Alchilare benzen cu propilenă la cumen

1. INTRODUCERE

Izopropil-benzenul (numit şi cumen) este una dintre cele mai utilizate materii prime în industria chimică, în special pentru producţia de fenol şi acetonă. Pentru a-l obţine se consumă 7-8 % din propena prelucrată anual în lume.

Cumenul se prezintă ca un lichid incolor, inflamabil, care are punctul de fierbere 152˚C. Este stabil dar poate forma peroxizi dacă intră în contact cu aerul.

Fig.1. Structura moleculei de cumen

Simularea prezentată în continuare arată cum ar funcţiona o instalaţie de alchilare a benzenului cu propenă la cumen de capacitate de 150000 t/an. Cumenul obţinut este de puritate 99.8%. Propena cu care este alimentată instalaţia conţine 10% propan.

Procesul prin care se obţine cumenul se bazează pe reacţia de adiţie:

Benzen + Propenă = IPB (cumen), pe lângă aceasta mai au loc şi reacţii secundare discutate mai jos.

Procesul funcţionează în fază lichidă, pentru a folosi catalizatori zeolitici. S-a renunţat la instalaţiile cu fază gaz în anii ’90, datorită îmbunătăţirii tehnologiei catalizatorilor şi a îmbunătăţirii impactului pe care le aveau asupra mediului.

S-a recomandat folosirea unei raţii de benzen mare (7:1) faţă de propenă pentru a asigura o fază lichidă la presiunea din reactor (aproximativ 35 bar) la temperatura de reacţie (între 160-270˚C ). S-a încercat şi folosirea unei raţii mai mici de benzen dar impactul asupra temperaturii reactorului a fost semnificativ, obţinându-se creşteri de 15-30% a temperaturii produselor reactorului de alchilare. Această creştere ar duce la sporirea reacţiilor secundare şi o obţinere a unei cantităţi reduse de cumen.

2. SINTEZA SISTEMULUI DE REACŢIE

2.1. Mecanismul de reacţie

Mecanismul de reacţie presupune protonarea sitelor acide de catalizator, obţinându-se izopropilbenzen, di-izopropilbenzen şi tri-izopropilbenzen. Orice izomer n-propilbenzen este tratat ca o impuritate nedorită, folosindu-se în acest scop acizi mai tari şi catalizatori cu selectivităţi mai bune.

Reacţiile principale considerate pentru acest caz au fost:

a. Reacţia de alchilare

Benzen Propenă Izopropilbenzen

b. Reacţia de polialchilare

Izopropilbenzen Di-izopropilbenzen

Celelalte reacţii (dimerizarea, izomerizarea, transalchilarea) nu se consideră având un impact mare supra proiectării instalaţiei.

Despre catalizatorii folosiţi în aceste instalaţii se poate citi în documentul “Alchilarea benzenului cu propena la cumen”, capitolul 6.2.2. Pentru a proiecta reactorul s-a folosit programul SIMSCI PRO II v 8.0, şi s-a definit un catalizator virtual ideal, în strat fix, cu eficienţă mare, structura cilindrică şi dimensiuni 7mm x 2mm. Se ignoră uzura şi dezactivarea catalizatorului, aceste probleme nefiind obiectivul prezenţei lucrări.