1. Описание технологического процесса

Гидрогенизация (гидрирование) - реакция присоединения водорода по кратной связи. Фенол гидрируют в присутствии катализатора. При гидрировании фенола с сохранением гидроксильной группы применяются никелевые катализаторы, т. к. они имеют высокую и устойчивую активность. При гидрировании образуется циклогексанол - полупродукт для получения капролактама и адипиновой кислоты. Реакция обратима, при температуре ниже 200 С равновесие сдвинуто в сторону образования циклогексанола (рисунок 1).При температуре 150 °С равновесный выход циклогексанола составляет почти 100 %.

Рисунок 1- Реакция гидрирования фенола

Промышленное производство циклогексанола осуществляют на никелевых катализаторах (никель, нанесенный на оксид алюминия, оксид хрома и др.) в паровой фазе. Гидрирование ведут в трубчатых реакторах под давлением 1,5-2,0 МПа и температуре 140-150 °С.

Для того чтобы фенол находился в парообразном состоянии в условиях повышенного давления, применяется большой избыток водорода - около 80-100 моль газа на 1 моль фенола.

Получаемый продукт содержит в основном циклогексанол, 1 % фенола, 0,7-1,5 % циклогексана, 0,2 % циклогексанона, 0,2-0,5 % воды и некоторые другие примеси. Принципиальная технологическая схема гидрирования фенола в циклогексанол представлена на рисунке 2. 

Фенол из сборника перекачивают в испаритель фенола контактного аппарата (нижняя часть). Чтобы предотвратить застывание фенола, аппараты, а также все трубопроводы,по которым перекачивают фенол, обогревают глухим паром. Испаритель заполняют до определенного (постоянного) уровня фенолом и подогревают фенол до 110-130 С. Уровень фенола в испарителе и температуру в нем регулируют автоматически для того, чтобы состав парогазовой смеси был постоянным, и соответствовал оптимальному избытку водорода (примерно 10-кратному по отношению к расходу на гидрирование).

Высококонцентрированный водород, тщательно очищенный от вредных примесей, в особенности от кислорода, из газгольдера трехступенчатым компрессором нагнетают под давлением 1,8-2,0 МПа всмеситель. Трехступенчатый компрессор оборудован системой охлаждения первой и второй ступени и маслоотделителями.

При таком же давлении циркуляционным компрессором в смеситель подают оборотный водород. Смесь свежего и оборотного водорода, подогретая продуктами реакции в теплообменнике до 110 °С, поступает в испаритель контактного аппарата. Водород, барботируемый через жидкий фенол, насыщается его парами, и паро-газовая смесь поступает в реакционную часть контактного аппарата, представляющего собой кожух отрубчатый теплообменник.

В трубах аппарата, заполненных гранулированным катализатором, происходит гидрирование фенола. Тепло экзотермической реакции гидрирования (~475 ккал/кг фенола) отводится путем испарения воды в межтрубном пространстве контактного аппарата. Образующийся водяной пар (0,35-0,45 МПа) поступает в конденсатор, откуда конденсат возвращается в межтрубное пространство контактного аппарата. Отработанный катализатор периодически заменяют свежим.

Охлаждение контактной зоны контактного аппарата кипящей водой имеет ряд преимуществ перед охлаждением проточной водой. Вода кипит при определенной температуре, зависящей от давления. Эта температура совершенно одинакова для всех сечений по высоте межтрубного пространства аппарата. Коэффициент теплоотдачи от кипящей воды к стенке в этом аппарате очень высокий и составляет 2500-3500 ккал/(м²•ч•град). Из контактного аппарата продукты реакции поступают в теплообменник, где отдают часть тепла водороду, и далее охлаждаются в конденсаторе. При охлаждении пары циклогексанола конденсируются, конденсат отделяют в сепараторе от избытка водорода.

На выходе из аппарата давление жидкого циклогексанола снижается с помощью дроссельного вентиля до атмосферного. Далее циклогексанол, содержащий не превращённый фенол и немного циклогексанона, циклогексана, циклогексена и воды направляют на ректификацию. При вакуум-ректификации вначале отгоняются три последние вещества, образующие азеотропную смесь.

Затем циклогексанол вместе с циклогексаноном отделяют от высококипящих примесей и фенола, который возвращают на гидрирование. Водород из сепаратора циркуляционным компрессором нагнетается в смеситель.

Чтобы избежать попадания в циркулирующий водород инертных примесей (азота) или кислорода (что очень опасно), часть водорода периодически отводят из системы и заменяют свежим.

циклогексанол

циклогексанол