В настоящее время производство N-метиланилина осуществляют N-алкилированием анилина метанолом. Согласно анализу литературы, из всей группы промышленных катализаторов наибольшее распространение нашли промышленно-выпускаемые катализаторы серии НТК. Выбор этого катализатора обоснован его технологическими преимуществами по сравнению с другими катализатором, а именно более низкой температурой в зоне реакции (180–220°С). Конверсия анилина обычно не превышает 87–97 %, а катализаты помимо целевого продукта содержат непрореагировавший анилин, метанол, реакционную воду, побочный продукт – N,N-диметиланилин (ДМА), микропримеси высококипящих продуктов, то есть катализаты состоят из водно-метанольной и масляной фракций. Содержание ММА в масляной фракции составляет не более 90–95 % В то же время действующими ТУ на ММА марки «высший сорт» предусмотрено содержание в нем основного вещества не менее 98 мас. %, анилина не более 0,5 мас. % и ДМА не более 1,3 мас. %; еще более жесткие требования предъявляются к качеству ММА, поставляемого на экспорт: содержание анилина не более 0,3 мас. %.
Степень конверсии анилина в целевой продукт определяется технологическими параметрами процесса и, в первую очередь, применяемым катализатором: на недостаточно активном катализаторе остается значительное количество непрореагировавшего анилина, а слишком активный катализатор способствует образованию ДМА.
За основу взято существующее производство N-метиланилина. Его осуществляют N-алкилированием анилина метанолом в присутствии водорода на катализаторе НТК-4. В ходе изучения научно-технической и патентной литературы было разработано предложение по замене НТК-4 на новый катализатор следующего состава, % мас.: оксид алюминия 81,0; оксид меди 12,8; оксид марганца 2,8; оксид хрома 1,4; оксид железа 1,3; оксид кобальта 0,7[1]. Применение нового катализатора позволит получить более качественный продукт с содержанием N-метиланилина 98,3 %, анилина 1,3 %, N,N-диметиланилина 0,4 %.
При использовании нового катализатора, синтез ММА осуществляется при температуре 220–270°С и мольном соотношении анилин:метанол 1:2. Более высокая температура проведения процесса обусловливает высокие скорость реакции и удельную производительность контактного аппарата.
Сравнение параметров способа промышленного аналога и нового проектного решения представлено в таблице.
Сравнение параметров способа промышленного аналога и нового проектного решения [1, 2]
|
Параметр процесса |
Способ производства аналога |
Новый способ |
|
Режим организации стадии синтеза ММА |
Непрерывный |
Непрерывный |
|
Состав катализатора, % масс. |
НТК-4 (оксид меди (II) – 54; оксид хрома (III) – 14; оксид цинка – 11; остальное – оксид алюминия) |
оксид меди – 12,8; оксид марганца – 2,8; оксид хрома – 1,4; оксид железа – 1,3; оксид кобальта – 0,7; оксид алюминия – 81,0. |
|
Температура процесса, °С |
160–230 |
220–270 |
|
Давление в реакторе |
0,005–0,04 МПа |
0,005–0,04 МПа |
|
Мольное соотношение анилин : метанол |
1:(2–4) |
1:2 |
|
Присутствие водорода |
+ |
+ |
|
Требуется восстановление катализатора |
+ |
+ |
|
Выход ММА |
97,9 |
98,3 |
|
Выход ДМА |
1,5 |
0,4 |
|
Нагрузка по анилину, г/дм3(кат) час |
280 |
900 |
Сырье, используемое на производстве-аналоге, позволяет получать продукт требуемого качества. Замена катализатора, производимая согласно новому способу, не потребует внесения изменений в качество и состав сырья, материалов, за исключением состава катализатора.
Процесс синтеза N-метиланилина проводят в трубчатом реакторе со стационарным слоем катализатора (в трубках). Получаемая на стадии синтеза продуктовая смесь направляется в дальнейшем в колонну парциальной конденсации, где непрореагировавший метанол отделяется от катализата N-метиланилина. Отделенный от катализата водный метанол подается на ректификацию для отгонки и концентрирования метанола, возвращаемого обратно в цикл. Катализат N-метиланилина направляется на ректификацию для получения технического N-метиланилина и выделения непрореагировавшего анилина, который затем возвращается обратно в процесс.
В ходе произведенных технологических расчетов [3] было выявлено, что для устойчивой работы в данных условиях и производительности по N-метиланилину 50000 т/год, требуется реактор трубчатого типа с поверхностью теплообмена 598 м2, объем катализатора для заполнения труб 9,69 м3. Так же произведен расчет вспомогательного оборудования. В результате выявлено, что замена старого катализатора на новый не требует значительных изменений в существующей технологической схеме производства N-метиланилина, а так же существенных экономических затрат.