической: фракции метилдигидропирана на каталитической композиции, состоящей из оксидного алюмосиликатсодержащего катализатора, включающего оксиды алюминия, железа, магния, кальция, натрия, титана и кремния при температуре 200-480°C в присутствии водяного пара и аммиака (RU 2134679, 1999).
[7]Известный способ позволяет утилизировать побочные продукты синтеза изопрена при снижении коксоотложения в процессе переработки. Однако процесс характеризуется высокой энергоемкостью, наличием коррозионно-опасных реагентов в системе и недостаточным выходом изопрена из утилизируемых продуктов.
[8]Задачей настоящего изобретения является разработка способа каталитической переработки полупродуктов синтеза изопрена, находящихся в жидкой фазе с повышенным выходом и селективностью.
[9]Поставленная задача решается описываемым способом переработки полупродуктов синтеза изопрена, полученных на стадии конденсации формальдегида и изобутилена или его производных путем разложения полупродуктов синтеза на твердом катализаторе, в качестве которого используют фосфаты циркония, ниобия или тантала, или упомянутые фосфаты, нанесенные на неорганический носитель, процесс ведут с получением изопрена при 100-200°C, давлении 7-20 атм, при массовой скорости подачи полупродуктов синтеза изопрена, находящихся в жидкой фазе, на твердофазный катализатор со скоростью 0,5-15 г/г час.
[10]Перерабатываемые полупродукты синтеза изопрена содержат 4,4-диметилдиоксан-1,3 (ДМД), метилдигидропираны (МДГП), 3-метилбутандиол-1,3 (МБД) или их смеси с изобутиленом или производными изобутилена в соотношении (1-20)/1.
[11]Предпочтительно, в качестве производных изобутилена используют третбутиловый спирт (ТБС), метилтретбутиловый эфир (МТБЭ), этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ) или их смеси.
[12]Из уровня техники не известно использование заявленных катализаторов для разложения аналогичного сырья. Заявленные условия осуществления являются необходимыми и достаточными для обеспечения высокого выхода и селективности процесса.
[13]Ниже приведены конкретные примеры осуществления изобретения с заявленными катализаторами и при заявленных условиях переработки.
[14]Условия переработки и достигнутые результаты отражены в таблице.
[16]1 г ниобий фосфата (NbOPO4) помещают в проточный реактор, продувают азотом при температуре 150°C в течение 1 часа, затем подают ДМД, полученный путем конденсации формальдегида с изобутиленом, и ТБС со скоростью 0,79 г/час и 2,01 г/час при соотношении ТБС/ДМД=4. На выходе из реактора обнаружены следующие основные продукты: изобутилен 1,12 г/час, образующийся в результате дегидратации ТБС, ТБС 0,34 г/час, изопрен 0,615 г/час. ДМД превращается с конверсией 98%. Выход изопрена на превращенный ДМД составляет 66%.
[18]1 г ниобий фосфата (NbOPO4) помещают в проточный реактор, продувают азотом при температуре 150°C в течение 1 часа, затем подают фракцию МДГП, полученную путем конденсации формальдегида с изобутиленом, в количестве 0,68 г/час и 2,01 г/час ТБС при соотношении ТБС/МДГП=4. На выходе из реактора обнаружены следующие основные продукты: изобутилен 1,05 г/час, образующийся в результате дегидратации ТБС, ТБС 0,49 г/час, изопрен 0,41 г/час. МДГП превращаются с конверсией 64%. Выход изопрена на превращенные МДГП составляет 68%.
[20]Процесс ведут как в примере 1, отличие состоит в том, что в качестве катализатора используют фосфат тантала (ТаОРО4). Показатели процесса представлены в таблице.
[22]Процесс ведут как в примере 1, отличие состоит в том, что в качестве катализатора используют цирконий фосфат, нанесенный на носитель (силикагель). Показатели процесса представлены в таблице.
[24]Процесс ведут как в примере 1, отличие состоит в том, что вместо ДМД осуществляют подачу МБД со скоростью 2,8 г/час. Показатели процесса представлены в таблице.
[25]Примеры 1-5 иллюстрируют возможность переработки полупродуктов синтеза изопрена на предлагаемых катализаторах.
[27]Процесс ведут как в примере 1, отличие состоит в том, что процесс проводят при 100°C. Показатели процесса представлены в таблице.
[29]Процесс ведут как в примере 1, отличие состоит в том, что процесс проводят при 200°C. Показатели процесса представлены в таблице.
[31]Процесс ведут как в примере 1, отличие состоит в том, что осуществляют подачу ДМД и ТБС со скоростью 0,3 г/час и 0,2 г/час при соотношении ТБС/ДМД=1. Показатели процесса представлены в таблице.
[33]Процесс ведут как в примере 1, отличие состоит в том, что осуществляют подачу ДМД в количестве 1,1 г/час и 14 г/час третбутанола с соотношением третбутанол/ДМД=20. Показатели процесса представлены в таблице.
[35]Процесс ведут как в примере 1, отличие состоит в том, что процесс проводят при давлении 7 атм. Показатели процесса представлены в таблице.
[37]Процесс ведут как в примере 1, отличие состоит в том, что процесс проводят при давлении 20 атм. Показатели процесса представлены в таблице.
[39]Процесс ведут как в примере 1, отличие состоит в том, что осуществляют подачу ДМД со скоростью 0,79 г/час и изобутилена со скоростью 1,52 г/час. Показатели процесса представлены в таблице.
[40]Примеры 6-12 иллюстрируют возможность осуществления способа получения изопрена в широкой области условий взаимодействия.
[41]Как видно из представленных примеров, проведение способа в объеме заявленной совокупности признаков обеспечивает достижение технического результата, поскольку достигнуто упрощение известного каталитического способа переработки полупродуктов синтеза изопрена при высоком выходе изопрена и повышенной селективности реакции разложения полупродуктов с получением изопрена.
[42]
