Дегидрирование этилбензола

1 Химизм процесса

Стирол является одним из важнейших мономеров для производства синтетических каучуков и пластических масс. Дегидрирование алкилароматических соединений имеет большое промышленное значение для получения стирола и его гомологов. При этом стадия дегидрирования завершает двухстадийный процесс, который начинается с алкилирования бензола олефином:

а) Стадия получение этилбензола алкилированием бензола этиленом

[pic 1]

Синтез этилбензола алкилированием бензола этиленом осуществляют, применяя катализаторы на основе хлорида алюминия, фторида бора, фосфорной кислоты или цеолитов. Использование низких концентраций катализатора позволяет проводить процесс в жидкой фазе (катализатор суспензирован или растворен). Этот способ используют в России. Процесс проводят при            140-200 °C и давлении 0,3-1,0 МПа. В оптимальных условиях проведения процесса селективность получения этилбензола 99%. При проведении процесса очень важно не допускать избытка этилена в реакторе, так как это приводит к образованию диэтил- и полиэтилбензолов. Расход AlCl3 составляет 0,25 г на тонну этилбензола. Алкилирование бензола олефинами – типичная реакция электрофильного замещения.

б) Стадия получения стирола дегидрированием этилбензола

[pic 2]

Дегидрирование этилбензола до стирола представляет собой обратимую эндотермическую гетерогенную каталитическую реакцию. Реакция катализируется оксидами и сульфидами металлов восьмой группы периодической системы. В промышленности применяют железооксидные катализаторы К-22 состава: Р2О3 – 55-80%, Cr2О3 – 2-28%, К2СО3 – 15-35%. Они обладают достаточной активностью в реакции дегидрирования и имеют селективность – 90%.

Реакция дегидрирования этилбензола на железооксидных катализаторах сопровождается побочными реакциями крекинга этилбензола и взаимодействия их продуктов, приводящими к образованию бензола, толуола, а также метана, этана и оксидов углерода, переходящих в газ.

2 Описание схемы

Принципиальная схема производства стирола изображена на рисунке 1.

Свежий и рециркулирующий этилбензол вместе с небольшим количеством пара подают в теплообменники 3 и 4, где пары нагреваются горячей реакционной смесью до 520-530 °C. Перегретый до 700 °C водяной пар вырабатывают в трубчатой печи 1, откуда он поступает на смешение с парами этилбензола и затем – в реактор 5.

Реакционная смесь на выходе имеет температуру 560 °C. Она отдает свое тепло в теплообменниках 4 и 3 для подогрева этилбензола и затем в котле-утилизаторе 2 – для получения пара низкого давления (этот пар служит для испарения и разбавления этилбензола перед теплообменником 3). Затем парогазовую смесь охлаждают в системе холодильников 6 водой, отделяют в сепараторе 7 конденсат от газа, который поступает в линию топливного газа. В сепараторе 8 конденсат разделяют на водную и органическую фазы. Последнюю, содержащую непревращенный этилбензол, стирол и побочные продукты (бензол, толуол), называют печным маслом. Оно поступает на ректификацию, которую оформляют с учетом довольно значительной склонности стирола к термической полимеризации. Чтобы ее предотвратить, используют ингибиторы, снижают температуру перегонки за счет применения вакуума, сокращают время пребывания стиролсодержащих жидкостей в колоннах путем применения насадок, специальных конструкций кубов. Ректификация затрудняется также близостью температур кипения этилбензола (136 °С) и стирола (145 °С).