DE2259500A1 - Continuous alkylation of benzene with olefins - using aluminium chloride catalyst activated by treatment with benzene - Google Patents
Continuous alkylation of benzene with olefins - using aluminium chloride catalyst activated by treatment with benzeneInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Alkylbenzolen Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkylbenzolen aus Benzol und konzentrierten niedrigen Olefinen in Gegenwart von Aluminiumchlorid als Katalysator sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Process and apparatus for the production of alkylbenzenes The invention relates to a process for the preparation of alkylbenzenes from benzene and concentrated lower olefins in the presence of aluminum chloride as a catalyst and a device for performing this method.
Die Wirtschaftlichkeit des Alkylierungsprozesses von Benzol mit niedrigeren Olefinen (Äthylen, Propylen) hangt von der Bildung von Monoalkylbenzol mit maximaler Ausbeute ab.The economics of the alkylation process of benzene with lower Olefins (ethylene, propylene) depends on the formation of monoalkylbenzene with maximum Yield off.
Aus "Veröffentlichungen des Instituts für Chemie und Technologie "Mendeleew", Band XXIII, 1956, Lebendeew N., Koltschin I. und Markovitsch", sowie "Nefthimia", Band X, Nr. 2, 1970, Seiten 189 - 194" ist bekannt, daß die Erzielung hoher Ausbeuten an Nonoalkylbenzol für ein vorgegebenes Verhältnis Olefin/Benzol von der Einhaltung eines optimalen Verhältnisses zwischen den Reaktionsgeschwindigkeiten der Alkylierung und der Transalkylierung abhängig ist.From "Publications of the Institute for Chemistry and Technology" Mendeleew ", Volume XXIII, 1956, Lebendeew N., Koltschin I. and Markovitsch ", as well as" Nefthimia ", Volume X, No. 2, 1970, pages 189-194 "is known to achieve high yields of nonoalkylbenzene for one predetermined ratio olefin / benzene on maintaining an optimal ratio between the reaction rates the alkylation and the transalkylation is dependent.
Die Alkylierung ist eine wesentlich schnellere Reaktion als die Transalkylierung. Dies bewirkt ein Anwachsen des Gehalts an schweren Alkylaten, die mit Aluminiumchlorid stabile Komplexe bilden und somit zu einer Entaktivierung des katalytischen Komplexes führen. Wird daher bei dem Verhältnis zwischen Alkyl- und Phenylgruppen in der Reaktionsmasse der Wert 2 überschritten, verliert der Komplex die Kapazität, weitere niedere Olefine zu absorbieren.Alkylation is a much faster reaction than transalkylation. This causes an increase in the content of heavy alkylates, those with aluminum chloride Form stable complexes and thus deactivate the catalytic complex to lead. It is therefore used in the ratio between alkyl and phenyl groups in the reaction mass If the value 2 is exceeded, the complex loses the capacity to produce further lower olefins to absorb.
Aus "Inst. Petrochim, 1967, Benzolalkylierung mit verdünntem Äthylen" und "Nefthimia, Nr. 1, 1967, Seite 26, Lebedeew N.N., Oreschin M.M." ist weiterhin bekannt, daß bei. der Verteilung der alkylaromatischen Kohlenwasserstoffe zwischen dem katalytischen Komplex und der Kohlenwasserstoffschicht die Mono- und Dialkylbenzole vorwiegend in die Kohlenwasserstoffschicht übergehen, während das Trialkylbenzol praktisch vollkommen im Komplex verbleibt, wo es sich anreichert.From "Inst. Petrochim, 1967, benzene alkylation with dilute ethylene" and "Nefthimia, No. 1, 1967, p. 26, Lebedeew N.N., Oreschin M.M." is furthermore known that at. the distribution of the alkyl aromatic hydrocarbons between the catalytic complex and the hydrocarbon layer are the mono- and dialkylbenzenes predominantly pass into the hydrocarbon layer, while the trialkylbenzene remains practically completely in the complex where it accumulates.
Die relativ geringe Transalkylierungsgeschwindigteit des Trialkylbenzols, sowie der hohe Wert des Verteilungsverhältnisses dieses Kohlenwasserstoffs weisen darauf hin, daß im Alkylierungsprozeß eine langsame stetige -Anreicherung an Trialkylbenzolen im katalytischen Komplex stattfindet.The relatively low transalkylation rate of trialkylbenzene, as well as the high value of the distribution ratio of this hydrocarbon point out that in the alkylation process a slow steady enrichment takes place on trialkylbenzenes in the catalytic complex.
Diese Anreicherung ist die Hauptursache eines Fortschreitens der Reaktion in Richtung Polyalkylat- und Harzbildung, deren Entstehungsgeschwindigkelt der der Trialkylbenzole im Komplex proportional ist. Die Entstehung dieser Polyalkylate und die unter ihnen stattfindenden Nebenreaktionen sind die Hauptursache für die Entaktivierung des Komplexes und den zusätzlichen Verbrauch an Aluminiumchlorid, Benzol und Olefin.This build-up is the main cause of the reaction to proceed in the direction of polyalkylate and resin formation, the rate of formation of which is that of the Trialkylbenzenes in the complex is proportional. The formation of these polyalkylates and the side reactions taking place among them are the main cause of the Deactivation of the complex and the additional consumption of aluminum chloride, Benzene and olefin.
Nachdem es durch Anreicherung an Polyalkylaten zu einer Entaktivierung des Katalysators durch Bildung stabiler Komplexe kommt, ergibt sich eine Entaktivierung des Alkylierungsprozesse durch Blockierung der Salzsäure und des Aluminiumchlorids.After it is deactivated by enrichment in polyalkylates of the catalyst comes through the formation of stable complexes, deactivation occurs the alkylation process by blocking hydrochloric acid and aluminum chloride.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Reaktionsgeschwindigkeit der Transalkylierung durch höhere Reaktionstemperatur bzw.It has already been suggested the rate of reaction of the transalkylation due to higher reaction temperature or
höheren Reaktionsdruck zu erhöhen. Diese Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, daß eine Temperaturerhöhung von über 80 - 90°C zur schnellen Entaktivierung des Aluminiuschloridz komplexes führt, wobei Temperaturen von über 130°C ohnehin nicht möglich sind und daß, um die Temperatur des Reaktionsgemisches, das bei Normaldruck zwischen 80 und qOOC siedet, erhöhen zu können, eine Erhöhung des Betriebsdruckes erforderlich ist, das wiederum eine kompliziertere und kostspieli gere Ausrüstung voraussetzt. Weiterhin haben auch die Transalkylierungsreaktionen einen relativ geringeren thermischen Koffizienten von etwa 1,6 für die Geschwindigkeitskonstante, entsprechend einer Aktivierungsenergie von 13 kgcal/Mol, so daß unter kinetischer Arbeitsweise jeder Temperaturerhöhung von 10°C eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit der Transalkylierung von etwa 60 % entspricht.increase higher reaction pressure. However, these methods have the The disadvantage that a temperature increase of over 80-90 ° C for rapid deactivation of the aluminum chloride complex leads, with temperatures of over 130 ° C anyway are not possible and that, to the temperature of the reaction mixture, which is at normal pressure boiling between 80 and qOOC, to be able to increase an increase in the operating pressure necessary which is, in turn, a more complicated and costly one requires more equipment. Furthermore, the transalkylation reactions also have a relatively lower thermal coefficient of about 1.6 for the rate constant, corresponding to an activation energy of 13 kgcal / mol, so that under kinetic How every temperature increase of 10 ° C works, an increase in the reaction rate corresponds to the transalkylation of about 60%.
Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die Reaktionsgeschwindigkeit der Transalkylierung erhöht, indem der katalytische Komplex in einem aktivierten Zustand gehalten wird.Another known method is the reaction rate the transalkylation is increased by placing the catalytic complex in an activated one State is maintained.
Dieses mit einem Benzolüberschuß arbeitende Verfahren sieht jedoch keine Benzolbehandlung des Komplexes im Sinne seiner Reaktivierung vor.However, this method using an excess of benzene works no benzene treatment of the complex in terms of its reactivation before.
Es ist bekannt, daß die Blockierung des Katalysators zu stabilen und inaktiven Komplexen reversibel ist, wobei die Transalkylierungsreaktion der Polyalkylatprodukte und besonders der Trialkylbenzole durch Veränderung der Gleichgewichts konzentration bzw. durch Veränderung des Verhältnisses der Alkyl- und Phenylradikale möglich ist.It is known that the blocking of the catalyst to be stable and inactive complexes is reversible, with the transalkylation reaction of the polyalkylate products and especially the trialkylbenzenes by changing the equilibrium concentration or by changing the ratio of the alkyl and phenyl radicals is possible.
Unter den Bedingungen eines großtechnischen Alkylierungsreaktors, in welchem das Verhältnis der Äthylgruppen zu den Phenylgruppen etwa 0,6 beträgt, ist allerdings die Wieder aktivierung des katalytischen Komplexes nicht möglich. Deshalb nimmt der Komplex nur teilweise an den Sbergangsreàktionen der Alkylgruppen teil, wobei der andere Teil als stabiler Komplex in die Anlage rückgeführt wird, in welcher langsame irreversible Entaktivierungsreaktionen des Katalysators stattfinden, die von erheblicher Viskositätserhöhung und Verschlechterung im Verhalten der gesamten Komplexmasse begleitet sind.Under the conditions of a large-scale alkylation reactor, in which the ratio of the ethyl groups to the Phenyl groups is about 0.6, however, is the reactivation of the catalytic complex not possible. Therefore, the complex only partially takes part in the transitional reactions part of the alkyl groups, with the other part as a stable complex in the plant is recycled, in which slow irreversible deactivation reactions of the Catalyst take place, which is of significant viscosity increase and deterioration are accompanied in the behavior of the entire complex mass.
Bei den derzeit angewendeten Verfahren wird daher der verbrauchte Komplex kontinuierlich durch frischen Komplex ersetzt.In the processes currently in use, the consumed Complex continuously replaced with fresh complex.
Diese Arbeitsweise führt zu einem hohen Verbrauch an Katalysator, Benzol und Olefinen ohne daß dadurch optimale Aktivitätsergebnisse erzielt werden.This way of working leads to a high consumption of catalyst, Benzene and olefins without optimal activity results being achieved thereby.
Wie sich aus "Inst. Petrochim 1967, Benzolalkylierung mit verdünntem Äthylen11 ergibt, löst der Zusatz von frischem Komplex nur zum Teil das Problem der Aufrechterhaltung einer optimalen Aktivität und Zusammensetzung des rückgeführten Komplexes, da die Löslichkeit des frischen Komplexes in der Reaktionsmasse größer als die des rückgeführten Komplexes ist.As can be seen from "Inst. Petrochim 1967, benzene alkylation with dilute Ethylene11, the addition of fresh complex only partially solves the problem maintaining optimal activity and composition of the returned Complex, since the solubility of the fresh complex in the reaction mass is greater than that of the returned complex.
Es ergibt sich daher ein permanenter Verlust an frischem Komplex, -der in gelöster Form mit dem Alkylierungsprodukt ausgetragen wird bzw. sich im angesammelten inaktiven Komplex befindet.There is therefore a permanent loss of fresh complex, -which is discharged in dissolved form with the alkylation product or is in the accumulated inactive complex is located.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu vermeiden, insbesondere also den inaktiven Teil des Katalysators ohne Erhöhung von Temperatur und Druck zu reaktivieren und damit die Produktivität des Alkylators zu erhöhen.It is therefore an object of the present invention to overcome these disadvantages to avoid, especially the inactive part of the catalyst without increasing it reactivate by temperature and pressure and thus the productivity of the alkylator to increase.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die katalytische Komplexmasse außerhalb des Alkylators bei einem Alkyl/Phenyl-Verhältnis von 0,2 - 0,6, einer Temperatur von 65 - 100°C und einem Druck von 1 - 3 atü 15 - 60 min. lang kontinierlich mit Benzol behandelt wird.This object is achieved according to the invention in that the catalytic Complex mass outside the alkylator with an alkyl / phenyl ratio of 0.2 - 0.6, a temperature of 65 - 100 ° C and a pressure of 1 - 3 atmospheres for 15 - 60 min. is treated continuously with benzene for a long time.
Die katalytische Komplexmasse kann dabei mit Frisch-, Umlauf-oder Kondensbenzol behandelt werden.The catalytic complex mass can with fresh, circulating or Condensate treated.
Vorzugsweise soll das Alkyl/Phenyl-Verhältnis 0,2, die Temperatur 75°C, der Druck 1 atü und die Behandlungsdauer 30 min.The alkyl / phenyl ratio should preferably be 0.2, the temperature 75 ° C, the pressure 1 atm and the treatment time 30 min.
betragen.be.
Erfindungsgemäß findet die Benzolbehandlung außerhalb des Reaktors statt, um nicht dessen Produktivität zu beeinflusse und vor allem um geeignete Betriebsbedingungen aufrechterhalten zu können. Die in einer besonderen kontinuierlichen Transalkylierungsanlage durchzuführende Benzolbehandlung kann in das normale Fließschema eingesetzt werden, wo sie mit dem im ersten und evtl. im zweiten Abscheider abgetrennten Komplex und mit frischem, rückgeführten oder durch Auskondensieren rückgewonnenen Benzol beschickt wird.According to the invention, the benzene treatment takes place outside the reactor instead, so as not to affect its productivity and, above all, about suitable operating conditions to be able to maintain. In a special continuous transalkylation plant The benzene treatment to be carried out can be inserted into the normal flow chart, where they are separated with the one in the first and possibly in the second separator complex and with fresh, recycled or condensation recovered benzene is charged.
Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.Further advantages and features of the method according to the invention result from the following exemplary embodiments with reference to the drawing.
Bei allen Versuchen wurde die Alkylierung des Benzols mit konzentrierten Olefinen in einer Korrosionsgeschützten Alkylierungskolonne (Durchmesser = 25 mm, Höhe = 2.500 mm) durchgeführt. Die Benzolbehandlung des Komplexes wurde in einem metallischen, korrosionsgeschützten, mit Rührwerk (180 U pro Min.) versehenen Rührkessel von 4 1 Inhalt oder in einer Kontakt anlage für Benzol und Komplex, bestehend aus Behält erund Umlaufpumpe, durchgeführt.In all experiments, the alkylation of benzene was concentrated with Olefins in a corrosion-protected alkylation column (diameter = 25 mm, Height = 2,500 mm). The benzene treatment of the complex was in one metallic, corrosion-protected stirred tank equipped with a stirrer (180 rpm) of 4 1 content or in a contact system for benzene and complex, consisting of Reservoir and circulation pump carried out.
Als Umlaufpumpe (6) wurde eine hochtourige Kreiselpumpe verwendet, die eine perfekte Durchmischung des Benzol-plex-Umlauf-Gemisches und eine hohe /Geschwindigkeit in den Rohrleitungen und Behältern sowie einen hohen Turbulenzgrad gewährleistet. Es wurde eine säurefeste Pumpe verwendet, da-die Gefahr bestand, daß der Komplex Salzsäure enthielt. ober die Saugseite der Umlaufpumpe wurden frisches und rückgefahrenes Benzol, Benzol aus dem Kondensator 4, in dem entweichende Benzoldämpfe aus dem oberen Teil des Alkylierungsreaktors 1 auskondensiert wurden, und Umlaufkomplex aus dem Abscheider 2 evtl. aus dem Abscheider 3, welche dem Alkylator nachgeschaltet sind, eingespeist. Das Benzol-Komplex-Gemisch wurde über die Umlaufpumpe 6 in den Transalkylierungsbehälter 7 gepumpt.A high-speed centrifugal pump was used as the circulation pump (6), the perfect mixing of the benzene-plex-circulation mixture and a high / speed in the pipelines and tanks as well as a high degree of turbulence. An acid-proof pump was used as there was a risk of the complex Contained hydrochloric acid. Above the suction side of the circulation pump were fresh and reversed Benzene, benzene from the condenser 4, in which escaping benzene vapors from the upper one Part of the alkylation reactor 1 were condensed, and circulation complex from the Separator 2 possibly from the separator 3, which is connected downstream of the alkylator are fed. The benzene complex mixture was via the circulation pump 6 in the Transalkylation tank 7 is pumped.
Der Behälter 7 ist säurefest ausgekleidet und so bemessen, daß eine zur Reaktiverung des katalytischen Komplexes nötige Eontaktzeit gewährleistet ist. Während die Alkylierung des Benzols im Alkylierungsreaktor in Gas-Flüssig-Phase stattfindet, wird die Benzolbehandlung der Komplexmasse in der besonderen kontinuierlichen Trans alkyliertmgs anlage in Flüssig Flüssig-Phase durchgeführt. The container 7 is lined acid-proof and dimensioned so that a Eontaktzeit necessary Eontaktiverung the catalytic complex is guaranteed. During the alkylation of benzene in the alkylation reactor in gas-liquid phase takes place, the benzene treatment of the complex mass in the particular is continuous Trans alkylated plant carried out in liquid liquid phase.
Das Verfahren wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Verfahrensbedingungen für die Alkylierung: - Druck 1 atü - Temperatur 800C - Reaktionsdauer (Absorption des Olefins) 60 Min.The process was carried out under the following conditions: Process conditions for the alkylation: - pressure 1 atü - temperature 800C - reaction time (absorption of the olefin) 60 min.
- Gewichtsverhältnis Benzol zu Komplex 3 : 1.- Weight ratio of benzene to complex 3: 1.
Reaktionsbedingungen für die Reaktivierung des Komplexes: - Temperatur 75°C - Reaktionsdauer (Kontaktzeit des verbrauchten Komplexes mit Benzol) 60 Min. bzw. 30 Min. (s. Beispiele 3 und 4).Reaction conditions for reactivation of the complex: - temperature 75 ° C - reaction time (contact time of the used complex with benzene) 60 min. or 30 min. (see Examples 3 and 4).
- AlkyS/Phenylgruppen-Verhältnis 0,5 bzw. 0,2 (vgl. Beispiele 3 und 4).- AlkyS / phenyl group ratio 0.5 or 0.2 (see. Examples 3 and 4).
In allen Fällen betrug das Verhältnis der Alkylgruppen zu den Phenylgruppen im frischen Komplex 2 und 3. Während des Alkylierungsprozesses nimmt der Wert dieses Verhältnisses aufgrund der Gegenwart von Benzol ständig ab bis er nach wiederholter Verwendung kleiner als 1 wird. Trotzdem entaktiviert sich der Komplex durch Anreicherung an schweren Polyalkylaten und Harzen. Nach Behandlung mit Benzol nimmt der Wert des Verhältnisses weiter ab (bis 0,2), wobei die Transalkylierungsreaktionen begünstigt werden.In all cases the ratio of the alkyl groups to the phenyl groups was in the fresh complex 2 and 3. During the alkylation process this decreases in value Ratio due to the presence of benzene keeps decreasing until it is repeated Use becomes less than 1. Nevertheless, the complex deactivates itself through enrichment on heavy polyalkylates and resins. After treatment with benzene, the value decreases of the ratio further from (up to 0.2), the transalkylation reactions being favored will.
Beispiel 1: Es wurde ein Komplex eingesetzt, dessen Bnfangsverhaltnis Äthyl/Phenylgruppen gleich 2 war. Die Reaktionsdauer betrug 60 Min.Example 1: A complex was used whose initial ratio Ethyl / phenyl groups was 2. The reaction time was 60 minutes.
Tabelle 1
betrug.fraud.
Tabelle 2
Tabelle 3:
Die Reaktionsdauer betrug 30 Min. The reaction time was 30 minutes.
Tabelle 4:
2. Aus dem Komplex werden kontinuierlich durch Disproportionierung Trialkylbenzole entfernt, deren Gegenwart die Hauptursache der Irreversiblen Entaktivierung des Komplexes und der Verschlechterung seiner Fließbarkeit ist. 2. From the complex become continuous by disproportionation Trialkylbenzenes removed, the presence of which is the main cause of irreversible deactivation of the complex and the deterioration in its flowability.
3. 3. Nach der Benzolbehandlung erhält der katalytische Komplex zumindest eine gleiche, im allgemeinen aber eine höhere aktivität als der frische Komplex, wodurch die Geschwindigkeit der Alkyberungsreaktion erhöht wird.3. 3. After the benzene treatment, the catalytic complex receives at least the same, but generally a higher activity than the fresh complex, thereby increasing the rate of the alkylation reaction.
4. Es wird eine wesentliche Ersparnis ankatalytischem Komplex erzielt. Der Verlust an Komplex beschränkt sich auf die Kompensierung mechanischer und durch die Löslichkeit des Komplexes verursachter Verluste. 4. A substantial saving of the catalytic complex is achieved. The loss of complex is limited on the compensation of mechanical and losses caused by the solubility of the complex.
5. Die Reaktivierung des Komplexes durch die Benzolbehandlung gestattet den Betrieb des Alkylierungsreaktors bei höheren Alkyl/Phenylgruppenverhältnissen (bis 0,6) bei höheren Ausbeuten an Alkylbenzol und zwar ohne Verminderung der Selektivität bei gleichzeitiger Produktionserhöhung des Alkylators pro Volumeneinheit.5. Allow the reactivation of the complex by the benzene treatment the operation of the alkylation reactor at higher alkyl / phenyl group ratios (up to 0.6) with higher yields of alkylbenzene without reducing the selectivity with a simultaneous increase in the production of the alkylator per unit volume.
Literatur: 1. Lebedeew N., Koltschin I. und Markovitsch, - Veröffentlichungen des Institutes für Chemie und Eechnologie "Mendeleew" Bd XXIII 1956. Literature: 1. Lebedeew N., Koltschin I. and Markovitsch, - publications of the Institute for Chemistry and Eechnology "Mendeleew" Vol XXIII 1956.
2. Mamedow A.A., Pinscher "Nefthimia" Bd X nr. 2 1970 S.189-194.2. Mamedow A.A., Pinscher "Nefthimia" vol. X no. 2 1970 pp 189-194.
3. "Benzolalkylierung mit verdünntem Äthylen" Inst. Petrochim 1967.3. "Benzene alkylation with dilute ethylene" Inst. Petrochim 1967.
4. Lebedeew N.N., Oreschin M.M., "Nefthimia" Nr. 1 1967 S.26.4. Lebedeew N.N., Oreschin M.M., "Nefthimia" No. 1 1967 p.26.
5. Braun H., Smoot C.H., JACS Bd 78 mai 20 1956 5.2176-2181.5. Braun H., Smoot C.H., JACS Vol 78 May 20 1956 5.2176-2181.
6. Lien A.P. und EcCaulay D.A., JACS, mai 20, 1953, S.2407-2410.6. Lien A.P. and EcCaulay D.A., JACS, May 20, 1953, pp.2407-2410.
7. Lebedeew N.N. und Oreschin M.M. "Nefthimia" Bd VII, Nr. 2, 1967 S.199-207.7. Lebedeew N.N. and Oreschin M.M. "Nefthimia" Vol VII, No. 2, 1967 Pp.199-207.
8. Kiperman S.L. "Einführung im die Kinetik der heterogenen katalytischen Reaktionen" Verlag für Wissenschaft Moskau 1964 S. 12 9. B.P. 646.941/29.XI.1950.8. Kiperman S.L. "Introduction to the Kinetics of Heterogeneous Catalytic Reactions "Verlag für Wissenschaft Moscow 1964 p. 12 9. B.P. 646.941 / 29.XI.1950.
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