способ алкилирования бензола этиленом

Формула изобретения

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 алкилирования и трансалкилирования проводятся в одну стадию путем загрузки в один реактор смеси двух различных катализаторов: катализатора алкилирования и катализатора трансалкилирования, массовое соотношение катализаторов (20-1):1 соответственно, процесс проводят при 380-450°С.

Описание изобретения к патенту

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. В 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).

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 шести 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; Al₂O₃ 30,97; N₂O 0,03 мас.% соответственно 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; Al₂O ₃ 27,94; N₂O 0,06 мас.% соответственно 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 смеси катализаторов двух различных типов, а именно катализаторов алкилирования и трансалкилирования. При этом массовое соотношение катализаторов в смеси (20÷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 смеси различных цеолитсодержащих катализаторов (алкилирования ЕВЕМАХ-1 и трансалкилирования ЕВЕМАХ-2). Массовое соотношение катализаторов в смеси (20÷1):1 соответственно. Температура процесса алкилирования 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 смеси катализаторов алкилирования и трансалкилирования при массовом соотношении катализаторов в смеси (20÷1):1 соответственно и осуществление процесса в одну стадию 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

Одновременно в реакторе 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 смеси катализаторов. Катализаторы алкилирования ЕВЕМАХ-1 и трансалкилирования-переалкилирования ЕВЕМАХ-2 предварительно перед загрузкой смешаны в массовом соотношении катализаторов в смеси (20÷1):1 соответственно и равномерно распределены в 6-ти секциях реактора.

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 (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 смеси двух различных катализаторов: катализатора алкилирования и трансалкилирования позволяет полностью решить проблему алкилирования бензола и трансалкилирования-переалкилирования диэтилбензолов в 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 состоит из шести секций, в каждой из которых находится слой смеси катализаторов алкилирования ЕВЕМАХ-1 и трансалкилирования-переалкилирования ЕВЕМАХ-2. Массовое соотношение катализаторов в смеси 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 смеси 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.

Таблица Влияние условий проведения совмещеного процесса алкилирования-трансалкилирования на углеводородный состав продуктов реакций и выход этилбензола
Пример	Условия процесса		Углеводородный состав, мас.%					Выход этилбензола на пропущенный бензол (селективность), мас.%
	Температура, °С	Массовое соотношение в смеси ЕВЕМАХ-1/ ЕВЕМАХ-2	этилен	бензол	этил-бензол	диэтил- бензол	прочие
Прототип			0,01-0,06	80,0-83,0	16,0-18,0	0,05-0,06	0,15-0,95	16,85-18,96
1	380	1:1	0,01	81,0	18,5	0	0,49	19,5
2	420	1:1	0	80,4	19,0	0	0,60	20,0
3	450	1:1	0	79,2	19,3	0	1,5	20,3
4	360	1:1	0,60	85,4	13,5	0	0,5	14,2
5	480	1:1	0	80,5	16,0	0	3,5	16,9
6	380	2:1	0,01	80,4	18,7	0,01	0,88	19,7
7	380	20:1	0	80,0	19,0	0,02	0,98	20,0
8	380	100:1	0,05	82,0	17,0	0,05	0,90	17,9
9	380	1:2	0,01	82,0	16,5	0	1,49	17,4