Bài giảng chế biến khí : QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA part 3 potx

• VVH ≈ 2
• Thu hồi nhiệt tỏa ra để sản xuất hơi nước áp suất thấp nhằm giảm nhiệt độ
phản ứng, giúp cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận
* Sơ đồ công nghệ: Hình 2
Hình 2: Quá trình alkyl hóa sản xuất Etylbenzen với pha lỏng đồng thể
a. tháp khử nước - b. Thiết bị phản ứng alkyl hóa - c. Thùng chuẩn bị xúc tác
d. Thiết bị chuyển vị alkyl - e. Thiết bị bay hơi - f. Thiết bị rửa khí thải -
g. Thiết bị tách lắng - h. Hệ thống trung hòa - i. Thiết bị tạo hơi áp suất thấp
* Thuyết minh: Benzen được làm khô ở tháp tách nước (a) rồi đưa qua hệ
thống làm sạch khí thải (f), sau đó trộn với dòng xúc tác và etylbenzen hồi lưu đến
từ thùng chứa xúc tác (c) cùng vào thiết bị phản ứng alkyl hóa (b). Etylen và chất
kích động được đưa vào thiết bị phản ứng từ dưới lên qua bộ phận phân phối. Dòng
lỏng đi ra khỏi thiết bị phản ứng được trộn với dòng poly alkylbenzen hồi lưu đi vào
thiết bị chuyển vị alkyl (d). So với công nghệ trước đây, ở công nghệ này poly
C
2
H
5
Cl trong C
6
H
6
C
2
H
4
C
6
H
6

hồi lưu
C
6
H
6
N
2
h
h
g
a
b
f
c
d
e

h
AlCl
3
H
2
O
i
EB hồi lưu
Khí thải
NH
3
EB thô đi
làm tinh

muối thải
Poly etylbenzen hồi lưu
alkylbenzen không được hồi lưu trực tiếp về thiết bị phản ứng do sự hồi lưu với một
lượng lớn với nồng độ xúc tác thấp sẽ làm ngừng phản ứng alkyl hóa. Người ta sử
dụng một thiết bị chuyển vị alkyl riêng (d), trong thiết bị này nhiệt độ cũng thấp
hơn nhiều so với thiết bị alkyl hóa (b) để quá trình thu etylbenzen đạt năng suất cao
hơn. Sau khi ra khỏi thiết bị chuyển vị alkyl (d), dòng được đưa đến một tháp tách,
tại đây khí đi ra ở đỉnh còn dòng lỏng được làm lạnh và đưa vào thùng lắng (g). Tại
(g) pha nặng lắng ra khỏi pha lỏng được tách ra một phần hồi lưu lại quá trình , còn
phần lỏng nhẹ được đưa qua hệ thống các cột phân tách làm sạch (h). Đối với quá
trình đồng thể, tất cả xúc tác đều vẫn còn trong dung dịch, sản phẩm được rửa bằng
nước và amoniac. Dòng alkylat thô tiếp tục đưa qua bộ phận tinh chế để thu
etylbenzen tinh khiết.
Quá trình tinh chế thu etylbenzen tinh khiết được thực hiện trong 3 cột chưng
tách:
• Benzen không phản ứng được thu hồi ở đỉnh cột chưng cất đầu tiên, dòng
đáy cột 1 được đưa qua cột chưng cất 2.
• Ơ cột 2, etylbenzen được chưng tách ra khỏi phần poly alkylbenzen nặng
hơn, đáy cột 2 được đưa qua cột cuối cùng. Ơ đỉnh cột 2 thu được etylbenzen
với độ tinh khiết lớn hơn 99% (có thể đạt 99,8%)
• Tại cột 3, chưng cất poly alkyl bằng stripping và cho hồi lưu về đầu quá
trình, những hợp chất cặn hay dầu chứa chủ yếu là các hợp chất thơm đa
vòng được sử dụng làm nhiên liệu.
b. Quá trình pha hơi
Công nghệ alkyl hóa trong pha khí được thực hiện từ đầu những năm 1930
nhưng vào thời gian này công nghệ alkyl hóa trong pha khí không thể cạnh tranh
nổi với công nghệ alkyl hóa trên xúc tác AlCl
3
trong pha lỏng.
* Năm 1960 có qui trình Alkar được phát triển bởi UOP dựa trên xúc tác BF

3
:
Ưu điểm:
+ sử dụng nguyên liệu có ít etylen (8÷10 %mol), có thể sử dụng dòng
khí từ lò cốc và các sản phẩm đa dạng khác của nhà máy lọc dầu.
+ sản phẩm có độ tinh khiết cao
Nhược điểm: một lượng rất nhỏ nước (>1 mg/kg) sẽ làm thuỷ phân xúc tác
BF
3
gây ăn mòn thiết bị, do đó cần loại bỏ nước cũng như các hợp chất chứa S, O
trong nguyên liệu trước khi đưa vào qui trình.
Điều kiện vận hành:
+ nguyên liệu: benzen khô, etylen và BF
3
+ áp suất cao: 25 ÷ 35 bars
+ nhiệt độ thiết bị phản ứng thấp : 100 ÷ 150
o
C
+ β
etylen/benzen
= 0,15 ÷ 0,2
+ nhiệt độ thiết bị chuyển vị alkyl = 180 ÷ 230
o
C
Kết quả thu etylbenzen có nồng độ 99,9%.
* Năm 1970, công nghệ của Mobil - Badger xuất hiện và được công nhận
là công nghệ alkyl hóa trong pha hơi thành công nhất với xúc tác zeolit tổng hợp
ZSM-5.
Ưu điểm:
+ hệ xúc tác dị thể nhiều thuận lợi

+ sản phẩm có độ tinh khiết cao
Nhược điểm: quá trình cho hiệu quả kinh tế không cao bằng công nghệ alkyl
hóa trong pha lỏng.
Điều kiện vận hành:
+ nguyên liệu ít etylen: 15%
+ xúc tác ZSM-5 hoạt tính cao
+ áp suất = 20 ÷ 30 bars
+ nhiệt độ = 400 ÷ 450
o
C
+ có 2 thiết bị phản ứng hoạt động thay phiên: 1 thiết bị hoạt động và 1 thiết
bị tái sinh xúc tác giúp quá trình hoạt động liên tục
c. Công nghệ sản xuất etylbenzen mới hiện nay:
Hiện nay công nghệ xúc tác zeolit, pha lỏng, tầng xúc tác cố định của
Lummus/UOP là công nghệ sản xuất etylbenzen hiện đại nhất có nhiều ưu điểm.
Công nghệ của qui trình cũng dựa trên qui trình alkyl hóa trong pha lỏng cơ
bản nêu trên, điểm đáng chú ý là xúc tác sử dụng là xúc tác zeolit không ăn mòn và
không độc hại, có thể tái sinh ngay trong thiết bị phản ứng hay đem đi tái sinh ở một
cơ sở khác; vì vậy sơ đồ này không cần hệ thống rửa và trung hòa sản phẩm.
Ưu điểm:
+ đáp ứng yêu cầu về sản lượng dễ dàng
+ độ tinh khiết sản phẩm cao > 99% (m); sản phẩm phụ xylen rất ít, tránh
được sự khó khăn trong việc phân tách tốn nhiều kinh phí, thích hợp dùng
làm nguyên liệu sản xuất Styren.
+ tiêu thụ nguyên liệu ít
+ chi phí đầu tư thấp
+ vận hành an toàn, dễ dàng
+ hiệu suất 99,5%
Sơ đồ công nghệ: hình 3
Etylen, benzen mới và benzen hồi lưu từ đỉnh tháp tách benzen (3) được đưa

vào thiết bị phản ứng alkyl hóa (1) với xúc tác zeolit, phản ứng xảy ra tạo thành hỗn
hợp alkylat. Dòng sản phẩm được đưa qua tháp tách benzen dư và poly etylbenzen
(3), một phần cho hồi lưu về thiết bị chuyển vị alkyl (2) tạo etylbenzen bổ sung, một
phần được đưa về đầu quá trình (1). Tại tháp tách (3), phần đáy gồm etylbenzen,
poly etylbenzen và sản phẩm nặng được đưa qua tháp phân tách (4), ở đỉnh tháp (4)
thu etylbenzen, phần đáy (4) đưa qua tháp tách (5) thu poly etylbenzen ở đỉnh cho
hồi lưu về thiết bị chuyển vị (2), đáy tháp (5) thu sản phẩm nặng làm nhiên liệu đốt.
C
6
H
6
hồi lưu
C
6
H
6
C
2
H
4
1
2
3
4
5
Phần nặng
Etylbenzen
Hình 3: Công nghệ xúc tác pha lỏng, zeolit, tầng xúc tác cố định Lummus/UOP
1. Thiết bị phản ứng alkyl hóa - 2. Thiết bị chuyển vị alkyl - 3. Tháp tách benzen
4. Tháp tách Etylbenzen - 5. Tháp tách poly etylbenzen

2.2. Tổng hợp isopropylbenzen
Isopropylbenzen C
6
H
5
-CH(CH
3
)
2
còn có tên gọi khác là Cumol, ở điều kiện
thường tồn tại ở dạng lỏng có t
s
= 152,5
o
C.
Ưng dụng:
+ từ isopropylbenzen sẽ thu được một monome quan trọng trong lĩnh vực cao
su tổng hợp là α-metylstyren C
6
H
5
-C(CH
3
)=CH
2
+ từ isopropylbenzen tổng hợp isopropylphenyl hydroperoxyt (còn gọi là
hydroperoxyt cumol) C
6
H
5

-C(CH
3
)
2
-OOH và từ đây tổng hợp phenol và aceton.
Sản xuất : iso propylbenzen có thể được sản xuất tương tự như etylbenzen
II. Alkyl hóa parafin
CH
3
- CH - CH
3
+ O
2
OOH
CH
3
- C - CH
3
+ H
+
OH
+ CH
3
- CO - CH
3