Способ получения моноалкилированных ароматических соединений (варианты) и способ переалкилирования ароматических углеводородов
Авторы патента:
Использование: нефтехимия. Сущность: проводят алкилирование ароматического углеводорода олефином, содержащим от 2 до 4 атомов углерода, или переалкилирование полиалкилароматическим углеводородом в присутствии цеолита ERS-10. Технический результат: увеличение селективности по отношению к моноалкилированному продукту. 3 с. и 34 з.п.ф-лы, 2 табл.
Описывается способ получения моноалкилированных ароматических соединений, предусматривающий алкилирование ароматического углеводорода олефином, содержащим от 2 до 4 атомов углерода, или переалкилирование полиалкилароматическим углеводородом в присутствии цеолита ERS-10.
Прежние способы, довольно широко используемые в нефтехимической промышленности, получения алкилароматических соединений и, в частности, кумола и этилбензола, предусматривают использование катализатора на основе фосфорной кислоты и инфузорной земли в неподвижном слое для кумола и AlCl3, в суспензии при получении этилбензола и кумола. Однако эти способы имеют недостатки, связанные с отрицательным воздействием на окружающую среду и безопасность; действительно, использование этих катализаторов является особенно проблематичным вследствие коррозии, побочного производства токсичных органических продуктов и размещения истощенных катализаторов. Возможность замены этих катализаторов незагрязняющими, некоррозионными и регенерируемыми материалами, такими как, например, цеолитные катализаторы, известна в течение некоторого времени. Использование Х- и Y-цеолитов для получения кумола было описано впервые в 1965 г. (Minachev, Кг. М., Isakov, Ya. I. , Garanin, V.I., Piguzova, L.I., Bogomov, V.I. and Vitukina, A.S., Neftekhimiya, 5 (1965), 676). Затем в работе (Venuto, P.В., Hamilton, L.A., Landis, P. S. and Wise, J.J., J. Catal., 5 (1966), 81) описано алкилирование бензола легкими олефинами, такими как пропилен и этилен, катализированное цеолитами с фожазитной структурой (X и Y) и, поэтому, с широкими порами. Эти цеолиты могут быть стабилизированы путем обмена с редкой землей. В патенте US 3251897 описано алкилирование ароматических соединений в жидкой фазе, катализированное пористыми кристаллическими алюмосиликатами, среди которых X, Y и морденит. В патенте US 4292458 описано использование цеолитов типа ZSM-5, в частности боралита со структурой типа ZSM-5, способного катализировать алкилирование бензола пропиленом. Этот тип цеолитной системы, однако, возможно благодаря очень малым каналам, обеспечивает только получение кумола с довольно низкой селективностью. Поэтому, в целом, можно сказать, что цеолиты являются активными в алкилировании ароматических соединений олефинами, но имеют различное поведение в отношении селективности. Реакция алкилирования в действительности сопровождается последующими вторичными реакциями, такими как полиалкилирование, и параллельными реакциями, такими как олигомеризация олефинов. Олигомеры затем, в свою очередь, могут алкилировать ароматику, давая тяжелые алкилированные продукты, или претерпевать расщепление, давая легкие олефины, отличные от главного реагента, с получением, таким образом, при последующем алкилировании других алкилированных побочных продуктов. Получение моноалкилированных углеводородов путем переалкилирования полиалкилированных ароматических углеводородов, в котором используются цеолиты с небольшими, средними и большими порами, описано, например, в патентах US 3385906, US 4169111 и ЕР 308097. В частности, реакция переалкилирования полиалкилированных ароматических углеводородов может быть выполнена после стадии алкилирования путем воздействия на полиалкилированные продукты, извлеченные ниже по потоку стадии алкилирования. Использование цеолитных катализаторов для получения моноалкилированных ароматических углеводородов путем переалкилирования полиалкилированных продуктов на стадии после стадии алкилирования описано в патентах US 3385906, US 4774377, US 4168111 и ЕР 308097, где комбинируют способы алкилирования и переалкилирования с получением лучших выходов моноалкилированных ароматических соединений. Патенты ЕР 432814, ЕР 439632, ЕР 629599 и ЕР 687500 описывают получение моноалкилированных ароматических углеводородов из ароматических углеводородов путем алкилирования, переалкилирования и комбинированного способа алкилирования и переалкилирования, катализированных бета-цеолитом. Объектом изобретения является способ получения моноалкилированных ароматических соединений, предусматривающий алкилирование ароматического углеводорода олефином, содержащим от 2 до 4 атомов углерода, или переалкилирование полиалкилароматическим углеводородом в присутствии катализатора, содержащего цеолит ERS-10. Способ по настоящему изобретению имеет более высокую селективность по отношению к моноалкилированному продукту; в частности, имеется низкое образование тяжелых продуктов (диалкилированных продуктов) и н-пропилбензола. Цеолит ERS-10 является пористым кристаллическим материалом, описанным в патенте ЕР 796821, имеющим мольный состав оксидов в их кальцинированной и безводной форме, соответствующий следующей общей формуле: m M2/nO




H2O:SiO2=50:1
OH-:SiO2=0,295:1
Раствор затем загружают в стальной автоклав, расположенный в термошкафу и выдерживаемый при 170oC, при самозарождающемся давлении в течение 14 суток. После охлаждения до комнатной температуры кристаллический продукт отделяют от маточного раствора фильтрацией, промывают деминерализованной водой и сушат в термошкафу при 120oС в течение 2 ч. Состав кристаллического материала, определенный с помощью элементарного химического анализа, является следующим:
67 SiO2:1 Аl2O3:0,5 Q2O:0,3 Na2O:7 Н2О. Полученный материал является кристаллическим алюмосиликатом, имеющим дифракционную рентгенограмму (полученную с помощью вертикального гониометра, оборудованного электронной импульсо-счетной системой с использованием излучения СuК


67 SiO2:1 Аl2O3:0,3 Na2O. Дифракционный рентгеновский спектр порошков, относящихся к этому образцу в кислотной форме, является таким, как указано в патенте ЕР 796821, пример 1, таблица 4. Кальцинированный продукт затем подвергают процессу обмена в кислотной форме путем повторной обработки раствором ацетата аммония при 80oС, промывают деминерализованной водой и прокаливают при 550oС в течение 5 ч. Остаточное содержание натрия в полученном таким образом образце равняется менее 100 ч. на млн. ПРИМЕР 2 (тест на алкилирование: синтез кумола). Катализатор в виде порошка ERS-10, полученного в примере 1, превращают в таблетки, просеивают в частицы, имеющие размеры 20-40 меш, и испытывают в способе алкилирования бензола пропиленом с получением кумола. 3 г этого катализатора загружают в реактор с неподвижным слоем, имеющий диаметр 1,2 см, снабженный контейнером с внутренним термометром, в который вводят термопару для регулирования температуры. Реактор погружают на нагретую масляную баню для лучшего регулирования температуры. Катализатор сначала активируют в азоте при 180oС для исключения каких-либо остаточных следов присутствующей здесь влаги. Условиями, предназначенными для испытания на алкилирование, являются:
Мольное соотношение бензол:пропилен=7:1
Температура - 150oС
Давление - 3800 кПа
WHSV - 1 ч-1
Продукты анализируют при помощи газового хроматографа (типа Hewlett-Packard 5890, снабженного детектором ионизации пламени), имеющего капиллярную колонку PONA (50 м х 0,21 мм х 0,5 мкм). Результаты испытаний:
Время в потоке (ч) - 22,5
Превращение пропилена (%) - 99,3
Распределение нормализованных продуктов по отношению к бензолу (мас.%)
Олигомеры - 0,25
Кумол - 92,64
н-Пропилбензол (ч. на млн/кумол) - 158
Диизопропилбензолы (ДИПБ'ы) - 5,88
Другие - 0,92
Селективность (%)
(С9/С6) - 94,82
(С9/С3) - 89,52
(ИПБ'ы/C3) - 97,93
где (С9/С6) - селективность кумола по отношению к бензолу;
(C9/С3) - селективность кумола по отношению к пропилену;
(ИПБ'ы/C3) - селективность изопропилбензолов (ИПБ'в) (кумол, диизопропилбензолы) по отношению к пропилену. ПРИМЕР 3 (испытание на алкилирование: синтез кумола). Повторяют пример 2 в следующих условиях:
Температура - 170oС
Давление - 3800 кПа
WHSV - 1 ч-1
Результаты испытаний:
Время в потоке (ч) - 22,5
Превращение пропилена (%) - 99,5
Распределение нормализованных продуктов по отношению к бензолу (мас.%)
Олигомеры - 0,23
Кумол - 88,34
н-Пропилбензол (ч. на млн/кумол) - 265
Диизопропилбензолы (ДИПБ'ы) - 10,45
Другие - 0,72
Селективность (%)
(С9/С6) - 91/37
(С9/С3) - 83,71
(ИПБ'ы/C3) - 98,68
ПРИМЕР 4
Повторяют пример 2 в следующих условиях:
Мольное соотношение бензол:пропилен=7:1
Температура - 185oС
Давление - 3800 кПа
WHSV - 1 ч-1
Результаты испытаний:
Время в потоке (ч) - 87,5
Превращение пропилена (%) - 99,5
Распределение нормализованных продуктов по отношению к бензолу (мас.%)
Олигомеры - 0,21
Кумол - 86,61
н-Пропилбензол (ч. на млн/кумол) - 360
Диизопропилбензолы (ДИПБ'ы) - 12,3
Другие - 0,68
Селективность (%)
(С9/С6) - 89,98
(С9/C3) - 81,43
(ИПБ'ы/C3) - 98,56
ПРИМЕР 5 (сравнительный)
Повторяют пример 2 с использованием в качестве катализатора цеолита USY (330 HUA фирмы Tosoh Corporation) в следующих условиях:
Загруженный катализатор - 3,0 г
Мольное соотношение бензол:пропилен=7:1
Температура - 150oС
Давление - 3800 кПа
WHSV - 1 ч-1
Результаты испытаний:
Превращение пропилена (%) - 98,1
Распределение нормализованных продуктов по отношению к бензолу (мас.%)
Олигомеры - 0,33
Кумол - 73,5
н-Пропилбензол (ч. на млн/кумол) - 170
Диизопропилбензолы (ДИПБ'ы) - 21,88
Другие - 4,51
Селективность (%)
(С9/С6) - 79,36
(С9/С3) - 63,69
(ИПБ'ы/С3) - 91,93
При сравнении этих результатов с результатами, полученными в тех же рабочих условиях в примере 2, можно видеть, что цеолит ERS-10 имеет намного более высокую селективность к кумолу, чем цеолит Y по отношению как к бензолу, так и к пропилену. Необходимо также отметить, что как в примере 2, так и в сравнительном примере 5 превращение пропилена является одинаковым, а когда речь идет о получении изопропилбензолов (ИПБ'ов), значения, полученные с цеолитом ERS-10, являются намного выше значений, полученных с цеолитом Y. ПРИМЕР 6 (сравнительный)
Повторяют пример 2 с использованием в качестве катализатора морденита CBV40 (фирма PQ Corporation) в следующих условиях:
Загруженный катализатор - 3,0 г
Мольное соотношение бензол:пропилен=7:1
Температура - 150oС
Давление - 3800 кПа
WHSV - 1 ч-1
Результаты испытаний:
Превращение пропилена (%) - 99,8
Распределение нормализованных продуктов по отношению к бензолу (мас.%)
Олигомеры - 0,31
Кумол - 89,1
н-Пропилбензол (ч. на млн/кумол) - 163
Диизопропилбензолы (ДИПБ'ы) - 10,58
Другие - 0,33
Селективность (%)
(C9/C6) - 91,85
(С9/С3) - 84,25
(ИПБ'ы/С3) - 99,05
Из сравнения этих результатов с результатами, полученными в тех же рабочих условиях в примере 2, видно, что цеолит ERS-10 имеет намного более высокую селективность к кумолу, чем морденит по отношению как к бензолу, так и к пропилену. Также в этом случае необходимо отметить, что как в примере 2, так и в сравнительном примере 6 превращение пропилена является одинаковым, в случае же получения изопропилбензолов (ИПБ'ов) значения, полученные с цеолитом ERS-10, значительно выше значений, полученных с морденитом. Следовательно, цеолит ERS-10 приводит к более высокому получению кумола и к более низкому образованию побочных продуктов, таких как диизопропилбензолы, олигомеры и н-пропилбензол. ПРИМЕР 7 (каталитическое испытание на переалкилирование)
Испытание на переалкилирование проводят с использованием катализатора ERS-10, полученного, как описано в примере 1, переработанного в таблетки, имеющие размеры 20-40 меш. Испытание проводят в установке непрерывного действия с неподвижным слоем, где загружается 2,0 г катализатора. Жидкостное питание состоит из смеси бензола (80 мас.%) и 1,3-диизопропилбензола (20 мас.%). Условия проведения реакции следующие:
Температура - 200, 220 и 240oС
Давление - 5000 кПа
WHSV - 5 ч-1
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2
Похожие патенты:
Объединенный способ производства кумола // 2200726
Изобретение относится к объединенному способу производства кумола
Изобретение относится к способам получения бензиновых углеводородов из низших олефинов и может быть использовано в нефтепереработке и нефтехимии
Изобретение относится к способу изомеризации углеродного скелета олефинов
Алкилирование бензола с образованием линейных алкилбензолов, используя фторсодержащий морденит // 2185358
Изобретение относится к фторсодержащему морденитовому катализатору и его использованию для производства линейного алкилбензола (ЛАБ) путем алкилирования бензола олефинами
Способ получения алкилбензолов // 2181350
Изобретение относится к способу получения алкилбензолов алкилированием бензола алкилирующим агентом в присутствии катализатора - хлористого алюминия при нагревании, причем в качестве алкилирующего агента применяют моноолефины, а периодический процесс алкилирования проводят в течение 10-40 мин при постоянной подаче катализатора, адиабатическом подъеме температуры 35-40oС до 50-70oС, и одновременным регулируемым охлаждением реакционной массы водой
Изобретение относится к способу селективного получения параксилола, который включает взаимодействие толуола с метанолом в присутствии катализатора, содержащего пористый кристаллический алюмосиликатный цеолит, имеющий параметр диффузии по 2,2-диметилбутану примерно 0,1-15 с-1, измеренный при температуре 120oС и давлении 2,2-диметилбутана (8 кПа)
Изобретение относится к способу реакционной дистилляции и устройству для алкилирования бензола с помощью жидкого олефина или смеси олефин-парафин
Способ получения линейных алкилбензолов // 2169134
Изобретение относится к способу получения линейных алкилбензолов, которые являются полупродуктами и используются в производстве моющих средств
Способ получения ароматических углеводородов // 2205858
Изобретение относится к агломерированным цеолитным адсорбентам на основе фожазита с отношением Si/Al в пределах 1SiAl1,15, подвергнутый, по меньшей мере, на 70% ионному обмену на барий и, возможно, на калий, с преимущественно способным к цеолитизации связующим
Объединенный способ производства кумола // 2200726
Изобретение относится к объединенному способу производства кумола
Способ получения ортоксилола // 2197462
Изобретение относится к получению ортоксилола из нефтяных ксилолов и может быть использовано в нефтехимической, нефтеперерабатывающей, сланцехимической и коксохимической промышленности
Изобретение относится к области получения закрепленных на носителе гомогенных катализаторов, которые могут быть использованы для жидкофазных и газофазных процессов