Способ ингибирования полимеризации стирола - RU2075468C1

Описание

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к предотвращению самопроизвольной полимеризации стирола в процессе его получения.

В процессе выделения стирола из продуктов дегидрирования этилбензола на стадии ректификации имеет место самопроизвольная полимеризация мономера под действием высоких температур. Это приводит к забивке оборудования полимером, что снижает теплопередачу, производительность оборудования, а иногда вызывает внеплановую остановку производства. Для предотвращения нежелательной полимеризации стирола используются ингибиторы.

Известны способы ингибирования полимеризации стирола при повышенных температурах смесью n-хинондиоксима с гидрохиноном (а.с. СССР N441263, 1972). Однако они обладают низкой растворимостью в ароматических углеводородах, что приводит к забивке транспортных трубопроводов, тарелок и кипятильников колонн. Применение суспензий n-хинондиоксима требует специального энергоемкого оборудования. Кроме того, n-хинондиоксим горюч, а его пылевоздушные смеси взрывоопасны.

Наиболее близким объектом по технической сущности и эффекту является способ ингибирования полимеризации стирола смесью 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N, N-диметилбензиламина и алифатических карбоновых кислот (а.с. СССР N819078, 1978] Смесь 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N, N-диметилбензиламина с карбоновыми кислотами (а.с. СССР N819078, 1978) является эффективным ингибитором полимеризации стирола при температурах до 120^oC, ее компоненты обладают хорошей растворимостью в ароматических углеводородах, нетоксичны, пожаро- и взрывобезопасны, инертны по отношению к мономеру.

Однако дозировки ингибитора достаточно велики (0,5 0,22 мас%). В то же время установлено, что значительная часть ингибитора не расходуется за время пребывания в колонне, что приводит к непроизводительным потерям его.

Таким образом, существует необходимость повышения эффективности ингибитора.

Целью изобретения является увеличение эффективности и уменьшение расхода ингибитора.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом ингибирования полимеризации стирола путем введения раствора смеси 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N, N-диметилбензиламина и карбоновой кислоты или ангидрида карбоновой кислоты с одновременной подачей воздуха (кислорода) в весовом соотношении 1:1 0,05: 0,05 15.

В качестве карбоновой кислоты можно использовать, например, адипиновую, малеиновую, пальмитиновую, стеариновую, уксусную, фталевую, синтетические жирные кислоты, а в качестве ангидрида малеиновый, уксусный, фталевый.

Соотношение компонентов ингибирующей композиции 3, 5-ди-трет-бутил-4-окси-N, N-диметилбензиламин:кислота (ангидрид кислоты) составляет 1:1 0,05 (по прототипу). Соотношение 1:1 0,2 является оптимальным, оно обеспечивает достаточную активность ингибитора в широком диапазоне его концентраций.

В качестве органического растворителя можно использовать, например, бензол, толуол, ксилол, этилбензол, стирол, ацетофенон, метилфенилкарбинол. Выбор температурного режима на стадии приготовления ингибитора зависит от его концентрации: более концентрированные растворы требуют повышенной температуры. Так, 10% -ный раствор ингибитора в этилбензоле можно приготовить при 20^oC, а для приготовления 25 30%-ного необходим нагрев до 50 60^oC.

Кислород (воздух) подается в колонну выделения бензол-толуольной фракции и/или в колонну выделения этилбензола из расчета 0,05 15 массовых единиц на единицу 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N,N-диметилбензиламина.

Способ подачи воздуха не играет существенной роли и может осуществляться за счет более низкого давления в системе ректификации, а также поступать в растворенном в углеводородах виде. При этом существенно уменьшается расход ингибитора при снижении содержания полимера в кубах колонн.

Минимальный расход воздуха составляет 0,05 весовых на одну часть 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N, N-диметилбензиламина. Максимальный расход 15 весовых частей воздуха на одну часть 3,5 -ди-трет-бутил-4-окси-N,N-диметилбензиламина ограничен требованиями к качеству мономера: избыток кислорода может повысить содержание карбонильных и перекисных соединений в стироле, а также технологическими причинами в условиях вакуумной ректификации подача газообразного вещества приводит к повышению остаточного давления и, следовательно, температуры.

Метод испытания эффективности ингибирования основан на определении количества полимера, образующегося в стироле при прогреве в присутствии ингибитора.

Для лучшего понимания предполагаемого изобретения приводятся следующие конкретные примеры.

Пример 1 (по прототипу).

В трехгорлую колбу, снабженную дефлегматором, термометром и капилляром для подачи азота, загружают 750 мл стирола с содержанием основного вещества 99,8 мас. и 2,04 г раствора, содержащего 0,204 г 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N, N-диметил-бензиламина и 0,102 г стеариновой кислоты в этилбензоле. Содержимое колбы нагревают в токе азота при температуре 101+ 2^oC и остаточном давлении 200 мм рт. ст. в течение 3 часов. Затем давление в колбе повышают до атмосферного и отбирают пробу для анализа на содержание полимера в стироле гравиметрическим методом. Содержание полимера составляет 1,55 мас.

Пример 2.

В трехгорлую колбу, снабженную дефлегматором, термометром и капилляром для подачи воздуха, загружают 750 мл стирола с содержанием основного вещества 99,8 мас. и 2,04 г раствора, содержащего 0,204 г 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N,N-диметилбензиламина и 0,102 г стеариновой кислоты в этилбензоле. Содержание колбы нагревают в токе воздуха, который подается со скоростью 40 мл/час, при температуре 101 + 2^oC и остаточном давлении 200 мм рт. ст. в течение 3 часов.

При этом весовое соотношение компонентов ингибитора и воздуха составляет 1:0:5:0:75. Затем давление в колбе повышают до атмосферного и отбирают пробу для анализа на содержание полимера в стироле гравиметрическим методом. Содержание полимера составляет 0,11 мас.

Пример 3.

В условиях примера 2 используют уксусную кислоту и подают воздух со скоростью 260 мл/час. При этом соотношение компонентов ингибитора и воздуха составляет 1: 0,5:4,9. Через 3 часа прогрева содержание полимера составляет 0,058 мас.

Пример 4.

В трехгорлую колбу, снабженную дефлегматором, термометром и капилляром для подачи воздуха, загружают 750 мл стирола с содержанием основного вещества 99,8 мас. и 2,04 г раствора, содержащего 0,204 г 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N,N-диметилбензиламина и 0,204 г пальмитиновой кислоты в этилбензоле. Содержимое колбы нагревают в токе воздуха, который подается со скоростью 420 мл/час, при температуре 101 + 2^oC и остаточном давлении 200 мм рт. ст. в течение 3 часов. При этом весовое соотношение компонентов ингибитора и воздуха составляет 1: 1: 8. Затем давление в колбе повышают до атмосферного и отбирают пробу для анализа на содержание полимера в стироле нефелометрическим методом. Полимер отсутствует.

Пример 5.

В трехгорлую колбу, снабженную дефлегматором, термометром и капилляром для подачи воздуха, загружают 750 мл стирола с содержанием основного вещества 99,7 мас. и 2,04 г раствора, содержащего 0,204 г 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N,N-диметилбензиламина и 0,204 г уксусного ангидрида в стироле. Содержимое колбы нагревают в токе воздуха, который подается со скоростью 800 мл/час, при температуре 101+ 2^oC и остаточном давлении 200 мм рт. ст. в течение 3 часов. При этом весовое соотношение компонентов ингибитора и воздуха составляет 1: 1: 15. Затем давление в колбе повышают до атмосферного и отбирают пробу для анализа на содержание полимера в стироле нефелометрическим методом. Полимер отсутствует.

Пример 6.

В условиях примера 2 подают воздух со скоростью 1,55 л/час. При этом весовое соотношение компонентов ингибитора и воздуха составляет 1:0,5:30. Затем давление в колбе повышают до атмосферного и отбирают пробу для анализа на содержание полимера в стироле нефелометрическим методом. Через 3 часа прогрева полимер в стироле отсутствует.

Пример 7.

В условиях примера 2 подают воздух со скоростью 2,6 мл/час. При этом весовое соотношение компонентов ингибитора и воздуха составляет 1:0,5:0,05. Затем давление в колбе повышают до атмосферного и отбирают пробу для анализа на содержание полимера в стироле гравиметрическим методом. Через 3 часа прогрева в стироле содержится 1,45 мас. полимера.

Пример 8.

В трехгорлую колбу, снабженную дефлегматором, термометром и капилляром для подачи воздуха, загружают 3750 мл стирола с содержанием основного вещества 99,8 мас. и 3,4 г ксилольного раствора ингибитора, содержащего 0,34 г 3,5-дитрет-бутил-4-окси-N, N-диметилбензиламина и 0,374 г стеариновой кислоты. Воздух подают со скоростью 4 мл/час. При этом весовое соотношение компонентов ингибитора и воздуха составляет 1:1,1:0, 044. Содержимое колбы нагревают при температуре 101+2^oC и остаточном давлении 200 мм рт. ст. в течение 3 часов. Затем давление в колбе повышают до атмосферного и отбирают пробу для анализа на содержание полимера в стироле гравиметрическим методом. Через 3 часа прогрева содержание полимера составляет 2,63 мас.

Пример 9.

В трехгорлую колбу, снабженную дефлегматором, термометром и капилляром для подачи воздуха, загружают 750 мл стирола с содержанием основного вещества 99,8 мас. и 0,34 г 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N,N-диметилбензиламина и 0,017 г синтетических жирных кислот. Кислород подают со скоростью 26 мл/час. При этом весовое соотношение компонентов ингибитора и воздуха составляет 1: 0,05: 0,3. Содержимое колбы нагревают при температуре 101 + 2^oC и остаточном давлении 200 мм рт. ст. в течение 3 часов. Затем давление в колбе повышают до атмосферного и отбирают пробу для анализа на содержание полимера в стироле нефелометрическим методом. Через 3 часа прогрева содержание полимера составляет 0,1 мас.

Таким образом, подача воздуха (кислорода) позволяет существенно повысить эффективность ингибирующей композиции 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N, N-диметилбензиламин карбоновая кислота (ангидрид карбоновой кислоты).

Реферат

Использование: при самопроизвольной полимеризации стирола в процессе его получения. Ингибирование полимеризации стирола проводят смесью 3, 5-ди-трет-бутил-4-окси-N,N-диметилбензиламина и карбоновых кислот или их ангидридов в присутствии воздуха или кислорода. Весовое соотношение 3,5-ди-трет-бутил-4-окси-N,N-диметилбензиламина, карбоновой кислоты /ангидрида карбоновой кислоты/ и воздуха /кислорода/ составляет 1:1 - 0,05:0,05 - 15 соответственно.

Формула