Dimensionarea tehnologică a unui RC de dehidrogenare a etilbenzenului la stiren

1.Introducere

1.1. Date generale despre stiren

Obținerea stirenului

Stirenul, cunoscut de asemenea si ca vinilbenzen, se utilizează pentru producerea: materialelor plastice, cel mai răspândit tip de cauciuc sintetic (caucicul butadienstirenic) și adezivilor. Acest lucru a determinat mărirea capacităților de producție pentru instalațiile de dehidrogenare directă a etilbenzenului, perfecționarea tehnologiei de dehidrogenare a etilbenzenului la stiren și apariția unor noi tehnologii: obținerea concomitentă a stirenului și a propenoxidului (procedeul Halcon), obținerea stirenului prin extracție din fracția aromatică de la piroliză etc.

Procedeele uzuale de fabricare a stirenului constau in dehidrogenarea catalitica a etilbenzenului, urmata de separarea stirenului din produsul de reactie lichid si purificarea acestuia.In functie de reactoarele utilizate, procedeele de dehidrogenare se impart in doua grupe: izoterme si adiabatice. Procedeul izoterm este mai dificil de aplicat pentru ca necesita reactoare multitubulare cu circulatie de purtator caloric in exteriorul tuburilor si are un cost mai ridicat si o productivitate mica. Aceste tipuri de reactoare au insa avantajul unui consum energetic mai mic, performante mai bune la temperaturi de reactie mai scazute si, caurmare, un raport de dilutie de vapori de apa inferior fata de functionarea in conditii adiabatice. (scrigroup, 2012) În afară de stiren se mai produc trei derivați stirenici, care au întrebuințări industriale: α- metilstirenul, divinilbenzenul și viniltoluenul. Utilizările acestora sunt similare cu acelea ale stirenului, dar au si utilizari specifice, de exemplu divinilbenzenul se folosește la producerea schimbătorilor de ioni.

1.2. Reacții

In afara de reactia de dehidrogenare a etilbenzenului la stiren,in acelasi timp maipot avea loc numeroase reactii secundare,dintre care influenteaza in mod sensibil selectivitatea dehidrogenarii etilbenzenului sau activitatea catalizatorului si anume:

- dezalchilarea etilbenzenului: C6H5-C2H5- C6H6+C2H4

=103,19 KJ/mol

- hidrodezalchilarea etilbenzenului: C6H5-C2H5- C6H5-CH3+C2H4 =­66,045 KJ/mol

- hidrodezalchilarea toluenului:n n C6H5-CH3+H2- C6H6+CH4

=-42,5KJ/mol

- formarea cocsului: C6H5-C2H5- 8C+5H2

1.3. Catalizatori

Primul catalizator folosit la obtinerea stirenului a fost constituit dintr-un amestec de trei componenti:ZnO,Al2O3,CaO care la temperatura de 600-675 conduce la obtinerea unei conversii de 38% si a unei selectivitati de 82%.

In prezent se folosesc catalizatori alcatuiti exclusiv pe baza de oxizi de fier promotati cu compusi ai K,Cr,V,Zn,Cu si cu alte metale rare.Acesti catalizatori se caracterizeaza prin:stabilitate buna in prezenta vaporilor de apa,activitate si selectivitate ridicata,durata de functionare indelungata(cca.2ani).Principalul component activ, oxidul de Fe,are rolul de suport al catalizatorului. Prin promotarea cu un compus alcalin, constanta vitezei de reactie creste cu un ordin de marime.

4 Catalizatorii utilizati in reactoarele adiabatice lucreaza in conditii de dilutie cu vapori de apa a etilbenzenului de 1,6 - 2,5 si au o durata de exploatare de 1,5 - 2 ani. Se mentioneaza trei grupe de catalizatori pentru reactoarele adiabatice de obtinere a stirenului:

- catalizatori activi (conversie de 55 - 60 % mol), dar mai putin selectivi (selectivitate 89 -90 % mol), capabili sa lucreze la rapoarte masice de dilutie apa/benzen > 2;

- catalizatori selectivi (selectivitate cca 95 % mol), dar mai putin activi (conversie 40 %), operand la temperaturi mai ridicate si la rapoarte masice de apa/etilbenzen de 2 -2,2:

- catalizatori activi (conversie 50 - 55 %) si selectivi (selectivitate 90 % mol), ce functioneaza la rapoarte masice de dilutie cu vapori de apa > 2