СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИЛБЕНЗОЛА Российский патент 2007 года по МПК C07C2/66 C07C15/73 

Область техники

Настоящее описание относится к способу алкилирования с целью получения алкилароматических соединений из олефина и ароматического соединения, и, в частности, к получению этилбензола из этилена и бензола.

Уровень техники

В данной области техники известны различные способы получения алкилбензола алкилированием бензола олефином. В числе наиболее обычных используемых олефинов находятся этилен и пропилен. Алкилирование бензола этиленом приводит к получению этилбензола. Алкилирование бензола пропиленом приводит к получению кумола.

Этилбензол представляет собой важный химикат, используемый преимущественно в качестве предшественника при получении стирола, который затем подвергают полимеризации с получением полистирола. Известны различные способы получения этилбензола. Обычно бензол и этилен объединяются в реакции алкилирования в присутствии подходящего катализатора. Известны различные катализаторы алкилирования, и широко используемыми катализаторами являются катализаторы Фриделя-Крафтца, такие как галогениды алюминия или бора, а также различные цеолиты.

Реакция дает, помимо этилбензола, побочный продукт, содержащий полиэтилбензолы (ПЭБ), такие как диэтилбензол, триэтилбензол и тетраэтилбензол. Полиэтилбензолы являются нежелательными и их обычно рециркулируют в реактор переалкилирования для превращения в этилбензол реакцией с бензолом.

Этилбензол получают способом, в котором реакцию алкилирования проводят путем каталитической дистилляции. Цеолитный катализатор находится в упакованных определенным образом кипах, и реакцию алкилирования проводят в смешанной парожидкостной фазе.

В патенте США №5003119 (Sardina et al.), который включен в качестве ссылки, описан способ получения алкилбензолов, таких как этилбензол и кумол, где сырье из свежего и рециркулированного бензола и свежего олефина вводят в реакцию в присутствии катализатора алкилирования в реакторе алкилирования, имеющем, по меньшей мере, две реакционные стадии, где каждая стадия является адиабатической. По существу весь олефин полностью реагирует на каждой стадии реактора алкилирования. Свежий олефин подают на каждую стадию реактора алкилирования.

К настоящему времени в реакторе алкилирования в случае разбавленного этиленового сырья достигнута конверсия этилена 99%. Такой уровень конверсии требует большого количества катализатора. Газ, выходящий через вентиляционное отверстие реактора алкилирования, подают в вентиляционный абсорбер, где бензол абсорбируется в потоке углеводорода (например, полиэтилбензолов). Этилен, содержащийся в выходящем из вентиляционного отверстия газе, в конечном счете, теряется. Было бы полезно достичь по существу полной конверсии этилена с уменьшенным суммарным количеством требуемого катализатора.

Суть изобретения

Предложен способ получения алкилбензола. Способ включает стадии (а) введения бензольного и олефинового сырья в зону первой реакции алкилирования в присутствии первого катализатора алкилирования в условиях первой реакции алкилирования с получением вытекающего потока, содержащего алкилбензол, и головного потока; (b) разделения головного потока на жидкую часть, содержащую бензол, и паровую часть, содержащую непрореагировавший олефин; (с) введения жидкой части головного потока и потока полиалкилбензола в зону переалкилирования в присутствии катализатора переалкилирования в условиях реакции переалкилирования для превращения, по меньшей мере, некоторой части бензола и полиалкилбензола в алкилбензол; (d) абсорбирования основной части непрореагировавшего олефина в паровой части головного потока в поток ароматических соединений, содержащий бензол и алкилбензол; и (е) введения указанного потока ароматических соединений, содержащего абсорбированный олефин, в зону второй реакции алкилирования, содержащую второй катализатор алкилирования, в условиях второй реакции алкилирования для превращения указанного абсорбированного олефина и, по меньшей мере, некоторой части бензола потока ароматических соединений в алкилбензол. Способ особенно подходит для получения этилбензола и требует намного меньше катализатора, чем системы предшествующего уровня техники, при этом достигается более высокая общая конверсия этилена.

Краткое описание чертежей

В данной работе описаны различные варианты осуществления изобретения со ссылкой на чертежи, где

фиг.1 представляет собой схематичное изображение технологической схемы способа получения этилбензола и

фиг.2 представляет собой более подробное рассмотрение части процесса.

Подробное описание предпочтительного(ых) варианта(ов) осуществления изобретения

Способ алкилирования настоящего изобретения может быть использован для алкилирования бензола любым подходящим олефином, таким как этилен, пропилен и т.д. Однако рассматриваемый способ особенно полезен для получения этилбензола и будет описан на примере алкилирования бензола этиленом. Следует помнить, что пропилен и другие олефины также могут быть использованы и находятся в рамках настоящего изобретения.

Способ настоящего изобретения включает реактор второго алкилирования для окончательной переработки для превращения по существу всего оставшегося олефина, переносимого в выходящий из вентиляционного отверстия газ из реактора алкилирования. Это усовершенствование предотвращает потерю олефина и уменьшает количество катализатора, требуемого в реакторе алкилирования.

Согласно фиг.1 этиленовое сырье F-1 и бензольное сырье F-2 вводят в процесс получения этилбензола 100, как показано. Этиленовое сырье F-1 может содержать от 5 до 100 об.% этилена и может необязательно представлять собой отходящий газ с операции очистки, такой как (FCC, жидкофазный каталитический, ЖФКК), который обычно содержит приблизительно от 10 до 30 об.% этилена. Типичный отходящий газ ЖФКК содержит от 50 до 70% метана и водорода, причем существует баланс приблизительно равных количеств этана и этилена и незначительных количеств других углеводородных компонентов. Предпочтительное исходное сырье F-1 содержит от 30 до 50 об.% этилена, при этом остальные компоненты включают метан, этан, водород и другие компоненты. Необязательно сырье F-1 для реактора алкилирования 110 может представлять собой этилен полимерного сорта. Этиленовое сырье F-1 подают в реактор алкилирования 110, который предпочтительно представляет собой колонну каталитической дистилляции, содержащую подходящий катализатор алкилирования, такой как один или несколько катализаторов, выбираемых из цеолита Х, цеолита Y, цеолита L, ТМА Offretite, морденита и аморфного алюмосиликата, цеолита ВЕА (бета), цеолита MWW или MFI катализатора. Предпочтительным является цеолит ВЕА. Катализатор необязательно находится в упакованных кипах.

В данной области техники известны различные типы установок каталитической дистилляции и способов и установок. Реактор алкилирования 110 представляет собой смешанно-фазный реактор (жидкость/пар), работающий в условиях реакции алкилирования, обычно при давлении приблизительно от 270 до 550 фунт/кв. дюйм, при температуре приблизительно от 185 до 250°С и отношении фенил : этил в интервале приблизительно от 2,0 до 3,5.

Реактор алкилирования 110 подходит для работы с разбавленным этиленовым сырьем и может работать при различном содержании этилена и объемной скорости потока.

Сырье F-1 предпочтительно вводят в реактор во множестве точек, и оно вступает в контакт и растворяется в жидком бензоле, введенном в реактор алкилирования 110 через трубопровод 114 и протекающем вниз через катализатор, которым наполнена колонна 110. Этилен, абсорбированный бензолом, реагирует с бензолом при контакте с катализатором с образованием этилбензола и небольших количеств ПЭБ. Выходящий поток из нижней части реактора алкилирования 110 (то есть содержащую этилбензол жидкость) подают через трубопровод 118 на дистилляционную колонну 160. Колонна 160 отделяет бензол от этилбензольного продукта и более тяжелых компонентов. Бензол отгоняется головным погоном в виде пара и поступает через трубопровод 161 в конденсатор 162, где он сжижается и поступает на хранение в сборник 163. Бензол из сборника 163 подается через трубопровод 164 назад в колонну 160 в виде флегмы. Часть 165 бензола выводится из трубопровода 164 и подается через трубопровод 165а в головной погон из реактора алкилирования 110 и через трубопровод 165а в вентиляционный абсорбер, который более подробно описан ниже. Свежее бензольное сырье F-2 вводят в трубопровод 164. Свежий бензол может быть подан в различные другие места процесса, которых достигает бензол, то есть в наиболее предпочтительное место. Свежий бензол не должен содержать аминов, альдегидов, кетонов и основных соединений азота, которые могут отравлять катализатор, используемый в процессе. Нижний поток 167 рециркулируют назад в колонну 160 через испаритель 168.

Нижний поток 166, содержащий этилбензол и ПЭБ, подают в дистилляционную колонну 170. Колонна 170 отделяет этилбензольный продукт от ПЭБ. Нижний поток 177 рециркулируют назад в колонну этилбензола 170 через испаритель 178. Нижний поток 176, содержащий ПЭБ, подают на дистилляционную колонну 180 для отделения ПЭБ. Головной погон паров этилбензола 171 из колонны 170 сжижают в конденсаторе 172 и подают в сборник 173. Часть головного погона возвращают в колонну 170 в виде флегмы через трубопровод 174. Другую часть выводят через трубопровод 175 как этилбензольный продукт Р.

Колонна 180 отделяет ПЭБ (например, диэтилбензол) от тяжелого гудрона. Нижний поток 187 рециркулируют назад в колонну 180 через испаритель 188. Часть недогона выводят через трубопровод 186 в виде тяжелого гудрона В. Обычно гудрон содержит дифенилэтан, тетраэтилбензол и другие высококипящие компоненты. Гудрон может быть использован в качестве жидкого топлива, теплопередающей жидкости или абсорбента. Головной погон паров ПЭБ сжижают в конденсаторе 182 и подают в сборник 183. Часть головного погона возвращают в колонну 180 через трубопровод в виде флегмы. Другую часть головного погона ПЭБ подают через трубопровод 185 на вентиляционную отпарную колонну 150, которая рассмотрена более подробно ниже.

Если еще раз обратиться к реактору алкилирования 110, то пары головного погона 111 из реактора алкилирования частично сжижают с помощью конденсатора 112 и подают в сборник 113. Также в сборник 113 поступает часть 165а потока бензола 165, который разделяют на части 165а и 165b. Таким образом, сборник 113 содержит объединенный рециркулированный бензол и сконденсированный головной погон реактора алкилирования, а также несконденсированные пары. Часть жидкости из сборника 113 подают назад в реактор алкилирования 110 в качестве флегмы. Другую часть подают через трубопровод 115 в реактор переалкилирования 120. Реактор переалкилирования 120 также принимает поток ПЭБ из вентиляционной отпарной колонны 150 через трубопровод 152. В реакторе переалкилирования 120 бензол (из трубопровода 115) и ПЭБ (из трубопровода 152) реагируют с образованием этилбензола, который рециркулируют назад в реактор алкилирования 110 через трубопровод 121.

Реактор переалкилирования 120 содержит подходящий катализатор переалкилирования, такой как цеолит бета, цеолит Y и другие подходящие цеолиты, и также работает в соответствующих условиях реакции переалкилирования. Обычно условия реакции переалкилирования включают температуру приблизительно от 185 до 250°С, давление приблизительно от 350 до 600 фунт/кв. дюйм, объемную скорость приблизительно от 3,5 до 5,0 WHSV и мольное отношение фенила к этилу приблизительно от 2,0 до 5,0, где предпочтительным является соотношение 3,0.

Несконденсированные пары из емкости сборника 113 нагревают в теплообменнике 116, и поток паров, содержащий этилен, бензол и инертные вещества, такие как этан, метан и водород, подают через трубопровод 117 в вентиляционный абсорбер 130 для извлечения ароматических веществ.

Согласно фиг.1 и 2 в вентиляционном абсорбере 130 паровой поток, протекающий вверх в вентиляционном абсорбере 130, вступает в контакт с нисходящим потоком обедненного абсорбционного масла, содержащего бензол и этилбензол, но по существу не содержащего этилен. Обедненное абсорбционное масло вводят в вентиляционный абсорбер через трубопровод 142. Вентиляционный абсорбер 130 может представлять собой насадочную колонну или тарельчатую колонну, работающую в противотоке. Вентиляционные колонны-абсорберы известны в данной области техники.

Обедненное абсорбционное масло растворяет почти весь этилен. Потери этилена в парах головного погона (трубопровод 132) из вентиляционного абсорбера 130 составляют приблизительно 1,0% от этилена, поданного на установку (трубопровод 117). Недогоны из вентиляционного абсорбера 130, содержащие обогащенное масло (то есть с растворенным этиленом), подают через трубопровод 131 в реактор окончательной переработки 140 для превращения этилена и бензола в этилбензол. Поток обогащенного масла содержит, по меньшей мере, 0,2 мас.% этилена, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 0,3 мас.% этилена и более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 1,0 мас.% этилена и, по меньшей мере, приблизительно 5,0 мас.% этилбензола, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 10 мас.% этилбензола и более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 13 мас.% этилбензола. Поток обогащенного масла сначала пропускают через теплообменник 145, где тепло передается от обедненного абсорбционного масла (трубопровод 142) из реактора окончательной переработки 140 потоку обогащенного масла в трубопроводе 131. Поток обогащенного масла дополнительно нагревают в подогревателе 135 и подают в реактор окончательной переработки 140.

Реактор окончательной переработки 140 представляет собой второй реактор алкилирования, который содержит закрепленный слой свободного катализатора, предпочтительно цеолит Y или цеолит ВЕА (бета), цеолит MWW, морденит или MFI катализатор, и работает в адиабатическом режиме в единственной жидкой фазе. Алкилирование в жидкой фазе является более эффективным и требует меньше катализатора, чем алкилирование в смешанных фазах пар/жидкость. Конверсия этилена в таком реакторе 140 является по существу полной. Реактор окончательной переработки 140 работает при температуре приблизительно от 200 до 230°С, давлении приблизительно от 550 до 900 фунт/кв. дюйм, мольном отношении фенил : этил приблизительно от 2,0 до 10,0. Высокое отношение фенил : этил приводит к прекрасной селективности и стабильности катализатора. Вытекающий поток 141 из реактора окончательной переработки переносит обедненное абсорбционное масло, содержащее бензол и этилбензол. Часть обедненного абсорбционного масла подают через трубопровод 143 назад в реактор алкилирования 110 для поддержания суммарного количества жидкости в системе абсорбера, и это масло переносит чистое количество этилбензола, полученное в реакторе окончательной переработки 140. Часть бензола из головного погона 165 бензольной колонны подают в поток обедненного абсорбционного масла через трубопровод 165b для поддержания требуемой концентрации бензола в потоке, что обеспечивает желаемую селективность реактора окончательной переработки 140. Полученный поток 142 охлаждают относительно вытекающего потока 131 из вентиляционного абсорбера в теплообменнике 145, как показано выше, и дополнительно охлаждают в холодильнике 146 до температуры в интервале приблизительно от 6 до 40°C, предпочтительно температура равна 12°C, после чего его подают в верхнюю часть вентиляционного абсорбера 130.

Пары головного погона из вентиляционного абсорбера 130, содержащие метан, этан, водород, следы воды, неароматические соединения, бензол и этилен, подают через трубопровод 132 в вентиляционный скруббер 150 для извлечения ароматических соединений, где восходящий поток паровоздушной смеси, выходящий через вентиляционное отверстие, вводится в контакт с нисходящим потоком ПЭБ из колонны ПЭБ 180. Вентиляционный скруббер 150 работает на отведение в пары головного погона (трубопровод 151) небольшого количества С₆-неароматических соединений и бензола, а также инертных компонентов (водород, метан, этан, вода и т.д.). Поток ПЭБ 185 из колонны 180 вначале охлаждают в холодильнике 189 и затем вводят в верхнюю часть вентиляционного скруббера 150. Отделенная паровоздушная смесь, выходящая из вентиляционного отверстия, поступает в вентиляционный скруббер 150 через трубопровод 151. Из вентиляционного скруббера 150 сбрасывается очень небольшое количество этилена. Суммарная конверсия этилена в данном процессе составляет приблизительно 99%. Недогоны из вентиляционного скруббера 150, содержащие ПЭБ и другие ароматические соединения, подают в реактор переалкилирования 120 через трубопровод 152 для превращения ПЭБ в этилбензол путем переалкилирования с бензолом.

Пример

В системе, которая представлена на фиг.1, сырье F-1 вводят в реактор алкилирования 110. Ниже в таблице представлены составы следующих потоков. Массовые проценты компонентов приведены из расчета на состав отдельных потоков. Реактор алкилирования 110 данного примера работает при конверсии этилена приблизительно 90%.

(Процентный состав, мас.%)Потоки F-1111118117115131151Этилен55,00,750,07,350,120,400,12Бензол086,9750,109,3371,2281,670,11Этилбензол02,9137,500,012,9713,74>0,01ПЭБ¹00,0211,800,023,660,450,12Инертные компоненты²45,07,900,0082,660,942,9099,63Другие³01,450,600,651,090,840,02¹ Диэтилбензол, триэтилбензол, тетраэтилбензол.
² Водород, метан, этан, бутан.
³ С₆- и С₇-неароматические соединения, толуол, кумол, бутилбензол, дифенилэтан и другие высококипящие соединения.
111 - головной погон реактора алкилирования 110,
118 - недогон реактора алкилирования,
117 - сырье для вентиляционного абсорбера 130,
115 - сырье для реактора переалкилирования 120,
131 - сырье для второго реактора алкилирования 140,
151 - головной погон из вентиляционного скруббера 150.

При использовании второго реактора алкилирования (140) менее чем 0,1% этилена, изначально поданного в систему (в сырье F-1), стравливается в атмосферу из вентиляционного скруббера 150. Суммарная конверсия этилена составляет более чем 99,9%.

Реактор алкилирования 110 предпочтительно работает приблизительно при 80%-ной конверсии, что требует менее половины катализатора, который необходим для достижения конверсии 99% в обычных системах только с одним реактором алкилирования, работающим по смешанной парожидкостной модели. Дополнительный катализатор, необходимый для второго реактора алкилирования, работающего более эффективно по жидкой модели, составляет только 5% от количества, требуемого обычными системами. Система настоящего изобретения может достигать более высокой суммарной конверсии этилена приблизительно с половиной катализатора, требуемого обычными системами для производства этилбензола. Это дает значительную экономию капитальных и текущих расходов.

Хотя приведенное выше описание содержит множество характерных особенностей, эти особенности не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения, а только в качестве примеров его предпочтительных вариантов осуществления. Специалист в данной области может обнаружить другие возможные варианты, которые находятся в рамках объема и сути изобретения, что определено в прилагаемой формуле изобретения.

Использование: нефтехимия. Сущность: проводят стадию введения бензольного и олефинового сырья в зону первой реакции алкилирования в присутствии первого катализатора алкилирования в условиях первой реакции алкилирования с получением первого вытекающего потока, содержащего алкилбензол, и головного погона первого алкилирования. Последний разделяют на жидкую часть, содержащую бензол, и паровую часть, содержащую непрореагировавший олефин. Затем проводят стадии абсорбирования указанного непрореагировавшего олефина в поток ароматического обедненного абсорбционного масла, содержащего бензол и алкилбензол, и введения указанного ароматического обедненного абсорбционного масла в зону второй реакции алкилирования, содержащую второй катализатор алкилирования, в условиях второй реакции алкилирования для получения потока ароматического обедненного абсорбционного масла. Часть указанного ароматического обедненного абсорбционного масла рециркулируют в абсобрционную зону. Способ предпочтителен для алкилирования бензола этиленом с получением этилбензола. Достигают конверсию этилена приблизительно 99,9% при значительном снижении количества требуемого катализатора. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ получения алкилбензола, включающий стадии:

(a) введения бензольного и олефинового сырья в зону первой реакции алкилирования в присутствии первого катализатора алкилирования в условиях первой реакции алкилирования с получением первого вытекающего потока, содержащего алкилбензол, и головного погона первого алкилирования;

(b) разделения головного погона первого алкилирования на жидкую часть, содержащую бензол, и паровую часть, содержащую не прореагировавший олефин;

(c) абсорбирования основной части непрореагировавшего олефина в паровой части головного погона первого алкилирования в поток ароматического обедненного абсорбционного масла, содержащий бензол и алкилбензол, в абсорбционной зоне с получением потока обогащенного олефином масла;

(d) введения указанного потока обогащенного масла в зону второй реакции алкилирования, содержащую второй катализатор алкилирования, в условиях второй реакции алкилирования с получением потока ароматического обедненного абсорбционного масла, причем, по меньшей мере, часть ароматического обедненного абсорбционного масла рециркулируют в абсорбционную зону.

a) первые средства алкилирования для алкилирования бензола олефином, где первые средства алкилирования приводят к получению вытекающего потока, содержащего алкилбензол и бензол, и поток головного погона;

b) средства конденсации для разделения потока головного погона из средств первого реактора алкилирования на паровой поток и жидкий поток;

c) средства переалкилирования для введения в контакт жидкого потока из головного погона первых средств алкилирования с потоком, содержащим полиалкилбензол, с получением выходящего потока средств переалкилирования, содержащего алкилбензол и бензол;

d) абсорбирующие средства для введения в контакт парового потока из головного погона первых средств алкилирования с потоком обедненного абсорбционного масла, содержащим бензол и алкилбензол, с получением потока обогащенного масла, содержащего бензол, алкилбензол и непрореагировавший олефин; и

е) вторые средства алкилирования для превращения непрореагировавшего олефина и, по меньшей мере, части бензола в потоке обогащенного масла с получением потока обедненного абсорбционного масла.