El benceno es una materia prima química, entonces, ¿cómo producir benceno? ¿Qué tipo de reacción ocurrió?
Extracto de alquitrán de hulla
El alquitrán ligero producido durante el proceso de coquización del carbón contiene una gran cantidad de benceno. Así se produjo originalmente el benceno. El alquitrán de hulla y el gas de hulla generados pasan juntos a través del equipo de lavado y absorción. El alquitrán de hulla de alto punto de ebullición se utiliza como agente de lavado y absorción para recuperar el alquitrán de hulla en el gas de hulla después de la destilación, el benceno crudo y otros gases de alto punto de ebullición. se obtienen fracciones. El benceno crudo se puede refinar para obtener benceno de calidad industrial. El benceno obtenido por este método tiene baja pureza, grave contaminación ambiental y tecnología atrasada.
Extracción del petróleo
El petróleo crudo contiene una pequeña cantidad de benceno, y la extracción de benceno a partir de productos derivados del petróleo es el método de preparación más utilizado. El reformado por aromatización de alcanos se refiere aquí al proceso de ciclación y deshidrogenación de hidrocarburos alifáticos para producir hidrocarburos aromáticos. Este fue un proceso que se desarrolló durante la Segunda Guerra Mundial. Varios hidrocarburos alifáticos con puntos de ebullición entre 60 y 200°C se convierten en benceno y otros hidrocarburos aromáticos mediante deshidrogenación y ciclación utilizando un catalizador de platino-renio a 500-525°C y 8-50 atmósferas. Después de extraer los productos aromáticos de la mezcla, el benceno se puede separar por destilación. Estas fracciones también pueden utilizarse como gasolina de alto octanaje. Craqueo con vapor El craqueo con vapor es un proceso para producir olefinas a partir de alcanos de bajo peso molecular como etano, propano o butano y componentes del petróleo como nafta y gasóleo pesado. Uno de sus subproductos, la gasolina de pirólisis, es rico en benceno y puede fraccionarse en componentes como el benceno. La gasolina craqueada también se puede mezclar con otros hidrocarburos como aditivo para la gasolina. El contenido de benceno en la gasolina de pirólisis es aproximadamente del 40 al 60% y también contiene otros componentes insaturados como dienos y estireno. Estas impurezas tienden a reaccionar aún más para formar coloides poliméricos durante el almacenamiento. Por lo tanto, es necesario eliminar primero estas impurezas y sulfuros de la gasolina craqueada mediante hidrotratamiento y luego realizar una separación adecuada para obtener el producto benceno.
Separación de hidrocarburos aromáticos
Los componentes de las fracciones que contienen benceno obtenidos mediante diferentes métodos son muy complejos y es difícil lograr una separación eficaz utilizando métodos de separación ordinarios. Los hidrocarburos aromáticos generalmente se separan mediante extracción líquido-líquido con disolvente o destilación extractiva, y luego el benceno, el tolueno y el xileno se separan mediante métodos de separación ordinarios. Existen muchos métodos de separación dependiendo de los diferentes disolventes y técnicas utilizadas. Método Udex: desarrollado conjuntamente por National Road Chemical Company y UOP Company en 1950. Inicialmente, se utilizó éter de dietilenglicol como disolvente y luego se mejoró a éter de trietilenglicol y éter de tetraetilenglicol como disolvente. En este proceso se utiliza un extractor ascendente de varias etapas. El rendimiento de benceno es del 100%. Método Suifolane: desarrollado por la empresa holandesa Shell y patentado por la UOP. El disolvente es sulfolano, se extrae con una torre de extracción giratoria y el producto debe tratarse con arcilla. El rendimiento de benceno es del 99,9%. Método Arosolvan: desarrollado por la empresa alemana Lurgi en 1962. El disolvente es N-metilpirrolidona (NMP). Para mejorar el rendimiento, a veces se añade 10-20% de éter de glicol. Utilizando un extractor mecánico especialmente diseñado, el rendimiento de benceno es del 99,9%. Método IFP: desarrollado por el Instituto Francés de Química del Petróleo en 1967. Utilice dimetilsulfóxido anhidro (DMSO) como disolvente y butano como agente decapado y realice la extracción en una torre de discos giratorios. El rendimiento de benceno es del 99,9%. Método Formex: Desarrollado en 1971 por la empresa italiana SNAM y el Departamento de Procesamiento de Petróleo de LRSR. Utilice morfolina o N-formilmorfolina como disolvente y utilice una torre de disco giratorio. El rendimiento total de hidrocarburos aromáticos es del 98,8%, del cual el rendimiento de benceno es del 100%. Los hidrocarburos que contienen uno o más anillos de benceno en la molécula son hidrocarburos aromáticos.
Desalquilación de tolueno
La desalquilación de tolueno se puede utilizar para la hidrogenación catalítica sin catalizador o la desalquilación térmica para producir benceno. La materia prima puede ser tolueno, su mezcla con xilenos o fracciones que contienen benceno y otros hidrocarburos alquilaromáticos y no aromáticos. La hidrodesalquilación catalítica de tolueno utiliza óxidos de cromo, molibdeno u platino como catalizadores. En condiciones de alta temperatura de 500-600 ℃ y presión de 40-60 atmósferas, el tolueno se puede mezclar con hidrógeno para generar benceno. Este proceso se llama hidrodesalquilación. Si la temperatura es más alta, se puede prescindir del catalizador.
La reacción transcurre según la siguiente ecuación: pH-CH3+H2——→PHH+CH4. Existen muchos métodos técnicos, incluido el método Hydeal y Ashi & Refing desarrollado en 1961 por la UOP. Las materias primas pueden ser petróleo reformado, gasolina hidrocraqueada, tolueno, aromáticos mixtos C6-C8, alquitrán de hulla desalquilado, etc. El catalizador es óxido de alúmina-cromo, la temperatura de reacción es de 600-650 °C, la presión es de 3,43-3,92 MPa, el rendimiento teórico de benceno es del 98 %, la pureza puede alcanzar más del 99,98 % y la calidad es mejor que El método Udex. Método Detol desarrollado por Houdry Company. Se utilizan alúmina y magnesio como catalizadores, la temperatura de reacción es de 540-650 °C, la presión de reacción es de 0,69-5,4 MPa y las materias primas son principalmente aromáticos C7-C9. El rendimiento teórico de benceno es del 97% y la pureza puede alcanzar el 99,97%. Método Pyrotol, desarrollado por Air Products and Chemicals y Houdry Corporation. Es adecuado para producir benceno a partir de gasolina craqueada como subproducto de etileno. El catalizador es óxido de alúmina-cromo, la temperatura de reacción es de 600 a 650 °C y la presión es de 0,49 a 5,4 MPa. Método Bextol, desarrollado por Shell Company. Método BASF, desarrollado por BASF AG. Método Unidak, desarrollado por la UOP. Desalquilación térmica de tolueno El tolueno se puede desalquilar a benceno sin catalizador bajo una corriente de hidrógeno a alta temperatura. La reacción es exotérmica y se han desarrollado una variedad de procesos para los diferentes problemas encontrados. El proceso de hidrodesalquilación del MHC fue desarrollado en 1967 por Mitsubishi Petrochemical Company y Chiyoda Construction Company. Las materias primas pueden ser alquilbenceno puro, como tolueno, así como fracciones de hidrocarburos aromáticos que contengan menos del 30% de hidrocarburos no aromáticos. La temperatura de funcionamiento es de 500 a 800 °C, la presión de funcionamiento es de 0,98 MPa y la relación de hidrógeno a hidrocarburo es de 1 a 10. La selectividad del proceso es del 97-99% (molar) y la pureza del producto es del 99,99%. El proceso de hidrodesalquilación de HDA fue desarrollado en 1962 por American Hydrocarbon Research Corporation y Atlantic Richfield Corporation. Las materias primas son tolueno, xileno, gasolina hidrocraqueada y aceite reformado. Controle la temperatura de reacción desde diferentes partes del reactor, como el hidrógeno, la temperatura de reacción es 600-760 °C, la presión es 3,43-6,85 MPa, la relación hidrógeno-hidrocarburo es 1-5 y el tiempo de residencia es 5-30 segundos. La selectividad es del 95% y el rendimiento es del 96-100%. Proceso Sun, proceso THD desarrollado por Sun Petroleum Company, proceso Monsanto desarrollado por Gulf Research and Development Corporation y Monsanto Company.
Desproporción y transalquilación de tolueno
Con el aumento del consumo de xileno, a finales de la década de 1960 se desarrolló la tecnología de desproporción y transalquilación de tolueno, que podía aumentar simultáneamente la producción de xileno. (Ver la figura a continuación para ver las reacciones principales) Alquilación
Esta reacción es reversible y tiene diferentes procesos dependiendo del catalizador, las condiciones del proceso y las materias primas utilizadas. ①①El proceso de desproporción de tolueno en fase líquida de LTD fue desarrollado por Mobil Chemical Company en los Estados Unidos en 1971. Utiliza zeolita no metálica o catalizadores de tamiz molecular, la temperatura de reacción es de 260-315 °C, el reactor utiliza un catalizador adiabático fijo en fase líquida. lecho, la materia prima es tolueno y la tasa de conversión es superior al 99% ②②El proceso Tatoray fue desarrollado por Toray Corporation y UOP Corporation de Japón en 1969. Utilizando tolueno e hidrocarburos aromáticos C9 mixtos como materias primas, mordenita como catalizador, temperatura de reacción 350-530 °C, presión 2,94 MPa, relación hidrógeno-hidrocarburo 5-12, utilizando un reactor adiabático de lecho fijo, la conversión de un solo paso la tasa es superior al 40% y el rendimiento es del 95% o más, la selectividad es del 90% y el producto es una mezcla de benceno y xileno. Proceso de plasma de xileno: desarrollado por Atlantic Richfield Company y Engelhard Company en Estados Unidos. Se utiliza un tamiz molecular tipo Y de tierras raras como catalizador y el reactor es un lecho móvil en fase gaseosa. La temperatura de reacción es 471-491°C y la presión es normal. (3) ③ El proceso avanzado desarrollado por Mitsubishi Gas Chemical Company de Japón en 1968, catalizador de ácido fluorhídrico y fluoruro de boro, temperatura de reacción de 60 a 120 °C, fase líquida de baja presión. Es corrosivo.
Otros métodos
Además, el benceno también se puede obtener trimerizando acetileno, pero el rendimiento es muy bajo.