CN111689827B - 一种制备苯乙烯的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于苯乙烯领域，公开了一种制备苯乙烯的装置及方法。该装置包括：脱水塔、脱水塔冷凝器、脱水塔回流罐、脱水塔釜循环泵、混合器、脱水塔再沸器；其中，脱水塔顶部依次连接脱水塔冷凝器、脱水塔回流罐顶部；脱水塔回流罐底部连接脱水塔；脱水塔底部依次连接脱水塔釜循环泵、混合器、脱水塔再沸器；脱水塔再沸器出口连接脱水塔；催化剂进料管线连接脱水塔釜循环泵入口，并任选的连接脱水塔釜；粗苯乙醇进料管线连接混合器入口。本发明利用脱水塔再沸器作为反应器，并在脱水塔再沸器前设置混合器，可以使苯乙醇和催化剂混合更加均匀，进入脱水塔再沸器后可立即进行反应，降低了苯乙醇的停留时间，从而减少反应器体积，继而降低设备投资。
Description
技术领域
本发明属于苯乙烯领域，进一步地，涉及一种制备苯乙烯的装置及方法。
背景技术
苯乙烯类化合物是合成聚苯乙烯树脂的重要单体，苯环上的各种不同取代基可以赋予值得的聚苯乙烯树脂各种不同性质，从而适应各种不同的用途。例如用于合成离子交换树脂，得到的离子交换树脂具有良好的机械性能和耐热性能，可在火力发电厂、核电站、核潜艇、半导体业、制药和制糖业中用于制备高纯水。此外，苯乙烯类化合物还可以用于制备感光树脂、胶粘剂、高分子膜等各种功能性高分子材料，适用于许多领域。
目前合成苯乙烯类化合物的方法之一是利用α或β-苯乙醇类化合物在高温高压条件下脱水。JP49086332和US3917223中将对氯苯乙酮与异丙醇铝混合供热，首先使对氯苯乙酮还原为1-(对氯苯基)乙醇，再在高温下减压脱水得到对氯苯乙烯，这种方法中将这两步反应在同一反应釜中一次进行，虽然过程简化，但在脱水反应中没有加入催化剂，导致脱水效率差，反应温度过高，反应时间长，而反应产率不高。EP355983、US5041614、US5345074和US5151546中将乙酰氧基苯基甲基甲醇在硫酸氢钾作用下，在240℃左右，150mmHg条件下，在薄膜蒸发器中以连续或半连续的方式进行脱水反应制备乙酰氧基苯乙烯。这种方式固液混合加料的难度较大，混合不均匀，分离效果差。CN200510067856公开了以α或β-苯乙醇类化合物为原料在催化剂的作用下发生脱水反应制备苯乙烯类化合物，基本过程是向预先混合均匀的反应原料α或β-苯乙醇类化合物(部分)、催化剂和阻聚剂溶液中滴加α或β-苯乙醇类化合物，发生脱水反应的同时减压不断蒸出产物苯乙烯类化合物。该技术在反应釜中进行，但仍存在停留时间长、传热效率低等问题。
发明人在研究中发现，现有技术中的苯乙醇脱水制苯乙烯装置存在以下缺陷：1、苯乙醇在反应器中停留时间长，反应器体积大，占地投资大；2、局部混合不均匀，循环不良，容易出现热点和死区，往往需要过热以维持反应转化率，导致主反应选择性和转化率降低；3、反应区内有效利用体积不高。
因此，亟需开发一种新型的制备苯乙烯的工艺。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种制备苯乙烯的装置及方法。通过设置混合器和脱水塔再沸器，改善混合效果，减小设备占地，降低设备投资。
本发明的第一方面提供一种制备苯乙烯的装置，如图1和图2所示，该装置包括：脱水塔、脱水塔冷凝器、脱水塔回流罐、脱水塔釜循环泵、混合器、脱水塔再沸器；其中，
脱水塔顶部依次连接脱水塔冷凝器、脱水塔回流罐；
脱水塔回流罐底部连接脱水塔；
脱水塔底部依次连接脱水塔釜循环泵、混合器、脱水塔再沸器；
脱水塔再沸器出口连接脱水塔；
催化剂进料管线连接脱水塔釜循环泵入口，并任选的连接脱水塔釜；
粗苯乙醇进料管线连接混合器入口。
本发明的制备苯乙烯的装置中，催化剂从脱水塔釜循环泵入口进料，也可以同时从脱水塔釜进料。因此，根据本发明一种实施方式，如图1所示，催化剂进料管线连接脱水塔釜循环泵入口，也连接脱水塔釜。根据本发明另一种实施方式，如图2所示，催化剂进料管线仅连接脱水塔釜循环泵入口。其中，后者为更优选的设置方式。
根据本发明，优选地，脱水塔再沸器与脱水塔连接处之上的脱水塔侧壁上设置有液相采出管线，所述液相采出管线连接至脱水塔再沸器入口。该液相采出管线用于将含有未反应原料的液相全部接收，再送入脱水塔再沸器入口，从而保证原料反应完全。
基于上述设计思路，所述液相采出管线的设置位置以靠近脱水塔再沸器与脱水塔的连接处为宜，优选地，所述液相采出管线设置在脱水塔再沸器与脱水塔连接处之上1-3块塔板对应的脱水塔侧壁上。
根据本发明，优选地，所述脱水塔回流罐为液液分离罐，脱水塔回流罐底部设置有有机相采出管线和水相采出管线，所述水相采出管线分出一支连接脱水塔顶部。
优选地，所述脱水塔的内件为筛板、浮阀、泡罩或填料。
优选地，所述脱水塔再沸器为管壳式换热器。
根据本发明，优选地，脱水塔釜循环泵至混合器的管线上设置有含重油的副产物采出管线。所述含重油的副产物采出管线相比粗苯乙醇进料管线更靠近脱水塔釜循环泵设置。
本发明的第二方面提供一种采用上述装置进行苯乙醇脱水制苯乙烯的方法，所述方法包括：
粗苯乙醇原料经粗苯乙醇进料管线进入所述装置、催化剂经催化剂进料管线进入所述装置，经加热、脱水反应、分离后，脱水塔塔顶得到水相和富含苯乙烯的有机相，脱水塔釜循环泵出口采出含重油的副产物。
具体地，该方法包括：
(a)粗苯乙醇原料经粗苯乙醇进料管线进入混合器入口，催化剂经催化剂进料管线进入脱水塔釜循环泵入口并任选的进入脱水塔釜；
(b)脱水塔塔釜物料依次经脱水塔釜循环泵、混合器后送入脱水塔再沸器，粗苯乙醇原料在再沸器内经催化剂作用发生脱水反应，得到包含苯乙烯、苯乙酮、苯乙醇、水、重油的脱水塔再沸器出口物流；
(c)脱水塔再沸器出口物流经脱水塔精馏分离，塔顶组分经脱水塔冷凝器冷凝后进入脱水塔回流罐沉降分离；
(d)脱水塔回流罐底部分别采出水相和富含苯乙烯的有机相；
(e)脱水塔釜循环泵出口分两股，一股进入脱水塔再沸器，另一股采出含重油的副产物。
根据本发明的方法，优选地，脱水塔再沸器与脱水塔连接处之上的脱水塔侧壁上设置有液相采出管线，含有未反应原料的液相物流经由所述液相采出管线返回至脱水塔再沸器入口，从而使原料反应更完全。
根据本发明的方法，优选地，所述富含苯乙烯的有机相送下游设施进一步精制分离得到高纯苯乙烯，所述水相分为两路，一路回流进入脱水塔顶部，另一路送入下游设施处理。
根据本发明的方法，优选地，所述脱水塔再沸器采用蒸汽或热油为热源。
根据本发明的方法，优选地，所述脱水塔的操作条件包括：压力为10～100kPaA，塔顶操作温度为40～120℃，塔板数为2～20。
根据本发明的方法，优选地，所述脱水塔再沸器的操作温度不高于液相反应介质的分解温度，优选为160～280℃，进一步优选为180～250℃，最优选为200～230℃。
根据本发明的方法，优选地，所述催化剂选自无机酸、有机酸、无机氧化物和硫酸氢盐中的至少一种，进一步优选为磺酸型含硫有机酸。
本发明的有益效果包括：
1)本发明利用脱水塔再沸器作为反应器，并在脱水塔再沸器前设置混合器，可以使苯乙醇和催化剂混合更加均匀，进入脱水塔再沸器后可立即进行反应，降低了苯乙醇的停留时间，从而减少反应器体积，继而降低设备投资。
2)本发明利用脱水塔再沸器作为反应器，反应器内传质、传热强化，温度分布均匀，无返混，减少了副反应发生。
3)利用本发明的装置和方法制备苯乙烯，可获得较高的苯乙醇转化率和苯乙烯选择性。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为本发明一种实施方式的制备苯乙烯的装置示意图。
图2为本发明另一种实施方式的制备苯乙烯的装置示意图。
附图标记说明：
1、脱水塔；2、脱水塔冷凝器；3、脱水塔回流罐；4、脱水塔釜循环泵；5、脱水塔再沸器；6、催化剂进料管线；7、粗苯乙醇进料管线；8、有机相采出管线；9、水相采出管线；10、含重油的副产物；11、混合器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。
实施例1
采用如图2所示的制备苯乙烯的装置进行苯乙醇脱水制苯乙烯反应。
该装置包括：脱水塔1、脱水塔冷凝器2、脱水塔回流罐3、脱水塔釜循环泵4、混合器11、脱水塔再沸器5；其中，脱水塔1顶部依次连接脱水塔冷凝器2、脱水塔回流罐3顶部；脱水塔回流罐3底部连接脱水塔1；脱水塔1底部依次连接脱水塔釜循环泵4、混合器11、脱水塔再沸器5；脱水塔再沸器5出口连接脱水塔1；催化剂进料管线6连接脱水塔釜循环泵4入口；粗苯乙醇进料管线7连接脱水塔釜循环泵4出口、混合器11入口；脱水塔釜循环泵4至混合器11的管线上设置有含重油的副产物采出管线；脱水塔再沸器5与脱水塔1连接处之上一块塔板所对应的脱水塔1侧壁上设置有液相采出管线，所述液相采出管线连接至脱水塔再沸器5入口；其中，所述脱水塔回流罐3为液液分离罐，脱水塔回流罐3底部设置有有机相采出管线8和水相采出管线9，所述水相采出管线9分出一支连接脱水塔1顶部；所述脱水塔1的内件为筛板，所述脱水塔再沸器5为管壳式换热器。
采用上述装置进行苯乙醇脱水制苯乙烯的方法包括：
(a)粗苯乙醇原料经粗苯乙醇进料管线7进入混合器11入口，催化剂经催化剂进料管线6进入脱水塔釜循环泵4入口；
(b)脱水塔塔釜物料依次经脱水塔釜循环泵4、混合器11后送入脱水塔再沸器5，粗苯乙醇原料在脱水塔再沸器5内经催化剂作用发生脱水反应，得到包含苯乙烯、苯乙酮、苯乙醇、水、重油的脱水塔再沸器出口物流；
(c)脱水塔再沸器出口物流经脱水塔1精馏分离，塔顶组分经脱水塔冷凝器2冷凝后进入脱水塔回流罐3沉降分离；脱水塔再沸器5与脱水塔1连接处之上的脱水塔1侧壁上设置有液相采出管线，含有未反应原料的液相物流经由所述液相采出管线返回至脱水塔再沸器5入口；
(d)脱水塔回流罐3分别采出水相和富含苯乙烯的有机相；所述富含苯乙烯的有机相送下游设施进一步精制分离得到高纯苯乙烯；所述水相分为两路，一路回流进入脱水塔顶部，另一路送入下游设施处理；
(e)脱水塔釜循环泵4出口分两股，一股进入脱水塔再沸器5，另一股采出含重油的副产物10。
所述脱水塔再沸器采用蒸汽为热源，所述脱水塔的操作条件包括：塔顶压力为22kPaA，塔釜压力26kPaA，塔顶操作温度为92℃，塔板数为10。所述脱水塔再沸器的操作温度为210℃。所述催化剂为磺酸型含硫有机酸。
上述方法中，苯乙醇转化率为95％，苯乙烯选择性为98％。
相对于采用内盘管加热的釜式反应器的传统工艺，本发明的上述装置和工艺方法的传热效果更好，主产物苯乙烯在高温区停留时间大大缩短，苯乙醇转化率提高2％，苯乙烯选择性提高3％，设备尺寸大大缩小，节省了占地和投资，经济效益显著。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (14)
1.一种制备苯乙烯的装置，其特征在于，该装置包括：脱水塔、脱水塔冷凝器、脱水塔回流罐、脱水塔釜循环泵、混合器、脱水塔再沸器；其中，
脱水塔顶部依次连接脱水塔冷凝器、脱水塔回流罐；
脱水塔回流罐底部连接脱水塔；
脱水塔底部依次连接脱水塔釜循环泵、混合器、脱水塔再沸器；
脱水塔再沸器出口连接脱水塔；
催化剂进料管线连接脱水塔釜循环泵入口，并任选的连接脱水塔釜；
粗苯乙醇进料管线连接混合器入口；
所述脱水塔再沸器为管壳式换热器。
2.根据权利要求1所述的制备苯乙烯的装置，其特征在于，脱水塔再沸器与脱水塔连接处之上的脱水塔侧壁上设置有液相采出管线，所述液相采出管线连接至脱水塔再沸器入口。
3.根据权利要求2所述的制备苯乙烯的装置，其特征在于，所述液相采出管线设置在脱水塔再沸器与脱水塔连接处之上1-3块塔板对应的脱水塔侧壁上。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备苯乙烯的装置，其特征在于，
所述脱水塔回流罐为液液分离罐，脱水塔回流罐底部设置有有机相采出管线和水相采出管线，所述水相采出管线分出一支连接脱水塔顶部；
所述脱水塔的内件为筛板、浮阀、泡罩或填料；
脱水塔釜循环泵至混合器的管线上设置有含重油的副产物采出管线。
5.一种采用如权利要求1-4中任意一项所述的装置进行苯乙醇脱水制苯乙烯的方法，其特征在于，所述方法包括：
粗苯乙醇原料经粗苯乙醇进料管线进入所述装置、催化剂经催化剂进料管线进入所述装置，经加热、脱水反应、分离后，脱水塔塔顶得到水相和富含苯乙烯的有机相，脱水塔釜循环泵出口采出含重油的副产物。
6.根据权利要求5所述的苯乙醇脱水制苯乙烯的方法，其特征在于，所述方法包括：
(a)粗苯乙醇原料经粗苯乙醇进料管线进入混合器入口，催化剂经催化剂进料管线进入脱水塔釜循环泵入口并任选的进入脱水塔釜；
(b)脱水塔塔釜物料依次经脱水塔釜循环泵、混合器后送入脱水塔再沸器，粗苯乙醇原料在再沸器内经催化剂作用发生脱水反应，得到包含苯乙烯、苯乙酮、苯乙醇、水、重油的脱水塔再沸器出口物流；
(c)脱水塔再沸器出口物流经脱水塔精馏分离，塔顶组分经脱水塔冷凝器冷凝后进入脱水塔回流罐沉降分离；
(d)脱水塔回流罐底部分别采出水相和富含苯乙烯的有机相；
(e)脱水塔釜循环泵出口分两股，一股进入脱水塔再沸器，另一股采出含重油的副产物。
7.根据权利要求5所述的苯乙醇脱水制苯乙烯的方法，其特征在于，脱水塔再沸器与脱水塔连接处之上的脱水塔侧壁上设置有液相采出管线，含有未反应原料的液相物流经由所述液相采出管线返回至脱水塔再沸器入口。
8.根据权利要求5-7中任意一项所述的苯乙醇脱水制苯乙烯的方法，其特征在于，所述富含苯乙烯的有机相送下游设施进一步精制分离得到高纯苯乙烯，所述水相分为两路，一路回流进入脱水塔顶部，另一路送入下游设施处理。
9.根据权利要求5-7中任意一项所述的苯乙醇脱水制苯乙烯的方法，其特征在于，所述脱水塔再沸器采用蒸汽或热油为热源。
10.根据权利要求5-7中任意一项所述的苯乙醇脱水制苯乙烯的方法，其特征在于，
所述脱水塔的操作条件包括：压力为10～100kPaA，塔顶操作温度为40～120℃，塔板数为2～20；
所述脱水塔再沸器的操作温度不高于液相反应介质的分解温度；
所述催化剂选自无机酸、有机酸、无机氧化物和硫酸氢盐中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的苯乙醇脱水制苯乙烯的方法，其特征在于，所述脱水塔再沸器的操作温度为160～280℃。
12.根据权利要求11所述的苯乙醇脱水制苯乙烯的方法，其特征在于，所述脱水塔再沸器的操作温度为180～250℃。
13.根据权利要求12所述的苯乙醇脱水制苯乙烯的方法，其特征在于，所述脱水塔再沸器的操作温度为200～230℃。
14.根据权利要求10所述的苯乙醇脱水制苯乙烯的方法，其特征在于，所述催化剂为磺酸型含硫有机酸。
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