О-хлорстирол (стр. 2 из 3)
д) синтез стирола из этилбензола.
Для получения стирола проводят дегидратацию этилбензола. Она проходит согласно уравнения реакции:
Процесс проводят в присутствии катализатора. Наибольшее применение нашли катализаторы на основе оксида железа. Оптимальная температура при работе на этих катализаторах - 
, равновесный выход стирола не превышает 40-50 %. Для более полного превращения этилбензола в стирол понижают парциальное давление паров этилбензола, разбавляя его водяным паром (массовое отношение водяной пар : этилбензол 2,5 – 3 : 1).
е) хлорирование стирола.
Группу –СН=СН2 в молекуле стирола можно отнести к заместителям первого рода. Они имеют электронодонорные свойства.
При хлорировании стирола в отсутствии катализаторов галоген присоединится к боковой цепи согласно правила Бельштейна.
Если надо ввести галоген в ароматическое ядро, то используют катализаторы. Катализаторами выступают: FeCl3, AlCl3, SbCl3, SbCl5. роль катализатора заключается в создании положительного иона галогена, который осуществляет электрофильное замещение в бензольном ядре. В присутствии FeCl3 хлорирование идет по схеме:
FeCl3 + СІ2 =
В данной реакции мы получим не только о-хлорстирол, но и п-хлорстирол, который изомерен первому. Выход данных продуктов реакции будет равен между собой и составит 50%.
Установки для проведения синтеза о-хлорстирола и его промежуточных продуктов.
Рассмотрим процесс алкилирования бензола и получение этилбензола.
 |
Рис. 2. Принципиальная схем алкилирования бензола на твердых катализаторах:
1 - теплообменник;
2 - реактор;
3 - холодильник;
4 - газосепаратор;
5, 6, 7 - ректификаторы,
а - бензол;
б - оборотный бензол;
в - олефин;
г -смесь бензола и олефина;
д - неконденсирующиесягазы;
в - жидкий алкилат;
ж - моноалкилбензол;
з - диалкилбензолы;
и - кубовый остаток.
Технологическая схема алкилирования бензола на твердом гетерогенном катализаторе, например цеолите, довольно несложна (рис. 2) [4, 5]. По этой схеме непрореагировавшие бензол и диэтилбензол возвращаются на алкилирование, а кубовый остаток может служить топливом и вместе с отходящими газами обеспечивает потребности установки в топливе (на 60%). В процессе отсутствуют отходы, катализатор не вызывает коррозии и не загрязняет окружающей среды.
Однако, пока что во всем мире наиболее широко в качестве катализаторов применяют комплексные соединения хлорида алюминия с ароматическими углеводородами, несмотря на такие их существенные недостатки, как необходимость осушки сырья, образование хлористого водорода и хлорида натрия при промывке и нейтрализации алкилата, коррозия аппаратуры и необходимость очистки сточных вод. Использование в большей мере хлорида алюминия вызвано и тем, что он является катализатором не только алкилирования, но и диспропорционирования, что снижает выход неизбежно образующихся при алкилировании ди- и полиалкилпроизводных. На практике используют жидкий катализаторный комплекс – хлорид алюминия в диэтилбензоле или в полиалкилбензольных фракциях, получаемых при алкилировании. Действие хлорида алюминия усиливается сокатализаторами, в качестве которых используют хлороводород или небольшие количества воды. Однако, чтобы избежать разложения катализатора, бензол тщательно сушат перед подачей на алкилирование.
Принципиальная схема процесса с использование катализаторных комплексов приведена на рисунке 3.
Рис. 3. Принципиальная схема получения этилбензола при использовании катализаторного комплекса.
1 – колонна обезвоживания,
2 - сепаратор,
3 - реактор;
4 – газосепаратор,
5 - сепаратор для отделения катализаторного комплекса;
6 - блок приготовления свежего катализаторного комплекса;
7 - система промывки алкилата;
8, 9,10 - ректификационные агрегаты;
а - исходный бензол;
б - азеотропная смесь вода + бензол;
в - вода;
г - обезвоженный бензол;
д -газы;
е - циркулирующий катализаторный комплекс;
ж - этилен;
з - хлорид алюминия;
и - свежий катализаторный комплекс;
к - оборотный бензол;
л - этилбензол;
м - диэтилбензол;
н - кубовый остаток;
о - вода на промывку;
п - сточные воды.
При получении этилбензола алкилирование ведут с избытком бензола (200 – 300% от стехиометрического), чтобы уменьшить образование ди- и полиалкилбензолов. И все же содержание последних оказывается значительным. Диалкилпроизводные подвергаются переалкилированию в реакторе алкилирования. Но можно непосредственно использовать их в качестве товарных продуктов.
В процессе алкилирования бензола с хлоридом алюминия циркулируют значительные объемы жидкого катализаторного комплекса. Причем в реакционной массе две жидкие фазы: катализаторный комплекс и смесь бензола и алкилбензолов. В результате возможность подъема температуры процесса ограничена, так как при температурах выше 130 °С комплекс дезактивируется и разрушается (3, 6).
Более интересно гомогенное алкилирование в присутствии хлорида алюминия. В этом случае количество катализатора определяется его растворимостью в бензоле, а давление процесса подирается таким, чтобы олефин находился в жидкой фазе.
Реактор работает в адиабатическом режиме, и на выходе из него температура достигает 200 °С. При этом резко уменьшился выход побочных продуктов, а выход этилбензола стал близок к количественному.
По такой технологии работает установка мощностью 760 тыс. т/год. Ее особенностью является высокий выход продуктов алкилирования (99%) и более низкие удельные затраты хлорида алюминия (в два раза) по сравнению с обычным процессом. В схеме отсутствует рецикл катализатора. Последний выделяется при нейтрализации в виде гидроксида алюминия и используется на установках очистки сточных вод в качестве осадителя. Большая единичная мощность установки в сочетании с высокой температурой в реакторе создает благоприятные условия для утилизации тепла реакции, в результате 90% потребности в тепловой энергии установка покрывает за счет использования названного тепла.
Рассмотрим технологическую схему получения стирола.
 |
Ряс. 2. Принципиальная схеме получения стирола:
1 – контактный аппарат;
2 – теплообменник;
3 – подогреватель;
4 – холодильник;
5 – газосепаратор;
6 сепаратор воды;
7 – смеситель;
8, 9, 10 – ректификационные агрегаты;
а – бензол;
б –. водяной пер;
в – водородсодержащие газы;
г – вода;
д – ингибитор;
е – оборотный бензол;
ж – «печное масло»;
л – стирол-сырец;
ы – товарный стирол;
к – кубовый остаток.
Этилбензольная шихта подогревается в теплообменнике до 70-95 
за счет теплоты химически загрязненного конденсата и подается в испаритель вместе с небольшим количеством водяного пара. Из испарителя пары шихты с температурой 160 поступают в перегреватель, где перегреваются до 500-550 за счет теплоты перегретого водяного пара, выходящего из межступенчатого подогревателя реактора. Из перегревателя пары шихты направляются на дегидрирование в реактор. Теплота, необходимая для реакции, подводиться с водяным паром, перегретым в печи до 700-750 .
Пароэтилбензольная смесь на входе в реактор имеет температуру 560-630 . За счет эндотермической реакции после первого реактора температура контактного газа снижается до 570 . Контактный газ из реактора поступает в межступенчатый подогреватель, где подогревается до 580-630 , и затем направляется во второй реактор. Контактный газ из реактора с температурой 570 поступает в котел-утилизатор. Охлажденный до 180-200 контактный газ из котла-утилизатора направляется в пенный аппарат, где происходит дальнейшее охлаждение контактного газа и отмывка его от механических примесей.
Охлажденный контактный газ поступает на конденсацию. Конденсация осуществляется последовательно в нескольких конденсаторах. Полученные конденсаты стекают в отстойную емкость, где происходит расслаивание на водный и углеводородные слои. Верхний углеводородный слой, называемый печным маслом, самотеком поступает в сборник, где заправляется ингибитором гидрохиноном, и направляется на ректификацию. Нижний водный слой – химически загрязненный конденсат – собирается в емкость и насосом подается на отмывку контактного газа в пенный аппарат, откуда конденсат после охлаждения в теплообменнике направляется на очистку от механических примесей. Несконденсировавшийся газ после конденсаторов компримируется и поступает в линию топливного газа.