CN1117073A - 单烷基芳烃的制法及设备 - Google Patents
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Abstract
一种芳烃烷基化的新工艺，首先芳烃与烯烃进入多段混相反应器的每一段催化剂床层在沸点条件下进行芳烃烷基化的反应，反应放出的热量使部分芳烃汽化，吸收反应放出的热量，使床层温度保持恒定；然后反应产物进入催化蒸馏塔，在同是催化剂又是分馏塔料的双重作用下使剩余烯烃几乎全部转化，同时进行多烷基芳烃的烷基转移反应以及烷基芳烃与未反应芳烃的分离，与现有技术相比本发明工艺简单，能耗低，催化剂易装填，设备结构简化，烯烃转化率高，接近100％。
Description
本发明涉及单烷基芳烃的制备方法，是一种芳烃烷基化的新工艺和设备。
早期的苯与烯烃反应的芳烃烷基化工艺，用ALCl3，H3PO4作催化剂存在腐蚀和环保等问题；现有技术是以分子筛作催化剂的液相烷基化工艺，主要有两种技术，一种是固定床工艺，如US.P5073653，存在着多次反应和冷却，设备多流程长需要较高的芳烃/烯烃比和能耗较高的缺点，一种是催化蒸馏工艺，如US4849569，US4.950.834，采用复杂的小包装催化剂装填结构，造价高，催化剂装卸麻烦。也存在着反应不完全的缺点。
本发明的目的是降低能耗、反应完全、简化催化剂装填结构，降低投资，又便于装卸催化剂的工艺和设备。
该目的是通过如下构思来实现的：将液相反应改为混相反应，采用一种包括本发明的多段混相反应器与催化反应蒸馏塔的新的芳烃烷基化工艺，利用部分未反应芳烃的汽化来吸收反应热，可以降低芳烃与烯烃的摩尔比，减少芳烃的循环量从而降低能耗。在催化反应蒸馏塔中的汽化来吸收反应热，可以降低芳烃，利用塔中部催化剂的催化作用与分馏塔作用的双重功能，使烯烃尽可能转化完全，同时进行多烷基芳烃的烷基转移反应以及未反应芳烃的分离，并且使催化剂装填方便。
本发明采用混相反应器，内有至少2段以上催化剂床层，由芳烃的汽化吸收反应热，使床层温度恒定在物料的泡点温度上，同时，具有几个冷激作用的侧线进料管，来降低反应的放热引起的温升，物料流向可以上进下出也可以下讲上出。
多段混相反应器的反应产物直接进入一个催化反应蒸馏塔，该塔分为三部分，上部为精馏段，中部为催化反应蒸馏段，下部为提馏段。混相床反应器的反应后物料，进入催化反应蒸馏塔的提馏段或催化反应蒸馏段之间的部位。物料通过分馏作用，使未反应芳烃与烯烃进入催化反应蒸馏段，在催化剂的催化作用与分馏作用下，使烯烃几乎转化完全。同时从多烷基芳烃分离塔来的多烷基芳烃进入催化反应蒸馏段的上部或催化反应蒸馏段，在催化剂的作用下，多烷基芳烃与回流液中的未反应芳烃，进行烷基转移反应，生成单烷基芳烃。
催化剂可以是现有技术中大颗粒的各种形状，如车轮状、环状等其它常规填料状或塔板状，其中尤以车轮状为最佳，有良好的分馏特性，使烷基化反应与烷基转移反应进行的同时，进行反应物与产物的分离，破坏化学平衡，使反应尽可能进行完全。混相反应器中催化剂是分子筛等固体酸催化剂，催化反应蒸馏塔中的催化剂为含有上述催化剂的填料状。
下面参照流程图，如图1、图2、对工艺过程作进一步说明。原料烯烃，新补充芳烃以及从催化反应蒸馏塔回流泵[5]来的循环芳烃分为若干份进入混相床反应器[1]的每一段中，混相床反应器[1]中的催化剂可以分为2--6段，一般2--4段为最佳。芳烃与烯烃首先在床层[1a]中发生烷基化反应，反应放出的热量使床层温度逐渐升高，当达到系统压力下的泡点温度时，部分芳烃开始汽化，且芳烃汽化所吸收的热量与反应放出的热量相当，维持床层温度为定值。催化剂床层[1a]的反应后物料在[1b]区被冷反应物料冷却，使物料的温度低于成等于该压力物系的泡点温度，然后进入下一个催化床层[1c]，以此类推。
混相床反应器[1]的反应后物料进入催化反应蒸馏塔[2]的提馏段[2c]，或催化反应蒸馏段[2b]中，未反应芳烃与烯烃在分馏作用下，从提馏段上升至催化反应蒸馏段[2b]，[2b]是1-2段连续的催化剂床层，使未反应烯烃与回流液相芳烃继续进行烷基化反应，使烯烃几乎完全转化。同时从多烷基芳烃分馏塔[8]来的多烷基芳烃从反应蒸馏段[2b]的上部或中间部位进入催化蒸馏塔[2]内，与回流的芳烃发生烷基转移反应，生成单烷基芳烃。催化反应蒸馏塔[2]的上部为精馏段[2a]，从塔顶得到的汽相未反应芳烃经过冷凝器[3]冷凝后，再通过回流罐[4]，回流泵[5]后，部分循环至混相反应器[1]，部分返回精馏塔[2a]的上部，塔[2]底部所得到的烷基芳烃一部分经再沸器[6]受热后返回塔[2]底部，一部分送至单烷基芳烃分离塔[7]。从塔顶部得到的单烷基芳烃作为产品出装置，从塔釜所得到的多烷基芳烃送至塔[8]，从塔釜脱除重组分，从塔顶得到的多烷基芳烃送至催化反应蒸馏塔反应蒸馏段[2b]的上部。
多段混相反应器的反应温度80--350℃，压力为0--5.MPa，芳烃与烯烃的总摩尔比数2--20∶1，芳烃的体积空速2--20h-1。
催化反应蒸馏塔的反应温度80--300℃，压力0.6--5.MPa，多烷基芳烃的体积空速为2--25h-1。所述的芳烃指苯、甲苯、二甲苯及含有这些芳烃的混合物。所述的烯烃特别指乙烯、丙烯、丁烯等低分子烯烃及混有这些烯烃的混合物。
本发明的效果达到了前述的目的，取消了多台反应器及段间冷却器，降低了投资，简化了流程，又由于混相反应器利用了反应热而降低了能耗，又可以使芳烃烷基化反应在较低的芳烃与烯烃分子比下进行，减少了芳烃的循环量，降低了能耗；可以通过芳烃的汽化吸收反应热，并有侧线冷激进料，有效的控制反应温度，防止超温现象；在催化反应蒸馏塔中，系用大粒度填料状催化剂使催化剂的装填结构大大简化，易于装卸。本发明烯烃转化率高，烯烃的转化率99--100％，单烷基芳烃收率96--99％。
下面用实施例进一步说明本发明。
实施例1--2：乙烯与苯烷基化制乙苯，多段混相反应器催化剂装填量为300毫升，分为四个床层，催化反应蒸馏塔内催化剂装量为100mL，操作条件及结果见附表1。
附表1操作条件及结果
| 操作条件 | 实施例1 | 实施例2 | ||
| 混相反应器 | 反应蒸馏塔 | 混相反应器 | 反应蒸馏塔 | |
| 反应温度℃ | 200--225 | 180 | 200--225 | 180 |
| 反应压力Mpa | 2.2 | 2.0 | 2.2 | 2.0 |
| 苯空速h-1 | 5 | / | 5 | / |
| 苯烯摩尔比 | 5 | / | 4 | / |
| 乙烯转化率％ | 98.92 | 100 | 97.83 | 100 |
| 乙苯收率％ | 92.07 | 总99.11 | 89.32 | 98.82 |
实施例3--4：催化裂化干气与苯反应制乙苯，催化裂化干气中的乙烯含量为23.62％，多段混相反应器分为2个床层，催化剂装量为3000毫升，催化反应蒸馏塔内催化剂装量为500毫升。操作条件及结果见附表2
附表2操作条件及结果
| 实施例3 | 实施例4 | |||
| 混相床反应器 | 反应蒸馏塔 | 混相床反应器 | 反应蒸馏塔 | |
| 反应温度℃ | 180--210 | 205 | 180--220 | 210 |
| 反应压力Mpa | 2.0 | 1.9 | 2.2 | 2.0 |
| 苯空速h-1 | 5 | / | 12 | / |
| 苯烯摩尔比 | 3 | / | 6 | / |
| 乙烯转化率％ | 85.14 | 100 | 61.77 | 96.13 |
| 乙苯收率％ | 75.79 | 97.90 | 55.82 | 93.12 |
Claims (9)
1.一种制备单烷基芳烃的方法，是一种芳烃烷基化工艺，包括烯烃和芳烃的反应和分离，以及多烷基芳烃的烷基转移反应，其特征是：
a.烯烃与芳烃进入多段混相反应器中的每个催化剂床层中，进行烷基化反应，
①.反应在混相条件下进行，是指在二段或多段催化剂床层中，随着反应的进行，床层温度升高，当达到系统压力下该反应体系的泡点温度时，使部分未反应的芳烃汽化并吸收反应热，保持床层温度为定值，
②.在两个床层之间，用注入低温或常温反应物料的方法，使反应物料的温度低于或等于其泡点温度，
b.未反应烯烃与芳烃在催化反应蒸馏塔的催化反应蒸馏段，继续进行烷基化反应，同时在具有分馏特性的催化剂上进行烷基芳烃与未反应芳烃的分离，
①从多烷基芳烃分馏塔来的多烷基芳烃进入催化反应蒸馏段或其与精馏段之间的部位，使多烷基芳烃与回流液中的未反应芳烃进行烷基转移反应，生成单烷基芳烃，
②.从催化蒸馏塔顶部得到的未反应芳烃除一部分作为回流外，一部分返回至多段混相反应器，
C.当不要求烯烃完全转化或对其转化率要求不很高时，可以取消精馏塔内的反应段[2b]。
2.按权利要求1所述的方法，其特征是所述烯烃特别是指乙烯、丙烯、丁烯等低分子烯烃及含有这些烯烃的混合物。
3.按权利要求1所述的方法，其特征是所述芳烃特别是指苯、甲苯、二甲苯及含有这些芳烃的混合物。
4.按权利要求1所述的方法，其特征是多段混相反应器的反应温度80--350℃，压力0--5.0MPa(表压)，芳烃与烯烃的摩尔比2--20：1。
5.按权利要求1所述的方法，其特征是催化反应蒸馏塔的压力为0.6--5.0MPa(表)，温度80--300℃。
6.按权利要求1所述的方法，其特征是混相反应器中所用催化剂为分子筛等固体酸催化剂。
7.按权利要求1所述的方法，其特征是多段混相反应器中，所述的物料流向可以为上进下出，也可以为下进上出。
8.一种芳烃烷基化所用的设备，包括一个多段混相床反应器，催化剂床层可以分为2--6段，进料方式为各段间侧向进料。
9.一种芳烃烷基化所用的设备，包括催化反应蒸馏塔，该塔分三段，上段为精馏段；下段为提馏段；中间为催化反应精馏段，含有1--2段催化剂床层(连续的)，有催化剂的催化作用，又有分馏塔的分馏作用，催化剂制成具有填料塔的填料作用的大颗粒形状。
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