Chương 7: TỔNG HỢP TRÊN CƠ SỞ BENZEN, TOLUEN, XYLEN (BTX)
7.1. Ankyl hóa benzen thành etyl và iso – propyl benzen
Ankyl hóa các hợp chất thơm 7.1.1. Đặc điểm của quá trình
Khi ankyl hóacác hợp chất thơm với với sự có mặt của xúc tác bất kì sẽ xảy ra sự thế nối tiếp các nguyên tử hydro và tạo thành hỗn hợp sản phẩm với mức ankyl hóa khác nhau.
Ngoài phản ứng chính trên, có thể xảy ra phản ứng phụ như phản ứng phân hủy, nhựa hóa nhóm ankyl và polyme hóa olefin, sự nhựa hóa sẽ tăng mạnh ở nhiệt độ cao và sự phân hủy những nhóm ankyl tạo thành những sản phẩm phụ có mạch ankyl ngắn hơn ở những điều kiện khắc nghiệt.
Quá trình công nghệ ankyl hóa benzen gồm 2 giai đoạn cơ bản: Giai đoạn khuếch tán olefin qua lớp xúc tác và giai đoạn ankyl hóa
Ở giai đoạn 1, vận tốc quá trình phụ thuộc chủ yếu vào áp suất, vào sự khuấy trộn giữa olefin và xúc tác và vào hoạt tính của olefin, còn yếu tố nhiệt độ không ảnh hưởng nhiều vì năng lượng hoạt hóa của quá trình nhỏ. Giai đoạn này là giai đoạn chậm nhất quyết định vận tốc của toàn bộ quá trình tổng. Còn sự ankyl hóa lại phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ vì năng lượng hoạt hóa vào khoảng 63 KJ/mol.
Trong quá trình, xúc tác dần bị giảm hoat tính do có xảy ra một số phản ứng phụ, tích tụ sản phẩm phụ có khả năng liên kết bền vững với xúc tác (AlCl3) hoặc tạo ra những phức σ khó cho proton.
Những chất này thường là polyankylbenzen (nhiệt độ thấp) và các vòng đa nhân, nhựa (nhiệt độ cao), vì vậy phải chọn nhiệt độ phản ứng để đạt được hiệu suất tối đa và sự tiêu hao xúc tác ít nhất (tổng hợp ete và iso-propylbenzen, chọn T=1000C, khi tổng hợp dãy ankyl dài hơn, chọn nhiệt độ để hạn chế sự phân hủy hay sự đa tụ vòng và nhựa hóa (30 - 500C)
Cả hai phản ứng ankyl và ankyl hóa lại đều giảm dần khi hoạt tính xúc tác giảm, mức độ giảm của phản ứng ankyl lại lớn hơn nên trong phản ứng sẽ có một lượng polyankylbenzen chưa kịp tham gia phản ứng thuận nghịch, vì vậy ta phải giảm nhập
liệu.
Bên cạnh các yếu tố trên thì nguyên liệu phải sấy khô loại nước còn tác nhân olefin có thể chấp nhận được về hàm ẩm
Xúc tác clorua nhôm đưa vào phản ứng dưới dạng phức xúc tác lỏng. Phức này được
chuẩn bị trong thiết bị có khuấy và đun nóng nhẹ theo phương trình phản ứng sau:
2Al + 6C6H6 + 7HCl (C6H6)6.Al2Cl6.HCl
7.1.2. Thiết bị ankyl hóa và sơ đồ công nghệ
Hình 7.1. Các loại thiết bị phản ứng ankyl hóa hydrocacbon thơm a – Thiết bị ống chùm, b – Hệ nồi thiết bị nối tiếp, c – Thiết bị dạng ống Thiết bị dạng ống:
Tác chất với xúc tác được đưa vào từ bên dưới, khuấy tạo nhũ tương trồi lên trên và được làm lạngh bằng nước, sau phản ứng hỗ hợp được đưa qua thiết bị tách lớp (phức xúc tác và ankyllat), phải đảm bảo thời gian lưu để kết thúc phản ứng.
Hệ nối tiếp gồm 2-4 thiết bị phản ứng:
Các chất ban đầu được đưa vào thiết bị phản ứng đầu tiên , sau đó hỗn hợp phản ứng sẽ được chuyển đến thiết bị kế tiếp từ bên hông, giữa 2 thiết bị có bộ phận tách sơ bộ, T=40-600C, thời gian lưu phụ thuộc vào các điều kiện giải nhiệt và yêu cầu cần đạt đến cân bằng để sản phẩm ankyllat là cao nhất.
Thiết bị dạng ống phía trong có các tấm chống ăn mòn chịu axit:
Hỗn hợp tác chất đưa vào tới mức van trào bên hông, sau phản ứng hỗn hợp phản ứng sẽ đi qua van trào đi vào bộ phận tách (lắng theo phương pháp trọng lực).Nhiệt của phản ứng làm nóng tác nhân và làm bốc hơi benzen. Hơi benzen còn lẫn trong sản phẩm khí được cho quay trở lại qua thiết bị sinh hàn
Trong quá trình chế độ nhiệt độ được thiết lập tự động và nhiệt độ phụ thuộc vào áp suất và nồng độ phân đoạn olefin
Dây chuyền công nghệ sản xuất etyl và iso – propyl benzen.
Hình 7.2. Sơ đồ công nghệ sản xuất etyl – và iso-propyl benzen
1 – Bơm; 2 – Bộ phận trao đổi nhiệt; 3 – Cột sấy benzen; 4, 10 – Thiết bị ngưng tụ;
5 – Bộ phận tách; 6 – Thiết bị điều chế phức xúc tác; 7 – Thiết bị đun nóng; 8 – Bồn chứa; 9 – Thiết bị ankyl hóa; 11 – Bộ phận tách khí; 12, 16 – Thiết bị tách; 13 – Thiết bị hấp phụ; 14 – Thiết bị tưới nước; 15 – Sinh hàn; 17, 18 – Cột rửa
7.2. Đehydro hoá các hợp chất ankyl thơm để sản xuất styren và đồng đẳng.