СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ МОНОАЛКИЛБЕНЗОЛА
METHOD OF SEPARATING MONOALKYLBENZENE

Настоящее изобретение относится к способу выделения моноалкилбензола из газового потока, включающего кислород и моноалкилбензол. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения алкилфенилгидропероксида, включающему указанное выделение моноалкилбензола.
Моноалкилбензол можно использовать при получении алкилфенилгидропероксида. Например, этилбензолгидропероксид можно получать, окисляя этилбензол кислородсодержащим газом, таким как воздух. Такие способы окисления хорошо известны в технике. Их пример описан в патенте США № 5883268. Другие хорошо известные способы, в которых получают алкилфенилгидропероксиды, представляют собой способы, где изопропилбензол (кумол) или втор-бутилбензол окисляют, используя кислородсодержащий газ, в соответствующие алкилфенилгидропероксиды.
Гидропероксид кумола можно затем разлагать на фенол и ацетон. Этилбензолгидропероксид можно затем использовать в окислении алкена, такого как пропен, получая в результате алкеноксид (оксиран или эпоксид), такой как пропиленоксид, и метилфенилкарбинол, который представляет собой 1-фенилэтанол. Метилфенилкарбинол можно затем дегидратировать в стирол. И стирол, и пропиленоксид представляют собой ценные товарные продукты.
Способы совместного получения мономера стирола («SM») и пропиленоксида («PO») известны в технике и обычно называются термином «способы SM/PO» или «способы PO/SM». Способ SM/PO описан, например, в международной патентной заявке WO200005186. Как правило, в способ SM/PO включены стадии:
(a) реакция этилена и бензола с образованием этилбензола;
(b) реакция этилбензола и кислородсодержащего газа с образованием этилбензолгидропероксида;
(c) реакция этилбензолгидропероксида и пропена в присутствии катализатора эпоксидирования с образованием пропиленоксида и 1-фенилэтанола; и
(d) дегидратация 1-фенилэтанола в стирол в присутствии подходящего катализатора дегидратации.
Во время указанной стадии (b) окисления этилбензол в этилбензолгидропероксид реагирует не весь этилбензол. Основная масса этилбензола выходит из реактора окисления в виде растворителя этилбензолгидропероксида. Однако также существенная масса выходит из реактора окисления как часть газового потока, включающего кислород. Указанный газовый поток, включающий кислород и этилбензол, можно отбрасывать. Однако было бы выгодно выделять ценный этилбензол из указанного газового потока, включающего кислород и этилбензол, и затем повторно использовать его для некоторой цели, например, посредством рециркуляции этилбензола в реактор окисления.
Однако, помимо кислорода и моноалкилбензола (например, этилбензола) и инертного газа, такого как азот, указанный газовый поток, включающий кислород, азот и моноалкилбензол, может включать другие примеси, такие как метан, вода, ацетальдегид, пропиональдегид, метанол, бензол и толуол. Эти дополнительные примеси не следует выделять из указанного газового потока вместе с моноалкилбензолом. Таким образом, моноалкилбензол следует выделять как эффективно, так и селективно из газового потока, включающего кислород и моноалкилбензол. Кроме того, в то же время, при таком выделении следует уделять внимание присутствию кислорода, который представляет собой реакционноспособный газ, а не инертный газ, такой как азот.
Вообще говоря, известна абсорбция органических примесей из газового потока, включающего кислород и органические примеси, посредством контакта указанного газового потока с жидким абсорбентом. Например, международная патентная заявка WO2002102496 описывает способ выделения горючих компонентов из газового потока, включающего горючие компоненты и кислород, путем селективной абсорбции горючих компонентов в растворителе. Способ согласно международной патентной заявке WO2002102496 отличается тем, что во время абсорбции газовая фаза диспергируется в непрерывной жидкой фазе растворителя. Согласно международной патентной заявке WO2002102496, указанный растворитель (абсорбент) можно выбирать из спиртов, алифатических и ароматических углеводородов и кетонов. Кроме того, в примере 1 заявки WO2002102496 бензол упомянут как горючий компонент. Моноалкилбензолы, такие как этилбензол, не описаны в заявке WO2002102496.
С другой стороны, патент США № 5198000 описывает способ, в котором этилбензол упомянут как одно из органических соединений, которые можно выделять из газового потока, включающего кислород и органические примеси. Способ согласно патенту США № 5198000 представляет собой способ выделения летучих органических соединений из потока загрязненного воздуха посредством контакта последнего с абсорбентом, что обеспечивает абсорбцию летучих органических соединений абсорбентом. Конкретные абсорбенты, упомянутые в патенте США № 5198000, представляют собой моторное масло, растительное масло, кукурузное масло, минеральное масло, оливковое масло, касторовое масло, кокосовое масло, пальмовое масло, арахисовое масло, сафлоровое масло, соевое масло, аваровое масло, льняное масло и хлопковое масло. Кукурузное масло является особенно предпочтительным как жидкий абсорбент согласно изобретению патента США № 5198000. Согласно патенту США № 5198000, источник потока загрязненного воздуха может представлять собой отходящий газ, получаемый при очистке воздуха, топочные газы и т. д.
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ выделения моноалкилбензола из газового потока, включающего кислород и моноалкилбензол, в котором моноалкилбензол выделяют как эффективно, так и селективно из указанного газового потока, также уделяя внимание реакционной способности кислорода в указанном газовом потоке, как обсуждается выше. Кроме того, в том случае, где абсорбент, включающий абсорбированный моноалкилбензол, не используют в полученном виде в другом процессе, таком как, например, получение моноалкилбензола путем алкилирования бензола, абсорбент следует выбирать таким образом, чтобы моноалкилбензол можно было легко отделять от абсорбента.
Неожиданно было обнаружено, что моноалкилбензол можно эффективно и селективно выделять таким способом из газового потока, включающего кислород и моноалкилбензол, посредством контакта указанного газового потока с жидким потоком, включающим нафталиновое соединение.
Соответственно, настоящее изобретение относится к способу выделения моноалкилбензола из газового потока, включающего кислород и моноалкилбензол, в которых газовый поток, включающий кислород и моноалкилбензол, вступает в контакт с жидким потоком, включающим нафталиновое соединение.
1
6
1
4
В способе согласно настоящему изобретению моноалкилбензол выделяют из газового потока, включающего кислород и моноалкилбензол. В тексте настоящего описания термин «моноалкилбензол» означает бензол, который содержит один алкильный заместитель. Указанный алкил заместитель может представлять собой линейную или разветвленную алкильную группу C-C, предпочтительно линейную или разветвленную алкильную группу C-C, такую как этил, изопропил и втор-бутил. Если алкильный заместитель представляет собой изопропильную группу, моноалкилбензол также называют «кумол», а не «изопропилбензол». Предпочтительно моноалкилбензол представляет собой этилбензол.
1
4
10
11
12
13
14
Кроме того, в способе согласно настоящему изобретению газовый поток, включающий кислород и моноалкилбензол, вступает в контакт с жидким потоком, который включает нафталиновое соединение. Предпочтительно указанное нафталиновое соединение представляет собой нафталин, алкилированный нафталин или их смесь. Кроме того, алкилированный нафталин предпочтительно представляет собой нафталин, который содержит в качестве заместителя одну или более алкильных групп C-C, предпочтительно метильную группу и/или этильную группу. Примеры подходящих моноалкилированных нафталинов представляют собой 1-метилнафталин, 2-метилнафталин, 1-этилнафталин и 2-этилнафталин. Пример подходящего полиалкилированного нафталина представляет собой 2,7-диметилнафталин. Если используют смесь нафталиновых соединений, относительные количества нафталиновых соединений могут изменяться в широких пределах. Жидкий поток, включающий нафталиновое соединение, может включать смесь, содержащую нафталин, 1-метилнафталин и 2-метилнафталин в количествах от 1 до 20 масс.% (предпочтительно от 5 до 15 масс.%), от 1 до 20 масс.% (предпочтительно от 5 до 15 масс.%) и от 10 до 30 масс.% (предпочтительно от 15 до 25 масс.%), соответственно, по отношению к полной массе нафталиновых соединений, а остальную массу нафталиновых соединений в указанной смеси составляют высшие алкилированные нафталины. Пример подходящей имеющейся в продаже жидкости, включающей нафталиновое соединение, представляет собой Solvesso 200 от фирмы ExxonMobil Chemical, которая содержит смесь нафталина (соединение C), 1-метилнафталина и 2-метилнафталина (соединения C), а также высших алкилированных нафталинов (соединения C, C и C).
Количество газообразного кислорода в газовом потоке, включающем кислород и моноалкилбензол, который вступает в контакт с жидким потоком в настоящем способе, может составлять от 1 до 10 масс.%, предпочтительно от 2 до 8 масс.%, предпочтительнее от 3 до 7 масс.% и наиболее предпочтительно от 4 до 6 масс.%. Кроме того, в указанном газовом потоке количество моноалкилбензола может составлять от 0,1 до 20 масс.%, предпочтительно от 0,2 до 15 масс.%, предпочтительнее от 0,5 до 10 масс.% и наиболее предпочтительно от 1 до 6 масс.%. Газообразный азот может присутствовать в указанном газовом потоке в количестве, составляющем от 70 до 95 масс.%, предпочтительно от 80 до 90 масс.%. Вода может присутствовать в указанном газовом потоке в количестве, составляющем от 1 до 10 масс.%, предпочтительно от 1 до 5 масс.%. Другие примеси, такие как метан, ацетальдегид, пропиональдегид, метанол, бензол и толуол, могут присутствовать в указанном газовом потоке в количествах, составляющих менее чем 0,5 масс.%, предпочтительно менее чем 0,1 масс.%.
Чтобы осуществлять эффективный перенос моноалкилбензола из газового потока в жидкий поток, включающий нафталиновое соединение, предпочтительно вводить газовый поток и жидкий поток в контакт в противоточном режиме. Однако можно также осуществлять контакт в прямоточном режиме. В том случае, где осуществляют контакт в противоточном режиме и в вертикальной колонне, газовый поток предпочтительно поступает в нижнюю часть колонны и жидкий поток поступает в верхнюю часть колонны. Однако горизонтальную колонну также можно использовать, и в таком случае предпочтительно, когда газовый поток поступает в колонну в различных точках нижней части и жидкий поток поступает в одной точке, находящейся с левой стороны или с правой стороны в продольном направлении.
Если вертикальную колонну используют в качестве абсорбционной колонны согласно настоящему изобретению, газовую фазу можно полностью диспергировать в непрерывной жидкой фазе, используя барботажную колонну. В последнем случае возникает вопрос так называемой «заполненной жидкостью» колонны, что может иметь место в случае абсорбционной колонны, в которой не установлены ситчатые тарелки. Однако в настоящем изобретении такая вертикальная абсорбционная колонна не должна быть совершенно заполнена жидкостью, но в ней могут одновременно присутствовать непрерывная газовая фаза и непрерывная жидкая фаза. На самом деле, предпочтительной для работы является такая колонна, которая не является заполненной жидкостью. Ситчатые тарелки могут быть установлены в вертикальной абсорбционной колонне. Примеры подходящих абсорбционных колонн описаны в публикации «Операции массопереноса», автор Robert E. Treybal, издательство McGraw-Hill Book Company, 1980 г., с. 139-142 и 158-171. Особенно подходящую абсорбционную колонну, содержащую ситчатые тарелки, описывает фиг. 6.8 на с. 159 указанной публикации. Указанная публикация включена в настоящий документ посредством ссылки.
В настоящем изобретение температура в указанной абсорбционной колонне может составлять от 20 до 80°C, предпочтительно от 30 до 70°C, предпочтительнее от 40 до 60°C. Кроме того, в настоящем изобретении манометрическое давление в указанной абсорбционной колонне может составлять от 0,1 до 10 бар (0,01-1 МПа), предпочтительно от 0,5 до 5 бар (0,05-0,5 МПа), предпочтительнее от 1,5 до 3,5 бар (0,15-0,35 МПа).
В настоящем способе получают жидкий поток, включающий моноалкилбензол, поступающий из газового потока, и нафталиновое соединение, и газовый поток, включающий кислород. Возможно разделение указанного жидкого потока на фракцию, включающую моноалкилбензол, и фракцию, включающую нафталиновое соединение. Последнюю фракцию можно затем использовать повторно в качестве потока жидкого абсорбента в настоящем способе. Такое разделение можно осуществлять, например, в дистилляционной колонне в условиях, известных специалисту в данной области техники. Как продемонстрировано ниже в примере, этилбензол можно преимущественно выделять с высоким выходом из жидкой фракции, включающей абсорбированный этилбензол и смесь нафталиновых соединений.
Как указано выше, газовый поток, включающий кислород и моноалкилбензол, можно получать в процессе, в котором моноалкилбензол окисляют кислородом в алкилфенилгидропероксид. Таким образом, настоящее изобретение также относится к способу получения алкилфенилгидропероксида, включающему:
(i) окисление моноалкилбензола в алкилфенилгидропероксид с использованием кислородсодержащего газа в качестве окислителя;
(ii) разделение реакционной смеси на жидкий поток, включающий алкилфенилгидропероксид и моноалкилбензол, и газовый поток, включающий кислород и моноалкилбензол;
(iii) контакт газового потока, включающего кислород и моноалкилбензол, с жидким потоком, включающим нафталиновое соединение, как описано выше, в результате чего получают жидкий поток, включающий моноалкилбензол, поступающий из газового потока, и нафталиновое соединение, и газовый поток, включающий кислород.
Предпочтительно между вышеупомянутыми стадиями (ii) и (iii) основную массу моноалкилбензола, который содержится в газовом потоке, включающем кислород и моноалкилбензол, который получают на указанной стадии (ii), конденсируют, например, смешивая с холодным этилбензолом или охлаждая охлаждающей водой в теплообменнике. Таким образом, уменьшают массу этилбензола, который необходимо абсорбировать на следующей стадии (iii).
Жидкий поток, полученный на вышеупомянутой стадии (iii), предпочтительно разделяют на первую фракцию, включающую моноалкилбензол, и вторую фракцию, включающую нафталиновое соединение. Предпочтительно указанная первая фракция рециркулирует на вышеупомянутую стадию (i), в результате чего указанный моноалкилбензол преимущественно не теряется как ценный исходный материал для указанной стадии (i). Кроме того, предпочтительно рециркулировать указанную вторую фракцию на вышеупомянутую стадию (iii) таким образом, что его можно преимущественно использовать повторно в качестве абсорбента.
12
13
14
Как уже упомянуто выше в связи со способом выделения моноалкилбензола из газового потока, включающего кислород и моноалкилбензол, как правило, в вышеупомянутом способе получения алкилфенилгидропероксида, предпочтительно, когда моноалкилбензол представляет собой этилбензол, алкилфенилгидропероксид представляет собой этилбензолгидропероксид, и поток жидкого абсорбента включает смесь, содержащую нафталин, 1-метилнафталин, 2-метилнафталин и высшие алкилированные нафталины (соединения C, C и C). Что касается вышеупомянутой стадии (iii), следует обратиться, в общем, к приведенному выше обсуждению способа выделения моноалкилбензола из газового потока, включающего кислород и моноалкилбензол. Такие же предпочтения применимы к указанной стадии (iii).
Что касается вышеупомянутых стадий (i) и (ii) способа получения алкилфенилгидропероксида, следует обратиться к международным патентным заявкам WO2006024655 и WO2008058925, которые описывают подходящие условия для осуществления указанных стадий (i) и (ii). Заявки WO2006024655 и WO2008058925 включены в настоящий документ посредством ссылки. Можно также использовать и другие подходящие условия, известные специалисту в данной области техники.
Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано следующим примером.
Пример
В данном примере конфигурация, представленная на фиг.1, использована для выделения этилбензола (EB) из газового потока, включающего этилбензол, кислород и азот.
Как показано на фиг.1, газовый поток, включающий азот (84 масс.%), кислород (5 масс.%), этилбензол (4 масс.%), воду (4 масс.%), а также метан, ацетальдегид, пропиональдегид, метанол, бензол и толуол в количествах, составляющих менее чем 0,5 масс.%, поступает в нижнюю часть колонны 10 через линию 1 при скорости потока 106000 г/ч.
Через линию 2 жидкий поток, включающий 1-метилнафталин, 2-метилнафталин, 2,7-диметилнафталин 2-этилнафталин и следовые количества этилбензола (EB) (0,1 масс.%), поступает в верхнюю часть колонны 10. Указанный газовый поток и жидкий поток движутся в противоточном режиме через колонну 10. В данной операции EB абсорбируется из восходящего газового потока в нисходящий жидкий поток. В колонне 10 температура составляет 50°C и манометрическое давление составляет 2,5 бар (0,25 МПа). Обедненный этилбензолом газовый поток выходит из верхней части колонны 10 и удаляется как отходящий газ через линию 3. Кроме того, обогащенный этилбензолом жидкий поток выходит из нижней части колонны 10 и поступает в колонну 11 по линии 4.
В колонне 11, которая представляет собой дистилляционную колонну, обогащенный этилбензолом жидкий поток нагревают в нижней части при нижней температуре 250°C и верхнем манометрическом давлении 0,5 бар (0,05 МПа). Обедненный этилбензолом жидкий поток выходит из нижней части колонны 11 и поступает в ребойлер (не показан на фиг.1). Газовый поток из указанного ребойлера рециркулирует в нижнюю часть колонны 11. Жидкий поток из указанного ребойлера охлаждается, проходя через теплообменник (не показан на фиг.1), и рециркулирует в колонну 10 через линию 2. Очищенный поток, включающий 1-метилнафталин (50 масс.%), 2-метилнафталин (30 масс.%), 2,7-диметилнафталин (14 масс.%) и 2-этилнафталин (6 масс.%), поступает в линию 2 через линию 5. Перед поступлением в верхнюю часть колонны 10 часть жидкого потока в линии 2 выводят как отбираемый поток через линию 6, чтобы предотвратить накопление высокомолекулярных примесей в указанном потоке жидкого абсорбента.
Кроме того, газовый поток, включающий EB, выходит из верхней части колонны 11 и поступает в конденсатор 12 через линию 7. Газовый поток из конденсатора 12 удаляют как отходящий газ через линию 8. Поток жидкого этилбензола из конденсатора 12 разделяют на первый поток, который рециркулирует в верхнюю часть колонны 11, и второй поток, который удаляют по линии 9.
Следующая таблица представляет скорость потока EB и скорость потока абсорбента (смесь 1-метилнафталина, 2-метилнафталина, 2,7-диметилнафталина и 2-этилнафталина) в потоках каждой из линий 1, 2, 3, 5, 6, 8 и 9.
Этилбензол (EB), г/ч
Абсорбент, г/ч
Поток в линии 1
4,354
0
Поток в линии 2 между выходом из колонны 11 и соединением с линией 5
88,4
89,657
Поток в линии 3
22,7
230
Поток в линии 5
0
300
Поток в линии 6
0
70
Поток в линии 8
12,7
<1
Поток в линии 9
4,319
<1
Из приведенной выше таблицы можно сделать вывод, что жидкий поток, включающий смесь нафталинов, представляет собой превосходный абсорбент для абсорбции EB из газового потока, включающего этилбензол (EB), кислород и азот. Из этилбензола, входящего в колонну 10 на фиг.1 через линию 1, 99,5 масс.% EB абсорбируется абсорбентом. Кроме того, из указанного введенного количества EB 99,2 масс.% EB в итоге выделяют через линию 9 после отделения абсорбента от EB в колонне 11.