Спосіб алкілування бензолу етиленом

Власники патенту UA 2261853:

Використання: нафтопереробка та нафтохімія. Сутність: реакції алкілування та трансалкілування проводяться в одну стадію шляхом завантаження в один реактор суміші двох різних каталізаторів: каталізатора алкілування EBEMAX-1 та каталізатора трансалкілування EBEMAX-2. Масове співвідношення каталізаторів (20-1):1 відповідно. Процес проводять за 380-450°С. Технологічний результат: підвищення виходу етилбензолу та селективності процесу алкілування при одночасному зниженні енерговитрат та експлуатаційних витрат процесу алкілування бензолу етиленом. 1 табл.

Винахід відноситься до одержання етилбензолу шляхом каталітичного алкілування бензолу етиленом.

Відомий спосіб отримання етилбензолу шляхом взаємодії бензолу з етиленом при температурі 100-250°З мольному відношенні бензол : етилен (3÷10):1 у присутності кислотного цеолитсодержащего каталізатора (Патент США №4849570, кл. 07 С 02/68).

Найбільш близьким за технічною сутністю і досяганим результатом до запропонованого винаходу є спосіб алкілування бензолу етиленом і трансалкілування діетилбензолів (Технологічний регламент виробництва етилбензолу цеху №46 ВАТ «Салаватнафтооргсинтез» - прототип).

Згідно з прототипом алкілування бензолу етиленом і трансалкілювання діетилбензолів здійснюють за наступними реакціями.

Основною реакцією алкілування бензолу етиленом, що протікає в реакторі алкілування на цеолітному каталізаторі є реакція між бензолом і етиленом з утворенням етилбензолу

Крім основної реакції в реакторі алкілування протікають побічні реакції як за участю основної сировини, так і за участю домішок, що містяться в сировині. Етилбензол алкілюється з утвореннямдіетилбензолів та триетилбензолів

Внаслідок деструкції алкільних груп при алкілюванні утворюються ксилоли

Необхідний для цього водень утворюється за рахунок реакції дегідроконденсації ароматичних сполук, в результаті яких утворюються смолоподібні речовини, збіднені воднем (реакції коксоутворення).

Основними продуктами конверсії толуолу – домішки у свіжому бензолі – є ксилол та бензол.

У реакторі трансалкілування в результаті реакції переалкілування (міжмолекулярної міграції алкільних груп між бензолом та діетилбензолом) утворюється етилбензол

Опис технологічної схеми

Алкілювання бензолу етиленом

Бензольна шихта-1, масова частка бензолу в якій не менше 98,0%, нагрівається від 155-160°С до 233-242°З рахунок тепла алкілату-1. Потім шихта-1 двома потоками надходить на випаровування та перегрів. Основний потік шихти-1 з температурою парів 380-425°С прямує до першої секції реактора алкілування.

Реактор алкілування складається із шести секцій, у кожній з яких знаходиться шар каталізатора.

Другий потік - холодна шихта-1 з температурою парів 260-280°С направляється в секції реактора алкілування для охолодження внутрішніх технологічних потоків.

У трубопровід основного потоку шихти-1 на вході в реактор алкілування і холодний потік в кожну секцію подається етилен. У реакторі у присутності цеолітвмісного каталізатора ЕВЕМАХ-1, наступного хімічного складу: SiO2 69,0; Al2O3 30,97; N2O 0,03 мас.% відповідно протікає реакція алкілування бензолу етиленом при температурі 380-425°З тиску 17-24 атм.

Процес алкілування екзотермічний. Зниження температури потоку на вході до кожної наступної секції реактора здійснюється"холодним" потоком шихти-1.

Температура в кожній секції реактора, тиск на вході в реактор, на виході з нього і перепад тиску реактора контролюється.

Процес трансалкілування діетилбензолів в етилбензол

Процес трансалкілування здійснюється в реакторі. Діетилбензоли в суміші зі зворотним бензолом - шихта-2 нагріваються від 80-90°З до 240-250°З рахунок тепла алкилата-2. Потім шихта-2 надходить на випаровування та перегрів у піч. З печі пари шихти-2 з температурою 420-460°С надходять у реактор трансалкілування.

У реакторі у присутності цеолітвмісного каталізатора трансалкілування ЕВЕМАХ-2, наступного хімічного складу: SiO2 72,0; Al2O3 27,94; N2O 0,06 мас.% відповідно протікає реакція трансалкілування-переалкілування діетилбензолів в етилбензол при температурі 420-460°З тиском 17-24 атм.

Реактор трансалкілування складається з 3-х секцій, у яких знаходяться шари каталізатора. Температура в кожній секції реактора, а також тиск на вході в реактор, на виході їх і перепад тиску по реактору контролюються.

Як показало обстеження роботи цеху №46 виробництва етилбензолу за описаною вище технологією у ВАТ «Салаватнафтооргсинтез», вихід етилбензолу в процесі трансалкілування діетилбензолів в етилбензол дуже низький. Одночасно селективність процесу алкілування бензолу етиленом недостатня.

Метою пропонованого винаходу є підвищення виходу етилбензолу та селективності суміщеного процесу алкілування-трансалкілування при одночасному зниженні енерговитрат та експлуатаційних витрат.

Поставлена мета досягається за рахунок одночасного проведення процесів алкілування та трансалкілування шляхом завантаження в один і той же реактор алкілування бензолуетиленом суміші каталізаторів двох різних типів, а саме каталізаторів алкілування та трансалкілування. При цьому масове співвідношення каталізаторів у суміші (20÷1):1 відповідно. Процес здійснюється за нормальної температури 380-450°С.

Порівняльний аналіз заявляється способу з прототипом дозволяє зробити висновок про те, що заявляється спосіб відрізняється від відомого використанням одночасно, в одному реакторі - алкілатор суміші різних цеолітвмісних каталізаторів (алкілування ЕВЕМАХ-1 і трансалкілування ЕВЕМАХ-2). Масове співвідношення каталізаторів у суміші (20÷1):1 відповідно. Температура процесу алкілювання 380-450°С.

Зазначений прийом дозволяє укласти, що технічне рішення, що заявляється, відповідає критерію «новизна».

Аналіз відомих способів алкілування бензолу етиленом та трансалкілування діетилбензолів в етилбензол показав, що використання каталізаторів алкілування та трансалкілування для отримання етилбензолу відомо. Відомий факт проведення реакцій при температурах 380-425°С. Однак тільки факт завантаження в один реактор суміші каталізаторів алкілування та трансалкілування при масовому співвідношенні каталізаторів у суміші (20÷1):1 відповідно і здійснення процесу в одну стадію при температурі 380-450°С дозволяє збільшити вихід етилбензолу, покращити селективність суміщеного процесу при одночасному зниження енерговитрат та експлуатаційних витрат.

Сутність пропонованого винаходу полягає в наступному і здійснюється за наступними реакціями.

Основною реакцією алкілування бензолу етиленом, що протікає в реакторі алкілування на цеолітному каталізаторі, є реакція між бензолом та етиленом з утворенням етилбензолу

Крім основної реакції в реакторі алкілуванняпротікають побічні реакції як за участю основної сировини, так і за участю домішок, що містяться у сировині. Етилбензол алкілюється з утворенням діетилбензолів та триетилбензолів

Внаслідок деструкції алкільних груп при алкілюванні утворюються ксилоли

Необхідний для цього водень утворюється за рахунок реакції дегідрокондесації ароматичних сполук, в результаті яких виходять смолоподібні речовини збіднені воднем (реакції коксоутворення).

Основними продуктами конверсії толуолу – домішки у свіжому бензолі – є ксилол та бензол.

Одночасно в реакторі в результаті реакції трансалкілування (переалкілування, міжмолекулярної міграції алкільних груп між бензолом та діетилбензолом) утворюється етилбензол

Опис технологічної схеми

Бензольна шихта нагрівається від 155-160 ° С до 233-242 ° С за рахунок тепла алкілату. Потім шихта двома потоками надходить на випаровування та перегрів. Основний потік шихти з температурою парів 380-450°С прямує до першої секції реактора.

Реактор складається з 6 секцій, у кожній з яких знаходиться шар суміші каталізаторів. Каталізатори алкілування ЕВЕМАХ-1 і трансалкілування-переалкілування ЕВЕМАХ-2 попередньо перед завантаженням змішані в масовому співвідношенні каталізаторів у суміші (20÷1):1 відповідно і рівномірно розподілені в 6 секціях реактора.

Другий потік - холодна шихта з температурою парів 260-280°С направляється в секції реактора для охолодження внутрішніх технологічних потоків.

У трубопровід основного потоку шихти на вході в реактор і холодний потік в кожну секцію подається етилен.

У реакторі в присутності цеолітвмісних каталізаторів ЕВЕМАХ-1,2 протікають реакції алкілування бензолу етиленом ітрансалкілування-переалкілування діетилбензолів (міжмолекулярної міграції алкільних груп між бензолом і діетилбензолом) при температурі 380-450°З тиском 17-24 атм.

Процес – екзотермічний. Зниження температури потоку на вході в кожну наступну секцію реактора здійснюється холодним потоком шихти.

Завантаження в той самий реактор суміші двох різних каталізаторів: каталізатора алкілування і трансалкілування дозволяє повністю вирішити проблему алкілування бензолу і трансалкілування-переалкілування діетилбензолів в тому ж реакторі. При цьому немає необхідності використовувати блок трансалкілування, який виведено з експлуатації. У зв'язку з вищевикладеним у ВАТ «Салаватнафтооргсинтез» досягнуто значного збільшення виходу етилбензолу та покращення селективності процесу при зниженні енерговитрат та експлуатаційних витрат.

Бензольна шихта нагрівається від 155-160 ° С до 233-242 ° С за рахунок тепла алкілату. Потім шихта двома потоками надходить на випаровування та перегрів. Основний потік шихти з температурою парів 380°С прямує до першої секції реактора.

Реактор складається з шести секцій, у кожній з яких знаходиться шар суміші каталізаторів алкілування ЕВЕМАХ-1 та трансалкілування-переалкілування ЕВЕМАХ-2. Масове співвідношення каталізаторів у суміші 1:1.

У трубопровід основного потоку шихти на вході в реактор і холодний потік в кожну секцію подається етилен.

У реакторі в присутності суміші цеолітвміснихкаталізаторів ЕВЕМАХ-1, 2 протікають реакції алкілування бензолу етиленом і трансалкілування-переалкілування діетилбензолів при температурі 380°З тиском 17 атм.

Вплив умов проведення суміщеного процесу алкілування-трансалкілування на вуглеводневий склад продуктів реакцій та вихід етилбензолу на пропущений бензол (селективність) наведено у таблиці.

Дані інших прикладів також представлені у таблиці.