Proiectarea unui Reactor pentru Dehidrogenarea Etilbenzenului la Stiren

Scurt istoric

Obţinut prima dată la începutul secolului trecut din răşini exotice, stirenul începe să fie produs pe scară industrială înainte de cel de-al doilea război mondial, pentru ca în 1970 producţia mondială să depăşească 2.3 milioane de tone (Kirk-Ohmer, 1969).

Dezvoltarea producţiei de stiren este legată nemijlocit de industria de polimeri, practic întreaga cantitate produsă fiind utilizată ca monomer.

Dintre diferitele metode preparative, singura de importanţă industrială este dehidrogenarea etilbenzenului. Ponderea mare a costurilor materiilor prime în preţul de cost al stirenului face ca producţia sa să fie rentabilă în instalaţii de mare capacitate integrate în marile platforme petrochimice.

Datorită lipsei datelor directe, dinamica producţiei de stiren în România va fi ilustrată prin producţia de xileni, inclusiv etilbenzen (tabelul 1) şi de polistiren (tabelul 2), (Anuarul statistic, 1986)

Tabelul 1. Producţia de xileni (inclusiv etilbenzeni)

Anul 1965 1975 1980 1985

Tone 29000 180000 203000 225000

Tabelul 2. Producţia de polistiren (inclusiv copolimeri)

Anul 1965 1975 1980 1985

tone 4838 18365 31984 34113

2. Locul reactorului şi rolul reactorului în schema tehnologică

Reactorul face parte din instalaţia tehnologică de fabricare a stirenului prin dehidrogenarea catalitică a etilbenzenului.

Dehidrogenarea etilbenzenului are loc în faza gazoasă, în prezenţa unui catalizator solid, granular.

Schema de principiu a instalaţiei este reprezentată în figura 1:

Fig.1 Instalaţie de dehidrogenare a etilbenzenului

1. Reactor; 2. Cuptor; 3,4. Recuperatoare de căldură; 5. Coloană de separare primară

Etilbenzenul proaspăt este evaporat şi preîncălzit într-o serie de recuperatoare de căldură până la temperatură de aproximativ 5400 C. La intrarea în reactorul 1, etilbenzenul este amestecat cu abur supraîncălzit la max. 8000 C, obţinut în cuptorul 2 astfel încât să se obţină temperatura de alimentare între 580-6200 C.

Presiunea de alimentare este cuprinsă de regulă între 1.4-1.6 atm, cunoscându-se şi variante de operare la presiuni subatmosferice (Short şi Bolton, 1985). Raportul molar abur-etilbenzen este între 7:1 şi 14:1, mai mic pentru operarea izotermă, mai mare pentru cea adiabată.

Produsul de reacţie este răcit în recuperatoarele de căldură care servesc la preincalzirea etilbenzenului. Amestecul răcit este introdus în separatorul primar 5, de unde stirenul brut ("uleiul de cuptor”) este introdus într-un tren de coloane de rectificare.

Conversia etilbenzenului este 0.35-0.4 la reactoarele adiabate cu un singur strat, între 0.5 şi 0.6 la reactoarele adiabate cu două straturi şi peste 0.6 la reactoarele izoterme. Selectivitatea în stiren este în jur de 0.9 (molar).