Processi basati sull’alchilazione

Il reagente è un composto aromatico ed in particolare il benzene.

Benzene-etilbenzene-stirene-polistirene

Benzene-cumene-fenolo-anilina

 

L’etilbenzene si produce esclusivamente per la sintesi dello stirene. Si produce etilbenzene per alchilazione dato che, a valle del processo di reforming, le quantità che si riescono ad ottenere non sono sufficienti per le richieste del mercato. I processi d alchilazione sono stati usati anche in passato per ottenere correnti idrocarburiche più ramificate da utilizzare come benzene. La loro introduzione risale ai primi anni del secolo quando l’industria del petrolio ha preso piede nel mondo.

I processi di alchilazione passano tutti per la formazione di un carbocatione intermedio fondamentale che porta ai composti alchilati. Per avere rese elevate da questi processi con una selettività verso gli isomeri ramificati bisogna utilizzare un catalizzatore acido come l’acido solforico o l’acido floridrico, tuttavia questi catalizzatori sono molto acidi e generano seri problemi poi di smaltimento nonché di gestione dell’impianto stesso. Nel tempo si è cercato di superare questi limiti scegliendo reazioni eterogenee catalizzate da solidi.

L’alchilazione del benzene ad etilbenzene rientra nella categoria delle alchilazioni di Friedel-Craft che utilizzano come catalizzatori il tricloruro di alluminio AlCl₃, una sostanza meno reattiva degl acidi forti sopracitati, sebbene presenti le stesse problematiche di questi ultimi e con il vantaggio di avere un’elevatissima selettività.

Questi sistemi sono però molto complessi già dal punto di vista dello stato del sistema: coesistono infatti una fase organica costituita dal benzene e lì’etilbenzene, una fase gassosa costituita dall’etilene, una fase, solitamente liquida o solida, costituita dal catalizzatore, più densa e pesante dell’organica con la quale non riesce a miscelarsi.

Inoltre, le reazioni di alchilazione sono tanto più favorite quanto più il reagente è alchilato, per cui, sarà facile che l’etilbenzene appena formato evolva a dietilbenzene e cosi via fino all’esaetilbenzene. Tuttavia, un aspetto favorevole risiede nel fatto che benzene ed etilbenzene a contatto in un sistema di reazione, per trans alchilazione tendono ad evolvere a etilbenzene.

Inoltre, per favorire la mono alchilazione, si può pensare di lavorare sfruttando il principio del reagente limitante, ossia si può pensare di lavorare con un eccesso di benzene. Si può anche sfruttare l’esotermicità delle reazioni e si può agire anche sulla pressione per modulare le conversioni in quanto le reazioni procedono con diminuzione del numero di moli.

L’eccesso di etilbenzene risulta utile sia per favorire la monoalchilazione che per favorire le reazioni di trans alchilazione ove di forma dietilbenzene. Al crescere del rapporto EB/B se da una parte si converte più benzene dall’altra si perde la selettività ad EB a favore della polialchilazione.

L’impianto si divide in tre sezioni. Nella sezione di reazione si alimentano etilene e benzene anidro. Il catalizzatore viene alimentato con una corrente di HCl. All’uscita del reattore principale ci sta quello di trans alchilazione. La seconda sezione riguarda il catalizzatore: si recuperano benzene, acido cloridrico e catalizzatore. La terza sezione è di purificazione: una prima colonna di distillazione recupera il benzene e lo ricicla nella prima sezione e la seconda recupera frazioni per la trans alchilazione.

Il processo Mobil-badger rappresentò una rivoluzione dal punto di vista delle condizioni di reazione: temperature elevate (circa 400 °C), catalizzatore acido e fase vapore. Per migliorare la resa del reattore si alimenta un eccesso di benzene, ciò porta ad un aumento dei volumi in gioco. Il costo è poi fortemente dipendente dalla sezione di separazione e quindi lavorare con un eccesso significa aumentarne i costi.

Tale processo in fase vapore, è più semplice del processo precedente. Esiste una colonna in cui si disidrata il benzene in modo meno spinto. La corrente in ingresso si preriscalda nel forno a temperature superiori ai 400 °C prima dell’ingresso al reattore (sono due per garantire la continuità della lavorazione). Poi vi sono i reattori catalitici con raffreddamento intermedio: la sezione di separazione è uguale a quella del processo in fase liquida. Il rapporto di alimentazione è più elevato (5:20), la temperatura è circa di 400 °C e la pressione è contenuta. Il processo ha una resa di almeno 99%. La Mobil a introdotto altri due processi che migliorano la resa e riducono la frequenza di rigenerazione del catalizzatore, che a differenza dei reagenti, non costa molto.