CN112824363B - 一种异构化碳八芳烃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于炼油化工技术领域，具体涉及一种异构化碳八芳烃的方法。该方法包括以下步骤：(1)将碳八芳烃和氢气进行混合，得到混氢碳八芳烃；氢气与碳八芳烃的摩尔比为0.5:99.5‑30:70；(2)使混氢碳八芳烃升温，形成气液混合态的反应进料；(3)将反应进料送入反应器，反应进料经过反应器中的气液分布器后，进入催化剂床层进行异构化反应，生成含有对二甲苯的产物，产物经过位于催化剂床层上方的气液分离组件进行气液分离后，得到气相产物和液相产物。本发明的异构化碳八芳烃的方法所需的设备少，并且能耗低，投资成本和生产成本均低。

Description

一种异构化碳八芳烃的方法
技术领域
本发明属于炼油化工技术领域，更具体地，涉及一种异构化碳八芳烃的方法。
背景技术
C8A是石脑油重整、裂解的产物之一。C8A除了包括邻二甲苯(MX)、间二甲苯(OX)和对二甲苯(PX)之外，还包含10-30％的乙苯(EB)。重整油的主要成分为苯、甲苯和二甲苯，苯、甲苯和二甲苯简称为BTX。BTX的主要成分是苯和二甲苯。二甲苯中的PX是生产树脂、聚酯、清洁剂和医药产品的重要原材料，其需求量较大，被看作是石化产业的重要产品之一。
现有技术中，将BTX从重整油中分离处理，剩余下C8A。然后将C8芳烃送入异构化反应装置，使MX、OX通过特定的催化反应转化为热力学平衡的二甲苯混合物，以生成含有PX的产物。二甲苯异构化就是将含贫PX的碳八芳烃，通过催化剂作用转化为接近平衡组成的C8A；异构化反应中还发生乙苯脱烷基反应。二甲苯异构化可以结合PX分离工艺，通过循环操作逐步将OX、MX和EB全部转化为PX，达到提高PX收率目的。
现有的二甲苯异构化生成PX的大致过程是：将首先将气化的含贫PX的C8芳烃加热到400℃以上气化，然后与经过压缩机增压后的氢气混合，再通入反应器，发生异构化反应，反应的温度通常为380-420℃，包含生成的产物的混合气经冷却气液分离，多余的氢气经气液分离，循环压缩使用，生成产物送往下游处理。
在实现本发明的过程中发明人发现，在现有的二甲苯异构化生成PX的过程中，气化含贫PX的碳八芳烃需要消耗较多的能量，使用压缩机压缩氢气不但耗能高，并且压缩机需要占据比较大的空间，对氢气压缩也需要消耗较多的能力，异构化反应温度也很高，消耗较多的能量。总之，现有的二甲苯异构化生成PX耗能高，生产成本高，不利于二甲苯异构化的工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种耗能低和成本低的异构化碳八芳烃的方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种异构化碳八芳烃的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将碳八芳烃和氢气进行混合，得到混氢碳八芳烃；所述氢气与所述碳八芳烃的摩尔比为0.5:99.5-30:70；
(2)使所述混氢碳八芳烃升温，形成气液混合态的反应进料；
(3)将所述反应进料送入反应器，所述反应进料经过所述反应器中的气液分布器后，进入催化剂床层进行异构化反应，生成含有对二甲苯的产物，所述产物经过位于催化剂床层上方的气液分离组件进行气液分离后，得到气相产物和液相产物。
在反应过程中，碳八芳烃为气液混合相，本领域技术人员可以据此设定异构化反应的反应温度和压力。考虑到反应消耗的能量和反应效率，在本发明的一种优选实施方式中，所述异构化反应的反应温度为150-300℃，反应压力为0.5-4.0MPaG。更优选地，所述异构化反应的反应温度为200-250℃，反应压力为0.9-2.0MPaG。
在本发明的一种优选实施方式中，送入所述反应器时，所述反应进料的液体空速为0.3-65h-1，优选为3-45h-1。
在本发明中，氢气不需要循环使用，因此，氢气的用量不大，所述氢气与所述碳八芳烃的摩尔比为0.8:99.2-20:80，优选为3:97-10:90，促使反应平衡向生成PX的进程发展。
在本发明的一种优选实施方式中，所述方法还包括：(4)所述气相产物先经冷却后，再进行气液分离，所述气液分离得到的第一气相分离物和第一液相分离物分别送往下游处理。
为了节省能耗，并有利于后续液相产物气液分离，所述使所述混氢碳八芳烃升温包括对所述混氢碳八芳烃依次进行预热和加热，其中，以所述液相产物作为热交换介质对所述混氢碳八芳烃进行预热。升温后形成的气液混合态的反应进料的温度可以为150-300℃。
所述预热所用的设备可以为换热器。所述加热所用的设备可以为加热器。
在本发明的一种具体实施方式中，所述方法还包括：对换热后的所述液相产物进行气液分离，所述气液分离得到的第二气相分离物和第二液相分离物分别送往下游处理。
本发明提供的异构化碳八芳烃的方法所使用的反应器优选为上流反应分离复合式反应器。
在本发明中，所述反应器为两个以上，两个以上的所述反应器串联或并联布置。
本发明提供的异构化碳八芳烃的方法所使用的反应器的具体结构如下：所述反应器包括：壳体、自下而上设置在所述壳体内部的所述气液分布器、所述催化剂床层、以及所述气液分离组件；
所述反应器与进料管线、液相出口管线、以及气相出口管线；
所述气液分离组件包括：环形的积液板、以及与所述积液板的内缘连接的筒体；
所述气液分离组件与位于所述积液板上方的所述壳体围合成气液分离空间；所述筒体的内部形成气液分离通道；
所述进料管线与所述壳体的底部连通；
所述液相出口管线与位于所述积液板上方的所述壳体连通；
所述气相出口管线的一端与所述壳体的顶部连通。
优选地，所述气相出口管线的另一端与第一气液分离罐连通；冷却器用于冷却所述气相出口管线中的所述气相产物。
在本发明的一种具体实施方式中，所述反应器还包括：检测所述气液分离空间内液位的液位检测元件、设置在所述液相出口管线上的液位控制阀、设置在所述气相出口管线上的压力检测元件和压力控制阀。
为了防止催化剂被产物流体携带出反应器，优选地，在所述催化剂床层上设置有盖板。
在本发明中，所述液相出口管线与第二气液分离罐连通。
本发明提供的异构化碳八芳烃的方法，通过氢气与碳八芳烃的摩尔比为0.5:99.5-30:70，减少氢气的用量，反应进料为气液混合态，对碳八芳烃采用液相加氢的方式，降低了生成PX的能耗，并且通过在反应器中设置气液分布器实现碳八芳烃与氢气充分混合，以及在催化剂作用下，提高PX的产率，并且气液分离组件实现产物的初步气液分离，因此，本发明的异构化碳八芳烃的方法所需的设备少，并且能耗低，投资成本和生产成本低。
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示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中一种反应器的示意图。
图2示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中另一种反应器的示意图。
图3示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中再一种反应器的示意图。
图4示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中再一种反应器的示意图。
附图标记：
101、壳体；
102、气液分布器；
103、催化剂床层；
104、气液分离组件；
1041、环形的积液板；1042、筒体；
W、进料管线；
X、液相出口管线；
Y、气相出口管线；
105、液位检测元件；
106、压力检测元件；
F1、液位控制阀；
F2、压力控制阀；
1、换热器；
2、加热器；
3、冷却器；
4、第一气液分离罐；
5、第二气液分离罐；
10、反应器。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明提供一种异构化碳八芳烃的方法。该方法包括以下步骤：
(1)将碳八芳烃和氢气进行混合，得到混氢碳八芳烃；所述氢气与所述碳八芳烃的摩尔比为0.5:99.5-30:70。
(2)使所述混氢碳八芳烃升温，形成气液混合态的反应进料。
(3)将所述反应进料送入反应器，所述反应进料经过所述反应器中的气液分布器后，进入催化剂床层进行异构化反应，生成含有对二甲苯的产物，所述产物经过位于催化剂床层上方的气液分离组件进行气液分离后，得到气相产物和液相产物。
本发明提供的异构化碳八芳烃的方法，通过氢气与碳八芳烃的摩尔比为0.5:99.5-30:70，减少氢气的用量，反应进料为气液混合态，对碳八芳烃采用液相加氢的方式，降低了生成PX的能耗，并且通过在反应器中设置气液分布器实现碳八芳烃与氢气充分混合，以及在催化剂作用下，提高PX的产率，并且气液分离组件实现产物的初步气液分离，因此，本发明的异构化碳八芳烃的方法所需的设备少，并且能耗低，投资成本和生产成本低。
在反应过程中，碳八芳烃为气液混合相，本领域技术人员可以据此设定异构化反应的反应温度和压力。考虑到反应消耗的能量和反应效率，在本发明的一种优选实施方式中，所述异构化反应的反应温度为150-300℃，优选为200-250℃，反应压力为0.5-4.0MPaG，优选为0.9-2.0MPaG。
在本发明的一种优选实施方式中，送入所述反应器时，所述反应进料的液体空速为0.3-65h-1，优选为3-45h-1。
本领域技术人员可以根据实际需要设定混氢碳八芳烃升温后的温度，本发明不做具体限定。不难理解的是，混氢碳八芳烃升温后的温度，也就是反应进料的温度略小于或者等于反应器内的反应温度是比较适合的。例如，反应进料的温度为150-300℃，优选为200-250℃。
在本发明中，氢气不需要循环使用，因此，氢气的用量不大，所述氢气与所述碳八芳烃的摩尔比为0.8:99.2-20:80，优选为1.0:99-10:90，即可促使反应平衡向生成PX的进程发展，又不需要对氢气进行压缩循环利用。
本发明提供的异构化碳八芳烃的方法还包括：(4)所述气相产物先经冷却后，再进行气液分离，所述气液分离得到的第一气相分离物和第一液相分离物分别送往下游处理。
在本发明中，为了节省能耗，并有利于后续液相产物气液分离，使所述混氢碳八芳烃升温包括对所述混氢碳八芳烃依次进行预热和加热，其中，以所述液相产物作为热交换介质对混氢碳八芳烃进行预热。升温后形成的反应进料的温度可以为150-300℃。所述预热所用的设备可以为换热器。所述加热所用的设备可以为加热器。
在本发明中，可以对反应器输出的液相产物直接送入下游处理，或者经过气液分离得到的气相产物和液相产物送入下游处理，或者与反应进料换热后，送入下游处理，或者与反应进料换热后，经过气液分离得到的气相产物和液相产物送入下游处理。因此，在对液相产物进行换热降温后，所述方法还包括：对换热后的所述液相产物进行气液分离，所述气液分离得到的第二气相分离物和第二液相分离物分别送往下游处理。气液分离可以使用气液分离罐实现。
本发明的异构化碳八芳烃的方法所使用的反应器可以为上流反应分离复合式反应器。
请参见图1，图1示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中一种反应器的示意图。如图1所示，所述反应器包括壳体101、自下而上设置在所述壳体101内部的所述气液分布器102、所述催化剂床层103、以及所述气液分离组件104；所述方法包括：进料管线W、液相出口管线X、以及气相出口管线Y；所述气液分离组件104包括：环形的积液板1041、以及与所述积液板1041的内缘连接的筒体1042；所述气液分离组件104与位于所述积液板1041上方的所述壳体101围合成气液分离空间A；所述筒体1042的内部形成气液分离通道B；所述进料管线W与所述壳体101的底部连通；所述液相出口管线X与位于所述积液板1041上方的所述壳体101连通；所述气相出口管线Y的一端与所述壳体101的顶部连通，另一端与所述第一气液分离罐4连通；所述冷却器3用于冷却所述气相出口管线Y中的所述气相产物。该反应器采用上流式、分离复合式反应器，兼具反应和分离功能，降低异构化碳八芳烃的能耗、操作费用和投资成本。
进一步地，请参见图2，图2示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中另一种反应器的示意图。如图2所示，所述气相出口管线Y的另一端与所述第一气液分离罐4连通；所述冷却器3用于冷却所述气相出口管线Y中的所述气相产物。
进一步地，请继续参见图1，所述反应器还包括：检测所述气液分离空间内液位的液位检测元件105、设置在所述液相出口管线X上的液位控制阀F1、设置在所述气相出口管线Y上的压力检测元件106和压力控制阀F2。
进一步地，在所述催化剂床层103上设置有盖板(图1中未示出)。盖板可以为栅格板。在气液物料流动从下至上的过程中，防止催化剂不会发生上下移动，又能保证气液物流在反应器中流动顺畅。
请参见图3，图3示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中再一种反应器的示意图。如图3所示，所述液相出口管线X与第二气液分离罐5连通。利用第二气液分离罐5实现液相产物的气液分离，得到的第二气相分离物和第二液相分离物分别送往下游处理。
在本发明中，所述反应器为两个以上，两个以上的所述反应器串联或并联布置。请参见图4，图4示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中再一种反应器的示意图。如图4所示，两个反应器10并联布置，分别与进料管线W、液相出口管线X和气相出口管线Y连通。
进一步地，所述方法还包括：液位检测元件检测气液分离罐(第一气液分离罐和第二气液分离罐)内的液位，液位控制阀控制气液分离罐内的液体排出。
实施例1
本实施例提供一种异构化碳八芳烃的方法。请参见图1，该方法包括以下步骤：
(1)将氢气和碳八芳烃按摩尔比0.03(即氢油比)如箭头所示在进料管线W中混合，得到混氢碳八芳烃。
(2)通过换热器1以液相产物作为热交换介质，对混氢碳八芳烃进行预热，之后通过加热器2对混氢碳八芳烃进行加热至混氢碳八芳烃的温度为220℃，形成气液混合态的反应进料。
(3)将反应进料送入反应器，所述反应进料的液体空速为10h-1，经气液分布器102充分混合布气后，进入催化剂床层103进行异构化反应，反应温度为230℃，反应压力为1.6MPaG，生成含有对二甲苯的产物，该产物经过位于催化剂床层103上方的气液分离组件104进行气液分离后，得到气相产物和液相产物。
经检测，EB的转化率为75％，PX/X的质量比为23.8％；二甲苯(单程)损失率小于0.5％。
实施例2和3
本实施例提供一种异构化碳八芳烃的方法。实施例2和3与实施例1的区别仅在于反应条件，详见表1。
表1实施例2和3的反应条件
Figure BDA0002283431640000101
可见，本发明提供的异构化碳八芳烃的方法适用于乙苯含量高，或C8A中乙苯含量高的原料。
对比例
氢气经压缩机压缩至1.5MPaG，与碳八芳烃按摩尔比1.0-4.0混合，通过加热炉将混合后的氢气和碳八芳烃加热至400℃，形成气态的反应进料。
将反应进料送入反应器，进入催化剂床层进行异构化反应，反应温度为400℃，反应压力为1.1MPaG，所述反应进料的液体空速为10h-1，生成含有对二甲苯的产物；反应器出口产物中还有大量未反应氢气和未转化碳八芳烃，及反应副产物苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯等。
经检测，乙苯(EB)的转化率为65％，PX/X(二甲苯)的质量比为23.0％；二甲苯(单程)损失率1.50％。
由此可知，本发明提供的异构化碳八芳烃的方法能耗低，相应地，生产成本和投资成本也低，并且乙苯的转化率、生成的PX含量均高于对比例1。
实施例4
本实施例提供一种异构化碳八芳烃的方法。请参见图3，本实施例在实施例1提供的方法基础上还包括：
(4)气相产物经冷却器3冷却后，送入第一气液分离罐4进行气液分离，气液分离得到的第一气相分离物和第一液相分离物分别送往下游处理。
(5)经过热交换的液相产物，通过第二气液分离罐5进行气液分离，分离出的第二气相分离物与第一气液分离罐4分离出的第一气相分离物合并送往下游，液相产物送往下游处理。
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 (13)

1.一种异构化碳八芳烃的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将碳八芳烃和氢气进行混合，得到混氢碳八芳烃；所述氢气与所述碳八芳烃的摩尔比为0.5:99.5-20:80；
（2）使所述混氢碳八芳烃升温，形成气液混合态的反应进料；
（3）将所述反应进料送入反应器，所述反应进料经过所述反应器中的气液分布器后，进入催化剂床层进行异构化反应，生成含有对二甲苯的产物，所述产物经过位于催化剂床层上方的气液分离组件进行气液分离后，得到气相产物和液相产物；
所述异构化反应的反应温度为150-250℃，反应压力为0.5-2.0MPaG；
所述反应进料的液体空速为0.3-13h-1；
所述反应器为上流反应分离复合式反应器；
所述反应器包括壳体（101）、自下而上设置在所述壳体（101）内部的气液分布器（102）、催化剂床层（103）、以及气液分离组件（104）；
所述气液分离组件（104）包括：环形的积液板（1041）、以及与所述积液板（1041）的内缘连接的筒体（1042）；
所述气液分离组件（104）与位于所述积液板（1041）上方的所述壳体（101）围合成气液分离空间（A）；所述筒体（1042）的内部形成气液分离通道（B）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异构化反应的反应温度为200-250℃，反应压力为0.9-2.0MPaG。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢气与所述碳八芳烃的摩尔比为0.8:99.2-20:80。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氢气与所述碳八芳烃的摩尔比为3:97-10:90。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：（4）所述气相产物先经冷却后，再进行气液分离，所述气液分离得到的第一气相分离物和第一液相分离物分别送往下游处理。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使所述混氢碳八芳烃升温包括对所述混氢碳八芳烃依次进行预热和加热，其中，以所述液相产物作为热交换介质对所述混氢碳八芳烃进行预热。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对换热后的所述液相产物进行气液分离，所述气液分离得到的第二气相分离物和第二液相分离物分别送往下游处理。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应器为两个以上，两个以上的所述反应器串联或并联布置。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，
所述反应器与进料管线（W）、液相出口管线（X）、以及气相出口管线（Y）连通；
所述进料管线（W）与所述壳体（101）的底部连通；
所述液相出口管线（X）与位于所述积液板（1041）上方的所述壳体（101）连通；
所述气相出口管线（Y）的一端与所述壳体（101）的顶部连通。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述气相出口管线（Y）的另一端与第一气液分离罐（4）连通；冷却器（3）用于冷却所述气相出口管线（Y）中的所述气相产物。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述反应器还包括：检测气液分离空间内液位的液位检测元件（105）、设置在所述液相出口管线（X）上的液位控制阀（F1）、设置在所述气相出口管线（Y）上的压力检测元件（106）和压力控制阀（F2）。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述催化剂床层上设置有盖板。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述液相出口管线（X）与第二气液分离罐（5）连通。
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