Хлорпарафины являются важными и перспективными химическими продуктами, имеющими широкое промышленное применение. Жидкие хлорпарафины используются в качестве пластификаторов в полимерных композициях (ПВХ и др.) для изготовления смазок, для пропитки тканей, бумаги, полимерных пленок с целью придания огнебезопасных и гидрофобных свойств, для производства химически стойких, водостойких и огнезащитных красок и т. д. Полученные изделия обладают повышенной механической прочностью, морозостойкостью, устойчивостью к действию углеводородов и улучшенной гидрофобностью [2].
Хлорпарафины сравнительно дешевые и нетоксичные продукты (4 класс опасности), без запаха, практически нерастворимые в воде и хорошо смешивающиеся с большинством масел и растворителей [1].
Мировое производство хлорпарафинов является многотоннажным. В настоящее время промышленное производство хлорированных парафинов осуществляется только предприятиями Российской Федерации. Хлорпарафины являются востребованными продуктами как на внутрироссийском рынке, так в странах СНГ и дальнем зарубежье. Мировое производство хлорпарафинов составляет 200 тыс. т в год. Основным экспортером хлорированных парафинов из России является Волгоградское ОАО «Каустик».
Промышленный способ получения хлорпарафина марки ХП-30, реализованный на предприятии ОАО «Каустик», заключается в термическом хлорировании жидких парафинов фракции С12-С17 испаренным хлором при температуре 100–130 °С, времени синтеза 10 ч, в вертикальном цилиндрическом эмалированном аппарате типа РИС-П, снабжённом рубашкой и мешалкой [4].
Проведенный структурно-функциональный анализ производства хлорпарафина марки ХП-30 на производстве-аналоге позволил выявить ряд недостатков: это периодичность процесса, и, как следствие, простой основного технологического оборудования во время загрузки и выгрузки продуктов, длительность процесса и унос некоторого количества целевого продукта вместе с абгазами, невысокая конверсия по хлору. Получаемый хлорпарафин содержит растворенные кислые газы — хлористый водород и непрореагировавший хлор, которые снижают термостабильность целевого продукта.
Для устранения этих недостатков и повышения эффективности рассматриваемого производства хлорпарафина марки ХП-30 предлагается проводить процесс в непрерывном режиме при атмосферном давлении и температуре 80–150 °С при противоточном движении парафина в растворе четыреххлористого углерода и хлора с последующей абсорбцией хлора, конденсацией четыреххлористого углерода и отгонкой хлора из хлорпарафина. Причем стадии хлорирования, абсорбции и отгонку хлора из хлорпарафина проводят в одном колонном аппарате, разделенном на три части — реакционную зону, зону абсорбции и нижнюю отпарную часть с возвратом хлора из отпарной части в реакционную зону [3].
Реакционная зона, в которой происходит хлорирование парафинов, представляет собой колонну, секционированную ситчатыми тарелками. Поднимающийся снизу хлор, проходя через отверстия в тарелке, многократно дробится на пузыри. При этом развивается значительная поверхность контакта газа и жидкости, т. е. реакционная поверхность.
Абсорбционная часть аппарата представляет собой насадочную колонну, где происходит улавливание проскочившего из реакционной зоны непрореагировавшего хлора. Колонна орошается потоком раствора парафина в ЧХУ с температурой 40–50 ºC. К нему присоединяется поток конденсата ЧХУ, стекающего из конденсатора. Этот поток образуется за счет конденсации паров ЧХУ, образующихся в реакционной зоне реактора за счет тепла, выделяющегося при хлорировании. Абсорбированный хлор, вместе с потоком ЧХУ поступает в реакционную зону.
Третья, нижняя часть колонны выполняет функцию отпарного аппарата. Стекающий в него раствор прохлорированного парафина содержит растворенный хлор, который отпаривается и поступает в реакционную зону за счет подведенного небольшого количества тепла в кубовой части колонны.
Таким образом, достигается высокая степень хлорирования. Конверсия по хлору практически 100 %-ная. Выход целевого продукта близок к 100 %. Существенным преимуществом является отсутствие побочных продуктов, требующих утилизации. Предлагаемый способ хлорирования компактный, надежный в работе и легко управляемый. При непрерывном режиме получение хлорпарафина марки ХП-30 осуществляется без простоев оборудования.
Данное усовершенствование предполагает изменение конструкции аппарата, используемого на производстве-аналоге, а именно замену реактора емкостного типа с рубашкой и мешалкой на секционированную барботажную колонну.
Проведенный технологический расчет секционированной барботажной колонны показал, что эффективный отвод экзотермического тепла реакции осуществляется за счет конденсации паров ЧХУ в абсорбционной зоне и в конденсаторе, установленном в верхней части аппарата. В качестве конденсатора подходит кожухотрубчатый теплообменник с длиной труб 2 м, диаметром 400 мм и номинальной поверхностью теплообмена 17 м2. Абсорбционная зона — это насадка из колец Рашига керамических (навалом) размером 25×25×3 мм и высотой 1 м.
В результате расчета была подобрана колонна диаметром 1,6 м и высотой реакционной зоны 8,2 м. Количество тарелок в колонне составило 9 шт. В нижней части колонны расположен змеевик высотой 1,44 м с длиной трубы 78 м. Количество витков в змеевике — 18 шт. Площадь теплообменной поверхности змеевика 14 м2. Общая высота аппарата составила 13,2 м.
Таким образом, применение нового способа получения хлорпарафина марки ХП-30 позволяет достичь одинаковую годовую производительность при замене 2 параллельно соединенных реакторов периодического действия объемом 6,3 м3 каждый на 1 реактор колонного типа непрерывного действия объемом реакционной зоны 16,5 м3.
Литература:
1. Огородников С. К. Справочник нефтехимика в 2х томах. Т.2/С. К. Огородников — Л.: Химия, 1978. — 592 с.
2. Ошин, Л. А. Промышленные хлорорганические продукты: справочник / Л. А. Ошин — М.: Химия, 1978. — 656 с.
3. Пат. 2158724 РФ, МПК C07C17/10, C07C19/01. Способ хлорирования парафина/ Вертузаев Е. Д., Юрьев В. М., Филимонов В. А., Балакирев Е. С., Ильин Б. А., Дьяконов И. А.; заявитель(и) и патентообладатель(и): Вертузаев Е. Д., Юрьев В. М., Филимонов В. А., Балакирев Е. С., Ильин Б. А., Дьяконов И.А; заявл. 11.01.1999; опубл. 10.11.2000.
4. Постоянный технологический регламент ОАО «Каустик» № 79–21/2008 производства жидких хлорпарафинов, абгазной соляной кислоты — Волгоград, 2008. — 248 с.
