DE3147323A1 - Verfahren zur herstellung von styrol - Google Patents

Verfahren zur herstellung von styrol

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DE3147323A1
DE3147323A1 DE19813147323 DE3147323A DE3147323A1 DE 3147323 A1 DE3147323 A1 DE 3147323A1 DE 19813147323 DE19813147323 DE 19813147323 DE 3147323 A DE3147323 A DE 3147323A DE 3147323 A1 DE3147323 A1 DE 3147323A1
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ethylbenzene
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DE19813147323
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Kurt 6710 Frankenthal Englert
Walter Dipl.-Ing. Dr. 6703 Limburgerhof Frey
Lutz Dipl.-Ing. Dr. 6700 Ludwigshafen Hilprecht
Albert Dipl.-Ing. Nikles
Walter Dipl.-Chem. Dr. Schweter
Ferdinand Dipl.-Ing. Dr. 6719 Weisenheim Straub
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BASF SE
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BASF SE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/32Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with formation of free hydrogen
    • C07C5/327Formation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds only
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    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07C5/333Catalytic processes
    • C07C5/3332Catalytic processes with metal oxides or metal sulfides

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Styrol
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Styrol durch Dehydrieren von Ethylbenzol in Gegenwart von Wasserdampf im Temperaturbereich von 570 bis 7200C, wobei das in die Reaktionszone einzubringende Gemisch aus Ethylbenzol und Wasser mittels dem aus der Reaktionszone ausgetragenen Reaktionsgemisches verdampft und erhitzt wird.
  • Zur Herstellung von Styrol durch Dehydrieren von Ethylbenzol in Gegenwart von Wasser haben sich vor allem zwei Verfahren ausgebildet. Bei der Dehydrierung in adiabatisch betriebenen Radialreaktoren wird die gesamte für die Dehydrierung benötigte Wärme mit dem Ethylbenzol und dem Wasserdampf zugeführt. Dabei können überhitzungen des Ethylbenzols und somit unerwünschte Nebenreaktionen eintreten.
  • Bei der Dehydrierung in isotherm betriebenen Röhrenreaktoren wird die Überhitzung des Ethylbenzols vermieden.
  • Außerdem hat dieses Verfahren den Vorteil, daß wesentlich geringere Mengen an Wasserdampf benötigt werden.
  • Bei dem isothermen Verfahren ist es üblich, daß man Ethylbenzol mit Wasserdampf mischt, den flüssigen Anteil der Mischung verdampft und auf Reaktionstemperatur erhitzt. Das Verdampfen und Erhitzen erfolgt mittels Wärmeaustauschern, die mit dem aus der Reaktionszone austretenden Reaktionsgemisch beheizt werden. Meist ist eine zusätzliche Erhitzung des in die Reaktionszone einzubringenden Gemisches aus Ethylb-enzol und Wasserdampf auf Reaktionstemperatur erforderlich.
  • Das aus der Reaktionszone ausgetretene Reaktionsgemisch, das vor allem Styrol, Wasserdampf und nicht umgesetztes 'Ethylbenzol enthält und das durch die Wärmeabgabe für das Verdampfen und Erhitzen des in die Reaktionszone einzubringenden Reaktionsgemisches auf Temperaturen um 100°C abgekühlt ist, wird zur weiteren Aufarbeitung mittels Kühlwasser oder Luft kondensiert und abgekühlt, wobei die dabei anfallende Wärme für eine wirtschaftliche Nutzung verloren geht. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß der benötigte Wasserdampf bisher in Dampfkesseln erzeugt wird, die mit fossilen Brennstoffen beheizt werden, wodurch große Mengen Primärenergie verbraucht werden.
  • Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Styrol zu schaffen, bei dem der Wasserdampf, der für das in die Reaktionszone einzubringende Gemisch aus Ethylbenzol und Wasserdampf benötigt wird, durch Ausnutzung der Restwärme des aus der Reaktionszone ausgetretenen Reaktionsgemisches herge--stellt wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren der oben beschriebenen Art gelöst, wobei man mit dem auf Temperaturen von 90 bis 1200C abgekühlten Reaktionsgemilch Wasser bei einem Druck von 0,4 bis 1,2 bar verdampft, den Dampf auf einen Druck von 1,4 bis 2,5 bar komprimiert und zur Herstellung des Gemisches aus Ethylbenzol, Wasser und Wasserdampf verwendet.
  • Die Verfahrensbedingungen zum Dehydrieren von Ethylbenzol sind bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung. Hierzu werden zweckmäßig Wasserdampf und Ethylbenzol in solchen Mengenverhältnissen verwendet, daß auf 1 Mol Ethylbenzol 5 bis 15 Mole Wasserdampf entfallen. Zweckmäßig werden Ethylbenzol, Wasserdampf und Wasser in einem Mischapparat gemischt und dann in einen homogenen gasförmigen Zustand übergeführt. Der Mischapparat wird mit dem aus der Reak- tionszone ausgetragenen Reaktionsgemisch geheizt. In zwei weiteren Stufen wird das in die Reaktionszone einzubringende Gasgemisch auf neaktionstemperaturen erhitzt. Zweckmässig wird dies durch Wärmeaustausch mit dem im Kreis geführten Heizgas des Reaktors erreicht.
  • Die Umsetzung erfolgt in einem Röhrenreaktor. Die Temperatur am Singatlg des Röhrenofens beträgt zweckmäßig 550 bis 6500C. Der Reaktor wird mit 780 bis 8000C heißem Heizgas beheizt. Die Röhren sind mit einem Dehydrierungskatalysator gefüllt, der z.B. aus 89 Gew.% Eisenoxid, 2 Gew. Chrom und 9 Gew.% Kaliumhydroxid besteht.
  • Die Verweilzeit des Reaktionsgemisches im Röhrenreaktor liegt im allgemeinen im Bereich von 1 bis 2 sec. Die Reaktionsprodukte werden am Boden aus dem Röhrenreaktor ausgetragen. Das Reaktionsgemisch hat im allgemeinen eine Temperatur von 550 bis 6000C. Das Reaktionsgemisch enthält im wesentlichen Styrol, Wasserdampf und nicht umgesetztes Ethylbenzol, neben Benzol und Toluol. Im allgemeinen werden bei diesem Verfahren Ausbeuten zwi-schen 92 und 95 % d.Th. erreicht.
  • Das gasförmige Reaktionsgemisch wird nun über einen Produktaufheizer und einen Mischapparat geleitet. Im Mischapparat wird Ethylbenzol, Wasser und Wasserdampf vollständig in ein gasförmiges Gemisch übergeführt und in dem Produktaufheizer wird das gasförmige Gemisch auf Temperaturen von 380 bis 4500C aufgeheizt. Dabei kühlt sich das Reaktionsgemisch auf Temperaturen von 9o bis 1200C ab.
  • Mit dem auf diese Temperatur abgekühlten Reaktionsgemisch wird nun ein Verdampfer beheizt, wobei sich das Reaktionsgemisch um weitere 5 bis 1500 abkühlt und dabei zum großen Teil kondensiert wird. In dem Verdampfer wird Wasser bei einem Druck von 0,4 bis 1,2 bar verdampft. Dieser Wasserdampf wird dann mittels eines Kompressors auf einen Druck von 1,4 bis 2,5 bar gebracht. Bei der Kompression erhitzt sich der Dampf. Zweckmäßig wird während der Kompression Wasser eingebracht, so daß man einen Wasserdampf von 1,4 bis 2,5 bar und Temperaturen von 110 bis 1800C erhält.
  • Dieser Wasserdampf wird dann zusammen mit Wasser und Ethylbenzol in den oben genannten Mischapparat eingebracht.
  • Bei der erfindungsgemäßen Arbeitoweise werden nur 7 bis 15 % der Energie zum Komprimieren des Wasserdampfes benötigt, wie sie zur Herstellung der gleichen Dampfmenge durch Erhitzen von Wasser erforderlich ist. Der Styrolreaktor wird hinsichtlich des Wasserdampfbedarfs autark, da die bisher durch Kühlen abgeführte Wärmemenge zurückgewonnen und zur Erzeugung von Wasserdampf verwendet wird.
  • Beispiel Einzelheiten des Beispiels sind in der beiliegenden Figur erläutert.
  • Zur Herstellung von Styrol in einem isotherm betriebenen Dehydrierungsreaktor (1) mit einer Kapazität von 50 000 jato Styrol werden stündlich 14 000 kg Ethylbenzol (2), 3000 kg Wasser (3) und 11 000 kg Wasserdampf (4) (Molverhältnis 1:5,88) in einem Misehapparat (5) bei einem Druck von 1,5 bar gemischt. Der Mischapparat (5) wird durch das den Reaktor verlassende Reaktionsgemisch (6)ä (Temperatur am Eintritt 3800 C) beheizt, so daß das Gemisch aus 14 000 kg/h Wasserdampf und 14 000 kg/h Ethylbenzol-Dampf mit einer Temperatur von ca. 105 bis 1100C in den nachgeschalteten Aufheizer (7) eintritt, in dem es durch Wärmetausch mit heißem, abgehenden Reaktionsgemisch (6) auf ca. 4000C erhitzt wird. Vor dem Eintritt in den Dehydrierungsreaktor wird das WD/EB-Gemisch sch7leß- lich durch im Kreis geführtes Heizgas (8) auf 560 bis 5800C aufgeheizt.
  • Der Dehydrierungsreaktor (1), der in den Rohren mit einem Dehydrierungskatalysator einer Zusammensetzung 89,0 Gew.% Eisenoxid, 2,0 Gew.% Chromoxid und 9 Gew.% Kaliumoxid gefüllt ist, wird durch Heizgas (8) auf Temperaturen von 590 bis 61000 erhitzt.
  • Das Reaktionsgemisch (6), welches den Reaktor mit einer Temperatur von 580 bis 600°C verläßt, durchströmt zum Wärmetausch den Aufheizer (7) und den Mischapparat (5) und wird dann mit bereits kondensierten Reaktionsprodukt gequenscht. Die 28 000 kg/h Reaktionsgemisch, die mit einer Temperatur von 970C den Quensch (9) verlassen, haben eine Zusammensetzung von 49 Gew.% Wasser, 26 Gew.% unumgesetzt es Ethylbenzol, 22 Gew.% Styrol und 3 Gew.% Nebenprodukt (Benzol, Toluol).
  • Das Reaktionsgemische (6), das eine Temperatur von 970r hat wird nun durch einen Dampferzeuger (10) geführt und dabei auf 9100 abgekühlt. Dabei werden 13 000 kg/h, d.s.
  • ca. 46 % der Gesamtmenge, kondensiert. Die Zusammensetzung dieses Kondensats ist ca. 66 Gew.% Wasser, ca. 15 Gew.% Ethylbenzol, ca. 17 Gew. Styrol und ca. 2 Gew.% Nebenprodukte. Mit Hilfe der Kondensationswärme werden 10 t/h Dampf (11) mit einer Temperatur von 81OC bei 0,5 bar Druck erzeugt, die auf die Saugseite eines Verdichters (12) geleitet werden. In diesem Verdichter (12) wird der Druck auf 1,6 bar und die Dampftemperatur auf 14500 angehoben.
  • Die Dampfmenge erhöht sich durch eingespritztes und im Verdichter verdampftes Wasser (13) (1 t/h) auf insgesamt 11 t/h, die dem Mischapparat (5) zugeführt werden.
  • L r Der nicht kondensierte Anteil des Reaktionsgemisches, d.
  • s. 15 000 kg/h mit einer Zusammensetzung von ca. 34 Gew.% Wasser(dampf), ca. 35 Gew.% Ethylbenzol, 26 Gew.% Styrol und ca. 5 Gew.% Nebenprodukte (Benzol, Toluol, Wasserstoff) wird mit einer Temperatur von 9100 auf einen Kühler (14) geführt und die Aromaten und der Wasserdampf kondensiert und zusammen mit den bereits kondensierten 13 000 kg/h aufgearbeitet.
  • Dadurch wird der Styrol-Reaktor hinsichtlich des Wasserdampfverbrauchs vollkommen autark, weil eine bisher an die Luft abgeführte Wärmemenge von ca. 23 000 MJ/h zurückgewonnen und damit Wasserdampf erzeugt wird.
  • Bisher wurde das Reaktionsgemisch nach dem Verlassen des Quensches in einem Luftkühler kondensiert und aufgearbeitet. Die im Luftkühler abgeführte Wärmemenge betrug ca.
  • 40 000 MJ/h.
  • Zeichn.
  • Leerseite

Claims (1)

  1. Patentanspruch Verfahren zur Herstellung von Styrol durch Dehydrieren von Ethylbenzol in Gegenwart von Wasserdampf im Temperaturbereich von 570 bis 7200C, wobei Ethylbenzol, Wasser und Wasserdampf gemischt werden und das in die Reaktionszone einzubringende Gemisch mittels dem aus der Reaktionszone ausgetragenen Reaktionsgemisch vollständig verdampft und weiter aufgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man mit dem auf Temperaturen von 90 bis L200C abgekUhlten Reaktionsgemisch Wasser bei einem Druck von 0,4 bis 1,2 bar verdampft, den Dampf auf einen Druck von 1,4 bis 2,5 bar komprimiert und zur Herstellung des Gemisches aus Ethylbenzol, Wasser und Wasserdampf verwendet.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0226064A2 (de) * 1985-12-17 1987-06-24 Lummus Crest, Inc. Dehydrierungsverfahren zur Herstellung von Styrol aus Ethylbenzol bestehend aus Niedrigtemperaturwärmerückgewinnung und Modifizierung des Ethylbenzol-Dampf-Stromes damit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0226064A2 (de) * 1985-12-17 1987-06-24 Lummus Crest, Inc. Dehydrierungsverfahren zur Herstellung von Styrol aus Ethylbenzol bestehend aus Niedrigtemperaturwärmerückgewinnung und Modifizierung des Ethylbenzol-Dampf-Stromes damit
EP0226064A3 (en) * 1985-12-17 1987-12-16 Lummus Crest, Inc. Improved dehydrogenation process for production of styrene from ethylbenzene comprising low temperature heat recovery and modification of the ethyl-benzene-steam feed therewith

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