Способ получения изопрена

Способ получения изопрена

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу получения изопрена, который эффективно используется в качестве основного химического исходного материала для различных химических продуктов и полимерных материалов.

Предпосылки создания изобретения

В качестве способа получения изопрена известным является способ, содержащий непрерывную или периодическую подачу изобутилена и/или трет-бутанола (далее "изобутилен и/или трет-бутанол" иногда сокращенно обозначается как "С₄"), формальдегида и воды в реактор, содержащий кислотный водный раствор, и проведение реакции с отгонкой получаемого изопрена вместе с водой и другими низкокипящими компонентами из реакционной системы (например, JP-A-59-70623).

Кроме того, известен способ получения, описанный в JP-A-59-70623, часть смеси С₄, формальдегида, воды и кислотного водного раствора (далее сокращенно указывается как "реакционная смесь") отбирают из реактора, нагревают вместе с, по меньшей мере, частью С₄ и затем вводят смесь снова в реактор (например, JP-A-59-190930). Следует понимать, что термин "вода" включает водный раствор, такой как кислотный водный раствор и т.п., и "реакционная смесь" может содержать продукт реакции и побочные продукты.

Кроме того, известен способ получения изопрена, который отличается тем, что в способе получения, описанном в JP-A-59-70623, количество тепла из воды извлекается частичным конденсированием, главным образом, воды в полученном изопрене, воде, непрореагировавших исходных материалах и других низкокипящих компонентах, которые отгоняются из реакционной системы в виде газа (далее "полученный изопрен, вода, непрореагировавшие исходные материалы и другие низкокипящие компоненты" указываются сокращенно как "реакционный дистилляционный газ"), количество тепла неконденсированного газа используется в качестве источника тепла для выпаривания изобутилена, источника тепла для извлечения непрореагировавшего изобутилена отгонкой из органического слоя, полученного концентрацией и фазовым отделением реакционного дистилляционного газа и т.п. (например, JP-A-60-4138).

Кроме того, известен способ получения изопрена, который отличается тем, что для отделения высококипящих побочных продуктов, накапливаемых в реакционной смеси, остаток или его часть, который получается при выпаривании непрореагировавших исходных материалов и изопрена из органического слоя дистиллята в процессе реакции, добавляют к реакционной смеси или ее части, и органический слой, содержащий высококипящие побочные продукты, отделяют от кислотного водного раствора (например, JP-A-59-116236).

Однако, авторы настоящего изобретения изучили вышеуказанные традиционные способы получения изопрена и отмечают следующие недостатки в этих способах.

Конкретно, при простом осуществлении способов получения, описанных в JP-A-59-70623, JP-A-59-190930 и JP-A-59-116236, концентрация высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси имеет колебания, что, в свою очередь, делает нестабильной концентрацию кислоты в реакционной смеси, вызывает коррозию оборудования и ухудшает показатели реакции получения изопрена.

В частности, было установлено, что когда часть реакционной смеси выводят из реактора и нагревают с, по меньшей мере, частью С₄, тепло недостаточно передается к реакционной смеси при слишком высокой или слишком низкой концентрации высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси. Когда тепло передается недостаточно, реакционная смесь в реакторе постепенно охлаждается, и количество воды, отгоняемой в процессе реакции, имеет тенденцию к снижению. Поэтому для непрерывной реакции необходимо, чтобы количество подаваемого водного раствора формальдегида снижалось с постоянным поддержанием поверхности реакционной смеси на определенном уровне, что, в свою очередь, часто снижает количество получаемого изопрена в единицу времени.

С другой стороны, когда температура реакционной смеси в реакторе постоянно поддерживается на определенном уровне, в данном случае при чрезмерном нагревании реакционной смеси, выводимой из реактора, и, по меньшей мере, части С₄ имеют место некоторые недостатки, а именно более низкая эффективность использования количества тепла, необходимого для получения изопрена, легкая закупорка трубопроводов накопившимися в них высококипящими побочными продуктами и т.п.

В способе, описанном в JP-A-60-4138, количество тепла, которым обладает реакционный дистилляционный газ, может быть эффективно рекуперировано. Однако, его недостаточно в качестве пополнения тепла, необходимого для его получения изопрена, и имеется камера для его улучшения перед промышленным применением.

Поэтому целью настоящего изобретения является преодоление вышеуказанных проблем и создание способа, позволяющего получать изопрен более эффективно, чем традиционные способы.

Описание изобретения

Настоящее изобретение достигает вышеуказанной цели следующими характеристиками.

(1) Способ получения изопрена, который содержит непрерывную или периодическую подачу изобутилена и/или трет-бутанола, формальдегида и воды в кислотный водный раствор и взаимодействие реакционной смеси при отгонке смеси, содержащей получаемый изопрен, воду, непрореагировавшие исходные материалы и другие низкокипящие компоненты, из указанной реакционной смеси за пределы реакционной системы, в котором вышеуказанная реакция проводится при регулировании концентрации высококипящих побочных продуктов, которые получаются и накапливаются в вышеуказанной реакционной смеси, с попаданием в интервал 0,5-40 мас.%.

(2) Способ получения изопрена по п.(1), в котором концентрацию высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси регулируют с попаданием в вышеуказанный интервал, обеспечивая выпуск для отбора реакционной смеси из реактора, содержащего реакционную смесь, отбором части реакционной смеси из выпуска и отделением и удалением, по меньшей мере, части высококипящих побочных продуктов из реакционной смеси, затем введением оставшейся реакционной смеси снова в реактор.

(3) Способ получения изопрена по п.(2), в котором выпуск для отбора реакционной смеси располагается, по меньшей мере, в днище реактора.

(4) Способ получения изопрена по п.(2) или (3), в котором выпуск для отбора реакционной смеси располагают в боковой стенке реактора, и уровень выпуска устанавливают так, что объем реакционной смеси, заполненный до уровня, составляет не менее 1/2 общего объема реакционной смеси в процессе получения изопрена.

(5) Способ получения изопрена по п.п. (1)-(4), в котором смесь, содержащую получаемый изопрен, воду, непрореагировавшие исходные материалы и другие низкокипящие компоненты, отгоняют из реакционной системы как реакционный дистилляционный газ, воду фракционно конденсируют из реакционного дистилляционного газа и полученную воду вводят снова в реактор для регулирования концентрации высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси с целью попадания в вышеуказанный интервал.

(6) Способ получения изопрена по п.п. (1)-(5), в котором концентрацию высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси регулируют с попаданием в вышеуказанный интервал путем установки на реакторе перемешивающего устройства, имеющего перемешивающую лопасть, предназначенную для горизонтального вращения в реакционной смеси, и подачи изобутилена и/или трет-бутанола к перемешивающей лопасти из впуска, образованного выходящим трубопроводом непосредственно ниже перемешивающей лопасти в реакторе.

(7) Способ получения изопрена по п.п. (1)-(6), в котором концентрацию высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси регулируют с попаданием в вышеуказанный интервал путем установки на реакторе перемешивающего устройства, имеющего перемешивающую лопасть, предназначенную для горизонтального вращения в реакционной смеси, в котором часть реакционной смеси отбирается из реактора, нагревается, по меньшей мере, частью изобутилена и/или трет-бутанола в теплообменнике и вводится снова в реактор, и подачей нагретой реакционной смеси к перемешивающей лопасти из впуска, образованного в реакторе.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема устройства для пояснения способа получения настоящего изобретения.

На фиг.2 представлена технологическая схема, показывающая состав оборудования, сконструированного для осуществления способа получения настоящего изобретения в примерах настоящего изобретения. В теплообменниках 2, 3, 5, 6, 7 и 11, показанных здесь, соединения в теплообменнике схематически показаны сплошными линиями и ломаными линиями для пояснения соотношения впуск/выпуск трубопроводов, но они не показывают форму внутренней части трубопровода.

Значения символов, показанных на фиг.1 и 2, описываются следующим образом: А - реакционная смесь, Р1-Р10 - трубопроводы, 1 - реактор, 2, 3, 5, 6, 7, 11 и 12 - теплообменники, 4 - емкость отделения высококипящих побочных продуктов, 8, 9 и 13 - сборник дистиллята, 10, 14 - дистилляционная колонна.

Наилучший вариант осуществления изобретения

В способе получения изопрена настоящего изобретения, как схематически показано на схеме устройства на фиг.1, С₄ непрерывно или периодически подают по трубопроводу Р6, а формальдегид и воду - по трубопроводу Р1 в кислотный водный раствор в реакторе 1, и реакционная смесь А взаимодействует при отгонке из данной реакционной смеси А смеси, содержащей изопрен, воду, непрореагировавшие исходные материалы и другие низкокипящие компоненты, - за пределы реакционной системы по дистилляционному трубопроводу Р2 как реакционный дистилляционный газ. Основная технология данного способа получения является такой же, как технология известного способа получения изопрена, и ссылка может быть сделана на вышеуказанные JP-A-59-70623, JP-A-59-190930, JP-60-4138 и JP-A-59-116236.

Здесь необычными важными характеристиками настоящего изобретения остается то, что вышеуказанное получение изопрена осуществляется при регулировании концентрации высококипящих побочных продуктов в вышеуказанной реакционной смеси А (не показано), которые получаются и накапливаются в указанной реакционной смеси, в интервале от 0,5 до 40 мас.%.

Например, JP-A-59-70623 описывает удаление высококипящих побочных продуктов, которые накапливаются в процессе реакции, и их переработку, но совсем не описано влияние концентрации высококипящих побочных продуктов на результаты реакции. Напротив, в настоящем изобретении установлены новое действие и эффект, которые могут иметь место в случае присутствия заданного количества высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси, и изобретение характеризуется регулированием стадии удаления высококипящих побочных продуктов, так что их концентрация попадает в интервал 0,5-40 мас.%.

Высококипящие побочные продукты, концентрация которых должна регулироваться, обычно равномерно диспергированы в жидкости в реакторе. В зависимости от эффективности перемешивания, однако, они могут быть распределены неравномерно в верхней или нижней части реакционной смеси. Хотя компоненты высококипящих побочных продуктов не могут быть точно определены, могут быть указаны органические соединения, имеющие высокую точку кипения (например, полимеры продукта и побочные продукты в способе получения изопрена настоящего изобретения и т.п.), исходные материалы, примеси, такие как неорганические вещества, получаемые от реактора, и т.п.

При регулировании концентрации высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси в интервале 0,5-40 мас.% они, предпочтительно, действуют, как носители. Таким образом, эффективность нагревания реакционной смеси с использованием теплообменника и т.п. может поддерживаться на предпочтительном уровне, и, кроме того, не имеют место такие нарушения, как закупорка трубопровода, обусловленная высококипящими побочными продуктами, и т.п. В результате изопрен может получаться более эффективно, чем прежде.

Концентрация высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси, более предпочтительно, находится в интервале 1-30 мас.%, и, особенно предпочтительно, в интервале 2-20 мас.% для одновременного достижения улучшенного теплообмена и предупреждения нарушений, таких как закупорка трубопровода и т.п.

Когда концентрация высококипящих побочных продуктов составляет менее 0,5 мас.%, эффективность нагревания реакционной смеси снижается, что, в свою очередь, снижает температуру реакционной смеси в реакторе, снижает отгоняемое количество воды и снижает количество водного раствора формальдегида, подаваемого в реактор для поддержания уровня реакционной смеси в реакторе на определенном уровне, поэтому снижается количество получаемого изопрена в единицу времени. Для предотвращения снижения вышеуказанной температуры реакционной смеси в реакторе реакционная смесь может быть избыточно нагрета в теплообменнике. Однако, этот способ вызывает проблемы, включая пониженную эффективность использования количества тепла, необходимого для получения изопрена, закупорку трубопроводов высококипящими побочными продуктами в результате накапливания высококипящих побочных продуктов в трубопроводах и восприимчивость к коррозии кислотой благодаря температуре вблизи поверхности теплообменника, которая становится слишком высокой.

С другой стороны, концентрация высококипящих побочных продуктов, которая превышает 40 мас.%, вызывает проблемы, включая быструю закупорку трубопроводов, соединяющих теплообменник и реактор, внутренние трубопроводы самого теплообменника и т.п., таким образом, вызывая нарушения в работе, низкую эффективность нагревания (эффективность подаваемого тепла) реакционной смеси в теплообменнике и легкую концентрацию циркулирующей реакционной смеси с корродированием оборудования высококонцентрированной кислотой и т.п.

Хотя способ регулирования концентрации высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси с попаданием в вышеуказанный интервал специально не ограничивается, например, вид регулирования с обратной связью, содержащий отбор части реакционной смеси (далее отобранная таким образом реакционная смесь иногда называется "отобранной реакционной смесью"), удаление, по меньшей мере, части высококипящих побочных продуктов из отобранной реакционной смеси подходящим способом обработки, показанным ниже, и возвращение отобранной реакционной смеси после удаляющей обработки (далее иногда называемой "реакционной смесью после удаляющей обработки") в реактор представляют собой подходящий способ регулирования. В примере на фиг.1 реакционную смесь отбирают из трубопроводов Р3 и/или Р4, высококипящие побочные продукты отделяют и удаляют в емкости отделения высококипящих побочных продуктов 4, и реакционная смесь после удаляющей обработки возвращается по трубопроводу Р5 в реактор.

Хотя способ отделения и удаления высококипящих побочных продуктов из реакционной смеси в емкости отделения высококипящих побочных продуктов 4 специально не ограничивается, предпочтительно, может использоваться, например, способ экстракции, использующий органический растворитель.

Отбор части реакционной смеси в реакторе может осуществляться непрерывно или периодически. Кроме того, количество отобранной реакционной смеси может быть определено, принимая во внимание накопленное количество высококипящих побочных продуктов в реакторе и т.п. В качестве способа отбора реакционной смеси может быть указан, например, способ, содержащий регулирование концентрации высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси с попаданием в интервал 0,5-40 мас.% при непрерывном отборе реакционной смеси со скоростью 2 л/ч в реакторе, имеющем внутренний объем 120 л, и т.п.

Способ определения концентрации высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси специально не ограничивается. Поскольку высококипящие побочные продукты затвердевают, когда часть реакционной смеси отбирается и охлаждается, может быть указан, например, способ, содержащий отделение затвердевших высококипящих побочных продуктов, измерение их массы и расчет концентрации высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси и т.п.

Формальдегид, используемый в настоящем изобретении, подают в виде водного раствора в реактор. С точки зрения снижения количества тепла, передаваемого к сопутствующей воде, или количества тепла, необходимого для получения изопрена, оптимальная концентрация водного раствора формальдегида является максимально высокой. Концентрация водного раствора формальдегида обычно находится, предпочтительно, в интервале 20-70 мас.%, более предпочтительно, в интервале 25-60 мас.%. Когда концентрация водного раствора формальдегида является слишком высокой, имеет место проблема осаждения параформальдегида.

Используемый в настоящем изобретении С₄ может включать 3-метилбутан-1,3-диол, 3-метил-2-бутен-1-ол, 3-метил-3-бутен-1-ол, 3-метил-1-бутен-3-ол, метилизопропилкетон, 2-метилбутаналь, метил-трет-бутилформаль, 4,4-диметил-1,3-диоксан, 4-метил-5,6-дигидро-2Н-пиран и т.п. Кроме того, он может включать простой метил-трет-бутиловый эфир и т.п., который разлагается в реакционных условиях на изобутилен и трет-бутанол.

Кислотным водным раствором, используемым в настоящем изобретении, является водный раствор кислотных веществ, таких как неорганическая кислота, органическая кислота, их соль и т.п. В качестве кислотного вещества предпочтительными являются кислотные вещества, нелетучие или низколетучие в условиях реакции. Могут быть указаны, например, неорганические кислоты (фосфорная кислота, серная кислота, борная кислота и т.п.), гетерополикислоты (кремневольфрамовая кислота, фосфовольфрамовая кислота и т.п.), органические кислоты (пара-толуолсульфокислота, бензолсульфокислота, трифторметансульфокислота, щавелевая кислота и т.п.), кислотные соли (кислый сульфат натрия и т.п.) и т.п.

Хотя рН кислотного водного раствора может варьироваться в зависимости от вида кислотного вещества, температуры реакции, скорости подачи С₄, скорости подачи формальдегида и т.п., он обычно находится, предпочтительно, в интервале рН 0,5-2,5, более предпочтительно, в интервале рН 1-2.

В способе получения изопрена настоящего изобретения реакция может проводиться при одновременной подаче, кроме реакционной смеси, низкокипящих соединений, инертных в реакционных условиях, или инертного газа в реактор, при необходимости. В качестве низкокипящих соединений предпочтительными являются углеводороды, особенно, углеводороды, имеющие 1-10 углеродных атомов, такие как н-пропан, н-бутан, н-гексан, циклогексан и т.п. В качестве инертного газа предпочтительным является азот и т.п.

Мольное соотношение С₄ и формальдегида, подаваемого в реактор (далее обозначаемое как "С₄/формальдегид"), составляет, предпочтительно, не менее 3, более предпочтительно, не менее 5. Хотя мольное соотношение не имеет верхнего предела в строгом смысле, чрезмерно большое мольное соотношение немного улучшает выход изопрена. Напротив, это является экономическим недостатком, потому что увеличивается требуемое количество тепла для получения изопрена. Обычно соотношение С₄/формальдегид составляет, предпочтительно, не более 20, более предпочтительно, не более 12. Когда соотношение С₄/формальдегид составляет менее 3, выход изопрена имеет тенденцию к снижению.

Как ясно из вышеуказанного мольного соотношения С₄ и формальдегида, в настоящем изобретении С₄ используется в избытке по отношению к формальдегиду. В способе получения настоящего изобретения поэтому избыточное количество С₄, подаваемого в реактор, отгоняется в непрореагировавшем состоянии как реакционный дистилляционный газ вместе с полученным изопреном, низкокипящими компонентами и водой за пределы реакционной системы. Непрореагировавший С₄, отогнанный из реакционной системы, может быть выделен/извлечен из других отогнанных компонентов и повторно использован в способе получения настоящего изобретения.

Непрореагировавший С₄, отогнанный из реакционной системы, имеет состав, близкий к равновесному составу изобутилена и трет-бутанола в реакционных условиях. Даже когда только один из изобутилена и трет-бутанола подается в реактор в качестве исходного материала в способе получения настоящего изобретения, если непрореагировавший исходный материал отделяется/извлекается и повторно используется для снижения базовой величины исходного материала, это сравнимо с использованием смеси изобутилена и трет-бутанола в качестве исходного материала.

Как указано выше, в настоящем изобретении используется способ, содержащий непрерывную или периодическую подачу С₄, формальдегида и воды в кислотный водный раствор, и проведение реакции при отгонке смеси, содержащей получаемый изопрен, воду, непрореагировавший исходный материал и другие низкокипящие компоненты, из указанной реакционной смеси как реакционный дистилляционный газ за пределы реакционной системы.

Для получения изопрена с высоким выходом, предпочтительно, чтобы давление в реакторе (когда низкокипящие соединения, инертные в реакционных условиях, подаются вместе с исходными материалами, давление после вычитания парциального давления) находилось в интервале в 1,1-2,5 раза, более предпочтительно, в 1,1-2 раза выше давления пара-водно-кислотного раствора при температуре реакции.

Давление пара-водно-кислотного раствора при температуре реакции (далее сокращено как Pw) представляет собой физическую постоянную, однозначно определенную на основе вида и концентрации кислотного вещества, содержащегося в реакционной смеси. Когда давление в реакторе превышает Pw в 2,5 раза, выход изопрена имеет тенденцию к заметному снижению. С другой стороны, когда давление в реакторе превышает Pw менее, чем в 1,1 раза, выход изопрена не имеет заметного снижения, но степень превращения формальдегида снижается, и снижается отношение воды к изопрену в реакционном дистилляционном газе. Это влечет за собой увеличение количества тепла, расходуемого в реакции, а именно количества тепла, необходимого для получения изопрена, что является экономически невыгодным.

Предпочтительная температура реакции в настоящем изобретении определяется, принимая во внимание концентрацию кислоты в реакционной смеси, и обычно находится, предпочтительно, в интервале 150-220°С. Когда температура реакции является ниже 150°С, выход изопрена имеет тенденцию к снижению, даже когда концентрация кислотного водного раствора увеличивается для поддержания скорости реакции на постоянном уровне. С другой стороны, даже когда температура реакции превышает 220°С, селективность изопрена заметно не снижается; однако, степень превращения формальдегида в условиях, обеспечивающих оптимальную селективность, снижается. Напротив, когда выбираются такие реакционные условия, которые могут увеличить степень превращения формальдегида, целевые реакции от изопрена приводят к увеличению побочных продуктов, что, в свою очередь, неблагоприятно снижает селективность получения изопрена.

Предпочтительная скорость подачи источника формальдегида (водного раствора формальдегида) в реактор определяется, принимая во внимание концентрацию кислоты в реакционной смеси, температуру реакции и давление реакции.

Для увеличения скорости подачи источника формальдегида концентрация кислоты в реакционной смеси должна увеличиваться или температура реакции должна увеличиваться. В данном случае имеет место проблема коррозии реактора. Хотя скорость подачи источника формальдегида не имеет нижний предел, слишком низкая скорость подачи вызывает снижение объемной эффективности. Таким образом, скорость подачи источника формальдегида, превращенного в формальдегид, обычно находится, предпочтительно, в интервале 0,2-3 моль/ч, более предпочтительно, в интервале 0,5-2 моль/ч на 1 кг реакционной смеси.

Количество воды, подаваемой в реактор, обычно регулируют так, что количество реакционной смеси в реакторе поддерживается на постоянном уровне. Поэтому указанное количество определяется количеством воды, отогнанной из реактора, и количеством воды, увеличенным или сниженным реакцией.

Как указано выше, поскольку из компонентов, составляющих реакционный дистилляционный газ, вода имеет высокую точку кипения, когда давление в реакторе является высоким, отношение воды к общему количеству всех компонентов, кроме воды, в реакционном дистилляционном газе снижается, а когда давление является низким, соотношение воды увеличивается. Поэтому можно сказать, что соотношение молей воды, отогнанной из реактора, и молей отогнанных исходных материалов и продуктов определяется давлением в реакторе. Кроме того, поскольку моли отогнанных исходных материалов и продуктов являются почти идентичными молям подаваемого С₄, отношение отогнанной воды к подаваемому С₄ может также определяться давлением в реакторе. Поэтому количество подаваемой воды может определяться, принимая во внимание давление в реакторе, количество подаваемого С₄ и увеличение или снижение воды благодаря реакции.

Как указано выше, высококипящие побочные продукты образуются и накапливаются в реакционной смеси, когда реакция осуществляется в течение длительного времени. Такие высококипящие побочные продукты показывают фазовое разделение и диспергируются в реакционной смеси, часть реакционной смеси в реакторе непрерывно или периодически отбирается и направляется в емкость отделения высококипящих побочных продуктов (например, аппарат для декантации, экстракционную колонну и т.п.) для удаления, по меньшей мере, части высококипящих побочных продуктов, поэтому их концентрация регулируется.

Однако, поскольку относительная плотность указанных высококипящих побочных продуктов только слегка отличается от относительной плотности реакционной смеси, и побочный продукт, имеющий высокую относительную плотность по сравнению с реакционной смесью, и побочный продукт, имеющий низкую относительную плотность по сравнению с реакционной смесью, присутствуют в смеси, разделение операцией разделения, использующей различие относительной плотности, такой как декантация и т.п., является трудным. Поскольку высококипящие побочные продукты затвердевают при комнатной температуре, может использоваться способ, содержащий снижение температуры реакционной смеси, обеспечивающее затвердевание высококипящих побочных продуктов, и затем удаление побочного продукта сепарацией. В данном случае необходимо снова подавать тепло к реакционной смеси. С этих точек зрения удаление экстракцией с использованием экстракционного растворителя является предпочтительным с облегчением отделения высококипящих побочных продуктов от реакционной смеси.

В качестве таких экстракционных растворителей предпочтительным является углеводород, имеющий более низкую точку кипения, чем точка кипения воды, имеющий более низкую растворимость в воде и являющийся жидкостью при нормальном давлении, такой как н-гексан, циклогексан и т.п.

В качестве экстракционных растворителей может использоваться соединение - дистилляционный остаток после отгонки непрореагировавших исходных материалов и изопрена из органического вещества, содержащегося в реакционном дистилляционном газе, отогнанном из реактора за пределы реакционной системы, или подмножество компонентов в нем. В качестве соединения, содержащегося в дистилляционном остатке, могут быть указаны 4-метил-5,6-дигидро-2Н-пиран, метилизопропилкетон, 2-метилбутаналь, 2,6-диметил-2,5-гептадиен, 2,6-диметил-1,5-гептадиен, 3-метил-3-бутен-2-ол и т.п. Кроме них, может быть указано соединение, имеющее 4-15 углеродных атомов и различные функциональные группы.

Когда осуществляется способ настоящего изобретения, на самом реакторе может быть установлено нагревательное устройство для обеспечения количества тепла, необходимого для получения изопрена, и количества тепла, необходимого для отгонки изопрена, воды, непрореагировавших исходных материалов и других низкокипящих компонентов. Предпочтительным является вариант установки подходящего вспомогательного нагревательного устройства. Как показано на фиг.1, может быть указан, например, вариант нагрева реакционной смеси конструкцией, в которой теплообменник 3 устанавливается как вспомогательное нагревательное устройство снаружи реактора, и реакционная смесь циркулирует между реактором 1 и теплообменником 3 по трубопроводам Р7 и Р9, и т.п.

В данном варианте, когда реакционная смесь нагревается при ее прямой циркуляции в наружном теплообменнике, точка кипения реакционной смеси в теплообменнике является высокой по сравнению с реакционной смесью в реакторе, потому что количество изобутилена, растворенного в реакционной смеси, в теплообменнике является небольшим, что, в свою очередь, приводит к удивительно повышенной температуре реакционной смеси в теплообменнике. Такое повышение температуры реакционной смеси увеличивает побочные реакции, что тогда снижает выход изопрена. Для предотвращения этого, как показано на фиг.1, предпочтительным является вариант, в котором, по меньшей мере, часть С₄ вводится по трубопроводу Р8 в реакционную смесь, отобранную по трубопроводу Р7 для циркуляции, они нагреваются вместе в теплообменнике 3 и вводятся в реактор 1 по трубопроводу Р9.

Однако, трет-бутанол имеет заметно малый эффект предотвращения повышения температуры реакционной смеси из-за нагревания по сравнению с изобутиленом. Кроме того, изобутилен является предпочтительным, поскольку трет-бутанол превращается в изобутилен при контакте с кислотным водным раствором в теплообменнике и затем сначала дает ухудшающий эффект, когда С₄, вводимый в реакционную смесь, отбирается для нагревания циркуляцией.

В настоящем изобретении количество тепла, которым обладает реакционный дистилляционный газ, может быть извлечено и эффективно использовано для получения изопрена.

В качестве варианта извлечения количества тепла может быть показан, например, вариант, где количество тепла, которым обладает вода, извлекается фракционной конденсацией, главным образом, воды в реакционном дистилляционном газе (например, на фиг.2 вода фракционно конденсируется в теплообменнике 5).

В качестве использования извлеченного количества тепла может быть указано использование количества тепла неконденсированного реакционного дистилляционного газа в качестве источника тепла для выпаривания изобутилена (например, источник тепла в теплообменниках 6 и 7 на фиг.2), использование в качестве источника тепла для извлечения непрореагировавшего изобутилена в органическом слое, полученном при конденсации и фазовом разделении реакционного дистилляционного газа при дистилляции (например, источник тепла в теплообменнике 11 на фиг.2) и т.п., использование в качестве источника тепла для парообразования при теплообмене реакционного дистилляционного газа с водой, использование реакционного дистилляционного газа в качестве источника тепла ребойлера дистилляционной колонны, используемой для извлечения изобутилена, извлечения трет-бутанола или извлечения или очистки изопрена при прямом введении газа в ребойлер и т.п. На фиг.2 пар, полученный теплообменником 5, может быть использован в качестве пара для нагревания в теплообменнике 11 и т.п.

Для регулирования концентрации высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси с попаданием в интервал 0,5-40 мас.% настоящее изобретение содержит стадию непрерывного или периодического введения части реакционной смеси в аппарат для декантации, экстракционную колонну и т.п. и удаления, по меньшей мере, части высококипящих побочных продуктов из реакционной смеси, как указано выше.

Поскольку способ удаления высококипящих побочных продуктов является важным в настоящем изобретении, авторы провели дополнительное исследование изобретения. В результате установлено, что некоторые из накопленных побочных продуктов, имеющие высокую точку кипения, имеют высокую относительную плотность по сравнению с реакционной смесью, а другие имеют низкую относительную плотность по сравнению с реакционной смесью, как указано выше, и в реакторе высококипящие побочные продукты, которые имеют высокую относительную плотность по сравнению с реакционной смесью, имеют тенденцию находиться в нижней части реакционной смеси, а именно на дне реактора, а высококипящие побочные продукты, которые имеют низкую относительную плотность, имеют тенденцию находиться в верхней части реакционной смеси.

В предпочтительном варианте настоящего изобретения поэтому выпуск для отбора реакционной смеси расположен, по меньшей мере, в днище реактора для удаления высококипящих побочных продуктов из реакционной смеси. На фиг.1, например, трубопровод Р3 для отбора реакционной смеси предусмотрен в центре днища реактора. При использовании данного трубопровода Р3 высококипящие побочные продукты, которые имеют высокую относительную плотность по сравнению с реакционной смесью, могут быть легко удалены из реактора, когда часть реакционной смеси непрерывно или периодически отбирается. Хотя выпуск, предпочтительно, располагается в центре днища реактора, он не ограничен данной позицией, и один или более выпусков могут быть образованы в положении (положениях), достаточно низком для отбора высококипящих побочных продуктов, которые имеют высокую относительную плотность по сравнению с реакционной смесью.

Аналогично в предпочтительном варианте настоящего изобретения для облегчения отбора высококипящих побочных продуктов, которые имеют низкую относительную плотность по сравнению с реакционной смесью, выпуск для отбора реакционной смеси образуется на боковой стенке реактора (боковой стенке корпуса реактора). В данном случае уровень выпуска устанавливают так, что объем реакционной смеси, заполненный до уровня, составляет не менее 1/2, более предпочтительно, не менее 2/3 общего объема реакционной смеси, который должен содержаться во время начала получения (далее сокращенно обозначено как высота h). При расположении выпуска для отбора реакционной смеси на указанной высоте h высококипящие побочные продукты, которые имеют низкую относительную плотность по сравнению с реакционной смесью, могут быть легко удалены, когда часть реакционной смеси непрерывно или периодически экстрагируется.

При образовании выпусков для отбора реакционной смеси как на днище, так и на боковой стенке реактора высококипящие побочные продукты могут быть эффективно удалены из реакционной смеси в реакторе несмотря на относительную плотность, и концентрация высококипящих побочных продуктов может более легко регулироваться с попаданием в интервал 0,5-40 мас.%.

Когда даже единственный выпуск для отбора реакционной смеси не образован в днище реактора, высококипящие побочные продукты, которые имеют высокую относительную плотность по сравнению с реакционной смесью, накапливаются на дне реактора в ходе реакции в течение длительного времени, и становится трудным регулирование концентрации высококипящих побочных продуктов в реакционной смеси с попаданием в интервал 0,5-40 мас.%. Тогда имеют место проблемы ухудшенной эффективности нагревания реакционной смеси и закупорки трубопроводов, а также неспособности поддерживать устойчивое состояние реакции из-за колебаний концентрации кислоты и соотношения состава исходных материалов в реакционной смеси и т.п.

Кроме того, когда выпуск для отбора реакционной смеси не образован на боковой стенке реактора, высококипящие побочные продукты, которые имеют низкую относительную плотность по сравнению с реакционной смесью, накапливаются в верхней части реакционной смеси в ходе реакции в течение длительного времени и становится трудным регулирование концентрации высококипящих побочных продуктов с попаданием в интервал 0,5-40 мас.%. Тогда ограничивается дистилляция полученного изопрена, воды, непрореагировавших исходных материалов и других низкокипящих компонентов в качестве реакционного дистилляционного газа из реакционной смеси за пределы реактора и имеет место проблема неспособности поддерживать устойчивое состояние реакц