В. С. Орехов, М. Ю. Субочева, А. А. Дегтярёв, Д. Н труфанов

Основные закономерности процесса. Равновесие реакций дегидрирования алкилбензолов неблагоприятно для получения олефинов. При доступной температуре (600 . 630°С) для повышения равновесной степени конверсии при атмосферном давлении разбавляют углеводороды водяным паром в массовом отношении от (2,5 ... 3):1 до (6 ... 8):1.
В качестве гетерогенных катализаторов берут железооксидные катализаторы, содержащие 55 ... 80% Fe₂O₃, 2 ... 28% Сг₂О₃, 15 ... 35% К₂СО₃. Катализатор работает непрерывно в течение одного-двух месяцев, далее его регенерируют; срок службы один-два года. При дегидрировании алкилбензолов на этих катализаторах протекает ряд побочных реакций. Так, из этилбензола образуются бензол и толуол по схеме:
* I \ ^СЛ . '
z > С6Н5-СН2-СН₃ С6Н5-СН=СН2 + Н2
I '' I
^^С7Н8 -* Г
Селективность дегидрирования алкилбензолов зависит от температуры, разбавления водяным паром и степени конверсии.
Селективность падает, когда фактическая степень конверсии приближается к равновесной. Разбавление паром, увеличивая равновесную степень конверсии, способствует росту селективности. Влияние температуры: с одной стороны, при её повышении растёт равновесная степень конверсии, но, с другой - становятся более существенны некоторые побочные реакции, в том числе закоксовывание катализатора, снижающее его активность. В результате оптимальная температура дегидрирования для этилбензола составляет 580 . 600°С, для более реакционноспособного изопропилбензола - 530 . 550°С. Оптимальный выбор катализатора, условий процесса повышает селективность до 90%.
Реакционный узел дегидрирования алкилбензолов выполняют по-разному. Один из видов - трубчатый реактор, обогреваемый топочным газом, по типу, изображённому на рис. 1.2. Его достоинство - близкий к изотермическому профиль




температуры, что позволяет получать высокую степень конверсии при хорошей селективности. Недостаток такого реактора - высокие металлоёмкость и капитальные затраты.
Другие аппараты со сплошным слоем катализатора, не имеющие поверхностей теплообмена (рис. 1.3, а) работают в адиабатических условиях, и реакционная смесь постепенно охлаждается, причём водяной пар играет здесь и роль аккумулятора тепла, не давая смеси чрезмерно охладиться. При получении стирола в единичном адиабатическом реакторе степень конверсии этилбензола составляет -40%. Недостатки такого реактора - существенное охлаждение смеси, вызывающее смещение равновесия в нежелательную сторону, и как следствие - снижение скорости и селективности. Степень конверсии нельзя довести до значительной величины, что повышает удельный расход пара.
Существуют другие конструкции реакционных узлов, приближающие процесс к изотермическому и лучше учитывающие особенности равновесия реакции. В одном (рис. 1.3, б) имеются два реактора (или два слоя катализатора); охладившуюся в первом аппарате смесь до подачи во второй подогревают перегретым паром до 600 ... 630°С. Реактор, изображённый на рис. 1.3, в, имеет два-три кольцевых слоя катализатора, причём в первый слой поступает весь этилбензол, но лишь часть водяного пара. В пространство между слоями катализатора подают дополнительное количество перегретого пара; с его помощью повышается температура смеси, происходит ступенчатое разбавление смеси, что приводит к отклонению параметров от равновесного состояния и способствует росту скорости и селективности реакции. В этих установках при сохранении высокой селективности (89 ... 90%) достигаются большие степени конверсии (60 ... 75%) и интенсивность процесса (объёмная скорость 0,5 . 0,6 ч^-1), снижается удельный расход пара.


а)