Способ получения бензола

Изобретение относится к способу получения бензола из ацетилена в присутствии твердой фазы, характеризующемуся тем, что бензол получают полимеризацией в механохимическом реакторе с мелющими шарами при температуре охлаждающей жидкости 15-20°С в течение 20-40 мин в присутствии кристаллического кварца. Применение данного способа позволяет увеличить степень превращения ацетилена в бензол и снизить температуру процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам получения бензола.

Известен способ получения бензола путем превращения неароматических органических соединений, их контактированием при 200-1500°С с углеродистым материалом типа алмаза [Murata Kazuhisa, Ushijima Hirobumi. Aromatization process. Пат. 55337022 США, МПК⁶ С07С 13/00, С07С 3/367. Agency of Industrial Science And Technology. №323810; Заявл. 17.9.96; Приор. 7.12.93, №3-340174 (Япония); НПК 383/407].

Известен способ получения бензола из метана или природного газа. Условия процесса: 630-700°С, атмосферное давление, объемная скорость подачи сырья 1200-1600 ч^-1, катализатор состава, мас.%: никель 0,3-1,0; рений 0,15-0,5; оксид алюминия остальное. Катализатор предварительно обрабатывают воздухом при 700°С 3 ч, затем продувают воздухом 0,25 ч и после сушки пропускают метан или природный газ [Авторское свидетельство СССР №1811153, кл. С07С 15/04, C07C 2/00, 1996]. Недостатком этого метода является сложность технологии, высокая температура процесса.

Известен способ переработки углеводородных газов и жидких углеводородов - в реакторе-активаторе в присутствии частиц твердой фазы. Процесс ведут в течение 5-30 минут с последующей выдержкой до 60 минут продуктов реакции в реакторе после прекращения механообработки и выключения реактора-активатора. Твердую фазу добавляют в количестве до трети объема реактора-активатора, при этом в качестве твердой фазы используют частицы непористого минерального материала (кварца, кварцевого стекла), или силикагеля, или оксида алюминия, или железных стружек [Патент РФ, №2256690, кл. 7 C10G 15/00, C10L 3/10, 2005 г.].

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения бензола при нагревании ацетилена до ˜900°С над активированным углем [Краткая химическая энциклопедия, Т.1, с.412, Москва, 1961 г.].

Недостатком этого способа является низкая конверсия ацетилена в бензол и высокая температура проведения процесса.

Задачей предлагаемого способа является увеличение степени превращения ацетилена в бензол и снижение температуры процесса.

Технический результат заключается в том, бензол получают из ацетилена полимеризацией в механохимическом реакторе с мелющими шарами при температуре охлаждающей жидкости 15-20°С в течение 20-40 мин в присутствии кристаллического кварца.

В герметично закрываемый реактор планетарной мельницы помещают мелющие стальные шары, кристаллический кварц (размер частиц 2-4 мм), закачивают ацетилен (предварительно удалив воздух) и смесь обрабатывают в течение 5-40 минут. Процесс протекает при температуре охлаждающей жидкости 15-20°С, температура поддерживается за счет внешнего охлаждения и сопровождается превращением ацетилена в бензол. Селективность по бензолу достигает 80%.

Процесс полимеризации ацетилена проводят в механохимическом реакторе лабораторной центробежно-планетарной шаровой мельницы типа АГО-2. Ацетилен вводят в герметичный предварительно вакуумированный, охлаждаемый проточной водой реактор. Внутренний объем реактора (80 см³) заполнен мелющими шарами диаметром 8 мм (суммарная масса шаров 120 грамм) и частицами кристаллического кварца (размер частиц 2-4 мм). Масса кварца 10-20 грамм. Корпус реактора и мелющие шары изготовлены из закаленной стали. Давление в реакторе после заполнения ацетиленом составляло 0,1 МПа. Частота вращения реактора в переносном движении 1290 об/мин. Механическую активацию системы проводили в течение 5, 10, 15, 20, 30 или 40 мин при комнатной температуре.

Ацетилен и углеводороды анализировали газохроматографическими методами, используя детектор по теплопроводности. Углеводороды C₁-C₆ разделяли с помощью газожидкостной хроматографии в колонке, заполненной сферохромом; стационарная жидкая фаза - триэтиленгликольбутират. Неуглеводородные компоненты газов определяли газоадсорбционным методом в колонке, заполненной цеолитом СаА в качестве адсорбента. Газом-носителем во всех случаях служил аргон. Бензол определяли на газожидкостном хроматографе "Кристалл-2000М" с пламенно-ионизационным детектором на капиллярной кварцевой колонке (25 м) с фазой SE-54, газ-носитель - гелий.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Ацетилен подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 5 минут в описанных выше условиях. Количество кварца - 10 грамм.

Кроме ацетилена и бензола в газе после механической обработки присутствуют водород, метан, этан и окислы углерода в количестве 15% об.

Полученная газовая смесь содержит: ацетилена - 84% об., бензола 1% об.

Пример 2. Ацетилен подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 10 минут в описанных выше условиях. Количество кварца - 10 грамм.

Полученная газовая смесь содержит: ацетилена - 71% об., бензола 5% об.

Пример 3. Ацетилен подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 15 минут в описанных выше условиях. Количество кварца - 10 грамм.

Полученная газовая смесь содержит: ацетилена - 52% об., бензола 15% об.

Пример 4. Ацетилен подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 20 минут в описанных выше условиях. Количество кварца - 10 грамм.

Полученная газовая смесь содержит: ацетилена - 25% об., бензола 62% об.

Пример 5. Ацетилен подвергают механической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 30 минут в описанных выше условиях. Количество кварца - 10 грамм.

Полученная газовая смесь содержит: ацетилена - 16% об., бензола 80%.

Пример 6. Ацетилен подвергают механической обработке как в примере 5, но вводили в реактор 20 грамм кварца.

Полученная газовая смесь содержит: ацетилена - 0% об., бензола 84%.

Пример 7. Ацетилен подвергают механической обработке, как в примере 6, но вводили в реактор 20 грамм кварца. Время обработки 40 мин.

Полученная газовая смесь содержит: ацетилена - 0% об., бензола 82%.

Пример по прототипу.

Ацетилен пропускают над активированным углем при температуре 20°С. Бензол при таких условиях не образуется.

Полученные результаты в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Таким образом предлагаемый способ позволяет получать бензол из ацетилена в мягких условиях с большим выходом.

Таблица.
Параметры процесса	По предлагаемому способу	По прототипу
Температура, °С	20	20	20	15	20	15	20	20
Время обработки, мин	5	10	15	20	30	30	40
Количество кварца, г	10	10	10	10	10	20	20
Остаточный ацетилен, % об.	84	71	52	25	16	0	0	100
Выход бензола, % об.	1	5	15	62	80	84	82	0

1. Способ получения бензола из ацетилена в присутствии твердой фазы, отличающийся тем, что бензол получают полимеризацией в механохимическом реакторе с мелющими шарами при температуре охлаждающей жидкости 15-20°С в течение 20-40 мин в присутствии кристаллического кварца.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют кварц с размером частиц 2-4 мм.