6. Производство изопропилбензола алкилированием бензола пропиленом. Катализаторы. Поточные схемы производства.

Для получения изопропилбензола широкое распростра­нение получил процесс алкилирования на твердом фосфорнокислотном катализаторе. Алкилирование ведется в полочном реак­торе на катализаторе, содержащем пирофосфорную кислоту (75%), нанесенную на кизельгур (25%), А1₂0₃ или силикагель. Смесь бензола и пропан-пропиленовой фракции при мольном от­ношении пропилен : бензол 1: (4—6) пропускается через слой ка­тализатора при 200 °С и давлении 2,8—4,2 МПа. Катализатор работает 700—800 ч, затем теряет ак­тивность и заменяется свежим.

Недостатком фосфорнокислотного катализатора является невозможность переалкилирования образующихся полиалкилбензолов. Кроме того, изопропилбензол, полученный на этом катализа, торе, содержит 0,5—1 % олефинов, которые в дальнейшем ингибируют его окисление при получении фенола и ацетона.

Однако за последние годы в Советском Союзе и за рубежом разработаны фосфорнокислотные катализаторы алкилирования, на которых в качестве побочных продуктов получаются преимуще. ственно димеры и небольшое количество тримеров пропилена, а тетрамеры вообще не получаются. Благодаря этому очистку изо­пропилбензола можно осуществить ректификацией. Поэтому в на­стоящее время 90 % мирового производства ИПБ осуществляется алкилированием на фосфорнокислотном катализаторе. Предстоит перевод и отечественных установок на этот катализатор.

На отечественных нефтехимических заводах пока наибольшее применение получил процесс алкилирования бензола пропиленом в присутствии хлористого алюминия. Преимуществами этого ката­лизатора являются отсутствие олефинов в изопропилбензоле и возможность деалкилировать полиалкилбензолы, что увеличивает выход изопропилбензола. Сырьем для производства изопропил­бензола служат пропан-пропиленовая фракция, содержащая 40—80 % пропилена, и бензол, обезвоживание которого осуще­ствляется путем азеотропной дистилляции. Хлорид алюминия вво­дится в количестве 8—10 % от алкилата. Потери его не превы­шают 1,5—2 %.

Алкилирование бензола пропиленом производится в алкилаторе, представляющем собой пустотелый аппарат колонного типа. Поскольку среда коррозионная, реактор футерован графитовыми плитками, перемешивание осуществляется самим газом. Отвод тепла экзотермической реакции алкилирования осуществляется за счет испарения части бензола, выходящего из алкилатора вместе с отходящими газами. При последующем охлаждении газа бензол конденсируется и вновь возвращается на алкилирование. Температуру в алкилаторе регулируют степенью насыщения отходящего газа бензолом, а количество испаряющегося бензола зависит от давления в алкилаторе (при заданной температуре). Процесс ве­дут при давлении до 0,5 МПа и температуре 90—130°С. А регу­лирование температуры в конечном счете осуществляется путем изменения давления.

Повышенная температура реакции (90-130 °С) необходима для увеличения скорости деалкилирования полиалкилбензолов. Реакция алкилирования идет с достаточной скоростью даже при температуре 35—40 °С.

Бензол нагревается до 65 °С в теплообменнике 1, обогреваемом осушенным бензолом, и направляется в колонну азеотропной дистилляции 2. Сверху колонны 2 отбирается азеотропная смесь бензол — вода при 75—78 °С, а снизу — сухой бен­зол при 83—84 °С. Пары проходят конденсатор 3, после чего кон­денсат направляется в водоотделитель 5, где бензол отделяется от воды. Верхний бензольный слой вновь направляется в колон­ну 2, а нижний водный слой сливают в канализацию. Сухой бен­зол (содержание воды 0,001—0,003 % (масс.), охлажденный до 30°С, направляется в алкилатор 7, куда поступают также смесь полиизопропилбензолов (на деалкилирование), хлористый алюми­ний в виде комплекса с полиалкилбензолами из емкости 6 и га­зообразная пропан-пропиленовая фракция.

Отходящие газы из алкилатора 7, содержащие пары бензола, проходят холодильник-конденсатор 8, где большая часть бензола конденсируется. Далее газы поступают в скруббер 10 на промывку полиалкилбензолами, поглощающими остатки, паров бензола. За­тем газ, содержащий преимущественно пропан, нейтрализуют в колонне 11, промывают водой и направляют на пиролиз.

Алкилат выводится из верхней части алкилатора 7 и поступает в отстойник 9, где отделяется от механически увлеченного тяже­лого катализаторного слоя, который возвращается в алкилатор. Далее алкилат охлаждается в холодильнике 12 и поступает в ем­кость для разложения 13, где катализаторный комплекс, раство­ренный в алкилате, разлагается водой. Смесь воды и алкилата разделяется в отстойнике 14 алкилат нейтрализуется и промыва­ется водой, после чего направляется на ректификацию.

Типичный состав алкилата, % (масс.): бензола 55—60; моноалкилбензол а 30—35; диалкилбензолов 5—10, полиалкил бензолов и смолы до 5.

Ректификация алкилата обычно осуществляется в пяти после­довательно установленных колоннах. В первой колонне отгоняется бензол, который возвращается на алкилирование. В следующей колонне отгоняется изопропилбензол с примесью бутил- и этил- бензола. Затем от остатка отгоняются полиалкилбензолы (глав­ным образом, диизопропилбензол), возвращаемые в процесс. Да­лее от ректификата отгоняется этилбензольная фракция. Послед­няя колонна служит для отделения изопропилбензола от бутилбензолов.

Выход изопропилбензола по этой схеме составляет до 97 % в расчете на пропилен.

Сравнивая процессы алкилирования бензола пропиленом на фосфорнокислотном катализаторе и хлористом алюминии следует отметить, что в первом случае проще аппаратурное оформление и среда значительно менее коррозионна. При этом не образуется столь больших количеств химически загрязненных сточных вод. Несмотря на более высокое соотношение бензол: пропилен (до 10:1) процесс на фосфорнокислотном катализаторе экономичнее.