đồ án sản xuất etylbenzen

ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 1

MỤC LỤC
PHẦN I. TỔNG QUAN 2
1.Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm 2
1.1.Benzen 2
1.2.Etylen 7
1.3.Etylbenzen 10
1.3.3.Chỉ tiêu kỹ thuật của etylbenzen thương phẩm 12
1.3.4. Quá trình tồn trữ và vận chuyển etylbenzen 13
2.Các phương pháp sản xuất etylbenzen 14
2.1.Bản chất hóa học 14
2.2.Cơ chế 17
2.3.Xúc tác 18

ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 2

Lời mở đầu
Giới thiệu về vai trò quan trọng của etylbenzen đối với cuộc sống và công nghiệp, nhu
cầu trong tương lai, sự tăng vọt về nhu cầu sử dụng etylbenzen trên thế giới trong những
năm trở lại đây
PHẦN I. TỔNG QUAN
1.Tính chất của nguyên liệu và sản phẩm

Nguyên liệu
1.1.Benzen
Benzen là một hydrocacbon thơm, đơn vòng, có công thức phân tử C
6
H
6
, phân tử
lượng M= 78.11 đvC. Ở điều kiện thường, benzen là chất lỏng không màu, dễ bắt cháy.
Benzen là chất bền nhiệt, hoạt động hóa học, nên trong công nghiệp, nó thường được sử
dụng làm nguyên liệu trong ngành công nghiệp tổng hợp hữu cơ hóa dầu để tổng hợp ra
các dẫn xuất như styren, phenol, xyclohexan, … làm nguyên liệu sản xuất ra thuốc trừ
sâu, chất dẻo, nhựa, dược phẩm, chất tẩy rửa,…Benzen là một dung môi có khả năng hòa
tan tốt, nhưng do có nhược điểm là rất độc, nên hiện nay nó đã bị thay thế bởi nhiều dung
môi khác.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 3

M. Faraday là người đầu tiên thu được benzen bằng cách tách từ bicarburet của
hydrogen từ thí nghiệm trên dầu cá voi nhiệt phân và nguyên liệu khác. A.W. Hofmann và
C.Mansfield từ trường cao đẳng hóa học Royal cũng đã làm thí nghiệm trên chất lỏng thu
được từ than nhiệt phân. Họ đã phát triển trên quy mô thương mại quá trình thu benzen và
các hợp chất thơm khác từ nhựa than đá từ năm 1840- 1850. [2]
Trong giai đoạn chiến tranh thế giới thứ II, benzen chủ yếu được thu từ than. Nhưng
sau này, khi ngành công nghiệp hóa dầu phát triển cùng với việc nghiên cứu ra các loại
xúc tác hiệu quả thì dầu mỏ trở thành nguồn nguyên liệu chính để sản xuất ra benzen và
các hydrocacbon thơm khác.
1.1.1.Tính chất vật lý của benzen
Công thức phân tử C
6
H
6

Phân tử lượng M= 78.11 đvC
Công thức cấu tạo

Ở điều kiện thường, benzen là chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng. Ở nhiệt độ
thấp, benzen đóng rắn thành khối tinh thể màu trắng. Benzen là hợp chất rất dễ bắt cháy,
khi cháy tạo thành ngọn lửa có muội. Hơi benzen tạo thành hỗn hợp nổ với không khí
trong khoảng nồng độ rộng. Benzen là dung môi không phân cực, có khả năng hòa tan
trong rượu etylic nhưng tan rất ít trong nước. Một số thông số vật lý đặc trưng của benzen
được trình bày trong bảng 1.
Bảng 1. Một số thông số vật lý đặc trưng của benzen [1]
Thông số
Đơn vị
Giá trị
Khối lượng phân tử
đvC

78.11
Tỷ trọng ở 20
o
C

0.879
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 4

Nhiệt độ nóng chảy
o
C
80.1
Giới hạn nổ trong không khí
Dưới
Trên
% thể tích

1.4
7.1
Nhiệt độ chớp cháy cốc kín
o
C
-11.1
Tỷ trọng hơi (không khí = 1)

2.77
Giới hạn tiếp xúc (ppm; giờ)

5; 8

1.1.2.Tính chất hóa học của benzen
Benzen là chất đứng đầu tiên trong dãy đồng đằng của các hydrocacbon thơm, được
đặc trưng bởi cấu trúc vòng bền vững nhờ sự xen phủ (cộng hưởng) của các orbital ᴨ. Do
đó nó không dễ dàng tham gia phản ứng cộng các tác nhân dạng halogen và axit như các
anken. Tuy nhiên, benzen rất nhạy với phản ứng thế electrophil với sự có mặt của xúc tác.
Benzen là chất bền nhiệt, hoạt động hóa học ở nhiệt độ trên 500
o
C, do đó các phản
ứng của benzen thường được thực hiện ở nhiệt độ trên 500
o
C. Ví dụ, ở 600
o
C, dưới tác
động của xúc tác kim loại (sắt, chì, vanadium,…) xảy ra phản ứng ngưng tụ của benzen
tạo ra diphenyl và các hợp chất polyaromatic khác.
Benzen khó tham gia phản ứng oxy hóa do nó có cấu trúc vòng bền vững, tuy nhiên,
trong điều kiện khắc nghiệt, nó bị oxy hóa hoàn toàn sinh ra khí CO
2
và nước. Nếu lượng
oxy hoặc không khí tham gia phản ứng thiếu, một phần benzen bị phân hủy tạo thành kết
tủa đen (bồ hóng). Nếu trong phản ứng mà có mặt xúc tác (V-Mo), phản ứng được thực
hiện ở pha hơi trong điều kiện T= 350- 450
o
C tạo ra anhydric maleic với hiệu suất khoảng
65- 70%,[2]. Thực hiện phản ứng oxy hóa benzen bằng không khí trong điều kiện nhiệt
độ cao sẽ thu được phenol, tuy nhiên hiệu suất của phản ứng thấp.
Một phản ứng quan trọng của benzen, mà được sử dụng rất nhiều công nghiệp, đó là

phản ứng thế. Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng mà một hay nhiều nguyên tử hydro trong
vòng benzen có thể bị thay thế bởi gốc nitro hoặc gốc axit sulfonic, gốc amine, hydroxyl
hay các nguyên tử halogen (Cl, Br) để tạo ra các sản phẩm như phenol, nitrobenzen,
clobenzen, hay axit benzen sulfonic,…
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 5

Benzen có khả năng tham gia phản ứng cộng, phản ứng oxy hóa và phản ứng hydro
hóa. Các phản ứng này xảy ra ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, trong một số trường
hợp còn cần sự có mặt của xúc tác, ví dụ như phản ứng alkyl hóa của benzen và etylen để
tạo ra etylbenzen hay phản ứng alkyl hóa của benzen và propylen để tạo ra cumen.
Phản ứng hydro hóa của benzen cũng rất có ý nghĩa trong công nghiệp để sản xuất
ra cyclohexan. Phản ứng có thể xảy ra trong pha lỏng hoăc pha hơi, ở điều kiện nhiệt độ
và áp suất cao.
1.1.3. Nguồn cung cấp nguyên liệu benzen
Benzen và các chất đồng đẳng của nó như toluen, xylen có thể được tìm thấy trong
dầu thô nhưng với một lượng rất nhỏ, do đó, nếu chỉ sử dụng các quá trình phân tách vật
lý để thu hồi chúng từ nguồn này sẽ không đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Hàm lượng aromatic, naphtenic, và parafinic chứa trong dầu thô và phân đoạn
naphtha của dầu thô Saudi Arabian và dầu thô United Kingdom được chỉ ra trong bảng 2
Bảng 2. Kết quả phân tích các phân đoạn của dầu thô, [2].
Property
Saudi Arabian mixed
Thistle, U.K
Saudi Arabian light
Crude gravity,
o
API

34- 34.9
37.4
34.1
Sulfur, wt %
1.63
0.31
1.72
C
5
and lighter, vol %
1.6
3.3
1.5
Light naphtha, yield,
vol % (debutanized)
13.7
13.23
9.3
T.b.p.*range,
o
C
C
5
– 126 **
31- 105
C
5
- 93 **
End point,
o

C
132


Gravity,
o
API
72.5
71.3
75
Sulfur, wt %
0.02
0.04
0.03
Aromatics, vol%
5
3.1
2.4
Naphthens, vol%
5
30.5
12.3
Paraffins, vol %
90
66.4
85.3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 6

(T.b.p: true boiling point distillation.
C
5
– refers to C
5
plus content of light naphtha)
Trong công nghiệp, nguồn cung cấp benzen cũng như các đồng đẳng của nó như
toluen và xylen chủ yếu là từ sản phẩm của quá trình reforming xúc tác naphtha. Một
nguồn cung cấp BTX quan trọng khác là từ quá trình cracking xúc tác, trong đó, các phân
đoạn dầu thô ít có giá trị và phần cặn nặng được phân hủy trong điều kiện có xúc tác tạo
thành các cấu tử hydrocacbon nhẹ. Naphta sản phẩm có trị số octan cao nhờ các phản
ứng thơm hóa xảy ra cùng với phản ứng chính cracking.
Một quá trình mới khác cũng được xem như một nguồn cung cấp BTX quan trọng,
đó là quá trình Cyclar. Nguyên liệu của quá trình này là khí dầu mỏ hóa lỏng có thành
phần chủ yếu là C
3
, C
4
. Xúc tác cho quá trình là dạng zeolit có khả năng xúc tiến phản
ứng dehydro hóa nguyên liệu, polyme hóa sản phẩm mới hình thành để tạo nên các
oligome không no, và tiếp tục dehydro vòng hóa các oligome này tạo thành các
hydrocacbon thơm. Hiệu suất benzen thu được từ quá trình này thường lớn hơn quá trình
reforming xúc tác.
Quá trình steam cracking naphtha chủ yếu nhằm sản xuất ra etylen, nhưng cũng là
một nguồn cung cấp đáng kể các hydrocacbon thơm, đặc biệt là benzen có trong sản phẩm
lỏng của công nghệ này. Các hydrocacbon thơm này được sinh ra từ các phản ứng cộng
đóng vòng etylen mới hình thành và dehydro vòng hóa xảy ra trong quá trình steam
cracking.
Hydrocacbon thơm cũng có thể thu được từ nguồn không phải dầu mỏ, thực tế,

khoảng 10% [1] lượng hydrocacbon thơm tiêu thụ trên thế giới ngày nay được sản xuất từ
than đá. Đây được xem là nguồn cung cấp benzen và các sản phẩm thế benzen khác chủ
yếu từ trước năm 1940 [1]. Các hydrocacbon thơm hình thành thực chất là sản phẩm phụ
của quá trình cốc hóa than đá ở nhiệt độ cao.
1.1.4. Quá trình tồn chứa và vận chuyển benzen
Benzen là chất dễ bắt cháy, dễ bay hơi và có tính độc, do đó quá trình tồn trữ và vận
chuyển benzen cần phải tuần theo qui định nghiêm ngặt.
Nhãn là một yếu tố đặc biệt quan trọng đối với các con tàu chở benzen. Các hãng ở
Mỹ như: OSHA, EPA, DOT, NIOSH,… có qui định rõ về điều này [2].
Các qui định về cách vận chuyển và đóng tàu được cập nhật sửa đổi và ban bố hàng
năm tại CFR. Các nước khác cũng có những điều luật qui định và qui trình kỹ thuật đảm
bảo an toàn khá giống so với Mỹ. Mặc dù, các qui định đặc biệt phải được áp dụng cho
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 7

các cơ sở sản xuất, phòng thí nghiệm kiểm tra, khu vực tồn trữ, quá trình tháo dỡ hàng,
vận chuyển benzen, qui đinh an toàn được áp dụng như với một chất lỏng hoặc khí dễ bắt
cháy và độc khác.
Benzen được bảo quản , tồn trữ và vận chuyển trong các thùng hoặc bể chứa bằng
thép. Điều kiện thông gió thích hợp rất cần thiết trong quá trình bảo quản benzen.
Do benzen có tính độc, nên những người công nhân khi phải làm việc tiếp xúc với
benzen, thì cần phải sử dụng đồ bảo hộ để tránh benzen tiếp xúc trực tiếp lên da,hay hít
phải khói có chứa benzen. Trong quá trình tháo, nạp xăng cũng cần phải cẩn thận do
benzen là chất dễ bay hơi.
Khi xảy ra sự cố cháy do benzen có thể dùng CO
2
hoặc các hóa chất có khả năng
chữa chữacháy khác để dập lửa.

1.2.Etylen
Etylen bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ giữa những năm 1940
[2], khi các công ty hóa chất và dầu của Mỹ phân tách được etylen từ khí thải của nhà
máy lọc dầu hay sản xuất ra etylen từ etan (thu được từ sản phẩm phụ của nhà máy lọc
dầu và từ khí tự nhiên). Từ đó, etylen gần như được dùng để thay thế hoàn toàn acetylen
trong nhiều quá trình tổng hợp do tính an toàn và rẻ hơn của etylen so với acetylen.
Etylen được sản xuất chủ yếu từ quá trình steam cracking các hợp chất hydrocacbon
hay được thu hồi từ khí cracking trong nhà máy lọc dầu.
1.2.1.Tính chất vật lý
Công thức phân tử C
2
H
4
Phân tử lượng M= 28.52 đvC
Công thức cấu tạo CH
2
=CH
2

ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 8

Ở điều kiện thường, etylen là chất khí không màu, dễ bắt cháy và có mùi ngọt.
Một số thông số vật lý đặc trưng của etylen được trình bày trong bảng 3.



Bảng 3. Một số thông số vật lý đặc trưng của etylen [1]

Nhiệt độ kết tinh
o
C
-169.15
Nhiệt độ sôi
o
C
-103.71
Nhiệt độ tới hạn, T
c
o
C
9.90
Áp suất tới hạn, P
c
MPa
5.117

1.2.2.Tính chất hóa học
Etylen là chất đứng đầu tiên trong dãy đồng đẳng của các olefin, do đó nó có cấu
trúc đơn giản nhất, chỉ gồm một liên kết đôi nối giữa 2 nguyên tử cacbon. Trong các phản
ứng hóa học, etylen là chất hoạt động mạnh, dễ dàng tham gia các phản ứng và tạo thành
ít sản phẩm phụ, đây cũng là một lý do để etylen được gọi là “vua của các hydrocacbon”.
Các phản ứng quan trọng của etylen được sử dụng trong ngành công nghiệp: phản
ứng cộng, phản ứng alkyl hóa, halogen hóa, hydro formyl hóa, phản ứng hydrat, phản ứng
oligome hóa, polyme hóa và phản ứng oxy hóa. Dưới đây là danh sách các quá trình công
nghiệp điển hình trên thế giới năm 2000, sử dụng nguyên liệu etylen [2]:
 Quá trình polyme hóa sản xuất polyetylen có khối lượng riêng nhỏ (LDPE)
và polyetylen có khối lượng riêng nhỏ, mạch dài (LLDPE).
 Quá trình polyme hóa sản xuất polyetylen khối lượng riêng lớn (HDPE).

 Cộng hợp clo sản xuất 1,2 diclo etan.
 Quá trình oxy hóa sản xuất etylen oxyt trên xúc tác bạc.
 Phản ứng với benzen sản xuất etylbenzen, kết hợp với phản ứng dehydro
hóa sản xuất styren.
 Quá trình oxy hóa sản xuất acetaldehyt.
 Quá trình hydrat hóa tạo ra etanol.
 Phản ứng với axit axetic và oxy tạo ra vinyl acetat.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 9

 Các quá trình khác như sản xuất rượu bậc cao, olefin mạch dài…
1.2.3. Nguồn cung cấp nguyên liệu etylen
Etylen chủ yếu được sản xuất từ quá trình cracking hơi nước (steam cracking) với
nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau: từ các hydrocacbon khác nhau như etan, propan,
butan, naphta, khí hóa lỏng (LPG) và gasoil. Tùy thuộc vào điều kiện của từng nước mà
nguyên liệu sử dụng để sản xuất etylen là khác nhau, ví dụ, ở Mỹ do nhu cầu sử dụng
naphta cho quá trình reforming xúc tác sản xuất xăng và do có nguồn khí tự nhiên dồi
dào, nên etan là nguồn nguyên liệu chính được dùng cho quá trình cracking hơi sản xuất
etylen (52% etylen được sản xuất từ etan, 22% từ gasoiil, 5% từ naphta, còn lại từ các
nguồn nguyên liệu khác [1]). Trong khi đó ở Nhật và Tây Âu lại sử dụng phân đoạn
naphta thu được từ quá trình chưng cất dầu thô cho mục đích này (71% etylen sản xuất từ
naphta, 11% từ gasoil, 11% từ LPG, còn lại từ sản phẩm cracking etan [1]).
Các nguồn sản xuất etylen khác bao gồm: dehydrat hóa rượu etylic (Ấn Độ, Brazin,
Thụy Điển, Trung Quốc), cracking các sản phẩm thu được từ quá trình khí hóa than (Nam
Phi) và chuyển hóa rượu metylic (hãng UOP/Mobil – Mỹ)

1.2.4. Quá trình tồn chứa và vận chuyển etylen
Một lượng lớn etylen sản xuất ra được tiêu thụ tại các cơ sở có công suất nhỏ, do đó

yêu cầu thiết bị tồn chứa và vận chuyển nhỏ. Do cấu trúc hạ tầng của các nhà máy hóa
dầu phức tạp, mà tại Mỹ và Châu Âu, các hệ thống ống dẫn và các hang chứa dưới lòng
đất (pressurized underground caverns) được phát triển. Các đường ống này có ưu điểm là
đàn hồi và có thể cung cấp etylen liên tục.
Một số hệ thống đường ống sau thường được sử dụng [2]:
 United States: Texas – Louisiana
 Canada: Fort Saskatchewan – Sarnia
 Great Britain: Grangemouth – Carrington
 Sevenside – Fawley
 Europe: Northwest Europe (Frankfurt – Gelsenkirchen and Brussels
– Rotterdam areas) and Spain
 Former Soviet: Nizhnekamsk – Salavat and Ấngk – Zima
Ở trong các đường ống, etylen thường có áp suất từ 4 – 100 MPa [2]. Nếu áp suất
của etylen thấp hơn giá trị tới hạn thì nhiệt độ của nó phải duy trì ở nhiệt độ trên 4
o
C để
tránh etylen bị hóa lỏng. Nếu có mặt nước trong ống, hydrate có thể tạo thành ở điều kiện
T< 15
o
C, áp suất thường và có thể làm tắc đường ống, thiết bị.
Etylen cũng có thể vận chuyển bằng tàu, thuyền, ôtô, và xe tải.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 10

Etylen được tồn chứa ở dưới lòng đất ở điều kiện áp suất cao bằng đường ống hoặc
bể chứa (10 MPa, [2]) và trong các bể chứa được làm lạnh bền ngoài. Gần đây, người ta
có sử dụng phương pháp nén và hóa lỏng hơi, cho phép tồn chứa etylen ở dạng lỏng,
giảm áp suất trong bể chứa xuống còn 7- 70 kPa [2].

Sản phẩm
1.3.Etylbenzen
Etylbenzen thuộc nhóm hydrocacbon thơm có cấu tạo gồm một vòng thơm và nhánh
là gốc (C
2
H
5
-) đính trực tiếp vào vòng benzen.
Etylbenzen chủ yếu được sử dụng (>99%) làm nguyên liệu để sản xuất ra mono
styren (C
6
H
5
CH=CH
2
), một lượng nhỏ khác (< 1%) được dùng làm dung môi pha sơn,
hoặc là chất trung gian để sản xuất ra dietylbenzen và acetophenone [2].
Trong sản xuất công nghiệp, etylbenzen chủ yếu được tạo ra bằng phản ứng alkyl
hóa benzen bằng etylen. Etylbenzen được đưa vào sản xuất trên qui mô thương mại từ
những năm 1930 bởi hai hãng Dow Chemical ở Mỹ và BASF ở Đức. Trong chiến tranh
thế giới thứ II, do nhu cầu sản xuất ra cao su styren- butadien (SBR) rất lớn đã thúc đẩy
cải tiến công nghệ và mở rộng công suất sản xuất. Trong khoảng thời gian này đã có rất
nhiều những cố gắng đáng kể để xây dựng nhiều nhà máy sản xuất quy mô lớn, đưa năng
suất styren tăng nhanh trở thành ngành công nghiệp quan trọng.
Năm 1999, trên thế giới, năng suất etylbenzen sản xuất ra hàng năm đã đạt xấp xỉ
25*10
6
tấn [2].
1.3.1.Tính chất vật lý
Công thức phân tử C

8
H
10

Công thức cấu tạo
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 11


Ở điều kiện thường, etylbenzen (EB) là chất lỏng trong suốt, không màu có mùi đặc
trưng của hydrocacbon thơm. EB có khả năng gây kích thích cho da, mắt và gây độc mức
độ trung bình qua đường ăn uống, hô hấp và tiếp xúc qua da. Một vài thông số vật lý đặc
trưng của EB được trình bày trong bảng 3.
Bảng 3. Một số thông số vật lý đặc trưng của etylbenzen [1]
Thông số
Đơn vị
Giá trị
Khối lượng phân tử
đvC
106.17
Tỷ trọng ở 20
o
C

0.867
Nhiệt độ nóng chảy
o
C

-94.9
Nhiệt độ sôi
o
C
136.2
Giới hạn nổ trong không khí
Dưới
Trên
% thể tích

0.99
6,7
Nhiệt độ chớp cháy cốc kín
o
C
15
Tỷ trọng hơi (không khí = 1)

3.7
Giới hạn tiếp xúc (ppm; giờ)

100;8

ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 12

1.3.2.Tính chất hóa học
Phản ứng hóa học có ứng dụng lớn nhất trong sản xuất công nghiệp của EB là phản

ứng dehydro hóa sản xuất styren. Phản ứng này xảy ra ở điều kiện nhiệt độ cao (600- 660
o
C) trên xúc tác K- oxit sắt. Độ chọn lọc của sản phẩm chính styren đạt từ 90- 97% [2].
Bên cạnh đó còn có phản ứng phụ, dealkyl hóa EB tạo ra sản phẩm benzen và toluen.
Phản ứng oxy hóa EB bằng không khí tạo ra hydroperoxit (C
6
H
5
CH(OOH)CH
3
).
Phản ứng này xảy ra trong pha lỏng và không có mặt xúc tác. Tuy nhiên, do hydroperoxit
là chất không bền vững, nên nhiệt độ phản ứng phải duy trì ở nhiệt độ thấp nhất có thể để
hạn chế tốc độ phản ứng phân hủy. Các phản ứng phụ cũng được hạn chế nếu giảm từ từ
nhiệt độ phản ứng trong suốt quá trình phản ứng. các hydroperoxit sau đó được cho phản
ứng với propylen để tạo ra styren và propylen oxit. Năm 1999, trên thế giới, khoảng 15%
sản lượng EB được sử dụng để sản xuất ra styren và propylen oxit [2].
Cũng giống như toluen, EB có thể tham gia phản ứng dealkyl hóa để tạo thành
benzen trong điều kiện có hoặc không có xúc tác.
1.3.3.Chỉ tiêu kỹ thuật của etylbenzen thương phẩm
Do etylbenzen sản xuất ra được sử dụng chủ yếu để tổng hợp styren, do đó, các yêu
cầu về thông kỹ thuật được áp dụng cho etylbenzen nhằm đảm bảo etylbenzen thu được
có thể đưa vào sản xuất styren. Nếu độ tinh khiết của etylbenzen không đạt yêu cầu có thể
gây cản trở đến quá trình thực hiện phản ứng sản xuất styren, đó sẽ ảnh hưởng đến độ tinh
khiết của sản phẩm styren:
 Hợp chất chứa nguyên tử halogen làm mất hoạt tính xúc tác của phản ứng
dehydro hóa và còn có khả năng gây ăn mòn thiết bị phản ứng. Thường thì
các phân tử clo hữu cơ có mặt là do lẫn trong sản phẩm etylbenzen từ quá
trình alkyl hóa với xúc tác AlCl
3,

…
 Dietylbenzen nếu có mặt trong nguyên liệu etylbenzen sẽ bị dehydro hóa
để tạo ra sản phẩm là divinylbenzen. Divinylbenzen sinh ra có khả năng
tạo liên kết ngang giữa các phân tử polyme làm cho chúng không thể bị
hòa tan?? và làm giảm chất lượng sản phẩm, do đó trong nguyên liệu
etylbenzen người ta có quy định hàm lượng dietylbenzen phải nhỏ hơn 10
ppm [2]. Thì mới được đưa vào sản xuất styren.
 Các tạp chất chứa trong etylbenzen có thể gây ảnh hưởng đến độ tinh
khiết của styren là các cấu tử có khoảng nhiệt độ sôi nằm giữa nhiệt độ sôi
của etylbenzen và styren: xylen, propylbenzen, và etyltoluen. Hàm lượng
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 13

các chất này trong etylbenzen được điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu về độ
tinh khiết cho styren.
 Một số các chỉ tiêu kỹ thuật được dùng để đánh giá chất lượng của
etylbenzen thương phẩm (cho các nhà máy sản xuất etylbenzen ở Mỹ) [2]
Bảng 4. Một số thông số kỹ thuật đánh giá chất lượng của etylbenzen thương
phẩm

Thông số
Giá trị
Độ tinh khiết của sản phẩm
≥ 99.5% wt
Hàm lượng benzen
0.05- 0.3% wt
Hàm lượng toluen
0.1- 0.3 %wt

Hàm lượng hợp chất nonaromatics
0.05%wt, max
Hàm lượng propylbenzen
0.02% wt, max
Hàm lượng dietylbenzen
10 mg/kg, max
Hàm lượng hợp chất chứa Cl
-

1-3 mg/kg, max
Hàm lượng lưu huỳnh hữu cơ
4 mg/kg, max
Tỷ trọng ở 15
o
C
0.869- 0.872
APHA colour
15, max
(APHA-American Public Health Association, là một loại chỉ số màu, được sử dụng
để đánh giá độ tinh khiết của sản phẩm, chỉ số này được xác định theo tiêu chuẩn ASTM
D1209, [8]).
1.3.4. Quá trình tồn trữ và vận chuyển etylbenzen
Etylbenzen là chất lỏng dễ bắt cháy, nó được chứa và vận chuyển bằng các container
bằng thép và được quy định rõ ràng, cụ thể bằng các quy định pháp luận về lượng
etylbenzen có thể vận chuyển để đảm bảo an toàn trong quá trình vận chuyển (ví dụ như ở
Mỹ 454 kg [2])
Các loại chất chữa cháy dạng bọt, CO
2
, hóa chất khô, halon, và nước (dạng sương)
đều có thể sử dụng để dập lửa cháy gây ra bởi etylbenzen

Chế độ thông gió hợp lý cũng rất cần thiết khi vận chuyển và tồn trữ etylbenzen.
Để đảm bảo an toàn khi cần phải tiếp xúc với etylbenzen, người tiếp xúc nên mang
bao tay và kính an toàn, hạn chế không để etylbenzen tiếp xúc trực tiếp với da.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 14

Trong quá trình tồn trữ, cần tránh không để etylbenzen gần với nhiệt, lửa, các chất
mồi lửa, chất giàu oxy,…
2.Các phương pháp sản xuất etylbenzen
2.1.Bản chất hóa học
2.1.1.Giới thiệu chung về quá trình alkyl hóa
Alkyl hóa là quá trình đưa nhóm alkyl vào phân tử hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ.
Phản ứng này có thể được phân loại theo dạng liên kết tạo thành hoặc nhóm alkyl đưa vào
phân tử hợp chất.
a.Phân loại
Phân loại theo dạng liên kết tạo thành giữa nguyên tử C với nguyên tử của các
nguyên tố khác (phương pháp phân loại phổ biến nhất), người ta chia quá trình alkyl hóa
thành:
 Alkyl hóa theo nguyên tử cacbon (C-alkyl hóa) là thế nguyên tử hydro nối với
cacbon bằng các nhóm alkyl. Cả parafin và hydrocacbon thơm đều có thể tham
gia phản ứng này
C
n
H
2n+2
+ C
m
H

2m
 C
n+m
H
2(n+m+1)

 Alkyl hóa theo nguyên tử oxy (O- alkyl hóa) và lưu huỳnh (S- alkyl hóa) là các
phản ứng dẫn đến tạo thành liên kết giữa nhóm alkyl và nguyên tử oxy hoặc lưu
huỳnh


NaSH + RCl  RSH + NaCl
 Alkyl hoá theo nguyên tử nitơ (N- alkyl hóa) là sự thế các nguyên tử hydro trong
amoniac hoặc trong amin bằng các nhóm alkyl.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 15

NaSH + RCl  RSH + NaCl
ROH + NH
3
 RNH
2
+ H
2
O

 Phản ứng alkyl hóa còn có thể được tiến hành tại vị trí các nguyên tử của các

nguyên tố khác như Si, Al, Pb (tương ứng với Si- alkyl hóa, Al- alkyl hóa, Pb-
alkyl hóa), phản ứng này được ứng dùng để tổng hợp các hợp chất cơ kim.
2RCl + Si R
2
SiCl
2
4C
2
H
5
Cl + 4PbNa  Pb(C
2
H
5
)
4
+ 4NaCl +3Pb
3C
3
H
6
+ Al + 3/2H
2
 Al(C
3
H
7
)
3

Nếu phân loại theo sự khác biệt về cấu tạo của nhóm alkyl đưa vào phân tử hợp
chất, người ta chia quá trình alkyl hóa thành:
 Alkyl hóa mạch thẳng, với nhóm alkyl là mạch thẳng (như etyl hóa, isopropyl
hóa)

 Alkyl hóa mạch vòng (ví dụ xyclo hexyl hóa):
b.Tác nhân alkyl hóa
Tác nhân có thể sử dụng cho quá trình alkyl hóa rất đa dạng. Theo liên kết bị đứt
trong quá trình alkyl hóa, người ta phân loại các tác nhân alkyl hóa thành:
 Các hợp chất không no (olefin, axetylen), điển hình là các olefin, với liên kết bị đứt
là ᴨ. Loại này có ưu điểm là giá thành thấp, đặc biệt là olefin, và thường được sử
dụng cho quá trình C- alkyl hóa.
 Các dẫn xuất halogen có liên kết bị đứt là C- X (X là halogen), đặc biệt là các dẫn
xuất clo. Đây là tác nhân alkyl hóa thông dụng cho rất nhiều hợp chất, trong các
trường hợp C-, O-, S-, N- alkyl hóa cũng như tổng hợp các hợp chất cơ kim.
Chúng có thể được sử dụng để tổng hợp các alkylat hydrocacbon thơm, các ete,
thioete và các amin. Chúng được sử dụng trong quá trình tổng hợp axetoaxetic
và điều chế các tác nhân Grignard. Nhưng loại này có nhược điểm là giá thành
cao, và trong phần lớn các phản ứng của chúng, có sự hình thành HCl, là chất
gây ăn mòn mạnh, do đó chúng không được sử dụng phổ biến trong công nghiệp.
 Hợp chất chứa oxy như rượu, ete, oxyt olefin có liên kết bị đứt là C- O. Tiêu biểu
cho loại này, là rượu và ete. Loại tác nhân này rất thích hợp cho quá trình alkyl
hóa theo nguyên tử C, N, O và S. Tuy nhiên chúng lại không được sử dụng phổ
biến trong công nghiệp bằng các olefin do chúng kém hoạt động hơn và đặc biệt,
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 16

trong các phản ứng thường sinh ra nước có khả năng làm phân hủy xúc tác

AlCl
3,
gây ăn mòn thiết bị phản ứng (khi có mặt cả HCl), và có thể pha loãng
tâm xúc tác axit.
2.1.2.Cơ sở hóa học của phản ứng alkyl hóa benzen bằng etylen
Phản ứng chính của quá trình alkyl hóa benzen bằng etylen [6]

Do benzen là một hydrocacbon thơm hoạt động. Dưới các điều kiện thích hợp,
benzen có thể được thế bởi các tác nhân ái điện tử khác nhau. Khi đã alkyl hóa, vòng
benzen trở nên hoạt hóa và các hợp chất di-, tri-, polyalkyl dễ dàng hình thành hơn:

Tuy nhiên, trong công nghiệp người ta có thể tăng hiệu suất tạo etylbenzen lên cao
nhất bằng cách tăng tỷ lệ benzen/etylen đến giá trị thích hợp, đồng thời kết hợp với việc
tuần hoàn lại các polyalkylbenzen trở lại thiết bị phản ứng cũng giúp làm tăng hiệu suất
tạo etylbenzen nhờ phản ứng chuyển nhóm alkyl

Một số phản ứng phụ:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 17


2.2.Cơ chế [4]
Phản ứng alkyl hóa nói chung và phản ứng alkyl hóa benzen bằng etylen nói riêng
xảy ra theo cơ chế ion cacboni, qua các giai đoạn sau:
Bước đầu tiên là tạo ra ion cacboni:

Nếu sử dụng tác nhân alkyl hóa là dẫn xuất halogen trên xúc tác AlCl
3

, ion cacboni
có thể được sinh ra theo phản ứng sau

Bước tiếp theo, ion cacboni tấn công vào vòng bezen, sau đó, proton tách ra và tạo
thành alkylbenzen


ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 18

2.3.Xúc tác
2.3.1. Xúc tác cho quá trình alkyl hóa
Các phản ứng alkyl hóa xảy ra theo cơ chế cacbocation, do đó, xúc tác sử dụng cho
quá trình phải có tính axit, để xúc tiến cho phản ứng tạo ra cacbocation.
Xúc tác cho phản ứng alkyl hóa thường được chia thành các loại sau
 Xúc tác là các axit lỏng thường là các axit Brӧnsted như H
2
SO
4
, HF

 Xúc tác là axit Lewis như AlCl
3
, trong trường hợp này, một lượng nhỏ axit chứa
H
+
thường được thêm vào hỗn hợp như là chất “đồng xúc tác” để thúc đẩy quá
trình hình thành cacbocation.

 Xúc tác dị thể thường được sử dụng cho quá trình alkyl hóa là Al
2
O
3,
Al
2
O
3
/SiO
2

và các zeolit. Đây là loại xúc tác chứa cả hai tâm axit Brӧnsted và Lewis, có khả
năng xúc tiến quá trình tạo hợp chất trung gian cacbocation trong phản ứng alkyl
hóa. Ví dụ phản ứng alkyl hóa bezen bằng etylen trên xúc tác zeolit, etylen hấp
phụ sẽ được proton hóa ở tâm axit Brӧnsted trên bề mặt xúc tác tạo thành
cacbocation:

Zeol – O
-
H
+
+ CH
2
=CH
2
 CH
3
-CH
2

+
+ Zeol – O
-

Bước tiếp theo, cacbocation sẽ tấn công vòng benzen tạo thành etylbenzen và trả lại
proton cho zeolit


ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 19

Trong các loại xúc tác trên, nếu như các phản ứng dạng Friedel Crafts pha lỏng có
nhược điểm lớn là xúc tác có khả năng gây ăn mòn thiết bị cao, do đó yêu cầu vật liệu làm
thiết bị phản ứng phải là loại đặc biệt, chịu được ăn mòn. Thêm vào đó, sản phẩm alkyl
hóa cần được tiếp tục xử lý bằng rửa kiềm và nước để loại bỏ vết AlCl
3
hoặc BF
3

Thì xúc tác rắn lại tỏ ra có ưu thế hơn, đặc biệt là zeolit, được xem là loại xúc tác
thích hợp cho phản ứng alkyl hóa do chúng có hoạt tính cao và độ chọn lọc cao hơn so
với xúc tác dạng aluminosilicat vô định hình.
2.3.2. Xúc tác cho phản ứng alkyl hóa benzen bằng etylen
a.Xúc tác AlCl
3

Ưu điểm
Trong công nghiệp, quá trình alkyl hóa sử dụng xúc tác này thường được tiến hành

trong pha lỏng, có độ chuyển hóa cao, xong độ chọn lọc sản phẩm chính thấp, nên phải
tuần hoàn polyetylen để thực hiện phản ứng chuyển nhóm alkyl, nâng cao hiệu suất tạo
etylbenzen. Xúc tác AlCl
3
có ưu điểm là có thể xúc tác cho phản ứng chuyển nhóm alkyl,
do đó quá trình này có thể thực hiện trong cùng thiết bị phản ứng.
Nhược điểm
Loại xúc tác này có tính ăn mòn thiết bị cao, do đó, bên trong thiết bị phản ứng phải
được lót một lớp vật liệu chịu ăn mòn hoặc thành thiết bị phải làm bằng thủy tính.
Do tác nhân phản ứng và xúc tác đều cùng ở pha lỏng, sau phản ứng cần phải xử lý
bằng rửa kiềm và nước để loại bỏ vết AlCl
3
.
b.Xúc tác rắn mang trên chất mang (BF
3
/Al
2
O
3
)
Ưu điểm
Loại xúc tác này có tính ăn mòn thấp hơn hẳn so với xúc tác AlCl
3
do không hình
thành nên dạng axit chứa proton.
Al
2
O
3
+ 3BF

3
 2AlF
3
+ (BOF)
3
bay hơi
Nhược điểm
Nhược điểm của loại xúc tác này là không cho phép tiến hành alkyl hóa và chuyển
nhóm alkyl đồng thời nên có hai loại thiết bị được sử dụng cho hai quá trình alkyl hóa và
chuyển nhóm alkyl.
c.Xúc tác zeolit
Ưu điểm
Xúc tác zeolit được đánh giá là loại xúc tác thích hợp hơn cả cho phản ứng chuyển
hóa nhóm alkyl, tùy thuộc vào kích thước mao quản của xúc tác mà độ chọn lọc sản phẩm
chính cao.
Hơn nữa, sử dụng xúc tác zeolit có thể hạn chế được sự ăn mòn thiết bị, do đó thiết
bị có cấu tạo đơn giản hơn, dễ dàng phân tách sản phẩm ra khỏi xúc tác.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 20

Loại xúc tác này có thể tái sinh, do đó không gây ảnh hưởng đến môi trường.
Nhược điểm
Xúc tác zeolit có nhược điểm là đắt hơn so với các loại xúc tác trên, nhưng vì nó có
thể tái sinh, cùng với những hiệu quả mà nó mang lại cho quá trình như độ chuyển hóa
cao, độ chọn lọc sản phẩm chính lớn, sơ đồ công nghệ đơn giản do đó tiết kiệm được chi
phí sản xuất, chi phí vận hành và chi phí xử lý môi trường nên xúc tác zeolit vẫn chiếm
ưu thế trong quá trình sản xuất etylbenzen hiện nay.
2.3.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình alkyl hóa

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình alkyl hóa, trong đó ảnh hưởng của nhiệt
độ, xúc tác là chủ yếu.
a.Nhiệt độ, áp suất


Tổng hợp etylen bằng phương pháp alkyl hóa là một quá trình thuận nghịch, tỏa
nhiệt (∆H = -114 kJ/mol [1]) và giảm thể tích. Do đó, quá trình sẽ xảy ra thuận lợi ở điều
kiện áp suất cao và nhiệt độ thấp. Tuy nhiên dưới 600
o
C, cân bằng phản ứng đã dịch
chuyển xa sang phải. Cùng với phản ứng chính, một số phản ứng phụ cũng xảy ra đồng
thời, như alkyl hóa nối tiếp tạo sản phẩm polyetylbenzen, tách nhóm alkyl, phân bố lại và
isome hóa.
Ở áp suất khí quyển, alkyl hóa benzen có thể thực hiện ở 500
o
C. Tuy nhiên, để hạn
chế các sản phẩm phụ được sinh ra, quá trình thường tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn và có
thể dưới áp suất. Để thúc đẩy quá trình chuyển hóa, các hệ xúc tác thường được sử dụng.
Để nâng cao hiệu suất tạo sản phẩm chính, hạn chế sự hình thành các dẫn xuất polyalkyl,
người ta sử dụng dư benzen trong vùng phản ứng. Phần polyalkylbenzen sẽ được tách và
đưa đi chuyển hóa chuyển nhóm alkyl. Phản ứng chuyển nhóm alkyl này cũng diễn ra ở
điều kiện tương tự như quá trình alkyl hóa, và còn tùy thuộc vào loại xúc tác sử dụng mà
có thể tiến hành ngay trong thiết bị phản ứng chính hay ở thiết bị riêng [1].
b.Xúc tác
Nếu sử dụng xúc tác axit rắn sẽ có ảnh hưởng của độ xốp, kích thước lỗ xốp, sự phù
hợp của kích thước phân tử sản phẩm và đường kính lỗ xốp của xúc tác
Với xúc tác lỏng, có thể xét đến yếu tố
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 21

 Nhiệt độ phản ứng: nếu tăng nhiệt độ, độ nhớt của tác nhân và của xúc tác giảm,
tạo điều kiện khuấy trộn tốt hơn. Song khi nhiệt độ cao, các phản ứng phụ như
polyme hóa và oxy hóa tăng do tốc độ hai phản ứng này mạnh hơn alkyl hóa, vì
thế độ chọn lọc của quá trình giảm xuống, do vậy phải tiến hành ở nhiệt độ thấp.
 Nồng độ axit: nếu nồng độ axit cao, sẽ xúc tiến cho phản ứng alkyl hóa xảy ra
mạnh, do tạo ra nhiều ion cacboni, tuy nhiên, sản phẩm chính etylbenzen lại có
độ chọn lọc thấp, do tạo ra nhiều sản phẩm phụ polyetylbenzen. Hơn nữa, nếu
nồng độ axit cao sẽ gây ăn mòn mạnh cho thiết bị phản ứng. Tuy nhiên, nếu sử
dụng xúc tác axit loãng, quá chình vận chuyển H
+
khó khăn, dẫn đến giảm tốc độ
phản ứng.
2.4.Dây chuyền và điều kiện công nghệ
Trong những năm gần đây, công nghệ sản xuất etylbenzen và styren phát triển tập
chung vào vấn đề tối ưu hóa công nghệ nâng cấp xúc tác và cải tiến thiết bị. Một số công
nghệ hiện đại hiện nay như công nghệ EBOne của hãng Lummus/UOP; công nghệ
EBMax của hãng Mobil-Badger có nhiều điểm tương đồng, đều sử dụng thiết bị alkyl hóa
và thiết bị chuyển nhóm alkyl trong quá trình.
Công nghệ CDTech của hãng Lummus kết hợp hai quá trình phản ứng và chưng
tách trong cùng một thiết bị. Công nghệ này cho phép sử dụng nguyên liệu etylen có độ
tinh khiết thấp như etylen lấy từ sản phẩm khí của quá trình FCC do đó giảm được giá
thành của nguyên liệu.
2.4.1.Công nghệ alkyl hóa pha lỏng
a. Công nghệ alkyl hóa pha lỏng sử dụng xúc tác AlCl
3

Công nghệ pha lỏng sử dụng xúc tác AlCl
3

sản xuất khoảng 85% tổng sản lượng
etylbenzen trên thế giới [1].
Điều kiện vận hành
 Xúc tác: hệ xúc tác chủ yếu được sử dụng trong công nghệ này là hệ AlCl
3
/HCl,
tuy nhiên, để giảm nguy cơ ăn mòn thiết bị, người ta thường sử dụng chất khơi mào là
etylenclorua: AlCl
3
/C
2
H
5
Cl. Trên thực tế, xúc tác thường được chuẩn bị ở dạng phức
“đỏ”, ít hòa tan trong hydrocacbon: 25- 30% AlCl
3
+ 45- 50% khối lượng
benzen/etylbenzen+ 25% hydrocacbon phân tử lượng lớn.
 Điều kiện công nghệ
 Thế hệ công nghệ đầu tiên: P= 0.15 MPa, 80- 110
o
C, tách nhiệt bằng bay hơi
benzen.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 22

 Thế hệ công nghệ thứ hai: P= 1 MPa, 160- 180
o

C, tách nhiệt bằng tuần hoàn
sản phẩm làm lạnh ngoài.
 Tỷ lệ nguyên liệu benzen/etylen = 2-2.5.
 Thành phần dòng sản phẩm: 41- 43% etylbenzen, 38-40% benzen, 12-14%
dietylbenzen, 2-3% trietylbenzen, 1.5-2% polyetylbenzen, 1.5-2 % các loại
khác.
 Công nghệ sử dụng xúc tác trong pha lỏng còn có một nhược điểm, đó là quá trình
khử xúc tác hòa tan trong sản phẩm. CdF Chimie đã tìm ra biện pháp để thu hồi triệt để
hơn AlCl
3
bằng cách trộn pha hữu cơ với amonia thay cho NaOH [2]
Các công nghệ sử dụng xúc tác AlCl
3

 Công nghệ Mosanto cải tiến

Hình 1. Công nghệ alkyl hóa pha lỏng Mosanto cải tiến với xúc tác AlCl
3
(a): thiết bị làm khô benzen
(b): thiết bị phản ứng alkyl hóa
(c): thùng chuẩn bị xúc tác
(d): thiết bị phản ứng chuyển nhóm alkyl
(e): thiết bị xả nhanh
(f): thiết bị rửa khí thu hồi benzen
(g): thiết bị lắng
(h): hệ thống trung hòa xúc tác
Thuyết minh
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 23

Dòng benzen mới và benzen tuần hoàn sau khi qua tháp làm khô (a), thiết bị rửa khí
thu hồi benzen (f) thì được đưa vào thiết bị phản ứng. Dòng etylen cùng với etylenclorua
được đưa vào thiết bị thiết bị phản ứng. Trên đỉnh tháp, người ta có đưa thêm dòng khí N
2

vào, có tác dụng điều chỉnh áp suất trong thiết bị phản ứng.
Dòng sản phẩm sau phản ứng, một phần được đưa lên tháp tách khí (f), phần còn lại
tiếp tục đi vào thiết bị phản ứng chuyển nhóm alkyl (d), cùng với polyetylbenzen tiếp tục
phản ứng với bezen để sinh ra etylbenzen. Đi sang tháp xả nhanh e, khí được tách ra khỏi
dòng sản phẩm có thành phần chủ yếu là N
2
, dòng sản phẩm đi ra ở đáy tiếp tục sang thiết
bị lắng (g), hệ thống trung hòa xúc tác (h) bằng dung dịch ammonia. Cuối cùng ta thu
được sản phẩm etylbenzen có độ tinh khiết cao.
Ưu điểm: hạn chế được lượng xúc tác AlCl
3
cần phải sử dụng, do đó giảm thiểu
được sự ăn mòn, tiết kiệm được chi phí xử lý xúc tác sau phản ứng. Hãng này tìm ra được
rằng, khi tăng nhiệt độ, và điều chỉnh lượng etylen thêm vào, sẽ giảm được lượng AlCl
3
,
do đó sẽ giảm bớt sự phức tạp trong quá trình phân tách xúc tác sau phản ứng.

b.Công nghệ alkyl hóa pha lỏng sử dụng xúc tác rắn mang trên chất mang
 Nguyên liệu: khí cracking (etylen chiếm khoảng 8-10% thể tích)
 Xúc tác: BF
3
/Al

2
O
3

 Điều kiện công nghê
 Thiết bị alkyl hóa: thiết bị đoạn nhiệt, nhiệt độ dòng vào 120-130
o
C,
P= 3.5MPa, đệm xúc tác Al
2
O
3
cố định, BF
3
đưa vào cùng dòng
nguyên liệu benzen.
 Thiết bị chuyển nhóm alkyl: thiết bị đoạn nhiệt, T= 200- 210
o
C, P=
3.5MPa.
 Công nghệ Alkar
 Sơ đồ công nghệ



ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 24

P-11
Sản phẩm monoalkyl
Polyalkylbenzen tuần hoàn
Benzen tuần hoàn
Nén tuần hoàn
Khí chứa
olefin
Benzen
Mới
Thiết bị
Phản ứng
Thiết bị
Phản ứng
Tuần hoàn benzen
Tháp tách
Sản phẩm
Gia nhiệt
Gia nhiệt

Hình 2. Công nghệ alkyl hóa pha lỏng Alkar UOP sản xuất etylbenzen

Thuyết minh
Hai dòng nguyên liệu benzen (đã được trộn với BF
3
) và dòng khí chứa etylen đi vào
thiết bị phản ứng, phản ứng xảy ra trong pha lỏng, trên lớp xúc tác cố định AlCl
3
.
Độ chuyển hóa của phản ứng giới hạn từ 25-30%, để tránh tỏa nhiệt lớn, hạn chế tạo
ra nhiều sản phẩm phụ. Nhiệt của phản ứng cũng được tách ra nhờ quá trình tuần hoàn,

làm lạnh bên ngoài.
Tại thiết bị tuần hoàn benzen, pha nhẹ giàu benzen và BF
3
đi ra ở đỉnh tháp , được
ngưng tụ và sau đó được tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng (bao gồm cả thiết bị alkyl hóa
và thiết bị chuyển nhóm alkyl).
Dòng sản phẩm đi ra ở đáy tháp này được đưa sang tháp chưng cất để tách sản
phẩm. Dòng sản phẩm nặng chứa các cấu tử polyetylbenzen đi ra ở đáy tháp được đưa
đến thiết bị chuyển nhóm alkyl để phản ứng với benzen và tạo etylbenzen.
c.Công nghệ sử dụng xúc tác zeolit trong pha lỏng
Công nghệ alkyl hóa thực hiện trong pha lỏng trên xúc tác zeolit bắt đầu được
thương mại hóa năm 1990, nhà máy đầu tiên được xây dựng ở Nippon SM tại Oita, Nhật
Bản, và được đăng kí bản quyền bởi hãng ABB Lummus Global và Unocal. Công nghệ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC


SVTH: Nguyễn Thị Ngân Page 25

này sử dụng loại xúc tác zeolit Y siêu ổn định, và gần đây hơn là xúc tác zeolit beta. Một
công nghệ alkyl hóa khác cũng cho phép sản xuất etylbenzen trong pha lỏng, đó là công
nghệ EBMax được phát triển bởi hãng Mobil-Badger dựa trên xúc tác của hãng Mobil:
MCM-22. Nhà máy sử dụng công nghệ này được xây dựng đầu tiên ở Chiba Styrene
Monomer Corp, Nhật Bản. Đến cuối năm 1999, có tất cả 12 nhà máy alkyl hóa benzen
bằng etylen được xây dựng sử dụng công nghệ alkyl hóa trong pha lỏng [2]. Tuy đã đạt
được những ưu điểm nổi bật từ hai công nghệ alkyl hóa trong pha lỏng, xong công nghệ
alkyl hóa trong pha hơi của hãng Mobil/Badger ra đời, cho phép sử dụng nguyên liệu
etylen có độ tinh khiết thấp đã cho phép tiết kiệm hơn về chi phí đầu tư, và lại thu được
sản phẩm có chất lượng cao hơn so với những công nghệ đi trước, sử dụng etylen tinh
khiết làm nguyên liệu.
 Công nghệ Lummus/UOP EBOne

Hình 3: Sơ đồ công nghệ Lummus/UOP EBOne quá trình alkyl hóa benzen bằng etylen
(1): thiết bị phản ứng alkyl hóa
(2): thiết bị phản ứng chuyển nhóm alkyl
(3): tháp chưng tách benzen
(4): tháp chưng tách sản phẩm etylbenzen
(5): tháp chưng tách sản phẩm polyetylbenzen.