Разработка технологии получения эпихлоргидрина

Эпихлоргидрин является важным продуктом основного органического синтеза. Обладая высокой реакционной способностью, обусловленной наличием в молекуле подвижного атома хлора и эпоксидной группы, эпихлоргидрин находит широкое применение. Он легко вступает во взаимодействие с соединениями различных классов, что позволяет получать на его основе ряд продуктов, используемых во многих отраслях промышленности (эпоксидные смолы, лаки, клеи, синтетические волокна, ионообменные смолы, каучуки и др.) [1−4]. Однако, несмотря на многообразие продуктов, для производства которых используется эпихлоргидрин, основным направлением его потребления является производство эпоксидных смол (80% всего производимого эпихлоргидрина) [5].

Мировое производство эпихлоргидрина оценивается более 1,8 млн. тонн в год [6]. В России эпихлоргидрин производился на двух предприятия: ЗАО «Каустик» (г. Стерлитамак) и ООО «Усольехимпром» (г. Усолье-Сибирское), суммарный объем выпуска которых не превышал 66,5 тыс. тонн в год. Основными производителями эпихлоргидрина на мировом рынке выступают компании Solvay, Dow, Hexion, FPC, Huaili [7].

Доминирующее большинство компаний, производящих эпихлоргидрин, базируются на хлоргидринном методе его получения. Традиционный «хлоргидрин-ный» способ, широко применяемый в промышленности, имеет ряд существенных недостатков, к числу которых можно отнести невысокий коэффициент использовао ния хлора, образование больших количеств загрязненных сточных вод (40−60 м /т продукта), очистка которых трудоемка и требует больших затрат [8]. Жесткие требования экологического и экономического характера диктуют настоятельную необходимость создания новых технологий получения эпихлоргидрина, которые могли бы заменить устаревшие процессы. Наибольший интерес в этой связи представляют каталитические способы получения эпихлоргидрина, основанные на использовании экологически чистого окислителя — пероксида водорода.

Одним из перспективных направлений синтеза эпихлоргидрина является жидкофазное эпоксидирование аллилхлорида водным раствором пероксида водорода в присутствии титансодержащего цеолита. Создание эффективного способа эпоксидирования позволит устранить недостатки присущие традиционному хлоргидринному процессу и в значительной степени улучшить экологические показатели получения эпихлоргидрина.

Целью данной работы является разработка теоретических основ технологии промышленного способа получения эпихлоргидрина эпоксидированием хлористого аллила пероксидом водорода в присутствии гетерогенного катализатора. Для достижения поставленной цели был разработан эффективный гранулированный катализатор жидкофазного эпоксидирования аллилхлорида водным раствором перок-сида водорода на основе частиц титансодержащего цеолита. Разработанный катализатор защищен патентом РФ. Были изучены физико-химические закономерности процесса эпоксидирования и предложена его полная кинетическая модель, адекватно описывающая экспериментальные данные. Учитывая, что создание эффективной технологии не ограничивается только рациональной организацией стадии синтеза, но во многом определяется и техническими решениями, принятыми на стадии разделения реакционной смеси, большое внимание в работе уделено выделению целевого продукта. На базе анализа полученных данных была предложена принципиальная технологическая схема получения эпихлоргидрина, апробированная в лабораторных масштабах.

выводы.

1. Предложен эффективный катализатор эпоксидирования аллилхлорида водным раствором пероксида водорода в среде метанола. Установлено влияние химического состава, количества структурообразующего агента, температур синтеза и последующей термической обработки на каталитические свойства титансо-держащего цеолита в реакции эпоксидирования аллилхлорида. Рекомендованы условия получения порошкообразного титансодержащего цеолита. Проведены систематические исследования влияния технологических факторов на процесс эпоксидирования аллилхлорида в присутствии порошкообразного катализатора и определены условия осуществления процесса, обеспечивающие максимальный выход эпихлоргидрина.

2. Разработан способ получения гранулированного катализатора эпоксидирования на основе порошкообразного титансодержащего цеолита методом экстру-зионного формования со связующим, обеспечивающим наилучшее сочетание механических и каталитических свойств контакта. (Патент РФ № 2 422 360 от 27.06.2011).

3. Предложена принципиальная технологическая схема получения гранулированного титансодержащего цеолита, включающая синтез порошкообразного катализатора, приготовление связующего и узел экструзионного гранулирования.

4. Разработана кинетическая модель, адекватно описывающая процесс эпоксидирования аллилхлорида в присутствии гранулированного титансодержащего цеолита.

5. На основании полученных данных по кинетике процесса установлено влияние различных условий синтеза эпихлоргидрина (температуры, соотношения реагентов) на состав продуктов эпоксидирования при катализе гранулированным титансодержащим цеолитом. Для диапазона условий, близких к оптимальным, смоделирован и на лабораторной установке непрерывного действия апробирован режим работы реакторного узла, позволяющий получать эпихлоргидрин с выходом 90% при количественном превращении пероксида водорода.

6. Обобщены и систематизированы теоретические и экспериментальные данные по фазовым равновесиям в системе продуктов синтеза эпихлоргидрина и определены неизвестные параметры уравнения ИЯТЬ, позволяющие с достаточным приближением проводить математическое моделирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе продуктов эпоксидирования.

7. Предложена и проведена апробация схемы разделения и выделения целевого продукта из реакционной массы, позволяющая получать эпихлоргидрин, удовлетворяющий по качеству требованиям ГОСТа.

8. Разработана принципиальная технологическая схема жидкофазного эпоксидирования аллилхлорида водным раствором пероксида водорода в среде метанола в присутствии гетерогенного катализатора — титансодержащего цеолита.

9. Выданы исходные данные на проектирование опытно-промышленной установки получения эпихлоргидрина производительностью 5 тонн в год.