Технология алкилирования ароматических углеводородов - Классификация реакций алкилирования

К наиболее многотоннажным продуктам, вырабатываемым алкилированием ароматических соединений, относятсяэтил - и изопропилбензол.

ЭтилбензолС6Н5-С2Н5 - бесцветная жидкость, кипящая при 136 °С. Его практическое значение состоит почти исключительно в дальнейшем превращении в стирол С6Н5-СН=СН2, являющийся одним из важнейших мономеров для выработкипластических масс и синтетического каучука. Наиболее дешевый этил-бензол получают, выделяя его из ксилольной фракциипродуктов риформинга или пиролиза, где он содержится в количестве 10...15 %; основная же масса этилбензола производится алкилированием бензола этиленом.

ДиэтилбензолС6Н4(С2Н5)2, побочно образующийся при этой реакции и представляющий собой смесь мета - и пара-изомеров, приобрел значение для получения дивинилбензола С6Н4(СН=СН2)2 - ценного мономера для выработки ионообменных смол. Диэтилбензол лучшего качества получается, однако, переалкилированием этилбензола с А1Сl3:

2 C6H5-C2H5? C6H4(C2H5)2 + C6H6.

Аналогично этилбензолу, алкилированием толуола производят этилтолуол, а из него дегидрированием - винилтолуол:

ИзопропилбензолС6Н5-СН(СН3)2, иначе называемый кумолом, представляет собой бесцветную жидкость ( tкип= 152,5°С). Его получают алкилированием бензола пропиленом:

Первоначально изопропилбензол применяли в качестве высокооктановой добавки к моторным топливам, а в настоящеевремя основным его потребителем является химическая промышленность. Изопропилбензол перерабатывают в б-метилстирол С6Н5-С(СН3)=СН2, являющийся мономером для синтетического каучука, и в изопропилфенилгидропероксидС6Н5-С(СН3)2-ООН, из которого получают фенол и ацетон.

Алкилбензолы с достаточно длинной алкильной группой являются промежуточными продуктами для выработки поверхностно-активных и моющих веществ типа сульфонолов RC6H4SO2ONa, которые получают при дальнейшем сульфировании алкилбензолов и нейтрализации.

Исходные вещества

Технический бензол или другой ароматический углеводород, применяемый для алкилирования, нужно предварительно осушать, для чего используют отгонку воды в виде азеотропной смеси с ароматическим углеводородом (бензол или толуол). При такой азеотропной осушке содержание влаги снижается до 0,002...0,005 %. Фракции низшихолефинов поступают с газоразделительных установок пиролиза или крекинга достаточно сухими, но нередко содержат различные примеси, ведущие к повышенному расходу реагентов и катализатора, а также к образованию побочных веществ, откоторых иногда трудно очистить целевой продукт (С2Н2 или его гомологи, бутадиен-1,3, другие олефины). Нередко очистку фракций от этих веществ не проводят, допуская наличие 2...3 % (об.) указанных примесей. Более тонкая очистка фракций отненасыщенных веществ для алкилирования не требуется, что в еще большей степени относится к примесям парафинов. Оптимальная степень очистки фракций должна определяться экономическими расчетами.

Хлорид алюминия поступает на реакцию в виде жидкого каталитического комплекса, который готовят в аппарате с мешалкой при небольшом нагревании из технического АlСl3, диэтилбензола или примерно равных количеств бензола и диалкилбензола (только из бензола комплекс не получается) с небольшой добавкой хлорпроизводного (например, C2H5Cl) или, иногда, воды. При наличии на предприятии безводного НСl его тоже можно использовать для получения комплекса.

Можно готовить комплекс из отходов металлического алюминия, ароматических углеводородов и безводного НСl:

Реакционный узел

Периодический процесс проводят в реакторе с мешалкой и охлаждающей рубашкой, а иногда - созмеевиком. В реактор загружают бензол и АlСl3 или каталитический комплекс (10...20 % от объема реакционной массы),после чего при перемешивании добавляют жидкий олефин или хлорпроизводное, поддерживая заданную температуру. Переход к непрерывному процессу в случае жидких алкилирующих агентов осуществляется двумя основными способами.

При первом из них используют трубчатый реактор (рис. 1а), в нижней части которого имеется мощная мешалка, эмульгирующая реакционную массу. Исходные реагенты и отстоявшийся в сепараторе каталитический комплекс поступаютв нижнюю часть реактора, а образующаяся эмульсия поднимается вверх по трубам и охлаждается водой, проходящей в межтрубном пространстве. В сепараторе углеводородный слой отделяют от каталитического комплекса и затем направляют напереработку. Время пребывания смеси в аппарате должно обеспечивать завершение реакции.

Другой способ непрерывного проведения процесса для жидких алкилирующих агентов состоит в применении каскадаиз двух - четырех реакторов с мешалками (рис. 1б). В первый аппарат подают исходные реа - генты, а реакционная массачерез боковой перелив перетекает в следующий реактор, проходя предварительно сепаратор; в нем каталитический комплексотделяется и возвращается обратно в реактор. Устройство каскада обусловлено тем, что в единичном реакторе смешениятрудно избежать потерь алкилирующего агента с готовым продуктом. Время пребывания реакционной массы в каскаде притемпературе реакции 40...60 °С составляет ? 50 мин, причем оно определяется условиями отвода тепла и стремлением приблизиться к равновесию, благоприятному для получения моноалкилированных соединений.

Алкилирование ароматических углеводородов газообразными олефинами проводят в барботажных колоннах (рис. 1в),внутренняя поверхность которых защищена от коррозии кислотостойкими плитками. Жидкая реакционная масса, заполняющая колонну до бокового перелива, состоит из каталитического комплекса АlСl3 (20...40 % (об.)) и нерастворимой в немсмеси ароматических углеводородов. В нижнюю часть колонны подают сухой бензол и олефиновую фракцию, которая барботирует через жидкость, интенсивно ее перемешивая. Жидкая реакционная масса стекает через боковой перелив в сепаратор, где отстаивается более тяжелый каталитический комплекс, возвращаемый в низ алкилатора, а алкилат поступает надальнейшую переработку.

реакционные узлы для алкилированияароматических углеводородов в присутствиихлорида алюминия:а- трубчатый реактор;б - каскад реакторов с мешалками; в- реакторколонного типа

Рисунок 1. Реакционные узлы для алкилированияароматических углеводородов в присутствиихлорида алюминия:а - трубчатый реактор;б - каскад реакторов с мешалками; в - реакторколонного типа

Тепло реакции отводится практически только за счет нагревания реагентов и испарения бензола. Пары бензола вместе сотходящими газами попадают в обратный холодильник, где бензол конденсируется и возвращается в алкилатор, а отходящиегазы поступают на дальнейшую переработку. Следовательно, в алкилаторе устанавливается автотермический режим, и температура в нем зависит от применяемого давления и количества отходящих газов (или от концентрации исходной олефиновой фракции).

При работе на разбавленных фракциях олефинов нередко применяют давление до 0,5...0,6 МПа, чтобы облегчить последующее улавливание бензола из отходящих газов. Температура в алкилаторе достигает 130...140 °С, что ведет к повышенному смолообразованию и дезактивированию катализатора. Целесообразно поэтому снижать давление до 0,15...0,20МПа при наличии умеренного количества отходящих газов, когда температура сохраняется на оптимальном уровне - примерно 100 °С.

Похожие статьи




Технология алкилирования ароматических углеводородов - Классификация реакций алкилирования

Предыдущая | Следующая