DD248475A3 - Verfahren zur herstellung von isopropylbenzen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Isopropylbenzen durch Alkylierung von Benzen mit Propen bei Temperaturen von 90 bis 130C in Gegenwart von Aluminiumchloridkomplex. Ziel ist es, den Verbrauch an Benzen, Propen und Aluminiumchlorid zu senken, die Selektivitaet des Verfahrens bei Aufrechterhaltung einer hohen Aktivitaet des Aluminiumchloridkomplexes zu verbessern. Dies wird erreicht durch die Einhaltung unterschiedlicher Molverhaeltnisse von Benzen zu Propen in den Stufen Alkylierung und Umalkylierung, durch die Einleitung des Abgases aus der Alkylierungs- in die Umalkylierungsstufe sowie in den ausschliesslichen Einsatz von frischem Aluminiumchloridkomplex in die zweite Stufe, aus der der Kreislauf-Aluminiumchloridkomplex abgezogen und in die erste Stufe zurueckgefuehrt wird. Eine Zeichnung

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Isopropylbenzen (Cumen) durch Alkylierung von Benzen mit Propen in Gegenwart von Aluminiumchlorid, das in Form eines aus Aluminiumchlorid und aromatischen Kohlenwasserstoffen bestehenden Aluminiumchloridkompiex als Katalysator wirkt. Isopropylbenzen ist das Ausgangsprodukt insbesondere für die volkswirtschaftlich sehr wichtigen Grundstoffe Phenol und Aceton. Die Alkylierungsreaktion von Benzen und besonders die langsamer ablaufende Umalkylierung der als Nebenprodukte im Kreislauf zwischen Reaktion und Destillation geführten Di-, Tri- und Polyalkylbenzene ist stark von der Aktivität des Aluminiumchloridkomplexes abhängig. Die Aktivität des Aluminiumchloridkomplexes wiederum hat wesentlichen Einfluß auf den Gesamtumsatzgrad und gegenläufig auf die Selektivität der Alkylierungsreaktion. Es ist wirtschaftlich von großer Bedeutung, bei einer großen Daueraktivität des Aluminiumchloridkomplexes auch eine hohe Selektivität der Reaktion zu erreichen, um die Bildung solpher Nebenprodukte gering zu halten, die nicht in den Alkylierungskreislauf zurückführbar sind und aus dem Prozeß ausgeschleust werden müssen. Dies sind hauptsächlich Produkte aus Spaltreaktionen, beispielsweise Ethylbenzen und teerartige Bestandteile.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind eine Reihe von Verfahren bekannt, mit denen die Alkylierung von Benzen mit Propen in Gegenwart von Aluminiumchlorid beziehungsweise Aluminiumchloridkompiex als Katalysator bezüglich des Umsatzgrades, der Aufrechterhaltung der Aktivität und der Selektivität der Reaktion verbessert und der Verbrauch an Rohstoffen und Aluminiumchlorid gesenkt werden soll. So ist ein Verfahren beschrieben, nach dem durch die Anwendung von molaren Verhältnissen von Benzen zu Propen bis 4 zu 1, einer großen Verweilzeit im Alkylator von 1 bis 3 Stunden und Temperaturen bis 200⁰C die Umsatzgeschwindigkeit verbessert wird (US 3 109 037).

Eine solche Verfahrensweise senkt jedoch die Selektivität und begünstigt die Bildung unerwünschter Neben-Produkte durch Spaltreaktionen.

Ein weiteres Verfahren besteht in einer gleichmäßigen und feinen Verteilung des Aluminiumchloridkomplexes in dem Reaktionsraum und der Vermeidung der Rückführung des ausgetragenen Aluminiumchloridkomplexes in die Alkylierung nach dessen Abtrennung vom Reaktionsprodukt (DE 1 060 371).

Dies ist jedoch mit einem unvertretbar hohen Verbrauch an Aluminiumchlorid verbunden.

Des weiteren ist ein Verfahren bekannt, nach dem eine Reaktivierung des Aluminiumchloridkomplexes mit Benzen außerhalb des Alkylierungsreaktors bei 65 bis 100⁰C vorgenommen wird, wobei ein Verhältnis der Alkyl- und Phenylgruppen von 0,3 bis 0,6 eingehalten wird (DE 2 259 500), um eine hohe Alkylierungs- und Umalkylierungsgeschwindigkeit und eine große Katalysatoraktivität aufrechtzuerhalten. Trotz des erheblichen technologischen Aufwandes wird keine entscheidende Verbesserung des Prozesses erreicht.

Nach einem darüber hinaus beschriebenen Verfahren wird die Alkylierungsreaktion in zwei hintereinander geschalteten Reaktoren beschrieben, wobei die Bildung des Aluminiumchloridkomplexes in der zweiten Stufe während der Alkylierung durch Zugabe von metallischem Aluminium und gasförmigem Chlorwasserstoff erfolgt, der Aluminiumchloridkompiex in einem Abscheider vom Reaktionsprodukt der Alkylierung getrennt und in die erste Alkylierungsstufe geführt wird (DE 1 275 037). Die Nachteile bestehen darin, daß trotz komplizierter Technologie, vor allem durch die Notwendigkeit der Eintragung von metallischem Aluminium und gasförmigem Chlorwasserstoff, keine ausreichenden Effekte erreicht werden. Zur Einsteilung einer hohen Selektivität bei vermindertem Aluminiumchloridverbrauch wurde ein Verfahren bekannt, in dem sich die Zugabemenge des Aluminiumchlorides nach der Ethylbenzenkonzentration in den Reaktionsprodukten der Alkylierung richtet (DD 155 769). Die Aktivität des Aluminiumchloridkomplexes soll durch ein Verfahren verbessert werden, in dem eine mehrstufige Abscheidung, verbunden mit einer besonderen Behandlung des Komplexes mit dem Reaktionsprodukt der Alkylierung und einer speziellen Rückführung des Aluminiumchloridkomplexes vorgeschlagen wird (DD 148 877).

Die Nachteile dieser letztgenannten Verfahren liegen darin, daß bei einer solchen Fahrweise zwar große Verbesserungen erreicht werden, aber die Aktivität des Aluminiumchloridkomplexes nicht immer ausreicht, um die Umalkylierung der im Kreislauf geführten Polyalkylbenzenfraktion gleichmäßig zu gewährleisten, was besonders bei unvermeidlichen Schwankungen in der Qualität der Rohstoffe zur Beeinträchtigung der Betriebsstabilität und zur Erhöhung des destillativen Aufwandes führt. In einem weiter bekannten mehrstufigen Alkylierungs/Umalkylierungsverfahren wird zunächst Polyalkylbenzen mit Benzen unter Zugabe von Frisch-Aluminiumchlorid und gasförmigem Chlorwasserstoff bei 70°C und einer Verweilzeit von 1 Stunde in einem Rührkessel umgesetzt, dann das Reaktionsprodukt der Umalkylierung vom Aluminiumchloridkomplex abgetrennt; der abgetrennte Aluminiumchloridkomplex wird zusammen mit Benzen, Propen, nochmals frischem Aluminiumchlorid und Chlorwasserstoff in der Alkylierung verwendet (DE 2 141 491). Dieses Verfharen hat den Nachteil, daß trotz der Mehrstufigkeit die Zusammensetzung der Reaktionsprodukte sowohl der Alkylierung als auch der Umalkylierungsstufe ungünstig ist; was zur Folge hat, daß trotz des beträchtlichen Aufwandes an Apparaten, an Aluminiumchlorid und an Chlorwasserstoff nur eine niedrige Aktivität des Aluminiumchloridkomplexes erreicht wird und dadurch eine große Menge an Polyalkylbenzenen im Kreislauf zur Alkylierung zurückgeführt werden muß.

Dies verringert die Ökonomie des Verfahrens in erheblichem Maße. Schließlich ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Isopropylbenzen und/oder Diisopropylbenzen bekannt, bei dem Alkylierung und Umalkylierung bei 40 bis 85⁰C getrennt durchgeführt werden, wobei das Reaktionsprodukt der Alkylierungsstufe zusammen mit dem Aluminiumchloridkomplex aus dieser Stufe und der Kreislaufpolyalkylbenzenfraktion in der Umalkylierungsstufe mit frischem Aluminiumchlorid und Chlorwasserstoff behandelt und eine definierte Konzentration und Aktivität des Aluminiumchloridkomplexes in beiden Stufen eingehalten wird. (EP 0 046 678) Dieses Verfahren verbessert zwar die Selektivität des Prozesses, hat aber den großen Nachteil, daß hierfür die Aktivität des Aluminiumchloridkomplexes gering gehalten werden muß, was insbesondere bei der gezielten Herstellung von Isopropylbenzen zu einer hohen Kreislaufmenge an den in die Umalkylierungsstufe zurückzuführenden Di- und Triisopropylbenzenen führt, wodurch der destillative Aufwand erhöht wird und damit zur Senkung der Wirtschaftlichkeit führt. Weitere Nachteile darüber hinaus sind, daß Reaktionsapparate großer Volumina und gasförmiger Chlorwasserstoff als Fremdchemikalie erforderlich sind. Auch ist die Verteilung der zur Aufrechterhaltung des erfindungsgemäßen Betriebsregimes erforderlichen Aluminiumchloridkomplexmenge auf beide Reaktionsstufen meß- und regeltechnisch mit Schwierigkeiten verbunden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, das Verfahren zur Herstellung von Isopropylbenzen durch Alkylierung von Benzen mit Propen in Gegenwart von Aluminiumchloridkomplex wirtschaftlicher zu gestalten, die Ausbeute zu erhöhen und den Aufwand zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne zusätzlichen technischen Aufwand den spezifischen Materialverbrauch an Benzen, Propen und Aluminiumchlorid bei der Herstellung von Isopropylbenzen durch Erhöhung der Selektivität der Reaktion bei gleichzeitiger Verbesserung der Aktivität und Gleichmäßigkeit des Aluminiumchloridkomplexes zu senken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man in die erste Stufe der Alkylierung-Benzen und Propen im Verhältnis von 4:7 bis 7:1 Mol sowie den in Kreislauf geführten Aluminiumchloridkomplex einleitet, das Reaktionsprodukt der Alkylierung gemeinsam mit dem Aluminiumchloridkomplex aus der ersten Stufe abzieht, zusammen mit einem Gemisch aus frisch hergestelltem Aluminiumchloridkomplex, Benzen und Polyalkylbenzen sowie Propen und dem in der ersten Stufe der Alkylierung entstehenden chlorwasserstoffhaltigen Abgas von unten in eine zweite Alkylierungsstufe führt, wobei in dieser Stufe ein Verhältnis von Benzen zu Propen von 15:1 bis 100:1 eingestellt wird, und danach das aus der zweiten Stufe abgezogene Produkt von 90 bis 95°C auf 40 bis 60°C abkühlt, vom Aluminiumchloridkomplex abtrennt und schließlich die Reaktionsprodukte der Alkylierung in an sich bekannter Weise aufarbeitet. Das erfindungsgemäße Verfahren, das durch das Ausführungsbeispiel und die Zeichnung näher erläutert ist, vermeidet die Nachteile bisher bekannter Verfahren und ist ohne zusätzlichen technischen Aufwand anwendbar. Es wird eine hohe Selektivität der Alkylierungs- und Umalkylierungsreaktionen erreicht, was aus den geringen Mengen an gebildeten und auszuschleusenden Nebenprodukten und aus der hohen Ausbeute von 98 Mol-% der Theorie, bezogen auf Benzen und Propen, zum Ausdruck kommt. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sichern darüber hinaus, trotz verringertem Aluminiumchloridverbrauch, eine gute Daueraktivität des Aluminiumchloridkomplexes, insbesondere bezüglich der mit geringer Reaktionsgeschwindigkeit verlaufenden Umalkylierungsreaktionen von Di- und Triisopropylbenzenen sowie anderen Alkylaromaten zu Isopropylbenzenen. Dadurch wird ein bedeutendes Absinken der im Produktkreislauf befindlichen Mengen an Polyalkylbenzen gegenüber dem Stand der Technik erreicht, was sich in einer Erhöhung der betrieblichen Stabilität sowie einer Verminderung des energetischen Aufwandes bei der mehrstufigen Destillation des Reaktionsproduktes der Alkylierung ausdrückt. Die durch die Erhöhung der Aktivität des Aluminiumchloridkomplexes und der Selektivität der Alkylierungsreaktion auszuweisenden ökonomischen Effekte werden erreicht, ohne daß Zusatzchemikalien als Cokatalysatoren zugeführt werden müssen, was Korrosions- und auch Dosierungsprobleme bedeuten würden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist die Alkylierungsanlage in weiten Grenzen mengenmäßig belastbar, ohne daß die ökonomischen Effekte vermindert werden.

Ausführungsbeispiel

Das Ausführungsbeispiel wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert.

In den Reaktor 1 der 1, Stufe einer Alkylierungsanlage werden über Rohrleitung 2 29,75 Ma-Teile eines Gemisches aus Frischbenzen und Kreislaufbenzen, welches bei der Destillation des Reaktionsproduktes der Alkylierung anfällt, mit einem Wassergehalt von 20 ppm, über Rohrleitung 3 3,64 Ma-Teile des aus dem Schwerkraftabscheider 5 nach der 2. Stufe als untere Phase abgezogenen, in Kreislauf geführten Aluminiumchloridkomplex von unten eingeleitet. Die Temperatur in der 1. Alkylierungsstufe beträgt 105°C, das Mol-Verhältnis von Benzen zu Propen 4,4:1, die Verweiizeit im Reaktor liegt bei 22 Minuten. Aus dem Reaktor 1 der

1. Alkylierungsstufe wird das gebildete Reaktionsprodukt der Alkylierung zusammen mit dem Aluminiumchloridkomplex über

Rohrleitung 6 abgezogen und ohne Zwischenkühlung von unten in den Reaktor 7 der 2. Stufe der Alkylierungsanlage eingeleitet. In den Reaktor 7 werden dann über Rohrleitung 8 ein Gemisch aus Benzen, der in der Destillationsanlage anfallenden Polyalkylbenzenfraktion und Frisch-Aluminiumchlorid von unten über Pumpe 9 eingeführt.

Dieses Gemisch wird kontinuierlich aus 2,3 Ma-Teilen Kreislaufbenzen über Rohrleitung 10, 2,3 Ma-Teilen Polyalkylbenzenfraktion über Rohrleitung 11 und 0,045 Ma-Teilen Aluminiumchlorid aus Rohrleitung 12 im Mischer 13 zubereitet. Weiterhin werden in dieser

2. Stufe über Rohrleitung 14 0,25 Ma-Teile Propen sowie das in der 1. Stufe abgezogene und vom Benzen weitgehend befreite Abgas über Rohrleitung 15 von unten in den Reaktor 7 eingeleitet. Die Reaktionstemperatur in dieser Stufe beträgt 97⁰C, das molare Verhältnis von Benzen zu Propen 50:1, die Verweilzeit wie in der 1. Stufe 22 Minuten.

Das gesamte kontinuierlich aus dem Reaktor 7 ablaufende Produkt gelangt zum Kühler 16, wo es auf 50⁰C abgekühlt wird, und danach über Rohrleitung 17 zum Schwerkraftabscheider 5.

Hier wird als untere Phase das Aluminiumchlorid vom Reaktionsprodukt der Alkylierung abgetrennt. Das Abgas aus der

1. Alkylierungsstufe gelangt über Rohrleitung 18 zur Entfernung restlicher aromatischer Kohlenwasserstoffe. Der im Abscheider abgetrennte Aluminiumchloridkomplex wird mittels Pumpe 19 über Rohrleitung 4 zum Reaktor 1 der 1. Stufe der Alkylierung zurückgeführt, während das Reaktionsprodukt der Alkylierungsanlage, das noch 0,045 Masseteile Aluminiumchlorid als Katalysatorkomplex gelöst enthält, hinter Rohrleitung 20 nacheinander mit Wasser, wäßriger verdünnter Natronlauge und nochmals Wasser gewaschen wird. Es enthält neben nichtumgesetzten Benzen 28,5 Ma-% Isopropylbenzen, 6,0 Ma-% Di-, Triisoprpylbenzene sowie andere rückführ- und umalkylierbare Substanzen, 0,25 Ma-% Ethylbenzen und 0,3 Ma-% höher als 300⁰C siedende Verbindungen. In der mehrstufigen Destillationsanlage wird das Reaktionsprodukt der Alkylierung so aufgearbeitet, daß Kreislaufbenzen, 10,9 Masseteile Isopropylbenzen, 2,3 Masseteile zurückführbare Polyalkylbenzene sowie als Nebenprodukte 0,107 Masseteile Ethylbenzen und 0,115 Masseteile Destillationsrückstand (Cumenteer) erhalten werden. Benzen und Polyalkylbenzen werden im Kreislauf geführt, die Nebenprodukte außerhalb der Isopropylbenzenanlage verwertet.

Die Ausbeute beträgt, bezogen auf Benzen und Propen, 98% der Theorie, der Verbrauch von Aluminiumchlorid liegt bei 4,1 kg/t Isopropylbenzen.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von Isopropylbenzen durch Alkylierung von Benzen mit Propen in Gegenwart von Aluminiumchloridkomplex als Katalysator in flüssiger Phase bei erhöhten Temperaturen, Abtrennung des Aluminiumchloridkomplex vom Reaktionsprodukt der Alkylierung, Wasserwäsche, Neutralisation und mehrstufige Destillation des Alkylierungsproduktes, wobei die Umsetzung in zwei aufeinanderfolgenden Stufen durchgeführt und die Polyalkylbenzenfraktion zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man in die erste Stufe der Alkylierung Benzen und Propen im Verhältnis von 4:1 bis 7:1 Mo! sowie den in Kreislauf geführten Aluminiumchloridkomplex einleitet, das Reaktionsprodukt der Alkylierung gemeinsam mit dem Aluminiumchloridkomplex aus der ersten Stufe abzieht, zusammen mit einem Gemisch aus frisch hergestelltem Aluminiumchloridkompiex, Benzen und Polyalkylbenzen sowie Propen und dem in der ersten Stufe der Alkylierung entstehenden chlorwasserstoffhaltigen Abgas von unten in eine zweite Alkylierungsstufe führt, wobei in dieser Stufe ein Verhältnis von Benzen zu Propen von 15:1 bis 100:1 eingestellt wird, und danach das aus der zweiten Stufe abgezogene Produkt von 90 bis 95 ⁰C auf 40 bis 60⁰C abkühlt, vom Aluminiumchloridkompiex abtrennt und schließlich das Reaktionsprodukt der Alkylierung in an sich bekannter Weise aufarbeitet.

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