DE69709528T2 - Verfahren zur Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Styrolherstellung und offenbart insbesondere Verfahren und Vorrichtung, einschließlich Reaktorgefäße, für die Dehydrierung von Ethylbenzol in Styrolmonomer.
• Es ist in der Technik von Styrolherstellung gut bekannt, Ethylbenzol (< < EB > > ) über einem Dehydrierungskatalysator, wie Eisenoxid, unter erhöhten Temperaturen im Bereich von 537,8 bis 665,6ºC (1000-1230ºF) und bei einem Druck von etwa 0,28 bis 1,38 Bar (4 bis 20 PSIA) umzusetzen, um Wasserstoff von dem Ethylrest auf dem Benzolring abzuziehen unter Bilden des Styrolmoleküls. Dieses könnte normalerweise in einer Serie von radialen adiabatischen Styrolreaktoren durchgeführt werden, die üblicherweise als EB Dehydroreaktoren bezeichnet werden. Die Dehydroreaktoren sind im allgemeinen längliche, zylindrische, vertikale Strukturen von einer sehr großen Größe, die im Durchmesser von etwa 1,524 m (fünf Fuß) bis etwa 9,144 m (dreißig Fuß) oder mehr reichen und in Länge von etwa 3,048 m (10 Fuß) bis etwa 30,48 m (einhundert Fuß) oder mehr. Die normale Konstruktion für einen derartigen Reaktor erlaubt Eingabe des Ethylbenzolgases an einem Einlaß, angeordnet in dem Zentrum des vertikalen Reaktors, wobei das Gas radial nach außen durch einen kreisförmigen Bereich fließen gelassen wird, durch ein kreisförmiges poröses Katalysatorbett von Eisenoxid oder anderem geeigneten Dehydrokatalysator geht und dann durch einen äußeren kreisförmigen Bereich geht zum Austreten aus der Reaktorummantelung.
• Weil der Fluß von Ethylbenzol über das Katalysatorbett in einer radialen Richtung ist, werden diese Reaktoren manchmal als < < radiale > > Reaktoren identfiziert.
• Es wird gegenwärtig von jenen Fachleuten auf dem Gebiet von Styrolherstellung angenommen, daß die optimale Anordnung von Mehrfachradialbett EB Reaktoren mit typischen Dehydrokatalysatorbetten ist, drei oder mehrere radiale adiabatische Reaktoren zu verwenden, angeordnet in einer Serien-Fluß Orientierung mit Wiederheizmitteln zwischen den Reaktoren zum Hinzufügen von Hitze zu der endothermen Reaktion.
• Jeder Reaktor kann einen von dem Katalysator der anderen Reaktoren verschiedenen Selektivitätskatalysator haben. "Selektivität" in diesem Fall wird von einem Fachmann angesehen, die Fähigkeit des Katalysators zu bedeuten, selektiv höhere Spiegel des wünschenswerten Styrols und niedrigere Spiegel des unerwünschten Toluols und Benzols herzustellen. "Aktivität" wird angesehen, die Fähigkeit des Katalysators zu sein, einen bestimmten Prozentsatz von Ethylbenzol zu Aromaten für jeden Durchgang von Beschickungsmaterial über den Katalysator umzuwandeln. Ein Beispiel des herkömmlichen radialen Reaktors, auf den zuvor bezug genommen wurde, ist derjenige, gefunden in U. S. Patent 5 358 698 von Butler et al.
• Wegen des adiabatischen Designs von herkömmlichen EB Reaktoren und der endothermen Natur der Dehydrierungsreaktion verlangen herkömmliche EB Verfahren die Zugabe von Hitze zu dem Verfahren unter Beibehalten der Dehydrierungsreaktion. Dieses wiederum macht die Verwendung von Mehrfachreaktoren notwendig, um Gelegenheit zur Verfügung zu stellen, Hitze während des Verfahrens hinzuzufügen, welches durchgeführt wird durch Verwenden von Heizgeräten oder "Superheizgeräten", angeordnet zwischen jedem der Serienreaktoren. Dieses ist auch ein Grund, daß verschiedene Katalysatoren in jedem der Serienreaktoren verwendet werden, wobei Katalysatorselektivität zwischen den verschiedenen Reaktoren variiert. Aufgrund der endothermen Natur der EB Reaktion in den radialen Reaktoren ist die stündliche Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit (LHSV) durch das System streng begrenzt. Die EB Beschickung muß langsam genug durch die Reaktoren fließen gelassen werden, zu erlauben, daß Dehydrierung wesentlich vollendet wird, die durch die Absorption von Hitze in der Reaktion verlangsamt wird.
• Deshalb hat man eine Notwendigkeit für ein Verfahren von Dehydrieren von Ethylbenzol gefühlt, das nicht große Mehrfachreaktoren, Heizgeräte, Wärmeaustauscher oder Mehrfachkatalysatoren verlangt, und welches nicht durch niedrige LHSVs begrenzt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die gegenwärtige Erfindung offenbart ein Verfahren und Vorrichtung für Dehydrierung von Ethylbenzol unter Verwenden eines kleinen katalytischen Einzelreaktors, der weder adiabatisch noch isotherm ist, aber tatsäclich ein aufsteigender Hitze-Reaktor ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Die Figur ist eine Querschnittsansicht des Reaktors und Verfahrensflußdiagramm zum Praktizieren der gegenwärtigen Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die ein schematisches Querschnittsdiagramm ist, das das Konzept der gegenwärtigen Erfindung zeigt, ist ein aufsteigender-Hitze EB Reaktor 10 offenbart, eine Reaktionskammer, definiert durch eine äußere Ummantelung 11, mit einem Einlaßsammler 12 und einem Auslaßsammler 13, zu haben. Eine Zufuhrleitung 14 steht in Verbindung mit dem Einalßsammler 12, und eine Produktflußleitung 15 tritt aus dem Auslaßsammler 13 aus. Der Zentralabschnitt von EB Reaktor 10 besteht aus einem Ofen 11, innerhalb dessen eine Serie von Produktflußröhren 16 angeordnet ist, die mit dem Einlaßsammler 12 verbunden sind. Die offene Bohrung von Röhre 16 ist dem Einlaßsammler 12 ausgesetzt, wodurch ermöglicht wird, daß EB Beschickung durch Leitung 14 in Einlaßsammler 12 eintritt und Röhren 16 in Auslaßsammler 13 durchquert. Obwohl nur drei derartige Röhren in dieser schematischen Zeichnung offenbart sind, würde in tatsächlicher Praxis eine große Menge derartiger Röhren in dem Reaktor zur Verfügung gestellt werden. Oberhalb von Röhren 16 ist eine Vielheit von Heizgeräten 18 an dem oberen Teil der Ofenzelle. Heizgerätröhren 18 haben eine Brennstoffquelle, wie ein Naturgas, Wasserstoff oder anderes verbrennbare Gas, welches durch Mittel von Brennstoffeinlaßleitung 17, die mit Heizelementen 18 in Verbindung steht, zur Verfügung gestellt wird. Eine Verbrennungsproduktauslaßleitung 19 steht in Verbindung durch die Wand von Kammer 11, die Verbrennungsprodukte aus den Flammen von Düsen 24 zu tragen. Eine Sauerstoffquelle kann auch zur Verfügung gestellt werden durch eine separate Sauerstoffzufuhrleitung oder Luftzufuhrleitung, die separat mit Brennerröhren 18 verbunden sein kann, oder durch eine Mischerzelle vor Eintreten in Leitung 17 geleitet werden kann, wo Luft oder Sauerstoff mit dem gasförmigen Brennstoff gemischt werden können.
• Bei typischem Betrieb wird Ethylbenzolbeschickungsmaterial durch Einlaßleitung 14 zur Verfügung gestellt und passiert Reaktorröhren 16. Das Innere von Reaktorröhren 16 kann vollständig oder teilweise mit dem wünschenswerten EB Dehydrokatalysator gefüllt werden, den der Betreiber in dem Verfahren zu verwenden wünscht. Jene Fachleute sind sich geeigneter Dehydrokatalysatoren bewußt, die vorteilhafterweise bei der gegenwärtigen Erfindung verwendet werden können.
• Wie zuvor erwähnt, kann Reaktorröhre 16 vollständig oder teilweise mit dem wünschenswerten EB Dehydrokatalysator gefüllt werden, so daß EB Beschickung von Einlaßsammler 12 durch Röhre 16 über den gewählten Katalysator fließt und in Auslaßsammler 13 gesammelt werden kann.
• Während EB durch Reaktorröhre 16 fließt, bewegt sich die gasförmige Mischung von Brennstoff- und Sauerstoffquelle, in Leitung 17 eintretend, in Heizgerätdüse 24 und tritt aus. Eine Zündungsquelle wird bei Anlassen des Reaktors zur Verfügung gestellt, und das Gas wird kontinuierlich durch Düsen 24 geleitet und brennt, wenn es aus den Düsen austritt. Eine geringere Menge Experimentierung kann die besonderen Düsengrößen zum Verwenden für Erhalten eines Hitzereaktors mit aufsteigender Hitze bestimmen. Somit wird Ethylbenzol, wenn es in Leitung 14 eintritt und durch Kammereinlaßsammler 12 in Reaktorröhre 16 geht, über den EB Dehydrokatalysator, enthalten in der Reaktorröhre 16, geleitet und einem zunehmenden Spiegel von Hitzeeingabe aufgrund des verbrauchten gasförmigen Brennstoffs ausgesetzt. Obwohl gasförmiger Brennstoff wünschenswert ist, ist es natürlich möglich, einen flüssigen Brennstoff zu verwenden, der durch das Sauerstoffquellgas an einem Punkt vor Eintreten in Leitung 17 atomisiert werden kann. Andere herkömmliche Düsen-Heizgerät Anordnungen können verwendet werden, verschiedene Brennstoffquellen zu verbrauchen. Zusätzlich ist es möglich, daß man, eher als eine chemisch angetriebene Hitzezufuhr, elektrische Heizelemente, die in Hitzeerzeugung von dem Einlaßende des Reaktors zu dem Auslaßende des Reaktors variieren, an die Stelle setzen könnte unter Erhalten der sich erhöhenden Hitzezufuhr für den Reaktor. Somit könnte ein Fachmann elektrische Heizelemente zum Heizen von Röhren 18 mit zunehmendem Hitzeauslaß zu dem Ende der Heizelemente, verbunden mit dem Auslaßende des Reaktorröhre 16, an die Stelle setzen.
• Bei der gegenwärtigen Erfindung ist es jedoch wünschenswert, eine Hitzequelle zu verwenden, die kompatibel mit den Raffinierarbeiten um das EB Dehydrosystem herum ist, wo der verfügbarste Brennstoff üblicherweise Wasserstoff oder ein komprimiertes Naturgas ist, und deshalb ist die Beschreibung in bezug auf ein gasbefeuertes Heizsystem definiert. Bei Durchqueren der Länge von Reaktorröhre 16 über den darin enthaltenen Katalysator wird eine wesentliche Dehydrierung der Ethylbenzolbeschickung vollendet, und das Produkt, das in den Auslaßsammler austritt, enthält wesentlich Styrol, welches dann durch Produktflußleitung 15 für weitere Reinigung und Entfernung von Nicht-Styrol Produkten wie Ethylbenzol, Benzol, Toluol und Wasserstoff, geleitet wird. Wie zuvor erwähnt, fließen die Verbrennungsgase, die aus Düse 24 austreten, durch Gasauslaßleitung 19 in den Boden der Heizgerätzelle. Somit ist ein Reaktor zum Dehydrieren von Ethylbenzol in Styrol beschrieben, welcher definiert ist als ein aufsteigender Hitzereaktor zum zur Verfügung stellen von Hitzeeingabe für die endotherme Ethylbenzoldehydrierungsreaktion und ferner zum zur Verfügung stellen von sich erhöhenden Mengen von Hitze zu dem Ende der EB Dehydroreaktion, wenn die Komponenten, die umgesetzt werden, verbraucht sind und die Reaktion schwieriger zu betreiben ist.
• Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der gegenwärtigen Erfindung hier beschrieben worden sind, um ein besseres Verständnis der allgemeinen Prinzipien der Erfindung zur Verfügung zu stellen, wird es gewürdigt, daß verschiedene Änderungen und Innovationen in dem beschriebenen Dehydrierungsreaktorsystem bewirkt werden können, ohne von diesen Prinzipien abzuweichen. Es ist auch möglich, die Flußgeschwindigkeit durch die Röhren (LHSV) zu variieren durch Variieren des Durchmessers der Reaktorröhren entlang ihrer Länge. Beispielsweise könnten die Reaktorröhren kleiner an dem Einaßende und größer an dem Auslaßende sein unter zur Verfügungstellung einer abnehmenden LHSV die Länge jeder Reaktorröhre hinunter. Dieses würde es der Ethylbenzolreaktion ermöglichen, eine längere Verweilzeit bei den höheren Temperaturen in den Röhren zu haben. Alternativ würde es möglich sein, die Röhrendurchmesser in entgegengesetzter Richtung zu variieren, indem man die Röhren größer am Beginn und kleiner am Ende hat, wodurch die LHSV die Länge der Röhre hinunter erhöht wird. Andere Änderungen würden einem Fachmann offenkundig sein, und deshalb wird die Erfindung erklärt, alle Änderungen und Modifikationen der spezifischen Beispiele der Erfindung, hier für Zwecke von Veranschaulichung offenbart, die nicht Abweichung von dem Geist und Umfang der Erfindung bilden, abzudecken.
• Die Ausführungsformen der gegenwärtigen Erfindung, in der eine ausschließende Eigenschaft oder Privileg beansprucht wird, sind wie folgt definiert:

Claims (3)

1. Verfahren für die Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol unter Verwenden eines aufsteigenden Hitzereaktors, umfassend:

- Durchleiten von Ethylbenzoleinsatzmaterial durch mindestens eine Dehydrierungsreaktorröhre, enthaltend einen Dehydrierungskatalysator, Anwenden von Hitze mit Heizelementen auf die Röhre entlang ihrer Länge und

- Variieren der Menge von auf die Röhre angewendeter Hitze durch Erhöhen der Hitze entlang der Röhre in der Flußrichtung des Einsatzmaterials dadurch.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Röhre von einem konstanten Querschnittsbereich entlang ihrer Länge ist, und das Variieren von Hitzestufe durch Ändern von Brennerbetrieb erzielt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fließgeschwindigkeit durch die Röhre (LHSV) durch Variieren des Durchmessers der Reaktorröhre entlang ihrer Länge variiert wird.