Технологічні основи, технологія, особливості конструкцій технологічного обладнання при
Газофазне гетерогенно-каталітичне окислення вуглеводнів отримало велике практичне значення для синтезу ангідридів ди- і тетракарбонових кислот, що володіють високою термоокислительной стабільністю.
Фталевий ангідрид є їх найважливішим представником. Це тверда кристалічна речовина (Тплав 130,8º С; з сублімацією при 284,5º С).
Фталевий ангідрид - важливий вихідний продукт у виробництві різних похідних фталевої кислоти, складних ефірів, фталімід, фталонітріла і ін. Значна кількість фталевого ангідриду використовується у виробництві пластифікаторів (діоктіл-, диметил-, діетлфталатов), лакофарбових матеріалів (емалі ПФ, лаки і фарби) і барвників; у виробництві алкідних смол; у виробництві гумотехнічних виробів і шин як сповільнювач подвулканізаціі; у виробництві тетрахлорфталевого ангідриду; у виробництві інсектицидів і лікарських речовин, а також у легкій, хімічній та інших галузях промисловості.
У промисловості фталевий ангідрид отримують Парофазная каталітичним окисленням киснем повітря про -ксілола або нафталіну з використанням стаціонарних або псевдозріджених (нафталін) каталізаторів на основі V2 O5 -TiO2 або V2 O5 -K2 SO4. Нові каталізатори для окислення нафталіну містять 10% V2 O5 і K2 SO4. інше - кремнезем. Процес проводять при 350-400º C з надлишком O2 повітря (концентрація вуглеводню 40-80 г / м 3). Сирий фталевий ангідрид з реакційних газів вловлюють в твердому вигляді в апаратах калориферного типу, очищають і виділяють ректифікацією. Вихід при окисленні про -ксілола 75-80%, нафталіну 85-88%. Звичайна установка з нерухомим шаром працює при температурі 340-375º С и надлишковому тиску 0,5 ат; час контактування 4,2 сек, об'ємна швидкість 0,07 кг ∙ год -1 ∙ кг -1 каталізатора. Установка з киплячим шаром працює при температурі 370º С и надлишковому тиску 1 ат; час контактування 19 сек, об'ємна швидкість 0,03 кг ∙ год -1 ∙ кг -1 каталізатора
Спочатку головним шляхом отримання фталевого ангідриду було окислення нафталіну, але останнім часом для цієї мети все більше використовують менш дорогий про -ксілол.
Виробництво фталевого ангідриду
До першої світової війни фталевий ангідрид отримували з нафталіну шляхом окислення його сірчаною кислотою в присутності ртутного каталізатора. Під час першої світової війни майже одночасно в Німеччині і США був відкритий каталітичний процес окислення нафталіну повітрям в паровій фазі, що призвело до зниження вартості і збільшення обсягу виробництва. При отриманні фталевого ангідриду з нафталіну схема перетворень наступна:
Нафталін дає три головних продукту часткового окислення - нафтохінон, фталевий альдегід і малеїновий альдегід. Фталевий ангідрид порівняно стабільний до подальшого окислення, тому реакцію ведуть до практично повної конверсії нафталіну. Вихід 1,4-нафтохінону та малеїнового ангідриду настільки малий, що їх невигідно виділяти з отриманих сумішей, а основним побічним процесом є окислення до СО2. Температурний градієнт в шарі каталізатора показує два максимуми: перший відповідає отриманню нафтохинона, другий - подальшому окисленню до фталевого альдегіду. Підвищення температури супроводжується зниженням виходу нафтохинона як продукту, що піддається виділенню, і збільшенням освіти малеїнового альдегіду.
Найбільш ефективним каталізатором окислення нафталіну виявився V2 ПРО5 з добавкою K2 SO4 на силікагелі, що забезпечує при 360-400º З вихід фталевого ангідриду 90%; продуктивність 1 м 3 каталізатора дорівнює 40 кг ангідриду на годину. Витрата нафталіну на 1 т фталевого ангідриду становить 1,05-1,10 т. Вперше каталізатор і технологія були розроблені фірмами «Von Heyden» і «BASF». При проходженні нафталіну-повітряної суміші через шар каталізатора відбувається реакція окислення нафталіну у фталевий ангідрид, причому виділяється велика кількість тепла, так як реакція екзотермічна.
Одна зі схем виробництва фталевого ангідриду з нафталіну зображена на рис. 1.
Мал. 1. Технологічна схема отримання фталевого ангідриду з нафталіну: