بخشی از مقاله
خلاصه
فرایند تولید و خالص سازی اتیل بنزن به روش کاتالیستی فاز مایع، مورد مطالعه تئوری و شبیه سازی قرار گرفت. با توجه به افزایش قیمت انرژی و همچنین اثرات جانبی زیست محیطی استفاده از انرژی فسیلی، فرایند مورد نظر به لحاظ کاهش مصرف انرژی - بدون کاهش ظرفیت و خلوص - مورد تحلیل قرار گرفت.
با توجه به اینکه تغییر در شرایط عملیاتی به ویژه در بخش واکنشی باعث تشدید واکنش های ناخواسته خواهد شد، در این پژوهش، عمده تمرکز بر تنظیم دمای بخش واکنشی به منظور کاهش انرژی مصرفی کل واحد بوده است. پس از شبیه سازی فرایند مورد نظر در نرم افزار HYSYS و بررسی انرژی مصرفی واحد، دمای کارکرد بهینه راکتور 266 درجه سانتیگراد تعیین گردید. در این شرایط پیشرفت واکنش های جانبی کمتر از %3,5 بوده و خلوص محصول تولیدی نیز %99,99 می باشد.
.1مقدمه
اتیل بنزن1 یک ترکیب آلی با فرمول C8H10 می باشد که تولید آن به علت فرآورده هایی که از آن به دست می آید ضروری است، بیش از 90 درصد اتیل بنزن برای تولید مونومر استایرن استفاده می شود که برای تولید مشتقات پلی استایرن2، رزین آکرونیتریل بوتادی ان استایرن3 ،رزین آکرونیتریل استایرن4 و دیگر پلیمر ها و کوپلیمرها استفاده می گردد. از دیگر کاربردهای اتیل بنزن، استفاده به عنوان حلال در صنایع تولید لاستیک، تولید رنگ، تولید و تعمیر ماشین آلات، کاغذ سازی و صنایع آبکاری می باشد.
از جمله مهمترین روش های تولید اتیل بنزن،آلکیلاسیون بنزن می باشد که در دهه های اخیر، این فرآیند پیشرفت های قابل توجهی داشته است. فرآیند آلکیلاسیون بنزن برای تولید بنزن دستخوش پیشرفت های قابل توجهی شده است. کاتالیست های متنوع زئولیتی شامل زئولیت zsm-5 در فاز گازی و زئولیت های y-، - و MCM-22 در فاز مایع جهت استفاده در راکتور تولید اتیل بنزن توسعه یافته و تجاری شده اند
فرآیند آلکیلاسیون در فاز مایع با کاتالیست AlCl3-HCl اولین فرآیند توسعه داده شده برای تولید اتیل بنزن می باشد که در این فرایند نسبت بنزن به اتیلن در خوراک، در حدود 2,5 و دمای راکتور در محدوده ی 160-250 درجه سانتیگراد قرار داشته است. در سال های بعد کاتالیست های اسیدی جامد از جمله فسفریک اسید استفاده شدند اما به دلیل اثرات مخرب هر دو نوع این کاتالیست ها بر محیط زیست و خوردگی تجهیزات، فرآیند هایی بر پایه ی کاتالیست های زئولیتی جایگزین آن ها شدند
کاتالیست های زئولیتی در هر دو فاز گاز و مایع فرآیند آلکیلاسیون مورد استفاده قرار می گیرند. در سال های 1980 و Mobil-Badger 1990 نسل های دوم و سوم فرآیند آلکیلاسیون بنزن در فاز گاز با کاتالیست ZSM-5 را ارائه کردند .[5] انرژی مصرفی فرآیند آلکیلاسیون در فاز گاز به علت بالا بودن نسبت خوراک بنزن به اتیلن و بالا بودن دمای واکنش زیاد است و همچنین زایلن بیشتری در این فاز تولید می گردد که باعث پایین آمدن خلوص اتیل بنزن تولیدی می شود
به همین جهت در سال 1989 فرآیند آلکیلاسیون بنزن در فاز مایع توسط Lummus/Unocal/UOP با استفاده از کاتالیست زئولیت y معرفی شد .[6] آلکیلاسیون بنزن در فاز مایع در دمای خیلی پایین تر صورت می گیرد -270 - 240 درجه سانتیگراد - درحالی که این واکنش در فاز گاز در دما حدود 400 درجه سانتیگراد انجام می شود. بعد از واکنش آلکیلاسیون، واکنش ترانس آلکیلاسیون نیز در یک راکتور جدا در فاز مایع انجام می شود. نسبت خوراک بنزن به اتیلن، بالا و در حدود 7 می باشد و این فرآیند ویژگی کنترل دمایی بهتر و عمر کاتالیست طولانی تر - حدود یک سال - را دارد
Wadlinger زئولیت را در سال 1967 کشف کرد و از این زئولیت به عنوان کاتالیست واکنش های آلکیلاسیون
استفاده شد. زئولیت یکی از کاتالیست های تولید شده برای فاز مایع می باشد که در آلکیلاسیون بنزن با اتیلن فعالیت بالایی دارد و درصد تبدیل اتیلن بالاتر و انتخاب پذیری اتیل بنزن بیشتری را نسبت به زئولیت y نشان می دهد
درسال RIPP 1990 بعد از تحقیقات روی فرآیند گردش فاز مایع برای تولید اتیل بنزن، کاتالیست آلکیلاسیون AEB-2 را معرفی و تجاری کرد. این کاتالیست پایدار و بسیار فعال می باشد و انتخاب پذیری بالایی نسبت به اتیل بنزن دارا است .[10 ,9] این فرآیند با نسبت مولی بنزن به اتیلن 3 الی 6 و در دمای 200 تا 250 درجه سانتیگراد و فشار 3,6 مگا پاسکال انجام می گردد و عمر کاتالیست 6 سال می باشد. این کاتالیست برای فرایند ترانس آلکیلاسیون نیز مناسب است
در سال 1996، Lummus/UOP از زئولیت اصلاح شده برای جزء فعال کاتالیست EBZ-500 در واکنش آلکیلاسیون و از y زئولیت برای جزء فعال کاتالیست ترانس آلکیلاسیون EBZ-100 استفاده کرده و فرآیند EBOne را ارائه دادند. در این فرایند نسبت بنزن به اتیلن در خوراک به 4 کاهش یافت و عمر کاتالیست طولانی تر گردید
کاتالیست MCM-22 یک کاتالیست زئولیتی از خانواده ی MWW می باشد که برتری هایی بر زئولیت های Y و دارد که می توان به انتخاب پذیری بیشتر اتیل بنزن و تولید کمتر فرآورده های جانبی در طول واکنش اشاره کرد .[3] در سال Mobil-Raytheon 1995 بر اساس آزمایش های انجام شده، زئولیت MCM-22 و فرآیند EBMax را توسعه داد و در سال 1995 برای اولین بار این فرآیند در فاز مایع تجاری شد.
این کاتالیست کاملا پایدار و عمر آن بیش از 3 سال می باشد و به دلیل نسبت کم بنزن به اتیلن 3 تا 4، انرژی مصرفی نیز کاهش داده شده است. در فرآیند EBMax در ابتدا واکنش ترانس آلکیلاسیون در فاز گازی روی کاتالیست ZSM-5 انجام می شد اما بعد ها با به کار بردن کاتالیست جدید - Trans-4 - ، فاز واکنش به مایع تغییر یافت .[12] از دیگر کاتالیست های خانواده ی MWW علاوه بر MCM-22 می توان به PSH-3، SSZ-25، ERB-1، ITQ-1، MCM-49، MCM-56، ITQ-2، UZM-8، MCM-36، EMM-10، EMM-12، EMM-13، SSZ-70 و IEZ-MWW اشاره کرد
