Бутадиен очищают окончательно

Это самый большой и сложный цех завода. В нём четыре -отделения, каждое из которых может считаться по объёму самостоятельным цехом. Все отделения тесно связаны поточностью технологического процесса и располагаются в одном многоэтажном здании.

В газовом цехе, путём разнообразных операций, бутадиен окончательно очищается почти от всех сопутствовавших ему примесей. Если этого не сделать, то тонкий каталитический процесс полимеризации бутадиена будет невозможен.

Первым по ходу является отделение абсорбции. Вспомним, что сорбцией вообще в технике называют процесс поглощения одного вещества другим. Как мы знаем, существует несколько видов сорбции: а) адсорбция, при которой твёрдое вещество поглощает газ; б) абсорбция, когда поглотителем газа является жидкость; в) хемосорбция, если между поглотителем » поглощаемым веществом происходит химическое взаимодействие.

Для первой ступени очистки бутадиена в газовом цехе выбран процесс абсорбции. Вообразим себе высокие, выше 15 м, цилиндрические стальные колонны, полые внутри. Они носят название скрубберов. Скрубберы монтируются прямо на открытом воздухе; их видно издали.

Внутри эти аппараты заполнены «насадкой» — мелкими керамическими цилиндриками («кольцами»), что создаёт огромную поверхность соприкосновения между поглотительной жидкостью — абсорбентом и поглощаемым газом. А чем больше такая поверхность, тем быстрее и полнее происходит процесс абсорбции, сущность которого заключается в растворении газа в жидкости. 1 м³ применяемой для скрубберов насадки имеет поверхность 108 мг. Абсорбентом служит этиловый спирт, 1 л которого поглощает при 0° 158 л газообразного бутадиена. Охлаждённый спирт, непрерывно подаваемый вверх центробежными насосами, стекает вниз по насадке скрубберов, а навстречу ему (противоток!) снизу проходит контактный газ, из которого поглощается бутадиен и вместе с ним некоторые из его примесей, главным образом псевдобутилен СH₃— СН = СН—СH₃ и уксусный альдегид СH₃СНО.

Насыщенный абсорбент насосами подаётся из скрубберов на отгонку, а непоглощённый спиртом газ («абгаз»), состоящий из водорода, этилена и других веществ, идёт для целей синтеза или сжигается в контактных печах, выделяя 3500 больших калорий на каждый кубометр газа.

Выделение бутадиена из спирта производится на обогреваемых паром высоких насадочных колоннах (десорбционных аппаратах) в следующем отделении цеха — отделении отгонки. Под влиянием нагрева поглощённый бутадиен выделяется из спирта и сжижается в трубчатых конденсаторах, охлаждаемых рассолом. Получается бутадиен-сырец — прозрачная, лёгкая, бесцветная жидкость со сладковатым запахом, имеющая удельный вес 0,62. Отогнанный абсорбент возвращается вновь на скрубберы, по дороге отдавая своё тепло холодному насыщенному спирту, идущему на отгонку, а бутадиен-Сырец поступает в следующее отделение цеха — на отмывку.

Процесс отмывки бутадиена от ацетальдегида, мешающего полимеризации, и других примесей, основан на различной растворимости составных частей бутадиена-сырца в воде. Ацетальдегид растворяется в воде быстро и полно, а бутадиен почти нерастворим; поэтому, если смешать бутадиен-сырец с водой, то ацетальдегид перейдёт в воду и таким образом отделится от бутадиена.

Так и поступают в газовом цехе, экстрагируя, т. е. извлекая, ацетальдегид из бутадиена-сырца водой в ряде больших, полых аппаратов, работающих по принципу противотока.

Отмытый бутадиен поступает на последнюю ступень очистки — на ректификацию. Процесс ректификации и ректификационные колонны настолько распространены в химическом производстве, что на них стоит остановиться подробнее.

Ректификацией, или дробной перегонкой, называют физический процесс разделения смеси нескольких жидкостей путём обращения её в пары, с последующей многократной промывкой в противотоке с конденсатом. При этом происходит разделение высоко- и низкокипящих частей смеси. Первые образуют жидкий конденсат («флегму»), а вторые — продукт ректификации (ректификат). Целью ректификации является получение одной из частей смеси в возможно более чистом виде.

Ректификационная колонна (рис. 16) — это большой, высотой в несколько этажей, стальной цилиндрический аппарат. Корпус колонны («обечайка») состоит из отдельных частей 1, называемых царгами. Последние соединены между собой фланцами, скреплёнными болтами. Внутри колонны укреплены горизонтальные стальные перегородки — тарелки 2. На тарелках имеются колпачки и переливные трубки. Самая нижняя часть колонны называется кубом. К кубу присоединены два трубчатых кипятильника.

Ректификационная колонна состоит как бы из двух колонн, поставленных одна на другую. Нижняя часть колонны называется исчерпывающей, а верхняя укрепляющей. Границей между этими частями колонны служит тарелка питания 3, на которую непрерывно подаётся смесь, подлежащая разгонке. С тарелки питания смесь проходит вниз. При этом жидкая смесь встречается с парами, поднимающимися вверх из куба колонны. На тарелках колонны собирается стекающий вниз конденсат, обогащаясь легко-кипящими примесями. Пары, выходящие сверху ректификационной колонны, попадают в трубчатый аппарат дефлегматор, где частично конденсируются. Конденсат возвращается обратно в колонну в виде флегмы, что приводит к повышению содержания легкокипящих частей в конечном продукте, отбираемом из колонны. Часть паров, прошедших через дефлегматор, конденсируется в рассольном холодильнике (конденсаторе). Эта часть представляет собой ректификат.

Исчерпывающая (нижняя) часть колонны служит для извлечения (исчерпывания) остатков легкокипящего компонента из высококипящего. В кипятильниках происходит испарение жидкой смеси, стекающей с тарелок в куб колонны.

Работа тарельчатой (колпачковой) ректификационной колонны основана на действии её тарелок. На тарелках находится слой жидкости. Пары разгоняемой смеси поступают снизу из куба через паровые стаканы тарелок, находящиеся под колпачками. Пройдя под колпачком через слой жидкости (гидравлический затвор), пары выходят в паровое пространство над тарелкой, входят в паровые стаканы вышележащей тарелки и таким путём поднимаются всё выше и выше; при этом высо-кокипящие компоненты конденсируются на тарелках. Жидкость стекает по переливным стаканам тарелок и через куб выводится из колонны.

Рис. 12. Тарельчатая ректификационная колонна; этот аппарат можно увидеть почти на каждом химическом заводе. 1 — царги, 2 — тарелка, 3 — тарелка питания, 4 — кипятильник.

Рис. 13. Получение синтетического каучука из спирта по методу С. В. Лебедева.

Таким образом, ректификация состоит из двух операций, повторяющихся на каждой тарелке (под каждым колпачком):
а)       превращения части жидкости в пар,
б)       конденсации части паров в жидкость.

Число тарелок в колонне для бутадиена 50 штук.

На каждую вышележащую тарелку попадают более крепкие летучие пары, в которых постепенно повышается процент очищаемого, легколетучего компонента (в нашем случае — бутадиена). На каждой тарелке происходит отдельная перегонка. Поэтому ректификационную колонну можно рассматривать как бы состоящей из ряда маленьких колонн-тарелок, являющихся звеньями дробной перегонки.

Бутадиен-ректификат представляет бесцветную прозрачную жидкость, имеющую удельный вес 0,61—0,65, с тем же почти характерным запахом, что и запах бута-диена-сырца. Содержание бутадиена в ректификате около 90%. Остальное количество (до 100%) — псевдобутилен. Он на процесс полимеризации заметно не влияет.

Из газового цеха жидкий бутадиен-ректификат насосы откачивают на промежуточный склад бутадиена. Из складских цистерн хранения бутадиен подаётся в цех полимеризации, где превращается в каучук.

Так по методу С. В. Лебедева из спирта получают бутадиен. Мы более подробно рассмотрели этот способ потому, что в настоящее время он является у нас наиболее распространённым.

На рисунке 17 можно наглядно видеть, как получают каучук по методу С. В. Лебедева.

В отделении ректификации газового цеха мы и закончим пока нашу экскурсию по заводу синтетического каучука из спирта.

Посмотрим теперь, как на заводах получают бутадиен из другого сырья.