BRPI0407706B1 - Processo para a produção de alquilbenzeno - Google Patents
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"PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE ALQUILBENZENO" ANTECEDENTES 1. Campo Técnico A presente divulgação se refere a um processo de alquilação para a produção de um alquilaromãtico de uma ole- fina e de um aromático, e particularmente a produção de e- tilbenzeno de etileno e benzeno. 2. Antecedentes da Técnica Vários processos para a produção de alquilbenzeno pela alquilação de benzeno com uma olefina são conhecidos na técnica. Entre as olefinas mais comuns empregadas estão eti- leno e propileno. A alquilação de benzeno com etileno produz etilbenzeno. A alquilação de benzeno com propileno produz cumeno. 0 etilbenzeno é um produto químico importante em- pregado geralmente como um precursor para a produção de es- tireno, que é subsequentemente polimerizado para produzir poliestireno. Vários métodos são conhecidos para a produção de etilbenzeno. Tipicamente, o benzeno e o etileno são com- binados em uma reação de alquilação na presença de um cata- lisador adequado. Vários catalisadores de alquilação são co- nhecidos, e os catalisadores comumente empregados são cata- lisadores de Friedel-Crafts tal como haletos de boro e alu- mínio, e várias zeólitas. A reação produz, além do etilbenzeno, um subprodu- to contendo polietilbenzenos ("PEB") tal como dietilbenzeno, trietilbenzeno e tetraetilbenzeno. Os polietilbenzenos são indesejáveis e são freqüentemente reciclados para um reator de transalquílação para conversão para etilbenzeno por rea- ção com benzeno. 0 etilbenzeno tem sido produzido em um processo onde a reação de alquilação foi realizada por destilação ca- talítica. 0 catalisador de zeólita está contido em fardos especialmente recheados, e a reação de alquilação é conduzi- da na fase de vapor-líquido misturada. A Patente U.S. N° 5.003.119 por Sardina e outros, que está incorporada por referência nesta, divulga um pro- cesso para a preparação de alquilbenzenos, tal como etilben- zeno e cumeno, onde uma alimentação de benzeno fresco e re- ciclado e olefina fresca são reagidos na presença de um ca- talisador de alquilação em um alquilador tendo pelo menos dois estágios de reação onde cada estágio é adiabãtico. Es- sencialmente toda a olefina é completamente reagida em cada estágio do alquilador. A olefina fresca é alimentada em cada estágio do alquilador.
Até agora, para uma alimentação de etileno diluto, 99% da conversão de etileno tem sido obtida no alquilador.
Este nível de conversão requer uma grande quantidade de ca- talisador. 0 gás de ventilação do alquilador é emitido para um absorvedor de ventilação onde o benzeno é absorvido em uma corrente de hidrocarboneto (por exemplo, polietilbenze- nos). O etileno contido no gás de ventilação foi finalmente perdido. Seria vantajoso ter uma conversão substancialmente completa de etileno com uma quantidade total reduzida do ca- talisador requerido.
SUMARIO DA INVENÇÃO
Um processo é fornecido nesta para a produção de alquilbenzeno. 0 processo compreende as etapas de (a) intro- duzir benzeno e uma alimentação de olefina dentro de uma primeira zona de reação de alquilação na presença de um pri- meiro catalisador de alquilação sob as primeiras condições de reação de alquilação para produzir um efluente contendo alquilbenzeno e uma corrente de topo; (b) separar a corrente de topo em uma porção de líquido contendo benzeno e de uma porção de vapor contendo olefina não convertida; (c) intro- duzir a porção de líquido da corrente de topo e uma corrente de polialquilbenzeno dentro de uma zona de transalquilação na presença de um catalisador de transalquilação sob condi- ções de reação de transalquilação para converter pelo menos um pouco do benzeno e polialquilbenzeno para alquilbenzeno; (d) absorver uma porção maior da olefina não convertida na porção de vapor da corrente de topo dentro de uma corrente aromática contendo benzeno e alquilbenzeno; e, (e) introdu- zir a referida corrente aromática contendo a olefina absor- vida dentro de uma segunda zona de reação de alquilação con- tendo um segundo catalisador de alquilação sob as segundas condições de reação de alquilação para converter a referida olefina absorvida e pelo menos um pouco do benzeno da cor- rente aromática a alquilbenzeno. 0 processo é particularmen- te adequado para o propósito de preparar etilbenzeno e re- quer muito menos catalisador do que os sistemas anteriores ao mesmo tempo em que obtendo maior conversão total de eti- leno.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Várias modalidades são descritas aqui com referên- cia aos desenhos onde: FIG. 1 é um diagrama de fluxo esquemático do pro- cesso para produzir o etilbenzeno; e, FIG. 2 é uma vista mais detalhada de uma porção do processo.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS 0 processo de alquilação da presente invenção pode ser empregado para a alquilação de benzeno com qualquer de- fina adequada, tal como etileno, propileno, e outros. Entre- tanto, o processo nesta é particularmente vantajoso para a produção de etilbenzeno e será descrito junto com a alquila- ção de benzeno com etileno. Deve ser lembrado que o propile- no ou outras olefinas podem também ser empregado e são con- siderados estarem no escopo da presente invenção. 0 processo da presente invenção inclui um segundo reator de acabamento de alquilação para converter substanci- almente toda a olefina remanescente continuada no gás de ventilação do alquilador. Esta melhora previne a perda de produção de olefina e reduz a quantidade de catalisador re- querida no alquilador.
Referindo-se a FIG. 1, uma alimentação de etileno F-l e uma alimentação de benzeno F-2 são introduzidos no processo de produção de etilbenzeno 100 como mostrado. A a- limentação de etileno F-l pode conter 5% a 100% em volume de etileno, e pode opcionalmente ser um gás efluente de uma o- peração de refinaria tal como FCC, que geralmente contém cerca de 10% a cerca de 30% em volume de etileno. Um gás e- fluente de FCC típico contém 50% a 70% de metano e hidrogê- nio, com o equilíbrio estando em torno de quantidades iguais de etano e etileno e quantidades menores de outros componen- tes de hicrocarboneto. Uma carga de alimentação preferida F- 1 contém 30% a 50% em volume de etileno com o resto dos com- ponentes incluindo metano, etano, hidrogênio e outros compo- nentes. Opcionalmente, a alimentação F-l para o alquilador 110 pode ser etileno de grau de polímero. A alimentação de etileno F-l é emitido para um alquilador 110 que é preferi- velmente uma coluna de destilação catalítica incluindo um catalisador de alquilação adequado tal como um ou mais cata- lisadores selecionados a partir de zeólita X, zeólita Y, ze- ólita L, TMA Offretite, mordenita, e sílica amorfa -alumina, zeólita BEA (beta), zeólita MWW, ou catalisador MFI. A zeó- lita BEA é preferida. O catalisador está opcionalmente con- tido em fardos recheados. Vários tipos de aparelhos de destilação catalítica e métodos e aparelhos são conhecidos na técnica. O alquila- dor 110 é um reator de fase misturada (líquida/ vapor) ope- rando em condições de reação de alquilação, tipicamente em uma pressão de cerca de 1.861.584,39 Pa manométricos (270 psig) a 3.792.116,35 Pa manométricos (550 psig) e uma tempe- ratura de cerca de 185°C a cerca de 250°C, e uma razão de fenila: etila variando de cerca de 2,0 a cerca de 3,5. 0 alquilador 110 é adequado para manipular a ali- mentação de etileno diluto e é capaz de manipular as varia- ções no teor de etileno e taxa de fluxo. A alimentação F-l é preferivelmente injetado em pontos múltiplos no reator e é contatado e dissolvido no benzeno líquido introduzido dentro do alquilador 110 através da linha 114 e fluindo para baixo através do recheio de ca- talisador na coluna 110. 0 etíleno absorvido pelo benzeno reage com o benzeno em contato com o catalisador para formar o etilbenzeno em quantidades menores de PEB. 0 derramamento de líquido de fundo do alquilador 110 (isto é, o líquido contendo etilbenzeno) é emitido através da linha 118 para a coluna de destilação 160. A coluna 160 separa o benzeno do produto de etilbenzeno e dos componentes mais pesados. 0 benzeno é destilado no alto como um vapor e é emitido atra- vés da linha 161 para o condensador 162 onde é liquefeito e mantido no acumulador 163. 0 benzeno do acumulador 163 é e- mitido através da linha 164 de volta para a coluna 160 como um refluxo. Uma porção 165 do benzeno é retirada da linha 164 e é emitida através da linha 165a para o topo do alqui- lador 110 e através da linha 165b para o absorvedor de ven- tilação 130 como descrito mais completamente abaixo. A ali- mentação de benzeno fresco F-2 é introduzida dentro da linha 164. O benzeno fresco pode ser alimentado por numerosos ou- tros lugares no processo que sejam ricos em benzeno, esta é exatamente a localização preferida. O benzeno fresco deve ser livre de aminas, aldeídos, cetonas, e compostos de ni- trogênio básico, os quais podem envenenar os catalisadores empregados no processo. A corrente de fundo 167 é novamente circulada de volta para a coluna 160 através da caldeira de recozer 168.
Uma corrente de fundo 166 contendo o etilbenzeno e PEB é emitida para a coluna de destilação 170. A coluna 170 separa o produto de etilbenzeno do PEB. A corrente de fundo 177 é novamente circulada de volta para a coluna de etilben- zeno 170 através da caldeira de recozer 178. A corrente de fundo 176 contendo o PEB é emitida para a coluna de destila- ção 180 para separação de PEB. A corrente de vapor de etil- benzeno de topo 171 da coluna 170 é liquefeita no condensa- dor 172 e emitida para o acumulador 173. Uma porção da cor- rente de topo é retornada para a coluna 170 como refluxo a- través da linha 174. Outra porção é retirada através da li- nha 175 como produto de etilbenzeno P. A coluna 180 separa o PEB (por exemplo, benzeno de dietila) de um óleo de fluxo pesado. A corrente de fundo 187 é novamente circulada de volta para a coluna 180 através da caldeira de recozer 188. Uma porção da corrente de fundo é retirada através da linha 186 como um óleo de fluxo pesado B. O óleo de fluxo tipicamente contém difeniletano, tetrae- tilbenzeno, e outros componentes de alto ponto de ebulição. O óleo de fluxo pode ser empregado como um óleo de combustí- vel, fluído de transferência de calor ou um absorvente. 0 vapor de PEB de topo é liquefeito no condensador 182 e emi- tido para o acumulador 183. Uma porção da corrente de topo é retornada para coluna 180 através da linha 184 como um re- fluxo, Outra porção da corrente de topo de PEB é emitida a- través da linha 185 para o extrator de ventilação, como ex- plicado em detalhes adicionais abaixo.
Considerando mais uma vez o alquilador 110, o va- por de topo 111 do alquilador é parcialmente liquefeito pelo condensador 112 e emitido para o acumulador 113. Também re- cebido dentro do acumulador 113 é uma porção 165a da corren- te de benzeno 165, que está dividida nas porções 165a e 165b. Conseqüentemente, o acumulador 113 contém o benzeno reciclado combinado e a corrente de topo do alquilador con- densada, bem como o vapor não condensado. Uma porção do lí- quido do acumulador 113 é emitida de volta para o alquilador 110 como um refluxo. Outra porção é emitida através da linha 115 para o transalquilador 120. O transalquilador 120 também recebe uma corrente de PEB do extrator de ventilação 150 a- través da linha 152. No transalquilador 120 o benzeno (da linha 115) e o PEB (da linha 152) reagem para formar etil- benzeno, que é reciclado de volta para o alquilador 110 a- través da linha 121. O transalquilador 120 contém um catalisador de transalquilação adequado tal como zeólita beta, zeólita Y ou outra zeólita adequada, e é operado sob condições de reação de transalquilação adequadas. Tipicamente, as condições de reação de transalquilação incluem uma temperatura de cerca de 185°C a cerca de 250°C, uma pressão de cerca de 350 psig a cerca de 600 psig, uma velocidade espacial de cerca de 3,5 a 5,0 WHSV, e uma razão molar de fenila para etila de cerca de 2,0 a cerca de 5,0, onde 3,0 é preferido. O vapor não condensado do tambor acumulador 113 é aquecido no permutador de calor 116 e a corrente de vapor contendo etileno, benzeno e inertes tal como etano, metano e hidrogênio, é emitida através da linha 117 para o absorvedor de ventilação 130 para a recuperação dos aromáticos.
Referindo-se agora a ambas FIG. 1 e FXG. 2, no ab- sorvedor de ventilação 130, a corrente de vapor fluindo para cima no absorvedor de ventilação 130 e contatada com um flu- xo descendente de óleo pobre contendo benzeno e etilbenzeno porém substancialmente nenhum etileno. O óleo pobre é intro- duzido dentro do absorvedor de ventilação através da linha 142. O absorvedor de ventilação 130 pode ser uma coluna re- cheada ou uma coluna de pratos operando de modo contra- corrente. As colunas absorvedoras de ventilação são conheci- das na técnica. O óleo pobre dissolve quase todo o etileno. A per- da de etileno no vapor de topo (linha 132) do absorvedor de ventilação 130 é de cerca de 1,0% do etileno alimentado pela unidade (linha 117). A corrente de fundo do absorvedor de ventilação 130 contendo um óleo rico (isto é, com etileno dissolvido) são emitidas através da linha 131 para um reator de acabamento 140 para conversão de etileno e benzeno para etilbenzeno. A corrente de óleo rico contém pelo menos 0,2% em peso de etileno, preferivelmente pelo menos cerca de 0,3% em peso de etileno, e mais preferivelmente pelo menos cerca de 1,0% em peso de etileno, e pelo menos cerca de 5,0% em peso de etilbenzeno, preferivelmente pelo menos cerca de 10% em peso de etilbenzeno, e mais preferivelmente pelo menos cerca de 13% em peso de etilbenzeno. A corrente de óleo rico primeiro, passa através do permutador de calor 145 onde o calor é transferido do óleo pobre (linha 142) do reator de acabamento 140 para a corrente de óleo rico na linha 131. A corrente de óleo rico é ainda aquecida no aquecedor 135 e emitida para o reator de acabamento 140. 0 reator de acabamento 140 é um segundo alquilador que contém um leito fixo de catalisador solto, preferivel- mente zeólita Y ou zeólita BEA (beta), zeólita MWW, Mordeni- ta, ou catalisador MFI e opera adiabaticamente em uma única fase líquida. A alquilação na fase líquida é mais eficiente e requer menos catalisador do que a alquilação nas fases de vapor/ líquido misturadas. A conversão de etileno neste rea- tor 140 é substancialmente completa. O reator de acabamento 140 opera em uma temperatura de cerca de 200°C a cerca de 230°C, uma razão de cerca de 3.792.116,35 Pa manométricos a cerca de 6.205.281,3 Pa manométricos (550 psig a cerca de 900 psig), uma razão em mol de fenila:etila de cerca de 2,0 a cerca de 10,0, A razão em mol de fenila:etila elevada re- sulta em excelente estabilidade e seletividade do catalisa- dor. A corrente efluente 141 do reator de acabamento trans- porta um óleo pobre contendo benzeno e etilbenzeno. Uma por- ção do óleo pobre é emitida através da linha 143 de volta para o alquilador 110 para manter o inventário líquido no sistema absorvedor, e transporta a quantidade líquida de e- tilbenzeno feito no reator de acabamento 140. Uma porção do benzeno da corrente de topo 165 da coluna de benzeno é ali- mentada na corrente de óleo pobre através da linha 165b para manter a concentração de benzeno desejada na corrente, que fornece a seletividade desejada no reator de acabamento 140. A corrente resultante 142 é resfriada contra o efluente 131 do absorvedor de ventilação no permutador de calor 145, como declarado acima, e é ainda esfriado no refrigerador 146 para uma temperatura variando de cerca de 6°C a cerca de 40°C, preferida é 12°C, depois do que ele é alimentado pelo topo do absorvedor de ventilação 130. O vapor de topo do absorvedor de ventilação 130 contendo metano, etano, hidrogênio, traços de água, não aro- máticos, benzeno e etileno, é emitido através da linha 132 para o lavador de gases 150 para recuperação aromática onde o fluxo ascendente do gás de ventilação é contatado com o fluxo descendente de PEB da coluna de PEB 180. 0 lavador de gases 150 é operado para rejeitar dentro do gás de topo (li- nha 151) uma pequena quantidade de não aromáticos C6 e ben- zeno bem como os inertes (hidrogênio, metano, etano, água, etc). A corrente de PEB 185 da coluna 180 é primeiro, esfri- ada em um refrigerador 189 e em seguida introduzida no topo da coluna do lavador de gases 150. O gás de ventilação puri- ficado sai do lavador de gases 150 através da linha 151.
Muito pouco etileno é ventado do lavador de gases 150. A
conversão de etileno total do processo é cerca de 99,9%. A corrente de fundo do lavador de gases 150 contendo PEB e ou- tros aromáticos são emitidos para o transalquilador 120 a- través da linha 152 para conversão do PEB para etilbenzeno por transalquilação com benzeno.
EXEMPLO
Em um sistema como mostrado na FIG. 1, uma alimen- tação F-l ê introduzida dentro do alquilador 110. A tabela 1 abaixo apresenta as seguintes composições de corrente. Os percentuais em peso dos componentes são com base na composi- ção das correntes individuais. 0 alquilador 110 neste Exem- plo opera em cerca de 90% de conversão de etileno.
Tabela 1 (Percentuais da composição, % em peso) Correntes 1 Dietilbenzeno, trietilbenzeno, tetraetilbenzeno. 2 Hidrogênio, metano, etano, butano. 3 não aromáticos C6 e C7, tolueno, cumeno, butilbenzeno, di- feniletano, e compostos de alto ponto de ebulição. 111- Corrente de topo do alquilador 110 118- Corrente de fundo do alquilador 117- Alimentação para o absorvedor de ventilação 130 115- Alimentação para o transalquilador 120 131- Alimentação para o segundo alquilador 140 151- Corrente de topo do lavador de gases 150 Com o uso de um segundo alquilador (140), menos do que cerca de 0,1% do etileno originalmente alimentado pelo sistema (na alimentação F-l) é ventado do lavador de gases 150. A conversão total do etileno é mais do que 99,9%. 0 alquilador 110 é preferivelmente operado em cer- ca de 80% de conversão, que requer menos do que a metade do catalisador como aquele necessário para obter 99% de conver- são em sistemas convencionais com somente um único alquila- dor operando no modo de líquido-vapor misturado. O catalisa- dor adicional requerido pelo segundo alquilador, operando mais eficientemente no modo líquido, é somente cerca de 5% da quantidade necessária pelos sistemas convencionais. O sistema da presente invenção pode obter maior conversão to- tal de etileno com cerca da metade do catalisador necessário por sistemas de produção de etilbenzeno convencionais. Isto representa uma economia considerável nos custos da operação e capital.
Ao mesmo tempo em que a descrição acima contém muitos dados específicos, esses dados específicos não devem ser analisados como limitações do escopo da invenção, porém meramente como exemplificações das modalidades preferidas desta. Aqueles versados na técnica irão prever muitas outras possíveis variações que estão no escopo e espírito da inven- ção como definido pelas reivindicações anexas a esta.
Claims (13)
1. Processo para a produção de alquilbenzenos, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: (a) introduzir benzeno e uma alimentação de olefi- na dentro de uma primeira zona de reação de alquilação na presença de um primeiro catalisador de alquilação sob as primeiras condições de reação de alquilação para produzir um primeiro efluente de alquilação contendo alquilbenzeno e uma primeira corrente de topo de alquilação; (b) separar a primeira corrente de topo de alqui- lação em uma porção de liquido contendo benzeno e uma porção de vapor contendo olefina não convertida; (c) absorver uma porção maior da olefina não con- vertida na porção de vapor da primeira corrente de topo de alquilação dentro de uma corrente de óleo pobre aromático contendo benzeno e alquilbenzeno em uma zona de absorção pa- ra produzir uma corrente de óleo rico contendo olefina; e (d) introduzir a referida corrente de óleo rico dentro de uma segunda zona de reação de alquilação contendo um segundo catalisador de alquilação sob as segundas condi- ções de reação de alquilação para produzir a corrente de óleo pobre aromático, pelo menos uma porção da corrente de óleo pobre aromático sendo circulada de volta para zona de absorção.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que inclui a etapa de introduzir uma porção de liquido da primeira corrente de topo de alquilação e uma corrente de polialquilbenzeno den- tro de uma zona de transalquilação na presença de um catali- sador de transalquilação sob condições de reação de transal- quilação para converter pelo menos um pouco de benzeno e po- lialquilbenzeno a alquilbenzeno.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a olefina é etileno, o alqui- lbenzeno é etilbenzeno, e o polialquilbenzeno é polietilben- zeno.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que as primeiras condições de re- ação de alquilação incluem uma pressão de cerca de 2.068.427,1 Pa manométricos a cerca de 3.792.116,35 Pa mano- métricos (300 psig a cerca de 550 psig) e uma temperatura de cerca de 185°C a cerca de 240°C, e uma razão de fenila:etila variando de cerca de 2,0 a cerca de 3,5.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira zona de reação de alquilação compreende uma unidade de destilação catalítica operando de um modo líquido-vapor de fase misturada.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a zona de absorção produz uma corrente de vapor de topo do absorvedor contendo benzeno e gases não reagidos, a corrente de vapor de topo do absorve- dor sendo transferida para uma unidade de lavagem onde a corrente de vapor de topo do absorvedor é contatada com uma corrente de fluxo descendente contendo polietilbenzeno, a unidade de purificação produzindo um efluente de fundo do lavador contendo polietilbenzeno que é circulado para a zona de transalquilação.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o efluente contendo etilben- zeno da primeira zona de reação de alquilação é transferido para uma primeira unidade de destilação que produz uma pri- meira corrente de topo de destilação contendo benzeno e uma primeira corrente de fundo de destilação contendo etilbenze- no, pelo menos uma primeira porção da primeira corrente de topo de destilação sendo circulada para a corrente de óleo pobre aromático da segunda zona de reação de alquilação.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira corrente de fundo de destilação é transferida para uma segunda unidade de des- tilação que produz uma segunda corrente de topo de destila- ção contendo etilbenzeno e uma segunda corrente de fundo de destilação contendo polietilbenzeno.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda corrente de fundo da destilação é transferida para uma terceira unidade de destilação que produz uma terceira corrente de topo de des- tilação contendo polietilbenzeno, a referida terceira cor- rente de topo de destilação sendo circulada de volta para a unidade de lavagem.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a zona de absorção compreende uma coluna recheada.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a zona de absorção compreende uma coluna de pratos.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro catalisador de al- quilação compreende um material selecionado a partir do gru- po consistindo em zeólita X, zeólita Y, zeólita L, TMA ofre- tita, mordenita, silica amorfa -alumina, zeólita BEA, zeóli- ta MWW e catalisador MFI.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo catalisador de al- quilação compreende um material selecionado do grupo consis- tindo em zeólita X, zeólita Y, zeólita L, TMA ofretita, mor- denita, silica amorfa-alumina, zeólita BEA, zeólita MWW e catalisador MFI.
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