BR112013013716B1

BR112013013716B1 - processo para controlar o teor de 2-fenila no processo de alquilação de benzeno

Info

Publication number: BR112013013716B1
Application number: BR112013013716-9A
Authority: BR
Inventors: Mark G. Riley; Stephen W. Sohn; Deng-Yang Jan
Original assignee: Uop Llc
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2019-02-05
Also published as: CA2819801C; BR112013013716A2; US8389786B2; US20130172646A1; US20120149959A1; EP2649028A2; WO2012078303A3; US8519209B2; WO2012078303A2; CA2819801A1; EP2649028A4

Abstract

processo para controlar o teor de 2-fenila no processo de alquilação de benzeno é apresentado um processo para controlar a produção de benzenos monoalquilados. os alquilbenzenos são alquilbenzenos lineares e o processo controla o teor de 2-fenila da corrente do produto. o controle do processo é para gerar um alquilbenzeno linear com teor de 2-fenila dentro de uma faixa desejada pela reciclagem de uma porção do efluente do reator de alquilação para a entrada do reator.

Description

“PROCESSO PARA CONTROLAR O TEOR DE 2-FENILA NO PROCESSO DE ALQUILAÇÃO DE BENZENO”

DECLARAÇÃO DE PRIORIDADE

Este pedido reivindica prioridade para o Pedido de Patente U.S. N°. 12/965.040 depositado em 10 de dezembro de 2010.

X CAMPO DA INVENÇÃO

O campo da invenção é a alquilação de benzeno, com uma área mais particular de controle da produção de alquil benzeno linear.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A alquilação de hidrocarbonetos aromáticos tais como benzeno é uma técnica bem desenvolvida, e uma que é praticada comercialmente usando catalisadores sólidos em unidades industriais de grande escala. Duas aplicações comerciais comuns são a produção de etil benzeno e cumeno (isopropil benzeno). A produção de etil benzeno é o processo de alquilar benzeno com etileno para produzir etil benzeno, que é o precursor usado na produção de estireno. A produção de cumeno é o processo de alquilar benzeno com propileno para formar isopropilbenzeno, e que é usado na produção de fenol. A produção de etil benzeno e cumeno têm passado por um melhoramento contínuo, e um exemplo do processo e esquema típico de fluxo é mostrado em US 4.051.191.

O desempenho dos processos de alquilação é controlado pela atividade e seletividade do catalisador no ambiente operacional do processo. Os catalisadores usados no processo de alquilação são sólidos que tem acidez considerável, tais como cloreto de alumínio e zeólitas. Entretanto, existe uma despesa considerável associada com o carregamento de grandes quantidades de catalisador dentro de um reator comercial. Devido à natureza da desativação do catalisador de alquilação aromática, os carregamentos iniciais de catalisador em operações comerciais de leito fixo geralmente contêm muito mais catalisador do que é necessário em qualquer dado tempo para catalisar a reação de alquilação. Apenas uma pequena porção dos locais do catalisador ativo em carregamentos de catalisador novo é utilizada para a reação de alquilação desejada, enquanto o catalisador entre a exoterma de alquilação facilmente reconhecível não é essencialmente usado para a alquilação inicialmente. Além disso, os locais do ácido ativo nesta porção a jusante do leito de catalisador tendem a promover reações laterais indesejadas, tais como a formação de oligômeros e difenil alcanos.

O uso de grupos alquila maiores na produção de alquilbenzeno é importante para a fabricação de detergentes. Cerca de trinta anos atrás se tomou aparente que os detergentes para lavagem de roupa doméstica feitos de sulfonato de alquilbenzeno fortemente ramificados foram gradualmente poluindo os rios e lagos. A solução do problema levou a fabricação de detergentes feitos de sulfonatos de alquilbenzeno linear (LABS). Os alquilbenzenos com grupos alquila que são lineares se biodegradam mais rapidamente do que alquilbenzenos com grupos alquila ramificados. Tomouse muito desejável produzir alquil benzenos lineares relativamente puros para a produção de detergentes.

Entretanto, a química é complexa, e os grupos alquila são frequentemente uma mistura complexa de isômeros, assim como passam por isomerização durante os processos usados na produção de alquil benzenos lineares. O controle do processo de alquilação para produzir um produto que satisfaça as especificações de pureza é importante para a qualidade do produto final, ou LABS.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Alquilaromáticos são importantes para a produção de detergentes. A estrutura dos compostos alquilaromáticos, e em particular, o teor de 2-fenila dos compostos alquilaromáticos é importante para a qualidade do produto. A presente invenção é um processo para controlar o teor de 2fenila no processo de alquilação de benzeno. O processo inclui passar uma corrente de benzeno e uma corrente de olefina linear para um reator de alquilação. O benzeno e as olefmas são reagidos sobre um catalisador de alquilação em condições da reação para gerar uma corrente efluente compreendendo um alquilbenzeno linear, com o alquilbenzeno tendo um teor de 2-fenila. O teor de 2-fenila do alquilbenzeno na corrente efluente é medido. Uma porção da corrente efluente é passada para a entrada do reator para ajustar a relação de benzeno para olefina das correntes de alimentação. O teor de 2-fenila medido do alquilbenzeno na corrente efluente é usado para controlar o tamanho da porção da corrente efluente reciclada para a entrada do reator.

Em uma forma de realização, a corrente efluente pode ser separada em uma primeira corrente tendo uma concentração relativamente rica de benzeno, e uma segunda corrente tendo uma concentração relativamente pobre de benzeno. Uma porção da primeira corrente é em seguida reciclada para a entrada do reator em resposta ao teor de 2-fenila medido dos alquilbenzenos na corrente efluente. A separação pode ser uma separação grosseira para limitar a quantidade de energia gasta para criar a corrente relativamente enriquecida com benzeno.

Outros objetivos, vantagens e aplicações da presente invenção se tomarão aparentes para os versados na técnica a partir da descrição detalhada seguinte.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção provê um processo para o controle do teor de 2-fenila no processo para a produção de alquilbenzenos lineares. A alquilação do benzeno é realizada com um catalisador acídico. A atividade do catalisador acídico diminui ao longo do tempo, e a qualidade do efluente de um reator de alquilação também diminui ao longo do tempo. No passado, manter a qualidade era uma operação constante através do processo, e quando a qualidade estava abaixo de um nível aceitável, o catalisador era regenerado para retomar ao processo para gerar um produto com níveis de pureza aceitáveis. O processo de alquilação usa geralmente um leito fixo, e com um processo de leito fixo, o leito do reator é regenerado fora da linha, enquanto um segundo reator é colocado em linha para continuar o processo.

Na alquilação de aromáticos, uma das maiores variáveis no processo é a relação molar do composto aroínático para o composto alquilado, ou a relação de benzeno para olefina. Nesta variável do processo, a relação molar de benzeno para olefina impacta a relação de monoalquilato para polialquilato. A relação é usualmente mantida alta para limitar a produção de benzeno dialquilado, ou benzeno trialquilado. Entretanto, foi verificado inesperadamente que a relação de benzeno para olefina também impacta outros aspectos do produto benzeno alquilado. O controle da relação de benzeno para olefina impacta também a posição do composto olefina onde o benzeno se fixa. Isto impacta o teor de 2-fenila do alquilbenzeno linear na faixa de detergente (LAB). O teor de 2-fenila do LAB na faixa de detergente é uma especificação importante do produto e pode ser parcialmente controlado pelo controle da relação de benzeno para olefina.

O teor de 2-fenila de uma corrente do produto monoalquilbenzeno é calculado dividindo o peso de 2-fenila e do monoalquilbenzeno linear na corrente pelo peso da corrente, ou o teor é a porcentagem em peso. Levando em consideração uma corrente compreendida por feniloctanos lineares. Devido aos problemas normais quando fracionando misturas com um grande número de compostos, tais como pontos de ebulição próximos e ineficiências no fracionamento, a corrente de monoalquilatos irá incluir isômeros tais como feniloctanos ramificados e pequenas quantidades de alquilatos pesados tais como dioctilbenzenos. O fracionamento normal produz geralmente uma corrente de frações de topo de monoalquilatos e uma corrente de frações de fundo de alquilatos pesados. Por exemplo, se a pessoa levar em consideração uma corrente de feniloctanos lineares, os monoalquilbenzenos lineares incluem 2-feniloctano, 3-feniloctano e 4feniloctano. O isômero 1-feniloctano não é produzido em qualquer quantidade significante. O teor de 2-fenila será então a massa de 2-feniloctano dividida pela massa total dos feniloctanos lineares, feniloctanos ramificados e alquilatos pesados na corrente do produto. O aumento do comprimento da cadeia alquila aumenta o número de isômeros. Um -catalisador que mostra uma probabilidade igual de alquilação em qualquer posição interna da olefina podería por esse motivo, reduzir o teor de 2-fenila à medida que o comprimento da cadeia aumenta.

Alquilbenzenos lineares tendo entre 8 e 16 átomos de carbono na cadeia alquila são valiosos comercialmente como precursores para detergentes e tensoativos. Preferivelmente, as cadeias alquila estão na faixa de 10 a 13 átomos de carbono. O teor de 2-fenila tem um impacto em diversas propriedades do sal de sulfonato de alquilbenzeno linear, tal como a solubilidade e viscosidade. O teor de 2-fenila é uma especificação que os fabricantes de detergente definem, e teor de 2-fenila fora da especificação tem um valor baixo no mercado. A presente invenção provê um meio para alcançar um teor desejado de 2-fenila para o produto alquilbenzeno linear.

A produção de alquilbenzenos lineares tem sido tradicionalmente feita de duas formas, baixo teor de 2-fenila e alto teor de 2fenila. LAB com baixo teor de 2-fenila é feito pela alquilação de HF e resulta em uma concentração de 2-fenila entre 15 e 20 por cento em massa de LAB. Isto é devido à falta de preferência do ácido homogêneo, HF, para catalisar a fixação do benzeno para a cadeia de olefina. Não existe alquilação nos carbonos terminais, e os carbonos internos tem quase a mesma probabilidade de alquilação, e que produzem grupos alquila com cadeias mais curtas se estendendo a partir do benzeno. LAB com alto teor de 2-fenila tem sido historicamente feito usando alquilação de A1C1₃, mas é produzido também com outros catalisadores sólidos de alquilação, e resulta em uma concentração de 2-fenila entre 15 e 45 por cento em massa de LAB. Uma faixa preferida para a concentração de 2-fenila é entre 20 e 35 por cento em massa.

A adição de benzeno novo é uma proposta cara devido à energia exigida para produzir uma corrente de benzeno que tenha tido as impurezas removidas. Entretanto, foi verificado que catalisadores de peneira molecular, tais como zeólitas, podem usar relações de benzeno pára olefina muito menores à medida que os catalisadores inibem a formação de polialquilbenzenos. A presente invenção faz uso disto para utilizar uma fonte de benzeno barata. O benzeno na corrente efluente do reator de alquilação pode ser reciclado de volta para a entrada do reator, sem a separação dos produtos da corrente efluente.

A presente invenção é um processo para controlar o teor de 2fenila no processo de alquilação de benzeno. O processo inclui passar uma corrente de benzeno e uma corrente de olefina linear para um reator de alquilação, e reagir a olefina linear com o benzeno sobre um catalisador para produzir uma corrente efluente compreendendo benzeno e alquilbenzeno. O teor de 2-fenila do alquilbenzeno na corrente efluente é medido. Uma porção da corrente efluente é passada para a entrada do reator em resposta ao teor de

2-fenila na corrente efluente. O benzeno na corrente efluente é usado para controlar a relação de benzeno para olefina na alimentação do reator. Embora a corrente efluente inclua LAB, o aumento no polialquilbenzeno é muito pequeno. O teor de 2-fenila do alquilbenzeno é entre 15 % e 45 % em massa de alquilbenzeno produzido. O teor preferido de 2-fenila do alquilbenzeno é entre 20 % e 35 % em massa de alquilbenzeno produzido.

Em uma forma de realização, o processo pode fazer uma separação grosseira da corrente efluente. A corrente efluente é separada em uma primeira corrente compreendendo alquilbenzenos e uma segunda corrente compreendendo benzeno. A segunda corrente é passada em seguida para a entrada do reator de alquilação para aumentar a relação de benzeno para olefina na alimentação do reator. O processo de separação não é planejado para produzir uma corrente de benzeno pura, ou relativamente pura, mas para criar a primeira corrente que é relativamente rica em alquilbenzenos e a segunda corrente relativamente exaurida em alquilbenzenos. Um exemplo podería ser uma coluna de destilação com apenas poucas bandejas, tal como 5 ou menos, onde a corrente das frações de fundo terá um teor relativamente^ reduzido de benzeno, e a corrente das frações de topo terá um teor relativamente aumentado de benzeno. Uma separação instantânea podería ser também uma separação grosseira o suficiente para prover uma corrente das frações de topo tendo um aumento relativo na concentração de benzeno. O processo de separação irá criar uma segunda corrente, ou de benzeno com uma temperatura aumentada. A corrente de benzeno pode ser passada através de um trocador de calor para ajustar a temperatura da corrente de benzeno antes de passar a corrente de benzeno para a entrada do reator. O trocador de calor pode recuperar também alguma da energia gasta na separação grosseira das frações da corrente efluente.

Em uma forma de realização, o processo pode incluir adicionalmente passar a primeira corrente tendo alquilbenzenos para uma unidade de separação. A unidade de separação gera uma terceira corrente compreendendo benzeno monoalquilado e uma quarta corrente compreendendo benzeno polialquilado. A corrente de benzeno polialquilado é passada em seguida para um reator de transalquilação. A corrente de benzeno é passada também para um reator de transalquilação onde o benzeno e benzeno polialquilado reagem sobre um catalisador de transalquilação nas condições da reação de transalquilação para formar uma corrente efluente tendo benzeno, benzeno monoalquilado e uma quantidade reduzida de benzeno polialquilado.

Uma porção da segunda corrente, ou corrente de benzeno com frações de topo, da separação grosseira pode ser passada para o reator de transalquilação para prover benzeno adicional no processo de transalquilação.

O uso de catalisadores de alquilação sólidos pode incluir uma mistura de dois ou mais catalisadores de alquilação sólidos. O uso de dois ou mais catalisadores permite que os catalisadores tenham componentes acídicos diferentes e atividades catalíticas diferentes. Além disso, catalisadores diferentes têm taxas diferentes de declínio em suas atividades. Por esse motivo, o controle no processo de alquilação pode ser influenciado pelo ajuste das taxas de fluxo do reagente da corrente efluente, à medida que a corrente efluente muda devido às atividades mudadas dos catalisadores. Em uma forma de realização, a presente invenção pode usar dois materiais catalíticos. Quando dois materiais catalíticos são usados, o primeiro material catalítico pode compreender uma faujasita tendo um metal terroso raro depositado na mesma. O segundo material catalítico é um material zeolítico e é escolhido dentre o grupo de zeólitas tendo estruturas do tipo UZM-8, MWW, BE A, OFF, MOR, LTL, ou MTW.

Em outra forma de realização, a invenção é um processo para controlar o teor de 2-fenila do benzeno monoalquilado. O processo inclui passar uma corrente de benzeno e uma corrente de olefina linear para um reator de alquilação. A olefina linear e benzeno reagem sobre um catalisador em condições da reação para produzir uma corrente efluente compreendendo benzeno e alquilbenzenos. Uma porção da corrente efluente é usada como uma corrente de reciclo e é passada para a entrada do reator de alquilação. A reciclagem de uma porção da corrente efluente para a entrada do reator aumenta a relação de benzeno para olefina da alimentação do reator. O teor de

2-fenila dos alquilbenzenos na corrente efluente é medido, e usado para controlar a quantidade de reciclo para a entrada do reator. O controle do reciclo controla a relação de benzeno para olefina, e por sua vez controla o teor de 2fenila da corrente efluente. O controle é fixado em limites pré-definidos para um teor desejado de 2-fenila que está entre os limites pré-definidos.

O processo pode incluir adicionalmente passar a corrente efluente para uma unidade de separação. A unidade de separação gera uma primeira corrente compreendendo benzeno, uma segunda corrente compreendendo monoalquilbenzeno e uma terceira corrente compreendendo pesados que inclui polialquilbenzenos. A unidade de separação pode compreender duas colunas, uma coluna de benzeno e uma coluna de monoalquilbenzeno, onde o benzeno é removido da corrente efluente na coluna de benzeno, e o monoalquilbenzeno é separado dos pesados na coluna de monoalquilbenzeno. A terceira corrente, tendo polialquilbenzenos e em particular dialquilbenzeno, é passada para um reator de transalquilação. O benzeno recuperado da coluna de benzeno pode ser usado na coluna de alquilação ou na coluna de transalquilação. Uma porção da primeira corrente é passada para o reator de alquilação em resposta a medição do teor de 2-fenila na corrente efluente.

As condições da reação de alquilação incluem uma temperatura entre 50°C a 200°C, e preferivelmente entre 80°C a 175°C. As pressões no reator são de 1,4 MPa (203 psia) a 7 MPa (1015 psia), e preferivelmente de 2 MPa (290 psia) a 3,5 MPa (507 psia). As pressões e temperaturas são ajustadas para manter a reação na fase líquida. Para minimizar a polialquilação do benzeno, a relação molar de arila para monoolefina é entre 2,5:1 a 50:1, e preferivelmente entre 5:1 a 35:1. O tempo médio de residência no reator ajuda a controlar a qualidade do produto, e o processo é operado com uma velocidade espacial horária líquida (LHSV) de 0,1 a 30 hr¹, com uma LHSV preferida entre de 0,3 a 6 hr¹.

Embora a invenção tenha sido descrita com as que são consideradas presentemente as formas de realização preferidas deve ser entendido que a invenção não está limitada as formas de realização descritas, mas ela é planejada para cobrir várias modificações e disposições equivalentes incluídas dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para controlar o teor de 2-fenila no processo de alquilação de benzeno, caracterizado pelo fato de que compreende:

passar uma corrente de benzeno para um reator de alquilação;

passar uma olefina linear para o reator de alquilação;

reagir a olefina linear com o benzeno sobre um catalisador para produzir uma corrente efluente compreendendo benzeno e alquilbenzeno;

medir o teor de 2-fenila do alquilbenzeno na corrente efluente;

controlar a relação de benzeno para olefina na alimentação através do controle do benzeno na alimentação em resposta ao teor de 2-fenila no efluente, em que o teor desejado de 2-fenila é entre limites pré-definidos; e passar uma porção da corrente efluente para a entrada do reator em resposta ao teor de 2-fenila no efluente, onde os limites pré-definidos para o teor de 2-fenila é de 15 % a 45 % da massa de alquilbenzeno produzido.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

separar a corrente efluente em uma primeira corrente compreendendo alquilbenzenos, e uma segunda corrente compreendendo benzeno;e passar uma porção da segunda corrente para o reator de alquilação para aumentar a relação de benzeno para olefina da alimentação.
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a segunda corrente é exaurida em alquilbenzenos e a primeira corrente é enriquecida em alquilbenzenos.
4. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente passar a segunda corrente para um trocador de calor, para ajustar a temperatura da segunda corrente; e passar a segunda corrente ajustada para a entrada do reator de alquilação.

Petição 870180148488, de 06/11/2018, pág. 5/6
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador compreende dois materiais catalíticos, em que o primeiro material catalítico compreende uma faujasita tendo um metal terroso raro depositado na mesma, e o segundo material catalítico é uma zeólita selecionada dentre o grupo consistindo de UZM-8, MWW, BEA, OFF, MOR, LTL, MTW e misturas das mesmas.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador é composto de dois materiais catalíticos, e os dois materiais catalíticos desativam em taxas diferentes ao longo do tempo.
7. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente passar a primeira corrente para uma unidade de separação para criar uma terceira corrente compreendendo benzeno monoalquilado, e uma quarta corrente compreendendo benzeno polialquilado; e passar a quarta corrente para um reator de transalquilação.
8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente passar uma corrente de benzeno para o reator de transalquilação.
9. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente passar uma porção da segunda corrente para o reator de transalquilação.