Производство стирола дегидрированием этилбензола

Оно описывается следующей реакцией:

С₆Н₅СН₂СН₃ С₆Н₅СН=СН₂ + Н₂ – 124 кДж/моль. (13.12)

Катализаторами процесса служат многокомпонентные системы на ос­нове оксидов цинка или железа. Еще недавно основным катализато­ром деги­д­рирования этилбензола был стирол-контакт (8 % ZnO, 5 % CaO, 3 % K₂CrO₄, 5 % K₂ СO₃, 2 % KOH). В последнее время применяют в основном железооксидные катализаторы. Катализатор К-22 имеет состав, % масс.: Fe₂O₃ – 55–80; Cr₂O₃ – 2–2,5; K₂CO₃ – 15–35. Катализатор К-24 содержит компоненты, % масс.: Fe₂O₃ – 66–70; Cr₂O₃ – 7–8; K₂CO₃ – 19–20; ZnO – 2,4–3,0; К₂SiO₃ – 2,0–2,6. Значительное содержание K₂СO₃ в каталитической си­стеме связано с тем, что это вещество способствует дополнительной само­регенерации катализатора за счет конверсии углеродных от­ложений водяным паром. Катализатор К-24 может работать непрерывно в течение двух меся­цев, после чего его регенерируют путем выжигания коксовых отложений воздухом. Общий срок работы катализатора без замены составляет 2 года. Дегидрирование этилбензола протекает с образованием ряда побочных про­дуктов, из которых в наибольших количествах получают бензол и толуол, а также метан и этан. Их образо­вание происходит в результате частичного гид­рокрекинга этилбензола по реакциям:

С₆Н₅СН₂СН₃ + Н₂ = С₆Н₆ + С₂Н₆; (13.13)

С₆Н₅СН₂СН₃ + Н₂ = С₆Н₅СН₃ +СН₄. (13.14)

Этилбензол дегидрируют в адиабатическом или трубчатом реакторе с введением в него перегретого до 700–750 ^о С водяного пара, который позво­ляет снижать парциальное давление этилбензола, что благоприятно влияет на смещение равновесия в сторону протекания прямой реакции. Пар играет так­же роль теплоносителя и тормозит побочные реакции. Соотношение этил­бензол: пар = 1:15 (мольное).

Для предотвращения реакций полимеризации процесс ведут при разре­жении 0,4 КПа (при этом температура кипения стирола равна 54 ^о С). В сис­тему также вводят ингибитор полимеризации (гидрохинон). Выход стирола при этом равен 90 %.

Энергия активации реакции синтеза стирола составляет 152 кДж/моль. По этой причине скорость реакции в большой степени зависит от температу­ры. Лимитирующей стадией процесса является реакция разложения этилбензола. Таким образом, процесс протекает в кинетической области.

Поскольку реакция идет с поглощением тепла, то ее протеканию спо­собствует повышение температуры процесса. Чем ниже давление в системе, тем ниже требуется температура в реакторе. Для катализатора К-22 опти­маль­ная температура равна 600 ^о С при атмосферном давлении. При данных условиях парциальное давление стирола составляет 10 КПа. Водяной пар, вводимый в процесс для поддержания низкого парциального давления этил­бензола, подают при соотношении к этилбензолу 2,5:1.