Способ получения стирола

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиин

Социалистических

Республик (1 ()1002282 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14. 04. 81 (2 l ) 3264511/23-04 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 07.03 ° 83. Бюллетень ¹ 9 (51)М. Кл.

С 07 С 15/46

Гееудерстеенный кфмнтет

СССР

"ao делам нэебретеннй н еткрытий (53) УДК 547. 538.. 141(088. 8) Дата опубликования описания 07. 03. 83 (7! ) Заявитель (54) спосов получения стиром

Настоящее изобретение относится к способу каталитического дегидрирования этилбензола и может быть.использовано в производстве стирола.

Известен способ получения стирола дегидрированием этилбензола, соглас- s но которому дегидрирование этилбензола в стирол осуществляется в нескольких ступенях реактора.При этом подвод тепла в первую ступень осуществляется за счет прямого смешения перегретых паров этилбензола и водяного пара, а выходящий после каждой ступени дегидрирования контактный газ перед подачей на последующую ступень перегревается до температуры реакции в косвенном перегревателе. Перегрев : осуществляется пропусканием контактного газа через печь 1.1 J.

Очевидным недостатком применения

20 перегрева в печи является опасность загорания или взрыва в связи с возможным частичным повреждением труб при рабочих температурах

Высокие максимальные температуры поверхности теплообмена (700-790 С7 приводят к увеличенному некаталити" ческому разложению углеводородных компонентов контактного газа с образованием примесей, проводящих в дальнейшем к затруднениям в процессе ректификации вследствие образования нерастворимого полимера и забивки им оборудования.

Наиболее близок к предлагаемому способ каталитического дегидрирования этилбензола в стирол. Этот способ заключается в последовательном пропускании смеси этилбензола с водяным паром через две и более эоны каталитического дегидрирования,причем поток, выходящий иэ каждой реакционной зоны, подогревается до необходиьюй температуры путем непрямого безопасного нагрева в теплообменнике, обогреваемом перегретым водянь,м паром из пароперегревательной печи.

Пар .после теплообменника направля1002282

3 ется в 1-ю зону на смешение с исходным этилбензолом Г 21.

Недостатком известного способа, осуществляемого в зонах, является то, что схема процесса не позволяет одновременно регулировать заданное количество тепла, вносимого в каждую из зон, и выбирать оптимальный режим распределения степени превращения этилбензола по зонам реактора, так как температура смеси на входе в ре-, актор 1-й зоны зависит от теплообмена перегретого водяного пара в межступенчатом теплообменнике. В известной схеме регулирование температуры начала реакции возможно тольково 2-й ступени, за счет изменения температуры пара, поступающего из печи.

Температура пара, поступающего после межступенчатого теплообменника, в 1-ю ступень, не регулируется, и тем самым не выдерживается необходимая температура реакции и степень превращения в 1-й ступени. А так как общая степень превращения этилбензола зависит от режима первой ступени реактора, то процесс поданному способу не обеспечивает степень превращения этилбензола выше 55-603.

Степень превращения этилбензола в стирол 55-601 обусловлена тем, что при степени превращения 60 требуется уже пар с температурой перегрева 710-720 С против 680 С при степени превращения 504 (см.пример 1), а при степени превращения 70-75 температура перегретого пара должна быть 730-750 С.

Однако при применении пара, нагретого более чем до 680-700 С; будет

40 увеличиваться перегрев контактного газа перед второй ступенью дегидрирования, так как поверхность теплообмена - постоянная величина, в ,связи с чем количество подводимого тепла к первои ступени будет недо45 статочным. С учетом изложенного степень превращения этилбейзола по данному способу не превышает 55-60 .

Целью изобретения является повышение конверсии этилбензола .

Поставленная цель достигается описываемым способом получения стирола каталитическим дегидрированием этилбензола в двухступенчатом реакторе в присутствии водяного пара с подогревом потока, выходящего с первой ступени, путем непрямого нагрева перегретым водяным паром, который ф используют для подогрева паров исхолного этилбензола, затем перегревают в печи таким образом, чтобы отношение между количеством полезно используемого тепла на первбй ступени и количеством тепла, подаваемого между ступенями, составляет 1 0,$1,96 при конверсии этилбензола на первой ступени 30-43ã. с последующим использованием перегретого пара для смешения с исходным этил бензолом перед первой ступенью.

На чертеже приведена схема дегид-рирования этилбензола в стирол, поясняющая предлагаемый способ.

Перегретый пар по линии 1 поступает на непрямой перегрев контактного газа в перегревателе 2, затем частич- . но охлажденнный пар по линии 3 поступает в перегреватель этилбензола 4, куда подают этилбензол (или этилбензол + 10-20ô водяного пара ) по линии

5.Охлажденный перегретый пар. по линии, ..6 подают в печь 7, обогреваемую за счет сгорания топлива, поступающего по линии 8. Перегретый водяной пар из печи 7 по линии 9 направляют на прямое смешение с перегретыми парами этилбензола, поступающими по линии 10 из перегревателя 4.Совместный поток перегретого пара и паров этилбензола по линии 11 поступает на первую ступень дегидрирования 12. Контактный газ из первой ступени дегидрирования по линии 13 подают в перегреватель 2 и далее . по линии 14 - на вторую ступень дегидрирования 15. После второй ступени дегидрирования контактный газ выводят по линии 16 на выделение стирола известными способами.

Пример 1 (по прототипу).

47,11 кг/час этилбензола при 540 С (теплосодержание - 302,56 ккал/кг) смешивают с 146,95 кг/час водяного пара с температурой 652оС (теплосодержание - 911,4 ккал/кг)и полученную смесь подают в первую ступень дегидрирования при 620оС (теплосодержание — 763,6 ккал/кг). Поток контактного газа из первой ступени при 584 С {теплосодержание

743,0 ккал/кг) подают в межтрубное пространство теплообменника, через который пропускают 146,95 кг/ч пара при 680 C (т6плосодержание

926,8 ккал/кг). flap охлаждается в теплообменнике до 652 С (теплосодержание 911,4 ккал/кг), контакт1002282

;ный газ перегревают до 604 С (тепло-, Суммарная стеепень превращения

1содержание 754,65 ккал/кг) и подают этилбензола 503 при соотношении колина вторую ступень дегидрирования. чества полезно используемого тепла

Контактный газ со второй ступени, на первой ступени к количеству подве;дегидрирования при 580 С .(теплосо- денного тепла между ступенями .держание 740,9 ккал/кг ) направляют 3997,6:2263 = 1:0,566 на утилизацию тепла и выделение Пример 2. На дегидрирование съирола известными способами.,поступает 47,11 кг/час этилбензола и 146,95 кг/час водяного пара. Весо"

Степень превращения этилбензола 10 вое соотношение водяной nap/eòèë{3åHв 1-й ступени - 303, а количество зол 3,1:1. Дегидрирование проводят на полезно используемого тепла в 1-й пилотной установке в двух ступенях ступени (47 11+146 95) И63,6- реактора. Катализатор - железо-хром1 У

3997 ккал/час, калиевыи. Температура реакции (темпеСтепень превращения во второй сту-1% ратура с еси этилбензола и пара на пени - 207,, а количество подведен- . входе .в реактор ) в 1-й ступениного тепла между ступенями

628 С, во 2-й ступени - 607 C.

o - o

146, 95 (926, 8-911, 4 )= 2263 ккал/ Распределение температур и теплочас. токов приведено в таблице 1.

Таблица 1

f Температу -, ра, С

Теплосодержа ние, ккал/кг

Количество, кг/час

Номера потоков

914,8

658

146,95

146,95

894,4

619

94,34

47,11

150 146,95

146,95

46, 11

194 06

827,6

490

917,4

663

10 302,56

768,15

742,4

757,86

741,87

628

583

194,06

607

194,06

194,06

16

579

Степень превращения этилбензола в 1-й ступени дегидрирования - 37,53 а количество полезно используемого тепла 194,06. (768,15-742,4),=

= 4997 ккал/час. . Степень превращения этилбензола во 2-й ступени дегидрирования - 23,33 а количество подведенного тепла между ступенями 146,95. (914,8-894;4)=

= 2997,8 ккал/час.

Суммарная степень превращения этилбензола - 60,83 при соотношении количества полезно используемого тепла на l- и ступени к количеству подведенного тепла между ступенями, 4997:2997,8 = 1:0,6

A р и м е р 3. Условия дегидри" рования те же, что в примере 2.

Температура реакции в 1-й ступени621 С, во 2-й ступени - 635 С.. Рас, пределение температур и теплотоков приведено в таблице 2.

1002282

Таблица 2

Теплосодержание ккал/кг

Номера потоков

Количе ство, кг/час

Температура, С

146,95

146,95

722

949,44

894,4

619

47,11

150

94,34

146,95

146,95, 490

827,6

654

912,3

302,56

764,26

540

194,06

194, 06

194,06

194,06

621

584

784,7

635

589

3S.Характерист ика потоков

Температура, С

Теплосодержание, ккал/кг

923,4

674

146,95

146,95

894,4

619

94,34

47,11

150

827,6

146 95

146,95

490

673

922,7

302,56

772,2

540

47,11

194,06

635

;Степень превра@ения этилбензола в 1-й ступени дегидрирования 31,04, а количество полезно используемого тепла 194,06. (,764,26-743,0 )=

= 4126 ккал/час.

Степень превращения этилбензола во 2-й ступени дегидрирования 38,0i, а количество подведенного тепла между ступенями 146,95 (949,44894,4)= 8088 ккал/час.

Суммарная степень превращения

Номера Количестпотоков во, кг/час

758,6 этилбензола - 69,03 при отношении количества полезно используемого тепла на первой ступени к количеству подведенного тепла между ступенями

4126:8088 = 1:1,96

Пример 4. Условия дегидрирования те же, что в примере 2.

Температура реакции-.в 1-й ступени - 635ОС, во 2-й ступени 620ОС.

Распределение температур и теплотоков приведено в таблице 3.

Таблица 3

1002282 10

Продолжение табл. 3

1 2

584 742,93

194,06

194,06

620 764,88

194,06

742,24

580

Степень превращения этилбензола в

1-й ступени дегидрирования - 42,7, а количество полезно используемого тепла

194,06 (772,2 - 742,93 1 =

= 5680 ккал/час.

Степень превращения этилбензола во 2-й ступени дегидрирования 333, а количество подведенного тепла между ступенями

146 95 (923,4 - 894,4 ) =

4261,6 ккал/час.

Суммарная степень превращения этилбензола - 75,73, при соотношении количества полезно используемого тепла на первой ступени к количеству

15 подведенного тепла между ступенями

5680: 4261 6 . 1: 0 75

Состав исходной смеси, подаваемой

2о на дегидрирование, и состав контактI, ного газа после 2-й ступени реактора приведен в таблице 4.

Таблица 4

Составы исходной смеси и контактного газа

Исходная смесь/поток 11/ Контактный газ (поток 10) Компоненты. пример 4 пример 3 пример 2 кг/час вес.Ф кг/час вес.ь кг/час вес. 4 кг/час вес.Ф

0,810 0,42

1,271 0,65

Водород

0,61 О, 31

0,88 0,45

0,636. 0,33 1,065 0 55

47, 1 1 24, 28 182467 9 э 52

25,922 13,36

Бензол

1,022 0,53ь

Толуол

1,605 0,83

Зтилбензол

14,604 7,53 11,448 5,9

29,060 14,97 31,561 16,26

025 013 0 38 0,2

0,42 0,22

0,03 0,02 0,04 0,02

0,02 0,01

146 95 75 72 146 21 75 34 146 03 75 25 145 88 75 15

Вода

194,06 100 194,06 100

194,06 100 194,06 100

Итого:

Стирол легких углеводородов высоко", кипящих углеводородов

0,74 0,38

1,102 0 57

0,828 0,43

1,286 0,66

1002282

Продолжение табл. 7

Контактный газ (поток 10) пример 3

Исходная смесь/поток 11/

Компоненты пример 4 г/час пример 2 кг/час кг/час вес.

-" -- -"1 вес.

Степень превращения этилбензола, io

69,0

60,8

75,7

Селективность проце са, 4

89,4

88,5

90,5

47,11 94,34 + 146,95 949,44 +

+46,95 (912,3 - 827,6) 47,11 0,69

4 7, 11. 302, 56+3 46,95. 926,8

7.,11 0,5

7,11 0,757

47,11 ° 94,34 + 146,95 914,8 +

7,110, O

+. 146,9Я917,4-827,6) 711 0 превращенного этилбензола.

Сопоставление данных, приведенных в примерах 1-4, показывает, что при использовании предлагаемого способа гз степень превращения этилбензола увеличивается до 61-753 против 503 по прототипу.

При этом относительный расход подведенного на дегидрирование тепла на 1 кг превращенного этилбензола снижается..

Так, количество тепла, подведенного на дегидрирование, в расчете на кг превращенного этилбензола в прототипе составляет: З5

= 6387 ккал/кг превращенного этилбензола

Количество тепла, подведенного на дегидрирование,в расчете на 1 кг превращенного этилбензола при отношении

45 количества полезно используемого тепла на 1-й ступени .к количеству тепла между ступенями 1 : .0,6

Количество тепла, подведенного иа дегидрирование, в расчете на 1 кг превращенного этилбензола, при отношении количества полезно используемого тепла на 1-й ступени к количеству тепла, подведенного между ступенями, 1:1,96

= 4812,0 ккал/кг превращенного этилбензола.

Количество тепла, подведенного на дегидрирование, в расчете на 1 кг превращенного этилбензола, при отношении количества полезно используемого тепла на 1-й ступени ы количеству тепла, подведенного между ступенями,. 1:0,75

47,11 94,34 + 146,95 923,4 + 146,95 " х(922,7 - 827,6) — — — 4321,5 ккал/кг превращенного этилбензола.

Итак, относительное количество тепла на дегидрирование на 1 кг превращенного зтилбензола снижается на 14-303.

Дальнейшее увеличение подвода тепла между ступенями до соотношения

1:2 нецелесообразно, так как требует повышения температуры греющего пара и температуры на входе в ступени дегидрирования, что приводит к снижению селективности.

1002282

Формула изобретения

Способ получения стирола каталитическим дегидрированием этилбензола в двухступенчатом реакторе в присут- % .ствии водяного пара с подогревом по-, тока,,выходящего с первой ступени, путем непрямого нагрева перегретым водяным паром с последую@и 1 использованием последнего для смешения с исходным этилбензолом перед первой ступенью, отличающийся тем, что, с целью увеличения конверсии этилбензола, перегретый водяной;

"пар после непрямого контакта с потоком, выходящим с первой ступени, используют для перегрева паров исходного этилбензола,затем перегревают в печи таким образом, чтобы отношение между количеством полезно используемого тепла на первой ступени и количеством тепла, подведенного между ступенями, составляло 1:0,6-1,96 при конверсии этилбензола на первой ступени 30-43ь.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Н 3330878, кл. 260-669, опублик. 1967

2. Патент США и 3326996, кл. 260-669, опублик. 1967 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 1721/9

Тираж 416 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4