Calculul Tehnologic al Unui Reactor Izoterm pentru Fabricarea Stirenului prin Dehidrogenarea Etilbenzenului

I. INTRODUCERE

Procesul de dehidrogenare este aplicat in industria petochimica pentru fabricarea unor monomeri pentru obtinerea diferitelor tipuri de cauciuc sintetic, mase plastice si fibre sintetice.

Transformarea etilbenzenului in stiren este o reactie puternic endoterma, desfasurata dupa mecanismul global urmator:

C6H5 – CH2 – CH3 ↔ C6H5 - CH=CH2 + H2 = 125 KJ/mol

Favorizata de temperaturi ridicate si presiuni joase se aseamana in principiu cu fabricarea butadienei pornind de la butene, sau cu dehidrogenarea primara observata la cracarea in faza vapori a hidrocarburilor in prezenta/absenta catalizatorilor, reactia are loc intre 700-800 , cu conversii de 20-30%, randamentele globale nedepasind 50-60%.

Ca si cracarea vaporilor dehidrogenarea este favorizata de operarea in prezenta aburului, de practicarea diluarii efluentului de reactie cu abur, ca si de prezenta catalizatorilor.

Aburul are ca scop: aportul caldurii necesare desfasurari reactiei, de diminuare prin dilutie a cantitatii de caldura necesara a fi furnizata unitatii de volum de reactie, de a reduce considerabil presiunea de vapori a hidrocarburilor ceea ce produce deplasarea echilibrului in favoarea obtinerii stirenului, de a reduce depunerile de cocs reactionand cu C format, mentinand astfel activitatea sistemelor catalitice utilizate.

Catalizatorii permit ameliorarea conversiei pe pas si a selectivitatii la nivele termice mult mai coborate fata de reactia necatalitica, de exemplu intre 550-560 la presiuni de 0,1-0,3 Pa in instalatiile mai vechi si mai mici de 0,1 Pa in cele moderne. Realizarea procesului se face izoterm sau adiabatic, diferenta constand in faptul ca temperatura de preincalzire in cazul materiei prime din procesul izoterm este mai putin ridicata, deci ”imbatranirea” catalizatorului are loc intr-un timp mai lung.

In afara de reactia de dehidrogenare a etilbenzenului la stiren, in acelasi timp mai pot 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:

C6H5-CH3+H2→ C6H6+CH4 = -42,5KJ/mol

• formarea cocsului:

C6H5-C2H5 →8C+5H2

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.