Обзор современных технологий производства этилбензола

Цели. Этилбензол (ЭБ) — важный промежуточный продукт для получения стирола. Для производства стирола используется бóльшая часть производимого в мире ЭБ. Меньшее его количество употребляется в качестве растворителя или для производства других химических веществ. Цель данной работы — провести обзор современных технологий производства ЭБ.

Результаты. Показано, что жидкофазный процесс получения ЭБ с использованием цеолитсодержащих катализаторов для алкилирования и трансалкилирования является наиболее перспективным подходом к производству ЭБ вследствие максимальной простоты и эффективности. Используемые цеолитсодержащие катализаторы по сравнению с жидкофазными катализаторами алкилирования, например, хлористым алюминием, отличаются высокой активностью, селективностью, стабильностью, устойчивостью к примесям; кроме того, они некоррозионноактивны, экологичны, регенерируемы, характеризуются высоким межрегенерационным пробегом. Более половины производимого ЭБ в мире получают по технологии EBMax с использованием катализатора на основе цеолита семейства MWW (МСМ-22). Технология позволяет использовать низкое соотношение бензола к этилену (от 2.5 до 4), что снижает скорость циркуляции бензола, повышает эффективность и снижает пропускную способность колонны для извлечения бензола. Основная часть современных исследований в области технологии алкилирования бензола этиленом в ЭБ связана с созданием и использованием цеолитсодержащих катализаторов, представляющих собой твердые пористые системы, содержащие активный компонент и связующее вещество. Активным компонентом служат цеолиты USY, Beta, морденит, ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-48, МСМ-22, МСМ-49. Предпочтительные катализаторы алкилирования включают цеолит Beta или цеолит семейства MCM-22. Связующими веществами являются оксид алюминия Al2O3, диоксид кремния SiO2 или аморфный алюмосиликат. Современные исследования также посвящены способам создания цеолитных материалов, имеющих увеличенную площадь мезопористой поверхности, путем различных обработок исходного цеолитного предшественника, включающих комбинации кислотной обработки, обработки поверхностно-активными веществами с последующей обработкой щелочным раствором. Приведены современные разработки в области создания новых российских катализаторов алкилирования и трансалкилирования для получения ЭБ.

Выводы. Производство ЭБ и дальнейшее развитие технологии получения катализаторов для его производства имеют важное значение в России и большой потенциал. Преимуществом обладает технология жидкофазного алкилирования в присутствии современных высокоактивных цеолитсодержащих катализаторов. 

1. Degnan Th.F.Jr., Smith C.M., Venkat Ch.R. Alkylation of aromatics with ethylene and propylene: recent developments in commercial processes. Appl. Cat. A: Gen. 2001;221(1-2): 283–294. http://doi.org/10.1016/S0926-860X(01)00807-9

2. Павлов М.Л., Басимова Р.А., Алябьев А.С. Алкилирование бензола этиленом на отечественном цеолитсодержащем катализаторе. Нефтегазовое дело. 2012;2: 470–478.

3. Ивашкина Е.Н., Кошкин С.А., Хлебникова Е.С. Моделирование работы промышленных установок получения этилбензола. Neftegaz RU. 2019;9:82–87.

4. Косарева А.Е, Куракин М.Е., Травкин М.Е. Современное состояние и перспективы развития процессов получения этилбензола. Обзор рынка и современное состояние процессов получения этилбензола. Вестник молодого ученого УГНТУ. 2024;2:99–106.

5. Попов С.В., Крымкин Н.Ю., Хабибрахманова О.В., Папуловских Е.Н. Реконструкция аппаратурного оформления производства изопропилбензола с целью выпуска этилбензола. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2021;83(2): 184–190. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-2-184-190

6. ПавловМ.Л., БасимоваР.А., АлябьевА.С., ХабибуллинА.М., Глотов А.П., Зиннуров Р.Р. Производство этилбензола в ООО Газпром Нефтехим Салават. Нефтепереработка и нефтехимия. 2023;7-8:28–33.

7. Павлов М.Л., Басимова Р.А., Алябьев А.С. Способ получения катализатора и способ алкилирования бензола этиленом с его использованием: пат. 2755892C1 РФ. Заявка №2020138987; заявл. 27.11.2020; опубл. 22.09.2021. Бюл. № 27.

8. Пономарева О.А., Князева Е.Е., Шкуропатов А.В., Иванова И.И., Герзелиев И.М., Хаджиев С.Н. Синтез и каталитические свойства цеолитов со структурой MWW в процессах нефтехимии (обзор). Нефтехимия. 2017;57(6):769–772.

9. ШавалеевД.А., ПавловМ.Л., БасимоваР.А., СадовниковА.А., Судьин В.В., Смирнова Е.М., Демихова Н.Р. Синтез модифицированного катализатора для процесса жидкофазного алкилирования бензола этиленом. Нефтехимия. 2020;60(5): 686–692. https://doi.org/10.31857/S0028242120050184

10. Павлов М.Л., Басимова Р.А., Шавалеев Д.А., Эрштейн А.С. Разработка катализатора и процесса жидкофазного алкилирования бензола этиленом и этан-этиленовой фракцией пиролиза углеводородов. Нефтехимия. 2019;59(4): 417–422. https://doi.org/10.1134/S0028242119040129

11. Рогов М.Н., Рахимов Х.Х., Ишмияров М.Х., Мячин С.И. Способ приготовления цеолитсодержащего катализатора алкилирования бензола этиленом: пат. 2265482 РФ. Заявка № 2004114845/04; заявл. 13.05.2004; опубл. 10.129.2005. Бюл. № 347.

12. Senderov E., Qureshi M.I. Introduction of Mesoporosity into Zeolite Materials with Sequential Acid, Surfactant, and Base Treatment: USA Pat. 9376324 US; Patent Publication Number 2013/0183231 А1. Publ. 18.07.2013.

13. Peters A.W., Knaeble W.J., Burton A.W., Johnson I.D., Oliveri C.G., Britto R.J. Production of Alkylaromatic Compounds: USA Pat. 11820723 US. Publ. 30.11.2023.

14. ХаджиевС.Н., ПавловМ.Л., БасимоваР.А., ГерзелиевИ.М., Алябьев А.С., Кутепов Б.И. Катализатор, способ его получения и способ трансалкилирования бензола диэтилбензолами с его использованием: пат. 2478429 C1 РФ. Заявка № 2011131506/04; заявл. 28.07.2011; опубл. 10.04.2013. Бюл. № 10.

15. Шавалеев Д.А., Павлов М.Л., Басимова Р.А., Шавалеева Н.Н., Эрштейн А.С., Травкина О.С., Кутепов Б.И. Способ получения катализатора и способ трансалкилирования бензола диэтилбензолами с его использованием: пат. 2553256C1 РФ. Заявка №2014113800/04; заявл. 08.04.2014; опубл. 10.06.2015. Бюл. № 16.

16. Woodle G.B., Cepla A. Ethylbenzene Process Using Stacked Reactor Loading of Beta and Y Zeolites: USA Pat. 5998687. Publ. 12.07.1999.

17. Lui G., Sundararaman R., Cao J. Ethylbenzene plant debottleneck with a high-activity transalkylation catalyst. Hydrocarbon Processing. 2021;6:51–54.

18. Павлов М.Л., Басимова Р.А., Алябьев А.С. Катализатор, способ его получения и способ трансалкилирования бензола диэтилбензолами с его использованием: пат. 2751336 С1 РФ. Заявка № 2020132683; заявл. 02.10.2020; опубл. 13.07.2021. Бюл. № 20.

19. Degnan T.F., Smith C.M., Venkat C.R. Alkylation of aromatics with ethylene and propylene: recent developments in commercial processes. Appl. Catal. A: Gen. 2001;221(1-2): 283–294. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(01)00807-9

20. Басимова Р.А., Павлов М.Л., Прокопенко А.В., МячинС.И., Каюмов В.В., Мусин А.Р., Козлова М.Ю., Кутепов Б.И. Основные этапы развития и современное состояние процесса получения этилбензола. Нефтепереработка и нефтехимия. 2009;2:24–28.

21. Lee S. Encyclopedia of Chemical Processing. CRC Press; 2006. 3640 р.

22. Abrams M.L., Jeroro E., Moscoso J.G. Process for Making Modified Small-Crystal Mordenite, Transalkilation Process Using Same, and Modified Small-Crystal Mordenite: USA Pat. 11529615 B2. Publ. 20.12.2022.

23. Abrams M.L., Jeroro E., Moscoso J.G., Jan D.-Y., Cox P. Process for Making Modified Small-Crystal Mordenite, Transalkilation Process Using Same, and Modified Small-Crystal Mordenite. USA Pat. 2021/0187486 A1. Publ. 24.06.2021.

24. Jeroro E., Jan D.-Y., Cox P., Moscoso J.G. USM-54 and Transalkylation Process Using Same: Pat. 2021/141870 A1 WO. Publ. 15.07.2021.

25. Yang W., Wang Z., Sun H., Zhang B. Advances in development and industrial applications of ethylbenzene processes. Chinese J. Catal. 2016;37(1):16–26. https://doi.org/10.1016/S1872-2067(15)60965-2

26. Meyers R. Handbook of Petrochemicals Production Processes. 2nd Ed. McGraw Hill.; 2018. 640 p.

27. Weitkamp J., Pupple L. Catalysis and Zeolites: Fundamentals and Applications. Springer Science & Business Media; 1999. 564 p.

28. Girotti G., Cappeliazzo O. Catalytic Composition and Process for the Alkylation or Transalkylation of Aromatic Compounds: USA Pat. 6084143. Publ. 04.07.2000.