DE10127720A1

DE10127720A1 - Integriertes Verfahren zur Herstellung von Cumol

Info

Publication number: DE10127720A1
Application number: DE10127720A
Authority: DE
Inventors: Alberto Paggini; Domenico Sanfilippo; Elena Picciotto
Original assignee: SnamProgetti SpA
Current assignee: SnamProgetti SpA
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: DE10127720C2; US20020016520A1; IT1318575B1; CA2349900A1; RU2200726C2; ITMI20001326A0; ITMI20001326A1

Abstract

Beschrieben wird ein integriertes Verfahren zur Herstellung von Cumol, das die Dehydrierung eines Stroms von Propan zu Propylen in einer Dehydrierungseinheit und die Zufuhr des die Dehydrierungseinheit verlassenden Stroms, der 25-40 Gew.-% Propylen enthält, zu einer Alkylierungseinheit, zusammen mit einem Strom von Benzol mit einem Molverhältnis Benzol/Propylen im Bereich von 8 bis 10 umfaßt. Das Alkylierungsprodukt wird in einer ersten Destillationskolonne destilliert, um eine leichte Fraktion, die im wesentlichen aus Propan besteht, welches zu der Dehydrierung recyclisiert wird, und eine schwere Fraktion zu gewinnen, welche in einer zweiten Destillationskolonne destilliert wird, um nicht umgesetztes Benzol am Kopf, das zu der Alkylierungseinheit recyclisiert wird, und Cumol als Bodenprodukt mit einer Reinheit von mehr als 99% zu gewinnen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Verfahren zur Herstellung von Cumol.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein kontinuierliches Verfahren zur Herstel lung von Cumol durch Alkylierung von Benzol mit Propylen, bei dem die Dehydrierungsein heit des Propans zu Propylen und die anschließende Alkylierung von Benzol miteinander in tegriert sind.

Die Synthese von Cumol ist aus der Literatur bekannt. Entsprechend dem, was beschrieben wird von A. Chauvel, G. Lefebvre in "Petrochemical Processes", Institut Francais du Petrol Publications, Editions Technic, 1989, Seiten 109-111, kann Cumol in Industriemaßstab, aus gehend von einem Strom, hergestellt werden, der Propylen von chemischer Reinheit oder Raf fineriequalität (Reinheit von 92%) enthält, zu dem recyclisiertes Propan zugesetzt ist, um ein Propan/Propylen Molverhältnis von etwa 50 : 50 zu erzielen. Der Propylenstrom wird gemein sam mit Benzol dem Reaktor zugeführt, der eine Anordnung von katalytischen Betten enthält, die bei einer Temperatur von 190-200°C mit Propaneinspritzungen gehalten wird.

Um die Bildung von polyalkylierten Produkten zu vermeiden, wird die Reaktion in Anwesen heit eines starken Überschusses von Benzol durchgeführt, wobei das Molverhältnis Ben zol/Propylen tatsächlich 8 bis 10 entspricht, welches dann bei der anschließenden Destilla tionsphase zurückgewonnen wird.

Die US-PS 5,198,595 beschreibt ein Alkylierungsverfahren für aromatische Verbindungen, insbesondere die Alkylierung von Benzol mit Propylen zur Erzielung von Cumol, bei dem das Problem der Bildung von polyalkylierten Produkten gelöst wird durch die Verwendung eines Katalysators, ausgewählt unter sauren Zeolithen, wie Mordenit, bei dem das Verhältnis Silici umdioxid/Aluminiumoxid höher als 30 ist.

Im einzelnen kann entsprechend der US-PS 5,198,595 Cumol hergestellt werden durch Um setzung eines Stroms von Propylen mit hohem Reinheitsgrad mit Benzol in Molverhältnissen Benzol/Propylen von geringer als 8, wie in Beispiel 6 beschrieben. Der Katalysator ist ein saurer Mordenit mit einem Symmetrieindex im Bereich von 0,5 bis 1,3, kalziniert an Luft oder in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 300 bis 800°C und anschließend behandelt mit einer starken Säure, wie Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure und Schwefelsäure.

Andere Methoden für die Herstellung von Cumol werden in der US-PS 5,877,384 und in der DE-PS 34 37 615 beschrieben.

Einer der Hauptnachteile der bekannten Methoden zur Herstellung von Cumol ist mit der Tat sache verbunden, daß das verwendete Propylen einen ziemlich hohen Reinheitsgrad aufwei sen sollte. Dieses Erfordernis beinhaltet die Verwendung eines mehr oder weniger forcierten Reinigungssystems am Auslaß der Propylenherstellungsverfahren, ungeachtet dessen ob sie die Dehydrierung von Propan oder seine katalytische Crackung beinhalten. Diese Reinigungs systeme beeinflussen unvermeidlich die Herstellungskosten von Cumol.

Der Anmelder hat andererseits gefunden, daß es möglich ist, Cumol durch direkte Verwen dung des Stroms herzustellen, der die Dehydrierungseinheit von Propan als Alkylierungs strom von Benzol verläßt, ohne daß man auf dazwischenliegende Fraktionierungen zurück greifen muß.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein integriertes Verfahren zur Herstellung von Cumol, das umfaßt:

a) die Dehydrierung eines Stroms von Propan zu Propylen in einer Dehydrierungseinheit;
b) die Eliminierung von Wasserstoff und die mögliche Umsetzung von Nebenprodukten aus dem Strom, der die Dehydrierungseinheit verläßt;
c) das Zuführen des die Dehydrierungseinheit verlassenden Stroms der 25 bis 40 Gew.-% Propylen enthält, zu einer Alkylierungseinheit zusammen mit einem Strom von Benzol bei einem Molverhältnis Benzol/Propylen im Bereich von 8 bis 10;
d) die Destillation des Alkylierungsprodukts in einer ersten Destillationskolonne zur Gewin nung einer leichten Fraktion, die im wesentlichen aus Propan besteht, das zu der Dehy drierungseinheit recyclisiert wird und einer schweren Fraktion;
e) die Destillation der schweren Fraktion in einer zweiten Destillationskolonne zur Gewin nung von nicht umgesetztem Benzol am Kopf, das recyclisiert wird zur Alkylierungsein heit, und von Cumol mit einer Reinheit über 99% im Nachlauf bzw. als Bodenprodukt oder Destillationsrückstand.

Entsprechend dem vorliegenden integrierten Verfahren arbeitet die Dehydrierungseinheit bei einer Temperatur im Bereich von 450 bis 800°C bei einem geringfügig höheren Druck als Atmosphärendruck und in Anwesenheit eines Dehydrierungskatalysators. Jeglicher Dehydrie rungskatalysator für Leichtparaffine kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden; zum Beispiel können Katalysatoren auf Basis von Edelmetallen verwendet werden wie diejenigen, die beschrieben werden in den US-Psen 4,886,928 und 4,786,625 oder Kata lysatoren auf Basis von Chromoxiden, wie in der GB-PS 2,162,082 beschrieben. Bevorzugte Katalysatoren sind jedoch Katalysatoren auf Basis von Galliumoxid Ga₂O₃ und Platin, träger gestützt auf Aluminiumoxid, beschrieben in EP-B-637 578 und ein Katalysator auf Basis von Chromoxid Cr₂O₃, Zinnoxid SnO und zumindest einem Oxid eines Alkalimetalls, trägerge stützt auf Aluminiumoxid, beschrieben in EP-B-894 781.

Der die Dehydrierungseinheit verlassende Strom besteht im wesentlichen aus Propylen, nicht umgewandeltem Propan, Wasserstoff und anderen leichten Produkten (Methan). Nach einer ersten Kompressionsphase bei etwa 1 bis 2 MPa wird der Strom einer Wasserstoffabtrennein heit, die mit einem Membransystem arbeitet, zugeführt und hiernach bei etwa 2 bis 5 MPa verflüssigt.

Nach Entfernen von nicht kondensierbaren Produkten wird der flüssige Strom mit Benzol gemischt und der Alkylierungseinheit zugeführt. Die Alkylierungsreaktion wird nach be kannten Methoden durchgeführt, z. B. entsprechend dem Verfahren beschrieben in EP-B-432 814 mit einem Zeolithkatalysator, bestehend beispielsweise aus Betazeolith oder ZSM-5-, ZSM-12-Zeolithen oder Y-Zeolith. Die Alkylierungsreaktion wird bevorzugt in flüssiger Pha se bei einer Temperatur im Bereich von 110 bis 150°C und einem Druck im Bereich von 2 bis 5 MPa durchgeführt.

Am Ende der Alkylierung wird das Reaktionsprodukt, das im wesentlichen aus Propan, Ben zol und Cumol besteht, expandiert und einer ersten Destillation unterzogen, um am Kopf Propan, das zu der Dehydrierungseinheit recyclisiert wird, und ein Produkt im Nachlauf zu gewinnen, das nach weiterer Expansion einer zweiten Destillation unterzogen wird, um das Cumol abzutrennen, welches aus Benzol gewonnen wurde, welches seinerseits zu der Alkylie rungseinheit recyclisiert wird.

Das folgende Beispiel dient dem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und seiner Ausführungsform, stellt jedoch keine Beschränkung dar.

BEISPIEL

Bezug genommen wird auf das Schema der beiliegenden Figur, in der A eine Dehydrierungs einheit für Propan bedeutet, B eine Membranabtrenneinheit wiedergibt, C einen Behälter für das Sammeln einer flüssigen Phase wiedergibt, D für den Alkylierungsreaktor steht und E und F zwei Destillationseinheiten bedeuten.

Ein Strom 1 wird dem Dehydrierungsreaktor A mit einer Fließgeschwindigkeit von 4,4 kg/h, bestehend aus 97 Gew.-% Propan und 3 Gew.-% Propylen, zugeführt. Die Dehydrierung er folgt bei einer Temperatur von 585 bis 590°C und bei einem Druck von 0,124 MPa in Anwe senheit des in Beispiel 2 von EP-B-637 578 verwendeten Katalysators bei einer Propanum wandlung entsprechend 35%.

Der Strom 2, der die Dehydrierungseinheit verläßt, besteht aus 71 Gew.-% Propan, 27% Pro pylen und 2% Wasserstoff und anderen Nebenprodukten.

Nach Kompression bei 2 MPa und Abkühlen auf Raumtemperatur wurde ein Membransystem B verwendet, um den Wasserstoff von dem dehydrierten Strom (Strom 3 mit einer Molarität von 98%) abzutrennen. Bei der weiteren Kompression des den Membranseparator B verlas senden Stroms auf 4 MPa wird eine flüssige Phase erhalten, die in C gesammelt wird. Die nicht kondensierbaren Produkte (CH₄) werden über 4 abgeführt.

4,357 kg/h an flüssigem Strom 5 (72 Gew.-% Propan und 27 Gew.-% Propylen und 1% an derer Nebenprodukte) werden dem Alkylierungsreaktor D zusammen mit 2 kg/h an frischem Benzol (6) und 17,7 kg/h eines Stroms (7) der recyclisiertes Benzol enthält, zugeführt. Der so erhaltene Strom 8, der aus 82 Gew.-% Benzol, 13% Propan, 5% Propylen besteht, wird dem Alkylierungsreaktor zugeführt, der bei einer Temperatur von 120°C, einem Druck von 4 MPa bei einem Verhältnis Benzol/Propylen von 9 arbeitet, und einen aus Beta-Zeolith bestehenden Katalysator enthält. Die Propylenumwandlung betrug 92%.

Der den Alkylierungsreaktor verlassende Strom 9 enthält 12 Gew.-% Cumol, 13% Propan, 73% Benzol und 2% verbliebenes Propylen und andere Nebenprodukte. Nach einer ersten Expansion auf 1 MPa wird der Strom 9 der ersten Destillationskolonne E zugeführt, aus der 3,3 kg/h eines Stroms am Kopf bei 30°C, enthaltend Propan (95 Gew.-%) und restliches Pro pylen (3%) gewonnen werden, die über Leitung 10 zu der Dehydrierungseinheit recyclisiert werden. Das Bodenprodukt, bei einer Temperatur von 180°C, wird nach weiterer Expansion auf 0,1 MPa zu der zweiten Destillationskolonne F zugeführt, aus der recyclisiertes Benzol (7) am Kopf gewonnen wird, wohingegen 3 kg Cumol (11) mit einer Reinheit von 99% am Bo den gewonnen werden.

Claims

1. Integriertes Verfahren zur Herstellung von Cumol, das umfaßt:

a) die Dehydrierung eines Stroms von Propan zu Propylen in einer Dehydrierungseinheit;
b) die Eliminierung von Wasserstoff und die mögliche Reaktion von Nebenprodukten aus dem die Dehydrierungseinheit verlassenden Strom;
c) das Zuführen des die Dehydrierungseinheit verlassenden Stroms, der 25 bis 40 Gew.- % Propylen enthält, zu einer Alkylierungseinheit zusammen mit einem Strom von Benzol mit einem Molverhältnis Benzol/Propylen im Bereich von 8 bis 10;
d) die Destillation des Alkylierungsprodukts in einer ersten Destillationskolonne zur Ge winnung einer leichten Fraktion, die im wesentlichen aus Propan, das zu der Dehy drierungseinheit recyclisiert wird und einer schweren Fraktion besteht;
e) die Destillation der schweren Fraktion in einer zweiten Destillationskolonne zur Ge winnung von nicht umgesetztem Benzol am Kopf, das zu der Alkylierungseinheit re cyclisiert wird, und von Cumol mit einer Reinheit über 99% als Bodenprodukt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Dehydrierungseinheit bei einer Temperatur im Bereich von 450 bis 800°C arbeitet.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Dehydrierungskatalysator auf Galliu moxid Ga₂O₃ und Platin, trägergestützt auf Aluminiumoxid, basiert.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Dehydrierungskatalysator auf Chromoxid Cr₂O₃, Zinnoxid SnO und zumindest einem Alkalimetalloxid, trägergestützt auf Alumini umoxid, basiert.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der die Dehydrierungsein heit verlassende Strom einer Abtrenneinheit für Wasserstoff, die mit einem Membransy stem arbeitet, zugeführt wird.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Alkylierungsreaktion in Anwesenheit eines Zeolithkatalysators in flüssiger Phase bei einer Temperatur im Be reich von 110 bis 150°C und bei einem Druck im Bereich von 2 bis 5 MPa durchgeführt wird.