Получение бензола методом деалкилирования алкилароматических углеводородов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Филиал «Тобольский индустриальный институт»

Кафедра химии и химической технологии

Курсовой проект

по дисциплине «Первичная переработка нефти и газа»

Тема «Получение бензола методом деалкилирования алкилароматических углеводородов»

Выполнил:

Гуськова А.М.

Проверил:

С. Т. Гулиянц

Тобольск 2013

План

Введение

Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Назначение процесса

1.2 Сырье и продукция

1.3 Процессы гидро- и термодеалкилирования

1.4 Принципиальная схема промышленной установки каталитического гидродеалкилирования толуола

Глава 2. Практическая часть

2.1 Расчет материального баланса установки термического гидродеалкилирования толуола

Заключение

Список литературы

Введение

Ароматические углеводороды и их производные находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Возможность получения из ароматических соединений разнообразных веществ и материалов делает их особенно ценными для промышленности органического синтеза. Низкомолекулярные ароматические углеводороды - бензол, толуол и ксилолы являются одним из основных видов сырья для промышленности органического синтеза.

Ароматические углеводороды С9 используются для получения поликарбоновых кислот, их ангидридов и других продуктов. Однако объем их химического применения несоизмеримо мал по сравнению с использованием бензола, толуола и ксилолов. Ароматические углеводороды С9, находящиеся в составе риформатов и бензинов пиролиза, используются в качестве высокооктановых компонентов бензина. Фракции ароматических углеводородов С9 применяются также в качестве растворителей.

Для увеличения ресурсов бензола широкое применение нашли процессы гидродеалкилирования его гомологов, осуществляемые при температурах 650~750°С. В качестве сырья гидродеалкилироваиия обычно используют толуол, фракции бензинов риформинга и пиролиза, содержащие низкомолекулярные ароматические и неароматические углеводороды. В некоторых случаях к этому сырью могут быть добавлены ароматические углеводороды С9.

Потребность в бензоле значительно превышает потребность в толуоле, а толуол получается в избыточном количестве как при каталитическом риформинге, так и при пиролизе. Поэтому часть бензола получают из толуола деалкилированием или диспропорционированием. В последнем случае наряду с бензолом получаются ксилолы. Процесс деалкилирования используется также для получения нафталина из алкилнафталин

Глава 1. Теоретическая часть

Деалкилирование (дезалкилирование), замещение алкильной группы в молекуле органического соединения на атом водорода. В зависимости от атома, с которым была связана алкильная группа, различают С-, О-, N- и S-деалкилирование. К деалкилированию иногда также относят замещение на атом водорода органических радикалов, например, гидрокси- и цианалкилов. Деалкилирование осуществляют под действием катализатора Льюиса, минеральных и органических катализаторов, при пиролизе или облучении. Легко протекает О- и S-деалкилирование, труднее N- деалкилирование аминов; С-деалкилирование обычно осуществляют в жестких условиях - при высокой температуре, давлении, в присутствии катализаторов. Как правило, легко происходит замещение третичных алкилов, например деалкилирование трет-бутильной группы в аминах осуществляют действием CF3COOH при комнатной температуре. В некоторых случаях трудно протекает деалкилирование первичных алкилов, например:

Деалкилирование толуола и других гомологов бензола можно осуществить в присутствии водяного пара на Ni-катализаторах и металлах группы Pt при 350-500°С. Другой способ деалкилирования ароматических углеводородов - действие Н2 в присутствии катализаторов (Сr2О3/Аl2О3, NiO/SiO2, NiO/Al2O3, металлы группы Pt на А12О3). Выходы составляют 60-90%; этот метод называется гидродеалкилированием или восстановительным деалкилированием. Механизм деалкилирования может включать образование иона оксония, аммония и т.п., например:

Известно непрямое деалкилирование, например деалкилирование третичных аминов до вторичных действием BrCN с последующим гидролизом образующегося цианамида. Деалкилирование алкиларенов - один из основных способов производства бензола (этим методом получают около 30% бензола в мире). Дeбутилирование, дебензилирование (обычно с помощью гидрогенолиза), детритилирование [замещение группы С(С6Н5)3] используют для снятия N-, О-, S-защитных алкильных групп в синтезе сахаров, нуклеозидов, глицеридов, пептидов, синтетических пенициллинов.

1.1 Назначение процесса

Деалкилирование применяют, в основном, для получения бензола из толуола и высших алкилбензолов, а также для получения нафталина из его гомологов.

Деалкилирование может быть осуществлено при взаимодействии с водородом (гидродеалкилирование).

Промышленные процессы базируются на реакции гидродеалкилирования. Реакция экзотермична, для гидродеалкилирова-ния толуола тепловой эффект «50 кДж/моль. Равновесное превращение толуола при температурах до 800 °С более 90%.

При деалкилировании алкилбензолов отщепление боковой цепи происходит ступенчато, в продуктах реакции присутствует не только бензол, но и частично деалкилированные углеводороды

Побочные реакции включают конденсацию и распад ароматических ядер.

1.2 Сырье и продукция

Сырьем для гидродеалкилирования служат толуол, его смеси с ксилолами, фракции бензинов пиролиза (после гидроочистки) и каталитического риформинга. Наиболее часто применяют бензольнотолуольно-ксилольную фракцию бензина пиролиза (БТК), выкипающую в пределах 70--150 °С. Сырье гидродеалкилирования может содержать до 30% неароматических углеводородов. В условиях процесса они подвергаются гидрокрекингу, высококачественный бензол с температурой кристаллизации около +5,5 °С выделяют из продуктов четкой ректификацией.

1.3 Процессы гидро- и термодеалкилирования

Термические процессы осуществляют при температуре 680--740 0C и давлении 2,4--4,5 МПа. Скорость гидродеалкилирования толуола описывается уравнением первого порядка по сырью, порядок по водороду 0,5. Энергия активации 210 кДж/моль.

Гидродеалкилированне осуществляют по схеме гидрогенизационных процессов с рециркуляцией водородсодержащего газа. Мольное отношение водород: сырье (5-г-15) : 1. Сырье совместно со свежим и рециркулируемым водородом подогревают до требуемой температуры в теплообменниках и печи и направляют в реактор или систему реакторов гидродеалкилирования. Температура в реакторах повышается за счет тепла реакции и при необходимости регулируется подачей холодного водорода. Жидкие продукты подвергают очистке глиной. После выделения бензола ректификацией, высшие алкилбензолы, а также дифенилы возвращают в процесс.

Конверсия толуола в процессах каталитического и термического гидродеалкилирования «за проход» 60--80%, селективность образования бензола 96--99%.

Для осуществления процесса используют водородсодержащий газ риформинга, очищенный водород пиролиза, технический водород. При свободных ресурсах водорода на предприятии процесс осуществляют с подпиткой свежего водорода без очистки рециркулирующего водородсодержащего газа. При этом затраты водорода в 2--3 раза превышают стехиометрические. При ограниченных ресурсах водорода часть рециркулирующего водорода очищают криогенным или абсорбционным способом от газообразных углеводородов C1--C4. При отсутствии водорода установку гидродеалкилирования комбинируют с установкой получения водорода конверсией с водяным паром метана, образующегося в процессе.

При использовании в качестве сырья бензинов пиролиза его предварительно подвергают гидростабилизации. Обычным методом подготовки сырья для процессов термического гидродеалкилирования является двухстадийная каталитическая очистка. На первой стадии гидрируют диолефины и стирол, на второй сырье подвергают гидроочистке с целью гидрирования моноолефинов и обессеривания. Поток из второй ступени может направляться на термическое гидродеалкилирование без конденсации продуктов.

Процесс деалкилирования толуола конверсией с водяным паром не требует затрат водорода, который образуется в качестве побочного продукта. Процесс осуществляют в присутствии катализатора, содержащего благородный металл платиновой группы, при температуре 400--520 0C1 давлении 0,5--2 МПа, мольном соотношении вода : толуол 4--6 и объемной скорости подачи сырья 1--2 ч"1. Конверсия толуола «за проход» 60--65%, селективность образования бензола 95% (мол.). Газообразные продукты содержат (по объему), в зависимости от применяемых условий, следующие компоненты: 50--68% H2, 22--27% CO2, 0,2--2,8% СО, 7--25% CH4.

1.4 Принципиальная схема промышленной установки каталитического гидродеалкилирования толуола

Характерной особенностью схемы является система отмывки циркулирующего газа от метана.

Газосепаратор высокого давления 5 одновременно является упрощенным одноступенчатым абсорбером. В верхнюю зону аппарата подают абсорбент -- дистиллят гидродеалкилирования после дегазации его в газосепараторе низкого давления 6. Из газосепаратора высокого давления водородсодержащий газ поступает на прием циркуляционного компрессора 4. Выделяющийся в газосепараторе низкого давления 6 сбрасываемый газ выводят с установки, а рециркулирующую часть катализата вновь направляют в газосепаратор 5. Балансовый избыток катализата из газосепаратора низкого давления выводят на стабилизацию. При такой схеме потери водорода в процессе определяются в основном его растворимостью в жидких продуктах газосепаратора низкого давления.

В случае работы установки с отмывкой циркулирующего газа и подачей свежего газа, содержащего 80 и 95 мол. % водорода, для поддержания расхода водорода абсорбент нужно подавать в соотношении около 11:1 к получаемому бензолу при давлении в газосепараторе низкого давления 1 МПа (10 кгс/см2). В этих условиях расход водорода всего на 33-40% больше теоретического количества, необходимого для проведения реакции гидродеалкилирования толуола.

Глава 2. Практическая часть

гидродеалкилирование толуол каталитический газ

2.1 Расчет материального баланса установки термического гидродеалкилирования толуола

(Практическое задание). Рассчитать материальный баланс установки термического гидродеалкилирования толуола мощностью - 80 000тонн в год бензола. Время работы установки - 8000 часов в году. Основные реакции процесса:

; ;

.

Состав жидких продуктов деалкилирования: % масс. толуол - 35,5; бензол - 40,0; дифенил - 6,0; нафталин - 6,25; смола - 12,25. Определить: 1 - годовой и часовой расход сырья, 2 - годовую и часовую производительность по всем продуктам, 3 - норму расхода водорода на 1 тонну бензола.

Решение:

Найдем Gрасхода по бензолу

Gрасхода=х; Gб=80 000 т/год

80 000 т/год - 40%

х - 100%

х=(80 000*100)/40 = 200 000

Найдем Gрасхода для каждого компонента

Gтолуола=х; Gрасх= 200 000 т/год

200 000т/год - 100%

х - 35,5%

х=(200 000*35,5)/100=71 000

Gдиф=х;

200 000т/год - 100%

х - 6%

х=(200 000*6)/100=12 000

Gнафт=х

200 000т/год - 100%

х - 6,25%

х=(200 000*6,25)/100=12500

Gсмол=х

200 000т/год - 100%

х - 12,25%

х=(200 000*12,25)/100=24 500

Найдем Gприх водорода

х 80000

М=2 М=78

х - 2моль

80 000т/год - 78моль х=(80 000*2)/78=2051 т/год

Найдем Gприх толуола

200 000 - 2051=197 949 т/год

Найдем Gприх толуола и водорода в %масс.

200 000т/год - 100%

197 949т/год - х х=(197 949*100)/200 000 = 98,97%толуола

200 000т/год - 100%

2051т/ год - х х=(2051*100)/200 000=1,03% водорода

Найдем часовой расход сырья

Gтол=71 000/8000=8,88 т/час

Gбенз=80 000/8000=10т/час

Gдиф=12 000/8000=1,5т/час

Gнафт=12 500/8000=1,56т/час

Gсмол=24 500/8000=3,06т/час

Найдем норму расхода водорода на 1 тонну бензола

G=Gвод/Gбенз

G=2051/80 000=0,025 тонн

Найдем часовую производительность по всем продуктам

Gтол=197 949/8000=24,74 т/час

Gвод=2051/8000=0,26 т/час

Занесем полученные значения в таблицу материального баланса:

Составлен материальный баланс установки термического гидродеалкилирования толуола мощностью 80 000 тонн в год бензола.

Заключение

Бензол является важнейшим сырьем для химической промышленности, поскольку, он используется и как исходный реагент для синтеза самых разнообразных соединений, и как растворитель для других реакций (бензол растворяет практически все органические соединения, это своего рода «органическая вода»).

Для увеличения ресурсов бензола широкое применение нашли процессы гидродеалкилирования его гомологов, осуществляемые при температурах 650~750°С. В качестве сырья гидродеалкилироваиия обычно используют толуол, фракции бензинов риформинга и пиролиза, содержащие низкомолекулярные ароматические и неароматические углеводороды.

В курсовом проекте:

Рассмотрена технология процесса деалкилирования толуола

Представлена принципиальная схема промышленной установки каталитического гидродеалкилирования толуола

Рассчитан материальный баланс установки термического гидродеалкилирования толуола.

Список литературы

1. Богданов Н. Ф., Переверзев А. Н. Депарафинизация нефтяных продуктов. М., Гостоптехиздат, 1961. 248 с.

2. Технология переработки нефти и газа. Ч. 3-я

3. Черножуков Н. И. Очистка и разделение нефтяного сырья, производство товарных нефтепродуктов. Под ред. А. А. Гуреева и Б. И. Бондаренко. -- 6-е изд., пер. и доп. -- М.: Химия, 1978 г. --424 с.

4. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки нефти и газа: учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. - 672 с.

5. Ривкина Т. В. Обзор технологических процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. - 84с.

6. Банов П.Г. Процессы переработки нефти. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2003, Ч3, 504 с.

Размещено на Allbest.ru