CN107522591A - 一种二甲苯分离工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从碳八芳烃中分离制备高纯度间二甲苯的工艺。其中使用一种特别适用于该工艺的撞击流反应器作为萃取设备，不仅能够强化撞击流的撞击效果，使反应器的微观混合效果大大增强；混合的时间大大缩短，提高了萃取效率；强化了撞击区外的混合，避免了死区的存在；使得萃取反应在反应器空间各位置的同步性提高，有助于提高产品纯度和质量。本发明方法降低了设备投资，保证了设备的长周期运行，具有良好的经济效益。

Description

一种二甲苯分离工艺

技术领域

本发明属于芳烃二甲苯分离技术领域，尤其涉及一种采用高效撞击流反应器从碳八芳烃分离制取高纯度间二甲苯的方法。

背景技术

目前从甲苯歧化装置分离得到的混合二甲苯，以及从重整汽油、裂解汽油和煤焦油得到的碳八芳烃，都含有四种同分异构体，即邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯和乙苯。这些来源的碳八芳烃中，以间二甲苯含量最多。由于四种碳八芳烃沸点非常接近，尤其是对二甲苯和间二甲苯沸点最为接近，采用常规精馏技术无法经济的获得高纯度的对二甲苯和间二甲苯产品。目前工业上采用成熟的吸附分离工艺获得高纯度的对二甲苯，研究表明采用络合萃取技术分离获得高纯的间二甲苯是一种有效的分离方法。

对于络合萃取分离过程，液液两相间高效快速的混合接触是影响分离效果和分离效率的最重要的因素。撞击流是实现快速混合的一种十分有效的方法。它利用两股高速流体相向撞击，在反应器中形成一个高度湍动的撞击区，能够有效降低传递过程中的外部阻力，促进混合，强化传质传热。撞击流反应器已经广泛用于萃取、混合、吸收、结晶等化工过程。近年来将高效撞击流反应应用于反应萃取过程已经成为研究的热点，撞击流反应器用于萃取分离过程的优势在于充分利用其混合效果好的特点大大降低设备体积，可大幅度的提高生产效率和处理能力。开发高效的适用于络合萃取工艺分离获得高纯度的间二甲苯的撞击流反应器是提高对二甲苯生产技术水平的有效手段。

20世纪90年代以来，撞击流领域的研究明显转向以液体连续相撞击流（Liquid-continuous Impinging Streams，LIS）为重点。专利CN 100364656C在反应器壳体中设置两个正对的导流筒，液体通过泵的驱动作用分别流经两侧导流筒后，在中心处发生相向撞击。这种反应器虽然结构简单，但是只注重了两端导流筒流体的撞击效果，未考虑液体撞击后在反应器中的流动状况，容易造成反应器两侧存在死区，这使得反应器总体混合效果下降，空间不能得到有效利用。

专利CN 102989404 A在导流筒中设置螺旋桨，利用两螺旋桨的驱动作用使得反应器中液体在中心处发生撞击，同时利用导流筒和导流片的作用，解决了撞击区外的混合的问题。但螺旋桨需要动力驱动，因此需要外设电机，增加了反应器的整体造价；另外，安装螺旋桨的电机轴在反应器壁上需要安装轴封结构，长期运转易造成损坏，影响反应器的长周期运行。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种从碳八芳烃中分离制备高纯度间二甲苯的工艺与设备，具有能耗低，生产效率高，设备体积小的特点。

本发明提供了一种从碳八芳烃中分离制备高纯度间二甲苯的工艺，包括以下内容：以碳八芳烃为原料，采用撞击流反应器作为络合反应萃取设备，将芳烃原料与萃取剂通过输送设备分别通入撞击流反应器进行络合萃取反应，反应产物排出撞击流反应器后进行液液分层，富含间二甲苯的萃取相通过常规分离即可获得高纯度的间二甲苯产品。

其中，所述的常规分离通常包括精馏分离等操作。常规分离所得到的萃取剂可以循环使用，所得萃余相直接可进入下一工序。

本发明中，所述的萃取剂为HF和BF₃的混合水溶液，其中氟化氢质量浓度优选为10%～40%，BF₃的质量浓度优选为10%～40%。

本发明中，络合反应萃取的温度一般为0℃～10℃，优选为0℃～5℃。

本发明中，系统操作压力范围一般为0.5～2 MPa，优选压力为1～1.5 MPa。

本发明中，所述的用于间二甲苯络合反应萃取过程的撞击流反应器采用如下技术方案：

一种撞击流液相反应器，其包括反应器壳体，在反应器壳体内沿水平方向设置两个正对的导流筒，每个所述的导流筒均包括内筒和外筒，在外筒靠近碰撞面的一端固定连接有自旋叶轮；所述的自旋叶轮为一体式结构，其包括罩筒、环板、叶片和中心板四个部分；罩筒和环板相连，两者用于导流液体，环板与外筒相连；叶片固定于环板上，与导流筒轴向成夹角。

所述的撞击流反应器，在靠近反应器两端的位置设置有一对螺旋桨。所述的螺旋桨分成两个部分：靠近外筒的部分，又称垂直部分；远离外筒的部分，又称弯曲部分。垂直部分与外筒垂直，用于驱动水流沿轴向流动；弯曲部分与垂线方向有一定夹角，驱动水流向斜上方流动，以便与来自第一撞击面的水流形成二次撞击；螺旋桨可对反应器两侧产生扰动，避免死区的形成。所述螺旋桨通过固定轴承与外筒连接。螺旋桨的桨叶（桨片）为向前弯曲结构，倾斜角为15°～60°，可朝前弯方向转动也可向后转动，螺旋桨叶片设计成向液体流入侧弯曲的结构，其倾斜角为5°～60°。

本发明的方法中，所述撞击流反应器的壳体的顶部与底部空间内还设置有分配筒，用来对反应器内的液体进行分配和导流。所述分配筒的两端、中间以及撞击面对应处均开孔。液体可以由撞击面处开孔进入分配筒，而由分配筒两端以及中间的开孔流出，从而实现液体在反应器的导流和分配。

本发明的方法中，所述撞击流反应器可以为立式或卧式。反应器的形状一般可以为圆筒形、方形或管型，优选圆筒形。所述反应器左侧与右侧为对称结构。

本发明的方法中，所述撞击流反应器的反应器壳体上设有进料口和卸料口。出料口优选位于撞击平面正下方位置。可以只在中间设立出料口，或者在三个撞击面下方均设立出料口。

本发明的方法中，所述的撞击流反应器中，所述导流筒分布于反应器两侧呈横向对称分布，或分布于上下两端呈纵向对称分布，并处于中央位置。如选择卧式反应器壳体，导流筒宜与反应器的轴线重合。

所述的导流筒中，所述的自旋叶轮和外筒为固定连接。如自旋叶轮可以通过螺纹连接、卡扣联接、法兰连接或其他的固定连接方式固定在外筒上。其中外筒的直径一般约为反应器或撞击面直径的1/10～2/3，优选1/4～1/2。外筒与自旋叶轮直径的比例一般为1/5～1/1，优选1/3～1/1。所述的两个自旋叶轮实际运转时，可设计成同向或异向转动。

进一步，所述的自旋叶轮与外筒构成一体式结构。外筒通过旋转轴承与内筒连接。

本发明的方法中，进一步，所述的撞击流反应器中，分配筒（包括上分配筒，下分配筒）在撞击面处开孔方向与液体流动方向相同，设计为水平方向开孔，中间开孔设计为垂直方向开孔。

本发明方法中，可以根据装置的处理量和操作条件确定撞击流反应器的规模。为提高撞击流反应器的混合效果，可以在撞击流反应器出口与入口之间建立物料循环，将所得到反应产物的一部分与碳八芳烃原料混合后，循环回撞击流反应器，循环物料量为进料量的5%～500%。

与现有技术相比较，本发明的方法具有以下有益效果：

1、本发明采用的撞击流液相反应器中，液体从自旋叶轮流出后发生首次撞击，撞击后的液体流动方向发生改变后与螺旋桨驱动的液体发生二次撞击，因此在反应器中形成了一个一次撞击面和两个二次撞击面，这种设计大大增强了液体的微观混合效果；内筒中液体驱动自旋叶轮旋转，并通过外筒带动螺旋桨旋转，取消了电机驱动，消除了轴承密封带来的一系列问题（如装置长时间运行易造成轴承密封损毁，影响到装置操作的连续性和长周期性）；在反应器两端设置螺旋桨，消除了反应器两端形成死区的可能性，使得反应器中液体的混合更加均匀，更加充分；螺旋桨叶片设计为向前弯曲结构，加强了反应器两端的扰动效果，并使得反应器中液体有整体逆时针或顺势针旋转的趋势，强化了撞击区外的液体混合；分配筒起导流液体的作用，可对反应器顶部和底部的液体进行再分配，选择在两端、二次撞击面和中间开孔有利于增强反应器中液体的循环流动性。

2、本发明采用所述撞击流反应器作为二甲苯分离工艺的萃取反应器，强化了液液撞击流反应器的撞击效果，使反应器的微观混合效果大大增强，混合的时间大大缩短，提高了生产效率，强化了撞击区外的混合，避免了死区的存在，使得化学反应在反应器空间各位置的同步性提高，有助于提高产品质量；取消了常规螺旋桨反应器的外用电机驱动，消除了轴封带来的许多问题，大大降低了设备投资，保证了设备的长周期运行，具有良好的经济效益。

3、本发明利用碳八芳烃中间二甲苯分子碱性远高于其他三组分的特点，采用的HF和BF₃复合（复配）溶剂作为萃取剂对间二甲苯具有很高的选择性，再辅以本发明高效撞击流反应器作为萃取设备，大大提高了生产效率、减少了设备体积，解决了传统萃取设备因混合效果差导致萃取效率低，生产效率低的关键技术问题。另外本发明还具有间二甲苯产品纯度高的特点，间二甲苯产品纯度可达99.5%以上。

4、本发明的方法与专用萃取设备，大大提高了从碳八芳烃中提取高纯度间二甲苯的效率，减小了设备体积；并简化了工艺流程，降低了生产成本和设备投资，保证了设备的长周期运行。生产过程中无废液排放，是一项绿色环保工艺方法。

附图说明

图1为反应器的结构示意图。

图2为反应器导流筒的结构示意图。

图3为自旋叶轮的结构示意图。

图4为螺旋桨的结构示意图。

图5为本发明工艺流程图。

图6为常规撞击流反应器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体附图对本发明的一种用于液液反应萃取过程的撞击流反应器结构做更详细的说明。

如图1所示，本发明的一种液相撞击流反应器包括反应器壳体11。反应器壳体11的两端设置进料口15和进料口9，在反应器壳体11 的底部设置有卸料口12。在反应器壳体11内设置两个正对的导流筒17。导流筒17由内筒8和外筒6组成。所述的内筒8用于导流液体，外筒6通过两个或两个以上的轴承与内筒8相连。在外筒6靠近碰撞面的一端设置有一对自旋叶轮3和4。自旋叶轮3、4分别和外筒6构成一体式结构，二者可采用焊接或铸造方式制备。

如图2所示，以自旋叶轮4为例，其中自旋叶轮4由罩筒20、环板21、叶片18和中心板19构成，罩筒20与环板21连接，环板21与外筒6连接，中心板19置于罩筒20的中心，若干叶片18均布在中心板与罩筒、以及环板之间的环形空间内，叶片的一端与环板连接。叶片18与内筒8轴线成一定夹角，该夹角一般为5°～85°，当流体流过时，流体对其做功，在推力作用下发生旋转。中心板19用于减小液体流通截面积，增强自旋动力。液体由内筒8导入后，流经自旋叶轮4驱动叶轮旋转，流出叶轮后在中心区域发生撞击，形成撞击面13（图1）。

如图1和图2所示，本发明的撞击流反应器还包括螺旋桨7。所述的螺旋桨7通过固定轴承（连接）与外筒6相连。当自旋叶轮4在水力驱动下旋转时，将带动外筒6旋转进而带动螺旋桨7旋转。

如图1、2和4所示，螺旋桨7包括两个部分，垂直部分和弯曲部分。垂直部分与外筒垂直，用于驱动水流沿轴向流动；弯曲部分与垂线方向有一定夹角，驱动水流向斜上方流动，与来自撞击面13的水流形成二次撞击，形成另外两个撞击面5和14。螺旋桨7设计成在导流筒轴向垂面内弯曲的一种结构，用于搅动反应器两端易于形成死区的地方。

如图1所示，在反应器中还可以设置两个用于导流液体的分配筒—上分配筒1和下分配筒10。分配筒1和分配筒10分别通过焊接或铆接2固定在反应器壳体的内部。分配筒1和分配筒10可以在两侧、中间以及撞击面5和撞击面14处开孔，撞击后的液体由撞击面开孔处流入，由两端和中间开孔流出。撞击混合、反应后的流体经出料口12排出。

根据本发明的撞击流反应器，所述反应器11壳体为对称结构，其可以采用立式或卧式结构。反应器壳体11的形状可以为圆柱体形或长方体形，优选圆柱体形。所述导流筒17分布于反应器两侧或上下两端，并处于中央位置。外筒6的直径一般约为反应器或撞击面直径的1/10～2/3，优选1/4～1/2。外筒6与自旋叶轮4直径的比例一般为1/5～1/1，优选1/3～1/1。所述的自旋叶轮3和自旋叶轮4实际运转时，可设计成同向或异向转动。所述螺旋桨直径一般可以为反应器或撞击面直径的1/8～1/1，螺旋桨为向前弯曲结构，其倾斜角一般为15°～60°，可朝前弯方向转动也可向后转动。螺旋桨叶片设计成向液体流入侧弯曲的结构，倾斜角一般可以为5°～60°。所述分配筒（上分配筒，下分配筒）撞击面处开孔方向与液体流动方向相同，设计为水平方向开孔，中间开孔设计为垂直方向开孔。所述的出料口12位于撞击平面正下方位置，可以只在中间设立或在三个撞击面下方同时设立。

结合图1，本发明提供的液相撞击流反应器的工作原理或工作过程为：两股液体分别经进料口15和9进入反应器，并流经导流筒中的内筒8。液体经内筒8末端流出，驱动自旋叶轮3和4旋转。自旋叶轮3和4喷出的液体发生撞击，撞击后的液体向上下两端或者向反应器的两端流动，部分循环的液体进入反应器上下设置的分配筒1，经过分配筒1的重新分配后，流向反应器的两端。而自旋叶轮3和4的旋转，带动外筒6也进行旋转，从而带动固定在外筒6一端的螺旋桨7随之旋转。螺旋桨7的旋转，一方面对反应器壳体内部两端的区域进行搅拌，不致形成死区；另一方面，螺旋桨7也同时推动位于反应器两端的液体向反应器的中心流动，并与碰撞后流向两端的液体流再次发生碰撞，并形成新的碰撞面，从而进一步增加了反应器的液相混合效果。而反应后的液体可以经由放料口12排出。

以下结合具体附图对本发明工艺做更详细的说明。

如图5所示，按照计量比将碳八芳烃混合物22和萃取剂23，分别用泵或其他液体输送设备把物料输入到中间罐24中，进行预混合，然后通过泵或其他液体输送设备，输入到撞击流反应器26的进料口25、28，原料物流在压力作用下高速经导流筒流向容器中心，并在中心处相向撞击，经过撞击后的物料从出口27流向中间罐24，再通过泵输入到撞击流反应器的进料口25、28，进行再次撞击，通过压力调节器29来控制反应器压力。从压力调节器29排出的反应物料直接进入分相罐30进行冷却静置分层，上层为反应完的萃余相31，萃余相可直接进入下一工序，下层为富含间二甲苯的萃取相32，萃取相通过常规分离即可获得高纯度的间二甲苯产品，萃取剂可循环使用。其中，根据需要可以在撞击流反应器的出口与入口之间建立物料循环。

实施例1

原料碳八芳烃加二甲苯浓度20wt%，萃取剂中HF和BF₃浓度均为20wt%。

萃取剂与碳八芳烃进料比为2:1(体积比)，将萃取剂与碳八芳烃分别用泵打入撞击流反应器内，与循环物料在撞击流反应器中快速混合发生络合反应萃取过程，循环物料速率为进料量的200%。控制操作温度为3 ℃，停留时间10 min，反应压力为1.5 MPa。

实验结果表明间二甲苯回收率90%，所得间二甲苯纯度为99.8%。

实施例2

按照实施例1的方法，不同之处为操作温度变为10 ℃。

实验结果表明间二甲苯回收率86%，所得间二甲苯纯度为99.5%。

实施例3

按照实施例1的方法，不同之处为停留时间变为5min。

实验结果表明间二甲苯回收率88%，所得间二甲苯纯度为99.6%。

实施例4

按照实施例1的方法，不同之处为停留时间变为15min。

实验结果表明间二甲苯回收率91%，所得间二甲苯纯度为99.9%。

比较例1

为了与本发明工艺进行对比，采用常规撞击流反应器进行对比实验。常规撞击流反应结构如图6所示。其工作过程简述如下：分别对称地安装在容器26中部近两端处并沉没在物料中两个导流筒C1、C2和分别同轴且对称地安装在两个导流筒中的两个进料管25、28。导流筒内的物料在两个进料管中的物料的推动下分别从两端经导流筒C1、C2高速流向容器26中心，并在中心处相向撞击，在撞击面周围形成撞击区。该区中来自不同方向的流团间剧烈的相对运动使得流团间和液相间有效地接触和混合。撞击后，流体经过容器26内壁间的环室返回两端，然后又被进料管25、28中的物料输送通过导流筒C1、C2流向容器26中心并再次撞击，如此反复循环，通过出口27排出。

操作条件和工艺参数与实施例1相同。

实验结果表明间二甲苯回收率68%，所得间二甲苯纯度为99.6%。

Claims (18)

1.一种从碳八芳烃中分离制备高纯度间二甲苯的工艺，包括以下内容：

以碳八芳烃为原料，采用撞击流反应器作为络合反应萃取设备，将芳烃原料与萃取剂通过输送设备分别通入撞击流反应器进行络合萃取反应，反应产物排出撞击流反应器后进行液液分层，富含间二甲苯的萃取相通过常规分离即可获得高纯度的间二甲苯产品；

其中，所述的撞击流反应器包括反应器壳体；在反应器壳体内沿水平方向设置两个正对的导流筒，每个所述的导流筒均包括内筒和外筒，在外筒靠近碰撞面的一端固定连接有自旋叶轮；所述的自旋叶轮为一体式结构，其包括罩筒、环板、叶片和中心板四个部分；罩筒和环板相连，两者用于导流液体，环板与外筒相连；叶片固定于环板上，与导流筒轴向成夹角。

2.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的撞击流液相反应器在靠近反应器两端封头的位置设置有一对螺旋桨。

3.按照权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述的螺旋桨包括两个部分：靠近外筒的垂直部分和远离外筒的弯曲部分；所述的垂直部分与外筒垂直，用于驱动水流沿轴向流动；所述弯曲部分与垂线方向有一定夹角，驱动水流向斜上方流动，以便与来自第一撞击面的水流形成二次撞击。

4.按照权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述的螺旋桨通过固定轴承与外筒连接。

5.按照权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述螺旋桨的桨叶为向前弯曲结构，倾斜角为15°～60°。

6.按照权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述螺旋桨的叶片设计成向液体流入侧弯曲的结构，其倾斜角为5°～60°。

7.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的自旋叶轮通过螺纹连接、卡扣联接、法兰连接或其他的连接方式固定在外筒上。

8.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的自旋叶轮与外筒构成一体式结构。

9.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的外筒通过旋转轴承与内筒连接。

10.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的反应器壳体的顶部与底部空间内还设置有分配筒，分配筒上设有开孔。

11.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述分配筒的撞击面处开孔方向与液体流动方向相同，设计为水平方向开孔，中间开孔设计为垂直方向开孔。

12.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，在反应器壳体上设有进料口和卸料口，出料口位于撞击平面正下方位置。

13.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，在反应器壳体上设有进料口和卸料口，出料口位于撞击平面正下方位置。

14.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的常规分离包括精馏分离。

15.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，常规分离所得到的萃取剂循环使用，所得萃余相直接可进入下一工序。

16.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的萃取剂为HF和BF₃的水溶液，氟化氢质量浓度为10%～40%，BF₃的质量浓度为10%～40%。

17.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述络合萃取反应的温度为0℃～10℃，操作压力为0.5～2 MPa。

18.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，在撞击流反应器出口与入口之间建立物料循环，将所得到反应产物的一部分与碳八芳烃原料混合后，循环回撞击流反应器，循环物料量为进料量的5%～500%。