双环戊二烯解聚制备环戊二烯.doc
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1、双环戊二烯解聚制备环戊二烯 - 32 -双环戊二烯解聚制备环戊二烯工013(000087)吴美忠摘要本文进行了双环戊二烯气相解聚制备环戊二烯的实验研究。采用双戊二烯与水共沸法进行汽化,大大减少了汽化器与反应器的结焦的可能性。在管式反应器中考察了解聚温度、停留时间、原料组成等因素对解聚过程的影响。经过500小时的连续实验,反应器未出现堵塞现象。采用80%的粗双环为原料,经解聚可以得到97%以上的环戊二烯,350时解聚率为95%以上,DCPD的收率可达90%。如采用双环戊二烯含量为90%以上的双环为原料,解聚后可以得到99%以上的环戊二烯。结果表明,在本实验的工艺条件下,环戊二烯产量较高,有很好的
2、工业发展前景。关键词:双环戊二烯,环戊二烯,解聚Abstract目录1前言1.1物理性质 1.2分离方法1.3原料来源 1.4用途1.5本论文主要研究内容2实验部分2.1原料来源2.2实验装置2.3实验原理2.4实验步骤2.5分析方法2.6数据处理3结果与讨论3.1双环戊二烯汽化方式的选择3.2反应器结焦实验考察3.3解聚间歇实验结果3.4 解聚连续实验结果3.5温度对解聚反应的影响3.6 停留时间对解聚的影响3.7 原料组成对解聚的影响3.8 油相重复使用实验3.9 分离塔的分离效果3.10环戊二烯的后处理3.11 物料平衡情况3.12环保4结论5参考文献1.前言环戊二烯(CPD)是C5馏分
3、中主要的三个双烯烃之一,它含有一个双键和一个亚甲基,因此性质非常活泼,可进行聚合、氧化、加成、缩合和还原等系列反应,广泛应用于农药、塑料、石油树脂、合成橡胶、茂化合物以及新型高分子材料等方面。所以对环戊二烯,物别是较高纯度的环戊二烯需求不断增加,而环戊二烯的来源是离不开优质的二聚体双环戊二烯(DCPD)的。环戊二烯在常温下可聚合成双环戊二烯,受热以后分解为环戊二烯,利用这一特点可以将环戊二烯从乙烯裂解的C5馏分中分离出来。而要获得环戊二烯可将分离出的双环戊二烯再进行分解即可。由于环戊二烯在常温下能自发地二聚为双环戊二烯,一般需在-20下贮存或即刻用掉,工业上以其稳定的双环戊二烯的形态贮存和运输
4、然而,化学反应总是利用单体(如果反应是在DCPD解聚为单体的温度下进行,则可以用DCPD。)所以双环戊二烯解聚既是环戊二烯合成所必经的一步,也是双环戊二烯精制的一种重要方法。前人所进行的双环戊二烯精制的研究中,获得了高纯度的双环戊二烯。但原料混合塔、预热器和解聚塔结焦问题使操作不能连续进行。主要原因在于预热器的结构不合理,其内部为盘管结构,液体双环戊二烯在其中容易造成局部过热和死角,形成气液两相流,部分物料在预热器中停留时间过长,CPD生成多聚物,造成预热器堵塞。而且过程解聚温度为350,对设备的要求高,工艺控制难度大。1.1物理性质双环戊二烯有两种立体构型,即桥式和挂式两种,工业上主要使用
5、的是桥式。双环戊二烯与水共沸,在98时可得到含水为55.7%的共沸物,双环戊二烯的热解常数2。DCPD和CPD均为无色透明液体,可与有机密剂互融溶,它的两个共轭双键易引起相邻次甲基团的活化,常温下多以双环戊二烯形式存在,与稀酸稀碱作用生成树脂,与氧气自发反应生成爆炸性双过氧化物。与亚硝气加成亚硝酸盐,在盐酸乙醇溶液中,与亚硝酸戊脂生成硝酰氯接触还原生成环戊烷。CPD能还原银盐氨性溶液。卤紫及卤化氢极易在双键上加成,生成六氯环戊二烯,是工业上重要的中间体。 CPD是理想的DielsAlder反应的二烯组份,可加成大量的双环衍生物。CPD能与其它活性双键反应。 在一定条件下,CPD聚合反应也可生成
6、三环戊二烯,五环戊二烯等多环二烯物。它们能与金属、非金属卤化物等过氧化物引起与乙烯相类似的聚合反应,随反应的最终条件不同可以是树脂状或橡胶状物质,尤其是DCPD所特有的性能,被用作直接参加多种加成反应,生成许多工业上有价值的中间产物或产品。1.2分离方法工业上分离环戊二烯的方法实质是个二聚分离的过程。常用的分离方法有精馏、萃取蒸馏和共沸蒸馏,但分离方法因原料来源、组成、产品纯度等不同而异。焦化行业由苯头份中分离环戊二烯的方法常采用热聚合分离出双环戊二烯,使用其单体时再进行解聚。目前采用的解聚方法有液相直接或间接解聚法,较新的方法是改进了的硅油间接解聚法、气相无溶剂解聚法和过热蒸气法,这些方法得
7、到的产品收率较高。环戊二烯在温度影响下,极易产生二聚体,其二聚合速度随温度升高而加剧。于120一130时二聚合速度最大。二聚体在150时分解,170时分解速度为30mol%/hr。工业上正是利用这一特性得到二聚体环戊二烯的。戊二烯的状态贮藏要保持相当低的温度,双环戊二烯挥发度较低,便于贮存和运输,所以使用环戊二烯一般以其二聚体形式临时制备。苯头份装入间接蒸汽加热的聚合釜,热聚合约进行1620个小时,聚合后再进行蒸馏。先切取低于40前馏分,然后依次切取工业二硫化碳(48前)、中间馏分(60前)、轻质苯(78前)馏分。釜底残液为工业二聚环戊二烯、含量为7075%,其中还含有35%的环戊二烯。C5烯
8、烃等采用直接蒸汽蒸馏釜底残液,可得到含量不小于95%的二聚环戊二烯馏分。自C5单独分离双环戊二烯的方法比较简便,主要有:日立化成法:该法使C5馏分先在聚合釜中于130加热lh,使环戊二烯聚合成双环戊二烯,然后进入第一蒸馏塔,控制塔底温度从塔顶蒸出沸点3050的轻馏分,塔底物再在第2蒸馏塔中继续蒸出沸点5070馏分。含双环戊二烯80%90%的第2蒸馏塔塔底物再送入分解塔,使双环戊二烯在130200下分解,得高纯度的环戊二烯,经解吸塔和冷凝器进入第2聚合釜中双聚后,进入第3蒸馏塔精馏得纯度98%99%的双环戊二烯。道化学公司法:该法先将C5馏分送入减压蒸馏塔中,在塔顶温度164/13.33kPa下
9、真空蒸馏,馏出物经预热器加热至210后,经减压阀进入分解塔,在4l0下停留后进入蒸汽解吸塔,在塔底温度120和塔顶温度33下蒸馏,馏出物在聚合反应釜中二聚制得双环戊二烯(纯度95%,回收率99.5%)。瑞翁公司法:日本瑞翁公司用含(双)环戊二烯15%的C5馏分先加热进行二聚,再经三塔蒸馏制得高纯度(99.7%)的双环戊二烯,回收率50%,据称已完成了工业化。国内厂用与之相似的方法,将C5馏分(环戊二烯和双环戊二烯的总含量17.34%)经预热器预热后送入二聚反应釜,在100和539.3kPa下进行低温二聚4h。产物先经常压蒸馏,从塔顶蒸去未反应C5,塔底物含双环戊二烯70%75%,再经3个减氏蒸
10、馏塔蒸馏,得纯度95%的双环戊二烯,回收率约52%。该法的产品纯度较低,与瑞翁公司法仍有差距8。国内副产双环戊二烯宜首先用于生产量大面广的不饱和聚酯树脂和系列石油树脂产品,这两类产品的国内市场尚需进一步开拓。此外可用于生产农药和农药增效剂,反应型阻燃剂氯桥酸和氯桥酸酐,降冰片烯类聚合物,香料、金刚烷、环氧树脂固化剂、聚配胺、聚氨酪、茂金属、改性干性油和用作三元乙丙橡胶的第3单体等。在不适于就近集中分离C5的地区可建设单分离双环戊二烯装置或混合C5石油树脂装置,发展双环戊二烯下游精细化工产品。1.3原料来源 C10重芳烃主要来源于涤纶原料厂宽馏分催化重整装置,另有少部分来源于乙烯装置副产的乙烯焦
11、油等其它生产装置。催化重整装置的主要副产品为C9和C10重芳烃。为了增加涤纶原料的产量,C9重芳烃与C7芳烃一起送入歧化、异构化装置用于生产对二甲苯,故实际外供的只有重芳烃。目前我国涤纶原料厂宽馏分催化重整装置副产的重芳烃资源的总量约为25万28万t/a,主要来源于上海石化公司、天津石化公司、扬子石化公司、辽阳石化公司、燕山石化公司和齐鲁石化公司,其中扬子石化公司的年产量高达15万t,约占全国C10资源总量的55%。随着我国聚酯工业的迅速发展,对于芳烃原料的需求量还特大幅度增加,在芳烃装置不断扩容或新建的同时,也将使C10资源的产量进一步上升。C10重芳烃的组成非常复杂,据有关分析结果的报道称
12、总共约有100多种组分。虽然各组分的含量随着其生产工艺参数及实际操作情况的变化而不断变化,但其主要组分及其含量基本稳定,且各主要生产企业已制定了相应的企业标准,为C10重芳烃资源的综合利用创造了有利条件。环戊二烯(CPD)和二聚体双环戊二烯(DCPD)结构独特是高反应性能化合物,被称为化合物的基石。早期由于工业规模、原料来源等原因,这部份资源未被充分别用。环戊二烯(CPD)和双环戊二烯(DCPD)存在于煤焦油的前馏份和石油乙烯裂解副产物中;国外对这部分资源的开发研究颇为积极;国内石油工业在这方面也取得了一定的成绩。煤化工行业也在重视这部分资源,开发苯头份的应用随着分离技术、应用技术的发展,开发
13、及利用环戊二烯和双环戊二烯已显得十分重要。31.4 用途 环戊二烯用途广泛,用于农药、塑料、树脂、橡胶、茂化合物以及用于生产液体燃料的抗震、防燥剂,将更加引起人们的关注。目前我国大力发展轻工业、塑料工业,需要大量的较高纯度的环戊二烯,而环戊二烯的来源离不开优质的二聚体双环戊二烯。目前世界上环戊二烯生产能力可达15万吨。国外对CPD和DCPD应用的研究较多,产品结构也发生了变化。60年代应用于生产杀虫剂占80%,其它占20%,70年代转向生产橡胶、石油树脂及精细化工产品, 目前日益趋向开发新型高分子材料和新的精细化工产品。由于CPD和DCPD结构特殊,化学性质活泼可进行聚合、氢化、卤化、加成、缩
14、合、还原等反应,用途很广。下面就其主要用途作一下简介。农药、杀虫剂:CPD和DCPD早期主要用于合成农药。例如:七氯、艾氏剂、狄氏剂、氯丹、灭蚊灵等。其中由于艾氏剂、狄氏剂、灭蚊灵的毒性残留期长,现在美国已不生产出售了。其它CPD衍生物做杀虫剂的有降冰片烯双环2,2庚烯-2,三环癸烷,三环癸醇A等。DCPD的衍生物还可生产除锈剂。国内外的需求量很大。目前,CPD和DCPD正广泛应用于助剂、新型高分子材料及精细化工产品领域。阻燃剂研究工作在我国才开始不久,开发高效低毒的阻燃剂工作十分重要。阻燃剂有无机型和有机型。其中有机氯型阻燃剂中CPD衍生物多以六氯环戊二烯为原料制得。这种阻燃剂对维持氯碱工业
15、平衡有重要意义。DCPD和CPD的四氢化物以及衍生物是高性能燃料的原料。可广泛应用于高能赛车、火箭的高性能高密度燃料DCPD的一个早期工业应用方向是制备二茂铁-双环戊二烯基铁。DCPD和CPD可用作抗爆剂、润滑油添加剂和催化剂4等。由DCPD合成的一个很重要的精细化工产品是金刚烷(三环癸烷),DCPD在催化剂作用下全部加氢并异构化可得金刚烷。金刚烷的用途十分的广泛。可作燃科添加剂、作烷基化复合催化剂的单元,做药物携带剂用于空气清洁及农药等方面,还可作彩色感光材料,医药上应用在抗病毒及脑血管扩张或抗生素等药物方面。金刚烷还具有优良的光学特性,它的聚合物可做功能性光纤材料,金刚烷基单丙烯酸单体在光
16、学领域中可做光学元件、光学棱镜材料、全息照相及光盘的光记录材科和角膜眼镜等,其他聚合物可做高功能光硬性化合物及眼镜用透镜材料等金刚烷在电子材料工业也以其特性得到应用,还可制成将太阳能转化为电能的荧光化合物等。CPD和DCPD衍生物还可应用于香科工业。其合成的中间体如三环癸烷也被广泛应用于生产多系列产品的香料工业。CPD和DCPD的衍生物如三环癸醇具有保香性持久的特点,由CPD氧化、加氢制得的戊二醉是合成麝香105的原科。环戊二烯制得的乙叉降冰片烯可应用于食品、香科等的添加剂5。C5馏分主要直接用于生产混合C5石油树脂和加氢C5石油树脂,剩余物用于生产溶剂油、或经加氢用作车用汽油调和组分和裂解原
17、料。日本用C5馏分生产混合C5石油树脂的企业有三井石油化学公司岩园大竹工厂、三菱油化公司四日市工厂、日本石油化学公司川崎化工厂、东燃石油化学公司川崎工厂和出光石油化学公司于叶工厂6。生产方法通常是先将混合C5馏分加热,使其中的环戊二烯二聚成双环戊二烯(DCPD)含量降至1%后,再经阳离子催化聚合、催化剂脱活、水洗和汽提,生产固体C5石油树脂。其色相和性能均较低。混合C5石油树脂和加氢C5石油树脂因原料价廉、生产成本较低、仍有应用市场。常制成固体、片状、碎块、粉状、乳液或溶液,用于压敏和热熔性胶粘剂、热熔性涂料、路标漆、热熔地毯衬背、印刷油墨、橡胶配合剂、层压件、防水处理剂、纺织品上浆助剂、聚烯
18、烃和工程塑料改性和液体石油树脂等。1.5本论文主要研究内容环戊二烯在常温下可聚合成双环戊二烯,受热以后分解为环戊二烯,利用这一特点可以将环戊二烯从乙烯裂解的C5馏分中分离出来。而要获得环戊二烯可将分离出的双环戊二烯再进行分解即可。由于环戊二烯在常温下能自发地二聚为双环戊二烯,一般需在-20下贮存或即刻用掉,工业上以其稳定的双环戊二烯的形态贮存和运输,然而,化学反应总是利用单体(如果反应是在DCPD解聚为单体的温度下进行,则可以用DCPD。)所以双环戊二烯解聚既是环戊二烯合成所必经的一步,也是双环戊二烯精制的一种重要方法。环戊二烯在加热过程中易形成多聚物,引起原料混合塔、预热器和解聚塔结焦问题,
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