СПОСОБ АЛКИЛИРОВАНИЯ БЕНЗОЛА ЭТИЛЕНОМ Российский патент 2005 года по МПК C07C2/66 

Изобретение относится к получению этилбензола путем каталитического алкилирования бензола этиленом.

Известен способ получения этилбензола путем алкилирования бензола этиленом с использованием каталитической композиции, включающей цеолит, а также оксиды кремния, алюминия, магния или природные глины или их комбинации. Каталитическое алкилирование проводят при 100-350°С, давлении 10-50 атм, объемной скорости 0,1-200 ч^-1 и мольном соотношении бензол:этилен 1-20. (Патент Италии №97120884/25 от 11.12.1997, кл. B 01 J 29/76).

Известен также способ алкилирования бензола этиленом в присутствии катализатора, содержащего цеолит и оксид алюминия. Каталитическое алкилирование осуществляют в интервале температур 100-300°С, в интервале давлений 10-50 атм, при объемной скорости подачи сырья в интервале 0,1-200 ч^-1 и при мольном соотношении бензол:этилен 1-20. (Патент Италии №99108253/04 от 20.02.2001, кл. С 07 С 02/66).

Известен способ получения этилбензола путем взаимодействия бензола с этиленом при температуре 100-250°С и мольном отношении бензол:этилен (3-10):1 в присутствии кислотного цеолитсодержащего катализатора. (Патент США №4849570, кл. С 07 С 02/68).

Известен способ получения этилбензола в присутствии катализатора, в котором первый пористый неорганический материал представляет собой ZSM-5, а второй пористый неорганический материал является силикалитом 1 или силикалитом 2. (Патент США №2001131562/04 от 20.07.2003, кл. B 01 J 37/00).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ алкилирования бензола этиленом и трансалкилирования диэтилбензолов. (Технологический регламент производства этилбензола цеха №46 ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» - прототип, см. электронную версию указанного источника в приложении к настоящему описанию).

Согласно прототипу алкилирование бензола этиленом и трансалкилирование диэтилбензолов осуществляют по следующим реакциям.

Основной реакцией алкилирования бензола этиленом, протекающей в реакторе алкилирования на цеолитном катализаторе, является реакция между бензолом и этиленом с образованием этилбензола:

Кроме основной реакции в реакторе алкилирования протекают побочные реакции, как с участием основного сырья, так и с участием примесей, содержащихся в сырье. Этилбензол алкилируется с образованием диэтилбензолов и триэтилбензолов:

В результате деструкции алкильных групп при алкилировании образуются ксилолы:

Необходимый для этого водород образуется за счет реакции дегидроконденсации ароматических соединений, в результате которых получаются смолообразные вещества, обедненные водородом (реакции коксообразования).

Основными продуктами конверсии толуола - примеси в свежем бензоле - являются ксилол и бензол

В реакторе трансалкилирования в результате реакции переалкилирования (межмолекулярной миграции алкильных групп между бензолом и диэтилбензолом) образуется этилбензол:

Описание технологической схемы

Алкилирование бензола этиленом

Бензольная шихта-1, массовая доля бензола в которой не менее 98,0%, нагревается от 155-160°С до 233-242°С за счет тепла алкилата-1. Затем шихта-1 двумя потоками поступает на испарение и перегрев. Основной поток шихты-1 с температурой паров 380-425°С направляется в первую секцию реактора алкилирования.

Реактор алкилирования состоит из 6-ти секций, в каждой из которых находится слой катализатора.

Второй поток - «холодная» шихта-1 с температурой паров 260- 280°С направляется в секции реактора алкилирования для охлаждения внутренних технологических потоков.

В трубопровод основного потока шихты-1 на входе в реактор алкилирования и в «холодный» поток в каждую секцию подается этилен. В реакторе в присутствии цеолитсодержащего катализатора ЕВЕМАХ-1, следующего химического состава: SiO₂ 69,0; Al₂О₃ 30,97; N₂O 0,03% мас., соответственно (см. электронную версию технологического регламента в приложении к настоящему описанию) протекает реакция алкилирования бензола этиленом при температуре 380-425°С и давлении 17-24 атм.

Процесс алкилирования экзотермический. Снижение температуры потока на входе в каждую следующую секцию реактора осуществляется «холодным» потоком шихты-1.

Температура в каждой секции реактора, давление на входе в реактор, на выходе из него и перепад давления по реактору контролируется.

Процесс трансалкилирования диэтилбензолов в этилбензол

Процесс трансалкилирования осуществляется в реакторе. Диэтилбензолы в смеси с возвратным бензолом - шихта-2 нагреваются от 80-90°С до 240-250°С за счет тепла алкилата-2. Затем шихта-2 поступает на испарение и перегрев в печь. Из печи пары шихты-2 с температурой 420-460°С поступают в реактор трансалкилирования.

В реакторе в присутствии цеолитсодержащего катализатора трансалкилирования ЕВЕМАХ-2, следующего химического состава: SiO₂ 72,0; Al₂O₃ 27,94; К₂О 0,06% мас., соответственно (см. электронную версию технологического регламента в приложении к настоящему описанию) протекает реакция трансалкилирования-переалкилирования диэтилбензолов в этилбензол при температуре 420-460°С и давлении 17-24 атм.

Реактор трансалкилирования состоит из 3-х секций, в которых находятся слои катализатора. Температура в каждой секции реактора, а также давление на входе в реактор, на выходе их него и перепад давления по реактору контролируются.

Как показало обследование работы цеха №46 производства этилбензола по описанной выше технологии в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», выход этилбензола в процессе трансалкилирования диэтилбензолов в этилбензол весьма низок. Одновременно, селективность процесса алкилирования бензола этиленом недостаточна.

Целью предлагаемого изобретения является повышение выхода этилбензола и селективности совмещенного процесса алкилирования-трансалкилирования при одновременном снижении энергозатрат и эксплуатационных расходов.

Поставленная цель достигается за счет одновременного проведения процессов алкилирования и трансалкилирования путем загрузки в один и тот же реактор алкилирования бензола этиленом катализаторов двух различных типов. Первым по ходу сырья в реакторе загружается катализатор алкилирования, а вторым трансалкилирования. При этом массовое соотношение катализаторов (5-1):1, соответственно. Процесс осуществляется при температуре 380-450°С.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ отличается от известного использованием одновременно, в одном реакторе - алкилаторе различных цеолитсодержащих катализаторов (алкилирования ЕВЕМАХ-1 и трансалкилирования ЕВЕМАХ-2). При этом первым по ходу сырья загружается катализатор алкилирования, а вторым - трансалкилирования. Массовое соотношение катализаторов (5-1):1, соответственно. Температура совмещенного процесса 380-450°С.

Указанный прием позволяет заключить, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».

Анализ известных способов алкилирования бензола этиленом и трансалкилирования диэтилбензолов в этилбензол показал, что использование катализаторов алкилирования и трансалкилирования для получения этилбензола известно. Известен и факт проведения реакций при температурах 380-425°С. Однако только факт загрузки в один реактор первым по ходу сырья катализатора алкилирования, а затем катализатора трансалкилирования при массовом соотношении катализаторов (5-1):1, соответственно, и осуществление процесса при температуре 380-450°С позволяет увеличить выход этилбензола, улучшить селективность совмещенного процесса при одновременном снижении энергозатрат и эксплуатационных расходов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем и осуществляется по следующим реакциям.

Основной реакцией алкилирования бензола этиленом, протекающей в реакторе алкилирования на цеолитном катализаторе, является реакция между бензолом и этиленом с образованием этилбензола:

Кроме основной реакции в реакторе алкилирования протекают побочные реакции как с участием основного сырья, так и с участием примесей, содержащихся в сырье. Этилбензол алкилируется с образованием диэтилбензолов и триэтилбензолов:

В результате деструкции алкильных групп при алкилировании образуются ксилолы:

Необходимый для этого водород образуется за счет реакции дегидрокондесации ароматических соединений, в результате которых получаются смолообразные вещества, обедненные водородом (реакции коксообразования).

Основными продуктами конверсии толуола - примеси в свежем бензоле - являются ксилол и бензол

В нижних слоях реактора в результате реакции трансалкилирования (переалкилирования, межмолекулярной миграции алкильных групп между бензолом и диэтилбензолом) образуется этилбензол:

Описание технологической схемы

Бензольная шихта нагревается от 155-160°С до 233-242°С за счет тепла алкилата. Затем шихта двумя потоками поступает на испарение и перегрев. Основной поток шихты с температурой паров 380-450°С направляется в первую секцию реактора.

Реактор состоит из 6-ти секций, в каждой из которых находится слой катализатора. Катализатор алкилирования ЕВЕМАХ-1 загружен в 3-5 верхних секциях, а трансалкилирования-переалкилирования ЕВЕМАХ-2 в 1-3 нижних секциях, соответственно. Массовое соотношение катализаторов (5-1):1.

Второй поток - «холодная» шихта с температурой паров 260-280°С направляется в секции реактора для охлаждения внутренних технологических потоков.

В трубопровод основного потока шихты на входе в реактор и в «холодный» поток в каждую секцию подается этилен.

В реакторе в присутствии цеолитсодержащих катализаторов ЕВЕМАХ-1,2 протекают реакции алкилирования бензола этиленом и трансалкилирования-переалкилирования деэтилбензолов (межмолекулярной миграции алкильных групп между бензолом и диэтилбензолом) при температуре 380-450°С и давлении 17-24 атм.

Процесс - экзотермический. Снижение температуры потока на входе в каждую следующую секцию реактора осуществляется «холодным» потоком шихты.

Температура в каждой секции реактора, давление на входе в реактор, на выходе из него и перепад давления по реактору контролируется.

Загрузка в один и тот же реактор двух различных катализаторов: первый из которых (по ходу сырья) катализатор алкилирования, а второй - катализатор трансалкилирования, позволяет полностью решить проблему алкилирования бензола и трансалкилирования-переалкилирования диэтилбензолов в одном и том же реакторе. При этом нет необходимости использовать блок трансалкилирования, который выведен из эксплуатации. В связи с вышеизложенным в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» достигнуто значительное увеличение выхода этилбензола и улучшение селективности процесса при снижении энергозатрат и эксплуатационных расходов.

Пример 1.

Бензольная шихта нагревается от 155-160°С до 233-242°С за счет тепла алкилата. Затем шихта двумя потоками поступает на испарение и перегрев. Основной поток шихты с температурой паров 380°С направляется в первую секцию реактора.

Реактор я состоит из 6-ти секций, в каждой из которых находится слой катализатора. В трех верхних секциях - катализатор алкилирования ЕВЕМАХ-1, в трех нижних - катализатор трансалкилирования-переалкилирования ЕВЕМАХ-2. Массовое соотношение катализаторов 1:1.

Второй поток - «холодная» шихта с температурой паров 260-280°С направляется в секции реактора для охлаждения внутренних технологических потоков.

В трубопровод основного потока шихты на входе в реактор и в «холодный» поток в каждую секцию подается этилен.

В реакторе в присутствии цеолитсодержащих катализаторов ЕВЕМАХ-1, 2 протекают реакции алкилирования бензола этиленом и трансалкилирования-переалкилирования диэтилбензолов при температуре 380°С и давлении 17 атм.

Влияние условий проведения совмещенного процесса алкилирования-трансалкилирования на углеводородный состав продуктов реакций и выход этилбензола на пропущенный бензол (селективность) приведены в таблице.

Данные остальных примеров также представлены в таблице.

Использование: нефтепереработка и нефтехимия. Сущность: реакции алкилирования и трансалкилирования проводятся в одну стадию путем загрузки в один реактор двух различных катализаторов. Первым по ходу сырья - катализатор алкилирования EBEMAX-1, второй - трансалкилирования EBEMAX-2. Массовое соотношение катализаторов (5-1):1, соответственно. Процесс проводят при 380-450°С. Технологический результат: повышение выхода этилбензола и селективности процесса алкилирования при одновременном снижении энергозатрат и эксплуатационных расходов процесса алкилирования бензола этиленом. 1 табл.

Способ двухстадийного алкилирования бензола этиленом и трансалкилирования диэтилбензолов в этилбензол, проводимый в паровой фазе под давлением на цеолитсодержащих катализаторах алкилирования EBEMAX-1 и трансалкилирования EBEMAX-2, отличающийся тем, что реакции проводятся в одну стадию путем загрузки в один реактор двух различных катализаторов, первый по ходу сырья - катализатор алкилирования, второй - трансалкилирования, массовое соотношение катализаторов (5-1):1 соответственно, процесс проводят при 380-450°С.