Процессы получения изопропилбензола

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Краткий исторический очерк производства изопропилбензола и его применение

1.2 Методы получения изопропилбензола, выбор рационального способа производства

2. Основная часть

2.1 Физико-химические свойства изопропилбензола

2.2 Принципы алкилирования бензола в химической технологии

2.3 Химическая схема производства изопропилбензола

Выводы

Список использованных источников

Введение

Промышленность основного органического синтеза занимается производством важнейших органических веществ, которые являются исходными материалами (промежуточными продуктами) для получения более сложных органических соединений или находят самостоятельное применение в народном хозяйстве.

Продуктами основного органического синтеза являются относительно простые по строению органические вещества: углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные и др.

В начальный период развития промышленности органического синтеза для получения органических соединений применяли главным образом растительное и животное сырье (древесину, сахаристые вещества и т.д.), а также продукты переработки каменноугольной смолы (бензол, толуол и др.).

В настоящее время многочисленные продукты органического синтеза производят из углеводородных газов. Важнейшим сырьем в современной промышленности основного органического синтеза являются углеводороды, олефины, диолефины, ацетиленовые углеводороды, ароматические соединения и т.д. изопропилбензол химический алкилирование

Актуальность. Алкилароматические соединения широко используются в химии и химической технологии для получения полимерных материалов, поверхностно-активных веществ, высокооктановых добавок к топливу и в качестве полупродуктов. Наибольшее значение имеют этилбензол и изопропилбензол как исходные вещества при получении таких мономеров, как стирол и б-метилстирол. Изопропилбензол также является полупродуктом при производстве фенола и ацетона «кумольным» методом. Этим методом получают более 95% всего производимого в мире фенола.

Во время Великой Отечественной войны изопропилбензол широко применялся в качестве высокооктановой добавки к топливу. И в настоящее время он является одним из важных продуктов органического синтеза.

В России изопропилбензол получают алкилированием бензола пропиленом в присутствии хлористого алюминия. За рубежом основное количество изопропилбензола производят этим же способом на гетерогенном фосфорнокислом катализаторе. В настоящее время только для получения фенола и ацетона производится свыше 7 млн. тонн в год изопропилбензола.

Цель курсовой работы: рассмотреть процессы получения изопропилбензола и выбрать наиболее эффективный и рациональный метод.

1. Литературный обзор

1.1 Краткий исторический очерк производства изопропилбензола и его применение

Кумол впервые был найден в каменноугольной смоле в 1834 году Ф. Рунге, а затем обнаружен в конденсате светильного газа. Элементный состав кумола был установлен в 1842 году О. Лораном.

Первым промышленным методом получения кумола явилось выделение его из каменноугольной смолы. Однако вследствие низкого выхода продукта (0,05 кг на 1 тонну угля), он скоро потерял значение и на смену ему пришли синтетические методы производства.

В нашей стране синтетический кумол до 40-х годов производился исключительно из бензола щелочным плавлением бензолсульфокислоты, сначала в котлах периодического действия. В 1928-1941 годах осваивается и внедряется в производство непрерывный сульфонатный процесс на Рубежанском, Бобриковском, Дорогомиловском и Березняковском химических заводах, а в 1938-1942 годах на Сталиногорском заводе организуется производство кумола из бензола через хлорбензол [7].

Решающее значение для развития производства имело открытие кумольного метода совместного производства фенола и ацетона через гидропериксид изопропилбензола (кумола), теоретические основы и технология которого были разработаны в нашей стране в 1942-1949 годах П.Г. Сергеевым, Б.Д. Кружаловым, Р.Ю. Удрисом и М.С. Немцовым. В 1949 году по этому методу впервые в мире начинается промышленное производство фенола в городе Дзержинске, а в 1978 году вводится в строй завод в Уфе. Аналогичное производство было внедрено в Канаде и Франции в 1953 году, в США и ФРГ в 1954 году [1].

Изопропилбензол относится к числу многотоннажных продуктов основного органического синтеза. Около половины производимого изопропилбензола используется для получения фенолформальдегидных полимеров. Далее в убывающем порядке, изопропилбензол потребляется в производствах дифенилопропана, капролактама, алкилфенолов, адипиновой кислоты и различных пластификаторов. Изопропилбензол используется также для получения хлор- и нитрозамещенных фенолов и салициловой кислоты. На основе этих полупродуктов производятся разнообразные красители, пестициды, фармацевтические препараты (салол, аспирин и др.), присадки к моторным топливам, маслам и пластмассам (алкилфенолы), поверхностноактивные вещества. В водных растворах изопропилбензол используется в качестве антисептического средства [4].

1.2 Методы получения изопропилбензола, выбор рационального способа производства

Известны три основных способа получения изопропилбензола, имеющие промышленное значение:

1. Алкилирование бензола пропиленом в присутствия безводного хлористого алюминия (алкилирование по Фриделю - Крафтсу).

2. Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислого катализатора.

3.Алкилирование бензола пропиленом на цеолитных катализаторах.

Алкилирование бензола пропиленом в присутствия безводного хлористого алюминия. Технология характеризуется одностадийностью и непрерывностью. Бензол и олефины или олефин - парафиновая фракция являются дешевым и доступным сырьем. Технология обладает высокой эффективностью и при конверсии олефина до 99% дифференциальная селективность по моноалкилбензолу достигает 91%. Конверсия бензола за один проход - 30-40%. Образующиеся в ходе процесса побочные продукты диалкилбензолы используются для получения целевого продукта за счет совмещения реакции алкилирования с реакцией переалкилирования. Для обеспечения полного использования бензола используется принцип рециркуляции. Характерной особенностью данной технологии является наличие нескольких рециркуляционных циклов, охватывающих реакторную и разделительные подсистемы. В данном случае они направлены на полное использование исходного сырья - рецикл по бензолу, на использование побочных продуктов для получения целевого моноалкилбензола (принцип полноты использования отходов) - рецикл по диалкилбензолу, на повышение эффективности процесса - рецикл по бензолу, ди- и полиалкилбензолам, обеспечивающий оптимальную структуру каталитического комплекса. Организация этих рециркуляционных потоков становится возможной за счет реализации принципа полноты выделения всех продуктов из реакционной смеси [11].

Технология обладает невысоким энергопотреблением за счет использования тепла реакции, хотя необходимо отметить, что эта энергия используется недостаточно из-за низкого ее потенциала. Существенным недостатком технологии жидкофазного алкилирования на катализаторах на основе хлорида алюминия является большое потребление воды, которая идет для приготовления щелочных растворов и промывки в скрубберах и превращается в кислотные, щелочные или солевые стоки В данной технологии необходима предварительная очистка сырья от примесей и его гетероазеотропная осушка до содержания воды 0,002-0,005 %. Наличие такого количества остаточной влаги в сырье позволяет протекать частичному гидролизу хлорида алюминия с целью образования небольшого количества хлористого водорода, необходимого для достижения требуемой активности катализатора и образования активированного комплекса. Этот процесс является жидкофазным и протекает с выделением значительного количества энергии.

С целью улучшения экологической чистоты рассматриваемого производства целесообразно организовать взаимную нейтрализацию кислых и щелочных вод. Для этого необходимо создать такие условия, чтобы соблюдалось определенное соотношение кислоты и щелочи. В этом случае рассмотренная технология будет более приемлемой. Следует отметить, что раствор хлорида алюминия (отработанный катализатор) может быть использован как коагулянт для очистки сточных вод в нефтеперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Смола, получаемая в процессе, в настоящее время используется как топливо. Однако это не лучший способ ее применения, она может быть использована более эффективно в строительстве. Основным недостатком этой технологии является отсутствие регенерации теплоты реакции, которая отводится водой в конденсаторе.

Технология жидкофазного алкилирования, разработанная фирмой «Monsanto» (США), позволяет ликвидировать недостатки рассмотренного выше процесса. Предложено использовать небольшое количество АlСlз (около 2 г на 1 кг алкилата) без его регенерации. Давление при жидкофазном алкилировании зависит от температуры процесса, так как реакционная смесь должна находиться в жидком состоянии. Несмотря на повышенные температуры (160-200єС при соответствующем давлении), вследствие небольшого количества катализатора степень смолообразования низкая, что очень важно для создания малоотходных производств. Однако в этом случае при условиях процесса алкилирования не протекает переалкилирование полиалкилбензолов, поэтому в технологии предусмотрен дополнительный реактор. Если полиалкилбензолы используются как целевые продукты, то необходимость в этой стадии отпадает.

Необходимо отметить, что технология алкилирования бензола пропиленом в присутствии хлорида алюминия аналогична технологии получения этилбензола. В качестве алкилирующего агента, кроме пропилена, может использоваться пропан-пропиленовая фракция, которая предварительно тщательно очищается от влаги, диоксида углерода и других примесей.

Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислого катализатора. В настоящее время известны следующие гетерогенные катализаторы алкилирования бензола пропиленом: фосфорнокислотный, катализаторы на основе оксидов и солей металлов, оксиды, модифицированные BP3, аморфные алюмосиликаты, цеолиты и катиониты. Применение твердых катализаторов намного упрощает технологическую схему, позволяет автоматизировать процесс, исключает проблему коррозии аппаратуры, облегчает отделение продуктов реакции, не требующих дополнительной очистки, которая в гомогенном катализе приводит к образованию стойких эмульсий и больших объемов сточных вод. Эти катализаторы можно регенерировать и использовать многократно [11].

Ионообменники в качестве катализаторов алкилирования в промышленности пока не используются. Однако этот вариант может быть как экономически, так и экологически наиболее выгодным, поскольку он может быть реализован как совмещенный реакционно-ректификационный процесс, повышающий селективность и снижающий затраты на разделение, так как в реакторе может быть достигнута конверсия бензола до 100 %.

Алкилирование бензола пропиленом на цеолитных катализаторах. В последние годы за рубежом получил распространение процесс фирмы «Моbil - Вadgеr» (США), в котором используется катализатор на основе цеолитов. Эта технология применена на нескольких действующих крупных установках получения этилбензола с единичной мощностью 335-465 тыс. т этилбензола в год. Процесс производится при температуре 370-5000С и давлении 1,4-2,8 МПа. По этой технологии образующиеся в процессе полиалкилбензолы возвращаются в узел алкилирования. Конверсия этилена составляет 100%, а выход этилбензола в расчете на этилен достигает ? 98 % [11].

Технология алкилирования бензола на цеолитном катализаторе имеет ряд преимуществ в сравнении с известной схемой с использованием AlCl₃. Главное достоинство касается экологических аспектов. Отсутствие в схеме кислотного фактора резко снижает образование кислых сточных вод. Другие достоинства - это меньшие расход катализатора (на два порядка), металлоемкость, площадь установки, количество персонала [8].

2. Основная часть

2.1 Физико-химические свойства изопропилбензола

Кумол (изопропилбензол), С₆Н₅СН(СН₃)₂, бесцветная жидкость, tкип=152,4 °С. Получают алкилированием бензола пропиленом. Применяется для синтеза фенола и ацетона, а также как высокооктановая добавка к авиационным бензинам и как растворитель [13].

Некоторые физико-химические свойства кумола приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-химические свойства кумола [3]

Химические свойства:

1. Кумол хорошо растворяется в органических растворителях, в воде -- плохо.

2. Образует взрывоопасные паровоздушные смеси (tвсn 38°С).

3. Реакции электрофильного замещения.

4. Галогенирование.

5. Легко окисляется кислородом воздуха, образуя продукты окисления, окрашивающие его в розовый, а затем в бурый цвет [2].

2.2 Принципы алкилирования бензола олефинами в химической технологии

При исследовании процесса алкилирования было установлено, что оптимальное количество присоединенного олефина составляет 0,33-0,4 моль на 1 моль бензола, участвующего в реакции. В этих условиях образуется 30-32% моноалкилбензола и 1-12% полиалкилбензола, т.е. соотношение монопродукта и полипродуктов равно примерно 3:1. Дальнейшее увеличение количества олефина приводит к более быстрому нарастанию в алкилате содержания полиалкилбензолов и незначительному возрастанию концентрации моноалкилбензола.

Было также показано, что при алкилировании бензола, содержащего до 10-12% полиалкилбензолов, достигается такое стационарное состояние, когда новых количеств полиалкилбензолов практически не образуется, а весь поступающий олефин расходуется на получение моноалкилбензола. В данных условиях соотношение монопродукта и полипродуктов остается таким же. Это объясняется тем, что при реакции алкилирования одновременно протекает процесс деалкилирования заранее внесенных в реакционную массу полиалкилбензолов.

Следует отметить, что при введении в алкилат полипродуктов необходимо соответственно уменьшить количество олефина таким образом, чтобы суммарное отношение числа алкилирующих групп к числу бензольных ядер оставалось в указанных выше пределах.

Требования, предъявляемые к сырью, поступающему на алкилирование, во многом обусловлены свойствами хлористого алюминия -- катализатора реакции. Безводный А1С13, как известно, энергично реагирует с водой, образуя гидроокись алюминия и хлористый водород:

AlCl3 + 3H2O = AL(OH)3 + 3HCl

Поэтому бензол и пропилен перед алкилированием должны быть тщательно высушены. Осушку бензола от растворенной в нем воды можно существлять пропусканием влажного бензола через слой твердого едкого натра.

В последние годы широкое распространение получил метод oсушки путем азеотропной перегонки, что позволяет избежать затраты сушильных агентов. Эффект осушки в обоих случаях почти одинаков.

Азеотропная осушка основана на свойстве некоторых жидких смесей, содержащих компоненты с ограниченной взаимной растворимостью, кипеть при температуре ниже температуры кипения легколетучего компонента. При этом выделяется пар постоянного состава, после конденсации которого образуются два жидких слоя, представляющие собой насыщенные растворы одного компонента в другом. Количество выделяющегося пара зависит от составов пара и исходной смеси: когда один из компонентов почти полностью отгонится, кипение при данной температуре и выделение пара прекращаются.

При испарении смеси бензола с водой при 69,25 °С (температура кипения чистого бензола 80,1 °С) отгоняется пар, содержащий 91,17 вес. % бензола и 8,83 вес. % воды. После конденсации пара образуются два слоя: бензольный и водный. Бензольный слой вновь возвращается на перегонку, а водный слой, очищенный от бензола, сливается в канализацию. В результате азеотропной осушки получают практически безводный бензол, содержащий не более 0,001--0,003 вес. % воды.

Вредными примесями олефинов являются меркаптаны и сероводород. Присутствие их вызывает уменьшение активности катализатора, образующего с ними комплексные соединения или сульфиды и меркаптиды алюминия.

В настоящее время значительное распространение получил метод очистки олефиновых фракций от сероводорода путем абсорбции его моноэтаноламином. Очистку газа от H2S этаноламином можно комбинировать с диэтиленгликолевой осушкой газа; в этом случае поглотительный раствор представляет собой смесь, содержащую 10--12% моноэтаноламина, 70--75% диэтиленгликоля и 5--20% воды. Описанный метод характеризуется большой сероемкостью раствора и высокой степенью очистки газа.

При промышленной реализации процесса алкилирования бензола олефинами для получения индивидуальных алкилбензолов исходят из газовых фракций, содержащих главным образом исходный олефин (этилен, пропилен или бутилен). В зависимости же от происхождения этих фракций в них могут присутствовать те или иные примеси других олефинов, количество которых определяется четкостью разделения ректификационных установок.

Присутствие в газовых фракциях парафиновых углеводородов (этана, пропана, бутанов) для реакции алкилирования не имеет значения, а наличие примесей олефинов весьма нежелательно. Присутствие, например, в пропан-пропиленовой фракции этилена и бутиленов приводит, во-первых, к непроизводительной затрате бензола, который алкилируется этими олефинами, и, во-вторых, усложняет выделение чистого изопропилбензола из реакционной смеси путем ее ректификации [3].

Вредной примесью олефина является также дивинил, полимеризующийся в присутствии хлористого алюминия с образованием смолы, которая затрудняет протекание основной реакции.

Несмотря на то, что олефиновые фракции подвергают тщательному облагораживанию, получение абсолютно чистых олефинов -- задача достаточно трудная и сложная, и, кроме того, она тесно связана с экономикой производства алкилбензолов. Поэтому с наличием некоторого количества примесей приходится мириться и принимать соответствующие меры по созданию более эффективных ректификационных установок для выделения товарных алкилбензолов.

Из примесей, содержащихся в бензоле, наиболее отрицательно могут сказываться на ходе процесса сероуглерод и тиофен, присутствие которых, однако, легко контролировать. Следует отметить, что в коксохимической промышленности уже накоплен значительный опыт очистки бензола от указанных примесей.

Изопропилбензол, применяемый для получения фенола и ацетона, должен удовлетворять очень высоким требованиям. На практике технические продукты алкилирования часто содержат ряд посторонних примесей, от которых их приходится отделять теми или иными способами. При этом возможность загрязнения получаемых алкилбензолов как низшими (этилен), так и высшими (бутилены и др.) гомологами не очень велика. Так, например, отделение изопропилбензола (tкип. = 12,4 °С) от этилбензола, кипящего при 136,2 °С, или втор-бутилбензола, который кипит три 173,3 °С, не вызывает затруднений.

Вредное влияние может оказывать на течение реакции алкилирования побочно идущая полимеризация олефинов. Например, при полимеризации пропилена образуются:

димер

тример

Некоторое значение имеют также возможные процессы алкилирования олефинами парафинов, если последние присутствуют в технических газах:

Кроме пропана, в эту реакцию могут вступать другие парафины, содержащиеся в пропан-пропиленовой фракции, например изобутан [9].

Температуры кипения указанных полимеров олефинов и алкилпарафинов могут быть близки к температурам кипения изопропилбензола, что, конечно, будет затруднять выделение последнего в достаточно чистом виде.

Таким образом, при получении алкилбензолов из бензола и олефинов при помощи катализаторов, подобных хлористому алюминию, необходимо проводить алкилирование в возможно более мягких условиях, применять достаточно чистое сырье, а также следить за чистотой возвратного бензола, своевременно обеспечивая отгонку нежелательных примесей.

Для достижения равновесного состава алкилата при одновременно протекающих в реакторе процессах алкилирования и деалкилирования чрезвычайно важно интенсивное перемешивание катализаторного и углеводородного слоев реакционной массы. Такое перемешивание легко достигается при барботировании олефина, особенно разбавленного инертными газами, через алкилат. Это дает возможность проводить непрерывное алкилирование в аппарате колонного типа, причем реагенты (бензол, олефины и полиалкилбензолы) подаются в нижнюю часть аппарата, а алкилат отбирается сверху. Время пребывания реагентов в колонне при непрерывном процессе, разумеется, должно быть достаточным для обеспечения равновесия [5].

Постоянство состава алкилата достигается также непрерывным введением катализатора в реактор, что особенно важно при работе с разбавленными олефинами, когда требуется применение давления. При периодической же загрузке хлористого алюминия в алкилатор вручную необходимо часто прерывать процесс (для сброса давления из аппарата), что приводит к потере продуктов. Кроме того, при соприкосновении АlCl3 с влажным воздухом выделяется хлористый водород, вызывающий усиленную коррозию аппаратуры и загрязняющий атмосферу рабочего помещения.

Наиболее просто подавать в реактор хлористый алюминий в виде готового жидкого катализаторного слоя. Это можно осуществить, обрабатывая АlCl₃ полиалкилбензолами в аппаратах периодического действия. Поскольку для образования тройных, или сильно полярных, комплексов требуется присутствие хлористого водорода, либо какого-нибудь спирта, либо, наконец, воды (в весьма ограниченных количествах), поступают следующим образом. К нагретой до 40--60 °С смеси, содержащей хлористый алюминий и полиалкилбензолы, при энергичном перемешивании постепенно добавляют незначительное количество воды. При этом в присутствии полиалкилбензолов, по-видимому, происходит образование комплексов типа:

(Ar)n ·H+[Al2Cl7]- и (Ar)n ·H+[Al2Cl5O]-

Полученная темноокрашенная масса представляет собой слабо дымящий на влажном воздухе подвижный гомогенный раствор, содержащий 35--40% хлористого алюминия. Обращение с этим раствором не вызывает затруднений, необходимо только предохранять его от попадания излишней влаги. Такой комплекс можно легко перекачивать насосом по трубопроводам.

Реакция алкилирования бензола пропиленом (протекает с достаточной скоростью уже при 35--40°С. Однако поскольку одновременно с алкилированием в реакторе осуществляется процесс деалкилирования, идущий с необходимой скоростью примерно при 80°С, температура в алкилаторе для достижения равновесного состава реакционной массы должна поддерживаться не ниже 80°С. На практике рабочая температура в алкилаторе бывает обычно несколько выше.

Реакции алкилирования бензола олефинами в жидкой фазе являются экзотермичными. Отвод выделяющегося тепла частично производят водой, циркулирующей в рубашке; основная масса тепла отводился за счет испарения бензола, облегчаемого присутствующими в технических газах инертными примесями. Поэтому рабочая температура в алкилаторе практически будет зависеть от состава пропан-пропиленовой фракции, поступающей на алкилирование, а также от давления, при котором осуществляется процесс. Так, при работе с очень разбавленными олефинами унос бензола инертными примесями из системы алкилатора оказывается чрезвычайно большим и для его уменьшения приходится проводить реакцию под небольшим избыточным давлением (до 6 ат). Применение давления не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на скорость образования и состав продуктов алкилирования.

Для быстрого достижения равновесного состава реакционной массы при одновременно протекающих процессах алкилирования и деалкилирования. количество хлористого алюминия должно составлять ~8--10% от веса алкилата, находящегося в реакторе.

Катализаторный комплекс очень ограниченно растворим в алкилате и имеет большую плотность (алкилат ~0,86 г/см3, комплекс -- 1,2--1,3 г/см3); несмотря на это, он легко диспергируется в реакционной массе пропиленом, подаваемым в нижнюю часть алкилатора. Вследствие хорошей диспергируемости комплекса некоторое количество его неизбежно выносится из аппарата вместе с продуктами реакции.

Во избежание больших потерь хлористого алюминия алкилат, выводимый из реактора, поступает в отстойник, откуда отстоявшийся комплекс возвращается в алкилатор; реакционную массу, содержащую 0,7-0,8% АlCl₃ (главным образом за счет растворения комплекса в алкилате), направляют на дальнейшую переработку. Практически весь расход хлористого алюминия в процессе определяется только растворимостью катализаторного комплекса в алкилате[3].

2.3 Технологическая схема производства изопропилбензола

На рисунке 1 показана принципиальная схема алкилирования бензола пропиленом в присутствии хлористого алюминия.

Влажный бензол, поступающий со склада, проходит через теплообменник 1, в котором подогревается приблизительно до 65 °С за счет тепла осушенного бензола (с температурой 83--84 °С), вытекающего из нижней части ректификационной колонны 2.

Подогретый бензол подают в колонну, из верхней части которой отгоняются пары, имеющие температуру 75--78 °С. Затем пары поступают на конденсацию и охлаждение в холодильник 3, откуда конденсат стекает в разделительный сосуд 5, в котором разделяется на два слоя. Сырой бензол (верхний слой) возвращают на повторную азеотропную ректификацию, а нижний слой после очистки от бензола сливают в канализацию. Обезвоженный бензол, содержащий 0,001--0,003 вес. % воды, после охлаждения до 30 °С направляют на алкилирование.

Процесс алкилирования проводят в колонном аппарате 6, в нижнюю часть которого непрерывно подают осушенный бензол, смесь полиизопропилбензолов, хлористый алюминий в виде комплексного соединения с полиизопропилбензолами и газообразную пропан-пропиленовую фракцию (С3-фракцию). Алкилат непрерывно отбирают из верхней части аппарата 6 и направляют в отстойник 8, где отделяется механически увлеченный жидкостью тяжелый катализаторный слой, возвращаемый в алкилатор.

Более легкий углеводородный слой, пройдя холодильник 9, в котором он охлаждается до ~30 °С, и напорный бак 12, поступает в аппарат 14 для разложения водой растворенного в алкилате катализаторного комплекса.Так как растворимость комплекса в алкилате с повышением температуры практически не изменяется, устанавливать охлаждающие поверхности в отстойнике 8 не обязательно. Для предохранений алкилатора и отстойника от коррозии стенки этих аппаратов футеруют графитовыми плитками.

Отходящие из верхней части алкилатора газы, насыщенные парами бензола, охлаждаются до 25--30 °С в конденсаторе-холодильнике 7, при этом значительная часть бензола конденсируется и возвращается в алкилатор. Далее газы направляют в противоточный скруббер 10, где их .промывают охлажденной смесью полиизопропилбензолов для улавливания нескоденсировавшихся паров бензола. Давление в скруббере поддерживается равным давлению в алкилаторе. Газ, отмытый от бензола и представляющий собой почти чистый пропан, нейтрализуют в противоточной колонне 11 раствором NaOH и промывают водой, после чего подают на пиролиз. Вытекающая из скруббера 10 насыщенная бензолам полиалкилбензольная фракция поступает при помощи насоса в алкилатор.

На линии ввода алкилата в напорный бак 12 установлен дроссельный вентиль, в результате давление редуцируется до атмосферного и выделяется значительное количество растворенного газа (пропана). Газ сжимается в компрессоре 13 до 4--6 ат (избыточное давление, при котором проводят алкилирование) и направляется в конденсатор 7, присоединяясь к основному потоку отходящих из алкилатора газов.

Для отделения алкилата от растворенных в нем газов, кроме описанного метода, в некоторых случаях можно применять метод, по которому алкилат «отпаривают» в специальной ректификационной колонне (депропанизаторе), работающей под таким же (или несколько пониженным) давлением, как и алкилатор.

Комплексные соединения хлористого алюминия, растворенные в алкилате, разлагают в аппарате 14 путем обработки реакционной массы водой при перемешивании. Вытекающую из разлагателя смесь воды и алкилата подают на разделение в аппарат 15. Водный слой, содержащий алюминиевые соли, поступает в ловушку 24 и после окончательной очистки от углеводородов --в канализацию.

Для дополнительного отстаивания алкилата иногда используют отстойник 17, где периодически отделяется задерживаемый перегородкой слой углеводородов, эмульгированных в воде раствором алюминиевых солей. Эта эмульсия собирается в емкость 16, откуда ее периодически направляют в колонну 26 для отгонки углеводородов [3].

Алкилат, вытекающий из отстойника 17, смешивается с растворам едкого натра, подаваемого из напорного бака 18. Для лучшей гомогенизации смесь пропускают через диффузорный смеситель 20 и затем подают в разделительный сосуд 21. После отделения раствор NaOH возвращают в напорный бак 18 и используют до тех пор, пока содержание щелочи в растворе не снизится до 5--6% NaOH. Из аппарата 21 алкилат направляют в противоточную насадочную колонну 23 для промывки водой, а затем собирают в отстойниках 25, откуда насосом подают на ректификацию.

Средний состав получаемого алкилата: около 50% бензола, 30--35% изопропилбензола и 15--18% полиалкилбензолов (главным образом смесь м- и n-диизопропилбензолов). Поскольку в пропан-пропиленовой фракции, поступающей на алкилирование, могут содержаться этилен и бутилены, также реагирующие с бензолом, в алкилате будут присутствовать некоторые количества этилбензола и бутилбензолов.

Выделение индивидуальных продуктов из алкилата достигается путем ректификации. Разделение многокомпонентной смеси можно осуществить по нескольким схемам. Принципиальная схема ректификации алкилата, показана на рисунке 2.

В первой по ходу процесса колонне 3 отгоняют бензол. Поскольку алкилат, подаваемый на ректификацию, не подвергают предварительной осушке, он содержит около 0,2% растворенной воды, которая при отгонке увлекается бензолом. Выходящие из верхней части колонны пары бензола и воды конденсируются в дефлегматоре, откуда жидкость поступает в разделительный сосуд 6. Нижний водный слой после очистки от бензола сливается в канализацию; верхний бензольный слой разделяется на два потока: один из них подают на орошение колонн, другой -- направляют на азеотропную осушку.

I - алкилат; II - бензол; III - полиизопропилбензолы; IV - смола; V - тилбензольная фракция; VI - изопропилбензол; VII - бутилбензольная фракция 1 - подогреватель; 2 - кипятильники; 3, 7, 8, 9, 10 - ректификационные колонны; 4 - дефлегматоры; 5 - насосы; 6 - разделительный сосуд

Рисунок 2 - Принципиальная схема ректификации алкилата

Кубовая жидкость из колонны 3 поступает в колонну 7, где отгоняется смесь изопропил-, бутил- и этилбензолов. Вследствие высокой температуры кипения кубовой жидкости ректификацию проводят в .вакууме (остаточное давление 190--200 мм рт. ст.); при 103--106 °С отбирают фракцию, называемую техническим изопропилбензолом. Из нижней части колонны 7 остающиеся полиалкилбензолы и смолу подают на разделение в насадочную колонну 8, также работающую при разряжении (остаточное давление ~50 мм рт. ст.). Дистиллят, состоящий из чистых полиизопропилбензолов (главным образом диизолропилбензолов), применяют для приготовления катализаторного комплекса, улавливания из отходящих газов бензола и затем направляют в алкилатор вместе с исходным сырьем.

Колонна 9 предназначена для отделения технического изопропилбензола от этилбензольной фракции и возможных продуктов полимеризации пропилена, температура кипения которых близка к температуре кипения изопропилбензола. В колонне- 10 отгоняют в вакууме (остаточное давление 420-- 450 мм рт. ст.) товарный изопропилбензол от бутилбензолов.

Практика работы показывает, что товарный изопропилбензол бывает загрязнен примесями фенола (иногда даже определяемыми количественно), который, вероятно, образуется при окислении алкилата кислородом воздуха. Удаление этих нежелательных примесей достигается пропусканием изопропилбензола через слой едкого натра [3].

Выход изопропилбензола по описанному .методу составляет 95% (по бензолу) и до 97% (по пропилену). Расход хлористого алюминия на 1 т кумола равен 15--20 кг [5].

Выводы

1. Изопропилбензол имеет огромное значение при получении важнейших мономеров. Он является исходным веществом в получении стирола и б-метилстирола, а также является полупродуктом при производстве фенола и ацетона «кумольным» методом. Изопропилбензол используют как добавку к авиационным бензинам, повышающую октановое число.

2. В данной курсовой работе рассмотрены процессы получения изопропилбензола. Подробнее рассмотрен выбранный метод производства алкилирования бензола пропиленом по методу Фриделя-Крафтса (в присутствии хлористого алюминия), а также представлена принципиальная схема производства по этому методу. Получение изопропилбензола по описанной технологии является одностадийным непрерывным процессом, с использованием дешевого и доступного сырья, что является достоинством этого метода. Недостатком метода можно назвать необходимость использования коррозионностойкого оборудования, большое потребление воды и предварительная очистка сырья от примесей.

3. В работе рассмотрен метод жидкофазного алкилирования, разработанный фирмой «Monsanto», который позволяет ликвидировать недостатки описанной технологии получения изопропилбензола.

Список использованных источников

1. Далин М. А. Алкилирование бензола олефинами/ М.А.Далин, П.И.Маркосов. - М.: Химия, 1957. - 117с.

2. Дарковский А. К., Зубов А. И. Противопожарная техника на предприятиях химической промышленности. - М.: Госхимиздат, 1961. - 246 с.

3. Кружалов Б. Д. Совместное получение фенола и ацетона из кумола. - М.: Гос. науч. изд-во хим. лит-ры, 1963. - 236 с.

4. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1981. - 608с.

5. Липович В.Г. Алкилирование бензола 3-метилциклогексанолом в присутствии хлористого алюминия и добавок хлоридов солей различных металлов/ В.Г.Липович, В.В.Земсков, М.Ф.Полубенцева, Г.А.Михайленко //ЖОХ. -1981. Т.51. Вып. 11. - С.2517-2520.

6. Мозговой И.В., А.Г. Нелин, Г.М. Давидан, Е.Д. Скутин. Технология нефтехимического синтеза. Мономеры. - Омск.: ОмГТУ, 2008. - 280 с.

7. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. / Под ред. И.К. Коробицыной. - М.: Мир, 1974. - 1133 с.

8. Патриляк К. И. Алкилирование на цеолитах. - М.: Химия, 1991. - 220 с.

9. Полубенцева М.Ф. Алкилирование ароматических углеводородов/ М.Ф.Полубенцева, В.В.Дуганова, Г.А.Михайленко// ЖОХ. - 1996. - Т.66. - Вып.4. - С.630-634.

10. Справочник нефтехимика / Под ред. С. К. Огородникова. В двух томах. Т.2. - Л.: Химия, 1978. - 592 с.

11. Тимофеев В. С., Серафимов Л. А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Высшая школа, 2003. - 536 с.

12. Химическая энциклопедия // Под ред. А.М. Прохоров и др. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - 624 с.

13. Химическая энциклопедия // Под ред. И.Л. Кнунянц. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - 783 с.

Размещено на Allbest.ru