Производство изопропилбензола

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет»

Кафедра химической технологии органических веществ

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему: «Производство изопропилбензола»

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент гр. ХОб-111

Власов.П.Е

Проверил:

Боркина Г. Г

 

 

 

 

 

 

 

Кемерово 2014г.

 

Содержание  
 
1.Введение                                                                                                 3

2.Процесс алкилирования бензола пропиленом                                     4      
2.1Алкилирование бензола                                                               4

2.2 Алкилирование бензола пропиленом                                           6

2.3  Алкилирование бензола пропиленом на цеолитных катализаторах       7                         

3. окисление изопропилбензола кислородом                                            8

Вывод                                                                                                                 11

Список литературы                                                                                            12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Изопропилбензол - типичное ароматическое соединение (легко алкилируется, хлорируется, сульфируется, нитруется в ядро). В промышленности изопропилбензол получают каталитическим алкилированием бензола пропиленом. реакция осложняется последовательным введением алкильных радикалов в образовавшийся изопропилбензол вплоть до получения гексаизопропилбезла.

В способе производства изопропилбензола, осуществленном в СССР, катализаторомалкилирования служит хлоралюминиевый каталитический комплекс (АlСl3 с НСl и алкилароматическим углеводородом). Процесс осуществляют при 100-130°С (давление определяется температурой), мольное соотношение бензол : пропилен (с учетом возвращаемых в реакцию полиалкилбензолов) составляет 3:3,5. Полученный изопропилбензол отмывают от катализатора последовательно 17-25%-ным раствором АlСl3, 3-5%-ным раствором NaOH и водой, подвергают ректификации. 

Применяют изопропилбензол для производства главным образом фенола иацетона (через кумилгидропероксид) и a-метилстирола, а также как авиац. бензинам, повышающую октановое число.                                                                   Температура вспышки 38 °С,                                                                                                              При ингаляции вызывает острые и хронические поражения творных органов (костного мозга, селезенки). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Процесс алкилирования бензола пропиленом

2.1 . Алкилирование бензола пропиленом в присутствия безводного хлористого алюминия (алкилирование по Фриделю – Крафтсу)

 

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 алкuлирования 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.

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 (160-2000С 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.

 

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

 

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.

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 %.

 

2.3 Алкилирование бензола пропиленом на цеолитных катализаторах

 

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 %.

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Окисление изопропилбензола кислородом

 

Окисление ИПБ кислородом – сложная радикально-цепная каталитическая реакция, протекающая  в жидкой фазе по уравнению 
Конечным  продуктом окисления является гидропероксид  изопропилбензола. 
Реакция окисления протекает через образование  радикалов со свободной валентностью на атоме углерода или кислорода  и инициируется за счет автоокисления  ИПБ при введении инициаторов  или при взаимодействии кислорода  с катализатором с последующим  развитием цепи до образования достаточно устойчивого в условиях реакции  молекулярного продукта – гидроксида. 
Катализаторами  реакции окисления ИПБ являются резинаты и нефтенаты кобальта(II) и марганца(II). При этом одновременно с основной реакцией  протекают  побочные реакции образования диметилфенилкарбинола, ацетофенона и муравьиной кислоты. 
Вследствие  этого селективность окисления  ИПБ до ГП не превышает 95 %. С увеличением  температуры и степени конверсии  в реакционной массе накапливается  ГП и усиливаются побочные реакции  его разложения. Во избежание этого  степень конверсии ИПБ не должна превышать 0,3. Для нейтрализации  муравьиной кислоты, образующейся в  качестве побочного продукта, окисление  проводят в водно-щелочной эмульсии (раствор карбоната натрия), что  позволяет интенсифицировать основную реакцию образования ГП. Поэтому оптимальными условиями окисления  ИПБ до ГП являются: температура 120 – 130°С; давление 0,5 – 0,1 МПа; рН среды 8,5 – 10,5. В этих условиях содержание ГП в  реакционной смеси составляет 25 %(масс)  
Процесс окисления ИПБ ингибируется фенолами, алкенами и сернистыми соединениями. Поэтому исходный ИПБ подвергается тщательной очистке от примесей. 
 Разложение  гидропероксида изопропилбензола представляет экзотермическую реакцию кислотного расщепления:

 

 Реакция протекает по ионному механизму  через следующие стадии:  
а) образование и дегидратация оксониевого  иона; 
б) перегруппировка образовавшегося  иона, с миграцией фенильной группы  к атому кислорода;  
в) превращение карбкатиона с образованием фенола и ацетона; 
Реакция разложения ГП катализируется кислотами  и протекает с очень высокой  скоростью. На практике для разложения используют 0,1 %-ный раствор серной кислоты в ацетоне. Выход целевых  продуктов зависит от температуры  и достигает максимума при 50-60 °С. 
     

 

Одновременно  с основной реакцией протекают побочные реакции с участием диметилфенилкарбинола  и ацетофенона, присутствующих в  техническом ГП. Например, диметилфенилкарбинол дегидратируется до ?-метилстирола, который выделяется в виде товарного  продукта или присоединяется к циркуляционному  возвратному ИПБ. 
Вследствие  экзотермичности и высокой скорости реакции при разложении ГП выделяется большое количество тепла. Для его  отвода процесс разложения ведут  в среде разбавителя (ацетон или  продукты реакции), используя проточно-циркуляционную схему, и применяют интенсивно работающие выносные холодильники. 
Технологическая схема процесса окисления изопропилбензола и разложения гидропероксида изопропилбензола представлена. 
Смесь свежего и циркуляционного (оборотного) изопропилбензола (ИПБ) с добавкой гидропероксида (ГП) для инициирования процесса окисления из сборника 1 поступает  в теплообменник 2, где нагревается  продуктами окисления (оксидатом), выходящими из реактора окисления, и подается в  верхнюю часть реактора окисления 3. В нижнюю часть реактора под  давлением 0,4 МПа поступает противотоком очищенный воздух, барботирующий  через жидкость. Избыток воздуха  с увлеченными им парами ИПБ и  побочных продуктов (формальдегида  и муравьиной кислоты) проходит холодильник-конденсатор 4, где из него выделяются жидкие продукты, и выбрасывается в атмосферу. Конденсат поступает в сепаратор-промыватель 5, орошаемый водным раствором щелочи для удаления муравьиной кислоты, и  разделяется в нем на углеводородный и водный слои. 
Углеводородный  слой, содержащий ИПБ, подается в сборник 1 и возвращается в цикл. Выходящий  из нижней части реактора 3 оксидат, содержащий до 30 % ГП, проходит теплообменник 2, дросселируется до давления 40 кПа  в дросселе 6 и подается на ректификацию в вакуум-ректификационную колонну 7 для отгонки ИПБ и концентрирования ГП. Отогнанный ИПБ из колонны поступает  в сепаратор-промыватель 5 и из него в сборник 1. Сконцентрированный до 85 – 90 % ГП подается на разложение в  разлагатель 8, куда вводится раствор  серной кислоты в ацетоне. Из разлагателя  продукты разложения после нейтрализации  раствором гидроксида натрия направляются в систему ректификации, состоящую  из нескольких колонн. Под давлением 105 Па в колонне 10 отгоняется ацетон, а при пониженном давлении в колонне 11 – ?-метилстирол и остатки  ИПБ, а в колонне 12 – фенол. При использовании кумольного метода итоговый выход полезного продукта составляет 86 %. Следовательно, исходное сырье используется не в полной мере: его расход составляет 0,95 т бензола на 1 т производимого  фенола. При этом следует отметить, что на данное количество фенола образуется 600 кг ацетона.