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Synthese von Ethylbenzol durch Flüssigphasen-Alkylierung

Der Monsanto-Prozess

Eine neuere Variante der Benzol-Ethylierung in Gegenwart von AlCl3 wurde von Monsanto-Lummus entwickelt.

Abb.1

Der Monsanto-Prozess hat gegenüber dem konventionellen AlCl3-Prozess verschiedene Vorteile. Der wichtigste Effekt ist die signifikante Reduzierung des benötigten AlCl3-Katalysators. Im herkömmlichen Flüssigphasenprozess stellt der suspendierte Katalysator eine gesonderte Phase dar. Laut Monsanto wird durch eine solche gesonderte Katalysatorphase das Erreichen von maximalen Reaktorausbeuten verhindert. Eine gesonderte Phase des Katalysatorkomplexes kann umgangen werden, wenn die für die Reaktion benötigte AlCl3-Konzentration bis auf die Löslichkeitsgrenze reduziert wird. Dies gelingt durch eine Temperatursteigerung gegenüber dem konventionellen Prozess und durch die sorgfältige Kontrolle des Zusatzes von Ethylen. Die Alkylierung erfolgt somit in einer einzigen homogenen flüssigen Phase, anstatt wie im herkömmlichen Prozess in zwei flüssigen Phasen. Die Abtrennung des Katalysatorkomplexes nach der Reaktion mittels eines Abscheiders entfällt.

Alkylierung

In den Alkylierungsreaktor (a) werden trockenes Benzol, Ethylen und der Katalysator eingespeist. Die Alkylierung wird für gewöhnlich bei 160-180 °C und 3-10 bar durchgeführt. Die gegenüber dem herkömmlichen Prozess erhöhte Betriebstemperatur steigert die Katalysatoraktivität und hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Reaktionswärme zur Dampferzeugung genutzt werden kann. Während im konventionellen Prozess Alkylierung und Umalkylierung in einem Reaktor durchgeführt werden, erfolgt die Umalkylierung der Polyethylbenzole im Monsanto-Prozess in einem separaten Umalkylierungsreaktor ebenfalls mit gelöstem AlCl3-Komplex. Das aus dem Alkylierungsreaktor austretende Produktgemisch wird, mit recyceltem Polyethylbenzol vermischt, in den Umalkylierungsreaktor (c) eingespeist.

Aufarbeitung des Reaktionsgemisches

Nach der Transalkylierung werden die Reaktionsprodukte gewaschen und neutralisiert, um verbliebenen AlCl3-Katalysator zu entfernen. Der Katalysator ist dann in der wässrigen Lösung. In neueren Anlagen wurde die Wäsche der Reaktionsprodukte zur Entfernung des Katalysators und die anschließende Neutralisation durch eine wasserfreie Behandlung des Alkylierungsgemisches mit gasförmigem Ammoniak ersetzt (g).

Trennung der Reaktionprodukte

Abb.2

Die katalysatorfreie organische Phase wird dann wie beim konventionellen Prozess in drei Destillationskolonnen gereinigt. Das nicht umgesetzte Benzol wird in der ersten Kolonne (a) als Kopfprodukt abgezogen. In der zweiten Kolonne (c) wird das Ethylbenzol von den schwereren polyalkylierten Komponenten getrennt. Die Sumpfprodukte dieser zweiten Kolonne werden in die letzte Kolonne (d) eingespeist, wo die wiederverwendbaren Polyalkylbenzole von den nicht mehr verwendbaren hochmolekularen Komponenten abgetrennt werden. Die Polyethylbenzole werden zur Umalkylierung in den Reaktor zurückgeführt. Das Reaktionsgemisch der Alkylierung darf nur geringe Mengen Wasser enthalten, da Wasser nicht nur die Korrosion steigert, sondern vor allem die Katalysatoraktivität herabsetzt. Das recycelte und das frische Benzol müssen deshalb vor der Einspeisung in den Reaktor getrocknet werden. Diese Benzolentwässerung wird in einer separaten Kolonne (b) durchgeführt.

Interaktives Fließschema der Produktionsanlage

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