Теоретические основы процесса дегидрирования

Реакция - эндотермическая и протекает с увеличением объема. Соответственно с повышением температуры и снижением парциального давления углеводорода увеличивается степень превращения этилбензола в стирол.

Для увеличения глубины превращения сырье разбавляют водяным паром, что эквивалентно снижению давления реагирующей смеси. Так, при 640С равновесная степень дегидрирования этилбензола в стирол в зависимости от разбавления водяным паром возрастает следующим образом:

Таблица 1. Конверсия этилбензола

(при разбавлении его водяным паром в мольном соотношении n: 1)

В промышленности используют разбавление водяным паром в соотношении пар: газ = (15-20): 1 и реакцию проводят при температуре 830-900 К.

Катализаторы. В качестве катализаторов дегидрирования применяют сложные композиции на основе оксидов цинка или железа. Раньше наиболее распространенным был катализатор стирол-контакт на основе ZnO следующего состава (вес. %):

Z_nO………….79, 5 C_aO…………. 5, 0

M_gO…………. 5, 5 K₂SO₄ ……… 2, 5

Al₂O₃………… 5, 0 K₂CrO₄............2, 5

В последнее время используют, главным образом, железооксидные катализаторы, содержащие 55−80 % Fe₂O₃, 2−28 % Cr₂O₃ , 15 − 35 % К₂СО₃ и некоторые оксидные добавки.

В нашей стране широкоиспользуется катализатор К −24 следующего состава (% мас.): Fе ₂О ₃ − 66-70; K₂CO₃ −19-20; Cr₂O₃ −7-8; ZnO ₂ − 2,4-3,0; K₂SiO ₃ − 2,0-2,6.

Значительное содержание К₂СO₃ в катализаторе обусловлено тем, что данное химическое соединение способствует дополнительнойсаморегенерации катализатора за счет конверсии углеродистых отложений водяным паром. Катализатор работает непрерывно в течение двух месяцев, после чего он подвергается регенерации, предусматривающей выжигание кокса воздухом. При этом общий срок работы катализатора составляет два года.

При дегидрировании этилбензола наряду со стиролом происходит образование ряда побочных продуктов. В частности, в соответствии со схемой химических превращений, приведенной ниже, в наибольших количествах получают бензол и толуол:

C₆H₅C₂H₅ → C₆H₅CH=CH₂ + H₂ (стирол)

C₆H₅C₂H₅ → C₆H₆ + C₂H₄ (бензол)

C₆H₅C₂H₅ → C₆H₅CH₃ + СH₄ (толуол)

C₆H₅C₂H₅ → C₆H₆ + C₂H₆ (бензол)

C₆H₅C₂H₅ → 7C + CH₄ + 3H₂

Поэтому в образующемся газе кроме водорода содержатся метан, этилен, этан и оксиды углерода (за счет конверсии кокса).

Таким образом, селективность дегидрирования этилбензола зависит от катализатора, температуры, степени разбавления водяным паром и конверсии этилбензола.