ИТС 18-2016 Производство основных органических химических веществ

     3.2.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

3.2.1.1 Алкилирование бензола этиленом в присутствии алюмохлоридного катализатора

На рисунке 3.2.1 представлена принципиальная технологическая схема производства этилбензола алкилированием бензола в присутствии хлористого алюминия (AlCl).     

1 - насосы;

 2 - теплообменник; 3 - колонна осушки бензола; 4, 10 - конденсаторы; 5 - сепаратор; 6 - аппарат получения каталитического комплекса; 7 - кипятильник; 8 - сборник; 9 - алкилатор; 11 - газоотделитель; 12, 16 - сепараторы; 13 - абсорбер; 14 - водяной скруббер; 15 - холодильник; 17, 18 - промывные колонны

Рисунок 3.2.1 - Принципиальная технологическая схема производства этилбензола в присутствии AICI

Свежий бензол вместе с бензолом, возвращаемым со стадии разделения, поступает в колонну 3, предназначенную для осушки бензола азеотропной ректификацией. Низкокипящая азеотропная смесь бензола с водой конденсируется в конденсаторе 4 и разделяется в сепараторе 5 на два слоя. Воду с растворенным в ней бензолом отводят (ее можно использовать для промывки реакционной массы), а бензольный слой стекает на верхнюю тарелку колонны 3, создавая орошение. Осушенный бензол из куба колонны 3 в теплообменнике 2 подогревает бензол, идущий на осушку, и попадает в сборник 8, откуда насосом непрерывно закачивается в алкилатор 9.

Каталитический комплекс готовят в аппарате 6 с мешалкой и рубашкой для обогрева паром. В него загружают полиалкилбензолы (ПАБ) или смесь бензола и ПАБ (1:1) и хлорид алюминия (1 моль на 2,5-3,0 моль ароматических углеводородов), после чего при нагревании и перемешивании подают хлорпроизводное. Приготовленный комплекс периодически вводят в алкилатор.

Алкилирование ароматических углеводородов газообразными олефинами проводят в барботажном реакторе 9, внутренняя поверхность которого защищена от коррозии кислотостойкими плитками. Жидкая реакционная масса, заполняющая реактор до бокового перелива, состоит из каталитического комплекса AlCl (20-40% об.) и не растворимой в нем смеси ароматических углеводородов. В нижнюю часть реактора подают жидкий осушенный бензол из емкости 8 и олефиновую фракцию, которую барботируют через жидкость, интенсивно перемешивая ее. Жидкая реакционная масса стекает через боковой перелив в горячий сепаратор 12, где отстаивается более тяжелый катализаторный комплекс, возвращаемый вниз алкилатора, а алкилат поступает на дальнейшую переработку.

Избыточное количество тепла реакции отводят за счет нагрева циркулирующего катализаторного комплекса и за счет испарения бензола, пары которого вместе с отходящими газами, содержащими хлористый водород, направляют в обратный холодильник 10, где бензол конденсируется и самотеком возвращается в алкилатор, а отходящие газы поступают на дальнейшую переработку. Следовательно, в реакторе устанавливается автотермический режим, и температура в нем зависит от применяемого давления и количества отходящих газов (или от концентрации исходной олефиновой фракции).

Газы после конденсатора 10 содержат значительное количество паров легколетучего бензола (особенно при использовании разбавленных фракций олефинов). Для улавливания бензола эти газы направляют в абсорбер 13, который орошается ПАБ, выделенными из реакционной массы на стадии разделения. Собирающийся в нижней части абсорбера раствор бензола в ПАБ поступает в реакционный аппарат 9 для переалкилирования. Газы после абсорбера 13 промывают водой в скруббере 14 для удаления HCl и выводят в атмосферу или используют в качестве топочного газа.

Углеводородный слой, отбираемый после сепаратора 12, содержит бензол, моно- и полиалкилбензолы. В нем присутствуют также небольшое количество других гомологов бензола, получавшиеся за счет примесей олефинов в исходной фракции или путем частичной деструкции алкильной группы под воздействием AlCl. При синтезе этилбензола реакционная масса содержит 45-55% бензола, 35-40% МАБ, 8-12% ДАБ и до 3% более высокоалкилированных соединений, побочных продуктов и смол. Вся эта смесь проходит через водяной холодильник 15 и дополнительно отстаивается в сепараторе 16, откуда каталитический комплекс периодически возвращают в алкилатор. После этого алкилат направляют на очистку от растворенного хлорида водорода и хлорида алюминия. С этой целью смесь промывают в системе противоточных колонн 17 и 18 вначале водой, а затем водной щелочью. Нейтрализованная смесь углеводородов поступает на ректификацию. На рисунке 3.2.2 изображена принципиальная технологическая схема очистки продуктов алкилирования.     

Рисунок 3.2.2 - Принципиальная технологическая схема очистки продуктов алкилирования

Реакционная масса, полученная при алкилировании бензола этиленом, подогревается в теплообменнике 1 за счет теплоты полиалкилбензолов, в теплообменнике 2 за счет теплоты парового конденсата, в теплообменнике 3 за счет теплообмена с этилбензолом-ректификатом и в теплообменнике 4 за счет теплоты парового конденсата и подается в колонну 5 для выделения непрореагировавшего бензола. Кубовая жидкость колонны 5 насосом 12 подается в колонну 13 для получения этилбензола-ректификата. Обогрев колонны осуществляется паром через выносной кипятильник 14. Пары этилбензола-ректификата из верхней части колонны 13 поступают в конденсатор-испаритель 15, где конденсируются за счет испарения парового конденсата. Несконденсировавшие пары этилбензола подаются в конденсатор 16. Полученные конденсаты собираются в емкость 17, откуда насосом 18 часть их возвращается в колонну в виде флегмы, а остальное через теплообменник 3 направляется на склад.

Кубовая жидкость колонны 13, содержащая полиалкилбензолы и смолы, насосом 19 подается в колонну 20 для отделения полиалкилбензолов и смолы. Пары полиаклилбензолов из верха колонны 20 поступают на конденсацию. Конденсат стекает в емкость 24, откуда часть его подаётся в колонну в виде флегмы, остальное количество через теплообменник 1 откачивается на склад. Полиалкилбензольная смола из куба колонны 20 насосом 25 подается на склад или установку получения сополимеров.

3.2.1.2 Алкилирование бензола этиленом в присутствии цеолитов

На рисунке 3.2.3 представлена принципиальная технологическая схема производства этилбензола по технологии компании Bajer в присутствии цеолита.

Первый слой катализатора алкилирования расположен в реакторе Р-3, в реакторе Р-1 находится ещё шесть слоев катализатора. Катализатор в реакторе Р-3 защищает слои катализатора, размещенного в реакторе Р-1, от отравления остаточными азотистыми соединениями, присутствующими в сырье.     

К-1, К-3/1,2 - адсорберы; Р-1, Р-2, Р-3 - реакторы; К-2, К-4, К-5, К-6 - ректификационные колонны

Рисунок 3.2.3 - Принципиальная технологическая схема производства этилбензола в присутствии цеолитов