Данные по исходному сырью

Бензол С₆Н₆:

Физические свойства: бесцветная нерастворимая в воде жидкость со своеобразным запахом, температура плавления 5,4^oС, температура кипения 80,1^oС, плотность 0,88 г/см³. Пары бензола ядовиты.

Получение бензола:

1. Выделение из природных источников.

2. Ароматизация нефти:

C₆H₁₂ 3H₂ + C₆H₆ C₆H₁₄ 4H₂ + C₆H₆

3. Тримеризация алкинов (лабораторный способ):

3C₂H₂ C₆H₆

Алкилирующие агенты:

В промышленности в качестве алкилирующих агентов при производстве этилбензола и изопропилбензола чаще всего используют олефины или их углеводородные фракции (в частности, этилен и пропилен).

В качестве алкилирующих агентов могут применяться не только олефины, но и спирты и алкилгалогениды.

В нашем процессе в качестве алкилирующего агента используется 100% этилен.

Этилен С₂Н₄:

Физические свойства:

Бесцветный газ, t_кип = -103,7 °С.

В больших количествах (до 20%) содержится в газах нефтепереработки; входит в состав коксового газа. Один из основных продуктов нефтехимической промышленности: применяется для синтеза этилбензола, винилхлорида, этиленоксида, этилового спирта, полиэтилена и др.

Получение этилена:

Этилен получают каталитическим способом из природного газа,

окислительной димеризацией метана на оксидных катализаторах.

Процесс реализуется при температурах 700-800 ⁰С и непрерывной подаче смеси метана с воздухом в присутствии оксидного катализатора, содержащего щелочные добавки. В настоящее время достигнут выход этилена 20-25% при селективности по этилену ~60%.

Экономическая эффективность процесса ОДМ обусловлена низкой стоимостью природного газа и большим потенциалом по выработке водяного пара с давлением 3-10 МПа. Рентабельность процесса определяется соотношением цен одной тонны этилена и 1000 м³ природного газа, которое должно быть больше 15.

Примеси:

В качестве примесей, отрицательно влияющих на процесс, можно отметить ацетилен, бутадиен-1,3, СО, СО₂ ацетальдегид, эфиры и др. Они по-разному сказываются на уменьшении выхода целевых продуктов. Так, ацетилен и бутадиен-1,3 полимеризуются на кислых катализаторах с образованием смолистых веществ, которые забивают катализаторы и тем самым дезактивируют их. Также дезактивирует катализатор оксид углерода, который трудно отделить от олефинов.

Наличие в углеводородных газах кислорода приводит к резкому увеличению выхода полиалкилбензолов и заметному изменению активности катализаторного комплекса. Это может происходить за счет образования катион-радикалов, изменяющих направленность основного процесса. Альдегиды и эфиры также приводят к увеличению выхода полиалкилбензолов и дезактивации катализатора. Следовательно, исходное сырье необходимо подвергать дополнительной очистке от указанных примесей.

Наличие в бензоле и алкилирующем агенте влаги приводит к необратимой дезактивации хлорида алюминия, который превращается в гидроксид алюминия. Следовательно, исходное сырье необходимо подвергать глубокой осушке. Кроме того, бензол необходимо очищать от тиофена и других серосодержащих соединений, которые способствуют образованию смолистых веществ, не только снижающих активность катализатора, но и загрязняющих целевые продукты.

Катализатор:

В качестве катализаторов процесса алкилирования могут быть использованы протонные и апротонные кислоты. Протонные кислоты широко применяют при алкилировании бензола олефинами и спиртами. Активность, селективность и стабильность катализаторов находятся в сложной зависимости от температуры, давления, природы и структуры алкилирующих агентов и т. д.

При алкилировании могут использоваться твердые и жидкие катализаторы. Использование твердых гетерогенных катализаторов является более предпочтительным, так как в этом случае легче отделяются продукты реакций от каталитической системы, а следовательно, снижаются затраты на подготовку сырья, промывку и нейтрализацию реакционной массы, очистку и нейтрализацию сточных вод. Кроме того, существенно снижается коррозия аппаратуры.

В последнее время стали успешно применять в качестве катализаторов алкилирования бензола олефинами и спиртами синтетические цеолиты общей формулы М_х/n А\_х Si_уО_2(х+у)zН2O) (М — металл, n — степень окисления, x — число атомов А1, у — число атомов Si; z — число молекул воды). Кроме того, для этой цели пытаются использовать катионообменные смолы (катиониты), представляющие гетерополикислоты, которые состоят из высокомолекулярной матрицы и катионогенных групп (чаще всего SО₃Н, СООН, Р0₃Н₂, АsОзН₂). В большинстве случаев полимерной матрицей является полистирол, который подвергается, например, сульфированию. Наконец, могут применяться металлоорганические катализаторы обшей формулы МR_n (R - алкильная группа). Эти катализаторы обычно используют в комплексе с солями тяжелых металлов, например TiCl₃ и TiCl₄.

Таким образом, из многочисленных катализаторов, испытанных в процессе алкилирования бензола, в промышленности могут быть использованы только некоторые из них, позволяющие получить лучший суммарный эффект.