CN112830859A - 一种强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统及工艺，包括：烷基化反应单元、蒸气回收单元、沉降单元、水洗单元、精馏单元和微界面发生器。烷基化反应单元，用以为乙烯和苯提供反应场所，蒸气回收单元，用以为烷基化反应单元输出气相组分进行冷凝回收，沉降单元，用以为烷基化反应单元输出烷基化液相组分进行冷凝，水洗单元进行水洗和除酸，通过精馏单元，用以为水洗单元输出上层液相组分进行分离精制，本发明通过加装微界面发生器对乙烯进行处理，破碎乙烯使其形成微米尺度的微米级气泡，使乙烯微米级气泡与苯混合形成气液乳化物，以增大气液两相的相界面积，提高乙烯和苯的反应效率，提高苯利用率，降低乙苯的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及苯和乙烯制备乙苯技术领域，尤其涉及一种强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统及工艺。
背景技术
乙苯是一个芳香族的有机化合物，由于苯环上连有乙基，故使苯环活化，比苯更容易发生化学反应，作为有机化工生产过程中重要的一种原料，主要用于在石油化学工业烷基化生产苯乙烯，随后进一步反应制取聚苯乙烯、ABS树脂，离子交换树脂等，所制成的苯乙烯一般被用来制备常用的塑料制品——聚苯乙烯，少量直接用于合成生产苯乙酮等中间体。也用于香料以及做有机溶剂使用，当今全球过半的乙苯产出并消耗于美国、日本、韩国、中国台湾和中国大陆。乙苯的生产和消费随着经济的发展还会不断增长，尤其是在中国大陆。2015-2016年间中国大陆的乙苯产量约为900万吨，因其下游产物具有广泛的应用前景，对国家发展具有重要的战略意义。
工业生产中90％以上的乙苯均以乙烯和苯为原料进行烷基化反应制得，主要的合成方法为AlCl3法和Alkar法。其中AlC13法采用的是典型的Friedel-Crafts工艺,用AlCl3配合物为催化剂，有A1C13液相法和均相A1Cl3法之分，其工艺流程组成结构简单，产物转化率高，操作费用低廉；Alkar法乙苯工艺使用稀乙烯作为烷基化反应的乙烯源。Alkar法的催化剂为以Al2O3为骨架的BF3催化剂。稀乙烯作为反应原料，其浓度可以低至8％-10％，Alkar法的催化剂活性高，寿命及再生周期长，工艺流程简单，能耗低，在乙烯转化率、乙苯收率和乙苯选择性方面表现良好。
中国专利公开号：CN102267859B公开了用于一种用乙烯生产乙苯的方法，(1)含乙烯和惰性组分的气体混合物，分成N份，分别通过管线从气相入口进入烷基化反应器的第N吸收段底部，与来自烷基化反应器顶部吸收剂入口的吸收剂在吸收段接触；烷基化反应器设有N个吸收段和N个反应段，吸收剂中，乙苯和多乙苯的质量含量为30-90％，(2)吸收了乙烯的吸收剂向下流动，在反应段反应生成乙苯和多乙苯，吸收剂在烷基化反应器中，依次经过各个吸收段和反应段，反应后的气相和液相烃化液，送往后续工段。由此可见，所述方法存在以下问题：
第一，所述方法中仅通过将乙烯和惰性组分的气体混合物通入烷基化反应器与苯发生烷基化反应获得乙苯，其中气相组分乙烯进入烷基化反应器形成大气泡，然而由于气泡体积过大，无法与液相组分苯分充分接触，降低了系统的反应效率。
第二，所述方法中乙烯与苯反应速率降低，导致乙烯利用率降低，很大程度上造成原料的浪费，增加了乙苯的生产成本，不符合现有的循环经济的要求。
发明内容
为此，本发明提供一种强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统及工艺，用以克服现有技术中组分间混合不均匀产生副产物导致的系统反应效率低的问题。
一方面，本发明提供一种强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统，包括：
烷基化反应单元，用以为乙烯和苯提供反应场所；
蒸气回收单元，其与所述烷基化反应单元相连，用以为烷基化反应单元输出气相组分进行冷凝回收；
沉降单元，其与所述烷基化反应单元相连，用以为烷基化反应单元输出烷基化液相组分进行冷凝，并对烷基化液相进行沉降分离；
水洗单元，其与所述沉降单元相连，用于为沉降单元输出上层液相组分进行水洗和除酸；
精馏单元，与所述水洗单元相连，用以为水洗单元输出上层液相组分进行分离精制；
微界面发生器，其设置在所述烷基化反应单元上，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给气相组分，使气相气破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高气相组分与液相组分的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将液相组分与微米级气泡混合形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化气液组分的传质效率和反应效率。
进一步地，所述微界面发生器为气动式微界面发生器，所述微界面发生器设置在所述烷基化反应单元的反应区底部，用以将乙烯破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至次过氧化苯合成单元内与苯混合形成气液乳化物。
进一步地，所述烷基化反应单元包括：
烷基化反应器，用以为乙烯和苯提供反应场所；
气相进料管道，其设置在所述烷基化反应器的侧壁底部并与所述微界面发生器相连，用以将乙烯输送至微界面发生器内；
液相进料管道，其设置在所述烷基化反应器的侧壁底部并位于所述气相进料管道上方，用以将苯输送至烷基化反应器内；
催化剂配置槽，其与所述烷基化反应器的底部相连，用以为烷基化反应器配置，并传输催化剂；
压缩机，其设置在所述气相进料管道上，用以对气相组分乙烯进行压缩，以使乙烯维持在预设传输压力内。
进一步地，所述蒸气回收单元包括：
第一冷凝器，其分别与所述烷基化反应单元的塔顶相连，用以为烷基化反应单元输出的气相组分进行水冷处理；
吸收器，其与所述第一冷凝器相连，用以为第一冷凝器输出的不凝气相组分进行吸收处理。
进一步地，所述蒸气回收单元还包括：
第一回输管道，其与所述第一冷凝器和所述吸收器底部相连，用以将第一冷凝器和吸收器输出液相组分回输入烷基化反应器内。
进一步地，所述沉降单元包括：
第二冷凝器，其与所述烷基化反应单元的侧壁相连，用以为烷基化反应单元溢流出液相组分进行水冷处理；
沉降槽，其与所述第二冷凝器相连，用以为第二冷凝器输出的液相组分进行沉降分离；
第二回输管道，其一端与所述沉降槽相连，另一端与所述第一回输管道相连，用以将沉降槽输出下层组分回输。
进一步地，所述水洗单元包括：
水洗塔，其与所述沉降单元相连，用以为沉降单元输出上层液相组分进行50％碱液水洗分解催化络合物；
油碱分离器，其与所述水洗塔相连，用于对水洗塔输出上层液相组分进行油相碱液分离。
进一步地，所述精馏单元包括：
蒸苯塔，其与所述水洗单元相连，用以为水洗单元输出组分进行轻组分苯脱除；
蒸乙苯塔，其与所述蒸苯塔相连，用以为蒸苯塔输出重组分进行轻组分乙苯脱除。
另一方面，一种强化苯和乙烯制备乙苯的反应工艺，包括：
烷基化反应工序：
步骤1：通过所述液相进料管道向所述烷基化反应器内输送苯，通过催化剂配置槽配置催化剂并输送至所述烷基化反应器内，通过所述气相进料管道向所述烷基化反应器内输送乙烯，所述气相进料管道会将乙烯气输送至所述微界面发生器，所述微界面发生器对乙烯进行破碎，形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，所述微界面发生器将微米级气泡输出至所述烷基化反应器并与苯混合形成气液乳化物，气液乳化物进反应，生成乙苯混合物，并流入沉降单元，其中烷基化反应器中的气相组分流入蒸气回收单元；
蒸气回收工序：
步骤2：所述烷基化反应器顶部输出气相组分进入所述第一冷凝器内进行水冷，气相组分中的苯预冷凝结成液态并沿所述第一回输管道回输入烷基化反应器内，不凝的气相组分进入吸收器内进一步回收不凝气中的苯，所述吸收器内回收的苯沿所述第一回输管道回输入烷基化反应器内；
沉降工序：
步骤3：所述烷基化反应器内溢流出液相组分沿所述烷基化反应器侧壁上部进入所述第二冷凝器内，其中液相组分烷基化液流入所述沉降槽，所述沉降槽内催化络合物因密度较烷基化液大而沉于下层，并通过所述第二回输管道回输入烷基化反应器内，所述沉降槽输出的上层液相组分流入水洗单元；
水洗工序：
步骤4：所述沉降槽输出的上层液相组分流入所述水洗塔，并在水洗塔内通入50％碱液水洗分解催化络合物，水洗塔内输出上层液相组分流入所述油碱分离器，其中烷基化液位于上层，碱液位于下层，上层的烷基化液流入精馏单元；
精馏工序：
步骤5：烷基化液流入蒸苯塔，其中轻组分苯沿蒸苯塔塔顶排出并回收利用，重组分流入所述蒸乙苯塔内，其中轻组分乙苯沿所述蒸乙苯塔塔顶排出。
进一步地，所述工艺中烷基化反应器内反应温度为363-373K，反应压力为0.10-0.15MPa，所述微界面发生器内的气液比为600-1000:1，所述乙烯和苯的摩尔比为0.5-0.6。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过烷基化反应单元、蒸气回收单元、沉降单元、水洗单元、精馏单元和微界面发生器构成本发明系统的主体结构，通过破碎乙烯使其形成微米尺度的微米级气泡，使微米级气泡与苯混合形成气液乳化物，以增大气液两相的相界面积，提高乙苯的合成效率，提高乙烯反应效率，节约成本；本发明系统中通过烷基化反应单元，用以为乙烯和苯提供反应场所，通过蒸气回收单元，用以为烷基化反应单元输出气相组分进行冷凝回收，通过沉降单元，用以为烷基化反应单元输出烷基化液相组分进行冷凝，并对烷基化液相进行沉降分离，通过水洗单元用于为沉降单元输出上层液相组分进行水洗和除酸，通过精馏单元，用以为水洗单元输出上层液相组分进行分离精制，可以根据不同的产品要求，而灵活地对乙烯进行预设操作条件的范围调整，以确保反应的充分有效进行，进而保证反应速率，达到了强化反应的目的。
尤其，本发明的烷基化反应单元内设置了烷基化反应器、气相进料管道、液相进料管道、催化剂配置槽和压缩机，通过烷基化反应器，用以为乙烯和苯提供反应场所，若干气相进料管道，其设置在所述烷基化反应器的侧壁底部并与所述微界面发生器相连，用以将乙烯输送至微界面发生器内，通过液相进料管道，其设置在所述烷基化反应器的侧壁底部并位于所述气相进料管道上方，用以将苯输送至烷基化反应器内，通过催化剂配置槽，其与所述烷基化反应器的底部相连，用以为烷基化反应器配置，并传输催化剂，通过压缩机，其设置在所述气相进料管道上，用以对气相组分乙烯进行压缩，以使乙烯维持在预设传输压力内，提高反应效率。
尤其，本发明的蒸气回收单元内设置了第一冷凝器、吸收器和第一回输管道，通过第一冷凝器，其分别与所述烷基化反应单元的塔顶相连，用以为烷基化反应单元输出的气相组分进行水冷处理，通过吸收器，其与所述第一冷凝器相连，用以为第一冷凝器输出的不凝气相组分进行吸收处理，通过第一回输管道，其与所述第一冷凝器和所述吸收器底部相连，用以将第一冷凝器和吸收器输出液相组分回输入烷基化反应器内，对苯进行回输，提高原料利用率。
尤其，本发明的沉降单元设置了第二冷凝器、沉降槽和第二回输管道，通过第二冷凝器，其与所述烷基化反应单元的侧壁相连，用以为烷基化反应单元溢流出液相组分进行水冷处理，通过沉降槽，其与所述第二冷凝器相连，用以为第二冷凝器输出的液相组分进行沉降分离，通过第二回输管道，其一端与所述沉降槽相连，另一端与所述第一回输管道相连，用以将沉降槽输出下层组分回输，对催化剂进行回输，提高催化剂的利用率。
尤其，本发明的水洗单元内设置了水洗塔和油碱分离器，通过水洗塔，其与所述沉降单元相连，用以为沉降单元输出上层液相组分进行50％碱液水洗分解催化络合物，通过油碱分离器，其与所述水洗塔相连，用于对水洗塔输出上层液相组分进行油相碱液分离。
尤其，本发明的精馏单元设置了蒸苯塔和蒸乙苯塔，通过蒸苯塔，其与所述水洗单元相连，用以为水洗单元输出组分进行轻组分苯脱除，通过蒸乙苯塔，其与所述蒸苯塔相连，用以为蒸苯塔输出重组分进行轻组分乙苯脱除获得高纯度乙苯。
附图说明
图1为本发明所述的强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，其为本发明所述的强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统的结构示意图，一种强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统，包括：烷基化反应单元1、蒸气回收单元2、沉降单元3、水洗单元4、精馏单元5和微界面发生器6；
烷基化反应单元1，用以为乙烯和苯提供反应场所；
蒸气回收单元2，其与所述烷基化反应单元1相连，用以为烷基化反应单元输出气相组分进行冷凝回收；
沉降单元3，其与所述烷基化反应单元1相连，用以为烷基化反应单元输出烷基化液相组分进行冷凝，并对烷基化液相进行沉降分离；
水洗单元4，其与所述沉降单元3相连，用于为沉降单元输出上层液相组分进行水洗和除酸；
精馏单元5，与所述水洗单元4相连，用以为水洗单元输出上层液相组分进行分离精制；
微界面发生器6，设置在所述烷基化反应单元1上，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给气相组分，使气相气破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高气相组分与液相组分的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将液相组分与微米级气泡混合形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化气液组分的传质效率和反应效率。
请继续参阅图1所示，所述微界面发生器6为气动式微界面发生器，所述微界面发生器6设置在所述烷基化反应单元1的反应区底部，用以将乙烯破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至次过氧化苯合成单元内与苯混合形成气液乳化物。
当所述系统运行时，微界面发生器6气相组分破碎形成微米尺度的微米级气泡并使微米级气泡与苯溶液的混合物混合形成气液乳化物。本领域的技术人员可以理解的是，本发明所述微界面发生器6还可用于其它多相反应中，如通过微界面、微纳界面、超微界面、微泡生化反应器或微泡生物反应器等设备，使用微混合、微流化、超微流化、微泡发酵、微泡鼓泡、微泡传质、微泡传递、微泡反应、微泡吸收、微泡增氧、微泡接触等工艺或方法，以使组分形成多相微混流、多相微纳流、多相乳化流、多相微结构流、气液固微混流、气液固微纳流、气液固乳化流、气液固微结构流、微米级气泡、微米级气泡流、微泡沫、微泡沫流、微气液流、气液微纳乳化流、超微流、微分散流、两项微混流、微湍流、微泡流、微鼓泡、微鼓泡流、微纳鼓泡以及微纳鼓泡流等由微米尺度颗粒形成的多相流体、或由微纳尺度颗粒形成的多相流体(简称微界面流体)，从而有效地增大了反应过程中所述气相和/或液相与液相和/或固相之间的相界传质面积。
请继续参阅图1所示，所述烷基化反应单元1包括：
烷基化反应器11，用以为乙烯和苯提供反应场所；
气相进料管道12，其设置在所述烷基化反应器11的侧壁底部并与所述微界面发生器6相连，用以将乙烯输送至微界面发生器内；
液相进料管道13，其设置在所述烷基化反应器11的侧壁底部并位于所述气相进料管道12上方，用以将苯输送至烷基化反应器内；
催化剂配置槽14，其与所述烷基化反应器11的底部相连，用以为烷基化反应器配置，并传输催化剂；
压缩机15，其设置在所述气相进料管道12上，用以对气相组分乙烯进行压缩，以使乙烯维持在预设传输压力内。
当系统运行时，通过所述液相进料管道13向所述烷基化反应器11内输送苯，通过所述气相进料管道12向所述烷基化反应器11内输送乙烯，所述气相进料管道12会将乙烯气输送至所述微界面发生器6，所述微界面发生器6对乙烯进行破碎，形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，所述微界面发生器6将微米级气泡输出至所述烷基化反应器11并与苯混合形成气液乳化物，气液乳化物进反应，生成乙苯混合物，并流入沉降单元3，其中烷基化反应器11中的气相组分流入蒸气回收单元2，可以理解的是，所述气相进料管道12和所述液相进料管道13的材质和尺寸本实施例均不做具体限制，只要满足气相进料管道12和液相进料管道13能够在指定时间内输送指定体积的组分即可；所述压缩机15的型号和功率本实施例均不做具体限制，只要满足压缩机15能够使乙烯维持在预设传输压力内即可。
请继续参阅图1所示，所述蒸气回收单元2包括：
第一冷凝器21，其与所述烷基化反应单元1的塔顶相连，用以为烷基化反应单元输出的气相组分进行水冷处理；
吸收器22，其与所述第一冷凝器21相连，用以为第一冷凝器输出的不凝气相组分进行吸收处理。
请继续参阅图1所示，所述蒸气回收单元2还包括：
第一回输管道23，其与所述第一冷凝器21和所述吸收器22底部相连，用以将第一冷凝器和吸收器输出液相组分回输入烷基化反应器内。
当系统运行时，所述烷基化反应器11顶部输出气相组分进入所述第一冷凝器21内进行水冷，气相组分中的苯预冷凝结成液态并沿所述第一回输管道23回输入烷基化反应器11内，不凝的气相组分进入吸收器22内进一步回收不凝气中的苯，所述吸收器22内回收的苯沿所述第一回输管23道回输入烷基化反应器11内，可以理解的是所述第一冷凝器21的型号和功率本实施例均不做具体限制，只要满足第一冷凝器21能够使气相组分需达到冷凝温度即可。
请继续参阅图1所示，所述沉降单元3包括：
第二冷凝器31，其与所述烷基化反应单元1的侧壁相连，用以为烷基化反应单元溢流出液相组分进行水冷处理；
沉降槽32，其与所述第二冷凝器31相连，用以为第二冷凝器输出的液相组分进行沉降分离；
第二回输管道33，其一端与所述沉降槽32相连，另一端与所述第一回输管道23相连，用以将沉降槽输出下层组分回输。
当系统运行时，所述烷基化反应器11内溢流出液相组分沿所述烷基化反应器11侧壁上部进入所述第二冷凝器31内，其中液相组分烷基化液流入所述沉降槽32，所述沉降槽32内催化络合物因密度较烷基化液大而沉于下层，并通过所述第二回输管道33回输入烷基化反应器11内，所述沉降槽32输出的上层液相组分流入水洗单元4，可以理解的是，所述第二冷凝器31的型号和功率本实施例均不做具体限制，只要满足第二冷凝器31能够使气相组分需达到冷凝温度即可。
请继续参阅图1所示，所述水洗单元4包括：
水洗塔41，其与所述沉降单元3相连，用以为沉降单元输出上层液相组分进行50％碱液水洗分解催化络合物；
油碱分离器42，其与所述水洗塔41相连，用于对水洗塔输出上层液相组分进行油相碱液分离。
当系统运行时，所述沉降槽32输出的上层液相组分流入所述水洗塔41，并在水洗塔41内通过50％碱液水洗分解催化络合物，水洗塔41内输出上层液相组分流入所述油碱分离器42，其中烷基化液位于上层，碱液位于下层，上层的烷基化液流入精馏单元5。
请继续参阅图1所示，所述精馏单元5包括：
蒸苯塔51，其与所述水洗单元4相连，用以为水洗单元输出组分进行轻组分苯脱除；
蒸乙苯塔52，其与所述蒸苯塔51相连，用以为蒸苯塔输出重组分进行轻组分乙苯脱除。
当系统运行时，烷基化液流入蒸苯塔51，其中轻组分苯沿蒸苯塔51塔顶排出并回收利用，重组分流入所述蒸乙苯塔52内，其中轻组分乙苯沿所述蒸乙苯塔52塔顶排出，可以理解的是，所述蒸苯塔51和所述蒸乙苯塔52可以为塔板式和填料式任意种类，且类型及型号本实施例均不作具体限制，只要满足蒸苯塔51和蒸乙苯塔52能够达到其指定的工作状态即可。
一种强化苯和乙烯制备乙苯的反应工艺，包括：
烷基化反应工序：
步骤1：通过所述液相进料管道向所述烷基化反应器内输送苯，通过催化剂配置槽配置催化剂并输送至所述烷基化反应器内，通过所述气相进料管道向所述烷基化反应器内输送乙烯，所述气相进料管道会将乙烯气输送至所述微界面发生器，所述微界面发生器对乙烯进行破碎，形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，所述微界面发生器将微米级气泡输出至所述烷基化反应器并与苯混合形成气液乳化物，气液乳化物进反应，生成乙苯混合物，并流入沉降单元，其中烷基化反应器中的气相组分流入蒸气回收单元；
蒸气回收工序：
步骤2：所述烷基化反应器顶部输出气相组分进入所述第一冷凝器内进行水冷，气相组分中的苯预冷凝结成液态并沿所述第一回输管道回输入烷基化反应器内，不凝的气相组分进入吸收器内进一步回收不凝气中的苯，所述吸收器内回收的苯沿所述第一回输管道回输入烷基化反应器内；
沉降工序：
步骤3：所述烷基化反应器内溢流出液相组分沿所述烷基化反应器侧壁上部进入所述第二冷凝器内，其中液相组分烷基化液流入所述沉降槽，所述沉降槽内催化络合物因密度较烷基化液大而沉于下层，并通过所述第二回输管道回输入烷基化反应器内，所述沉降槽输出的上层液相组分流入水洗单元；
水洗工序：
步骤4：所述沉降槽输出的上层液相组分流入所述水洗塔，并在水洗塔内通入50％碱液水洗分解催化络合物，水洗塔内输出上层液相组分流入所述油碱分离器，其中烷基化液位于上层，碱液位于下层，上层的烷基化液流入精馏单元；
精馏工序：
步骤5：烷基化液流入蒸苯塔，其中轻组分苯沿蒸苯塔塔顶排出并回收利用，重组分流入所述蒸乙苯塔内，其中轻组分乙苯沿所述蒸乙苯塔塔顶排出。
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
使用上述系统及工艺进行苯和乙烯制备乙苯，其中：
所述工艺中烷基化反应器内反应温度为363K；
反应压力为0.10MPa；
所述微界面发生器内的气液比为600:1；
所述乙烯和苯的摩尔比为0.5；
所述催化剂为AlCl3络合物。
经检测，使用所述系统及工艺后乙烯转化率99.98％，工艺的合成效率提升2.4％。
实施例2
使用上述系统及工艺进行苯和乙烯制备乙苯，其中：
所述工艺中烷基化反应器内反应温度为365K；
反应压力为0.12MPa；
所述微界面发生器内的气液比为700:1；
所述乙烯和苯的摩尔比为0.5；
所述催化剂为AlCl3络合物。
实施例3
使用上述系统及工艺进行苯和乙烯制备乙苯，其中：
所述工艺中烷基化反应器内反应温度为367K；
反应压力为0.13MPa；
所述微界面发生器内的气液比为800:1；
所述乙烯和苯的摩尔比为0.5；
所述催化剂为AlCl3络合物。
实施例4
使用上述系统及工艺进行苯和乙烯制备乙苯，其中：
所述工艺中烷基化反应器内反应温度为369K；
反应压力为0.14MPa；
所述微界面发生器内的气液比为900:1；
所述乙烯和苯的摩尔比为0.6；
所述催化剂为AlCl3络合物。
实施例5
使用上述系统及工艺进行苯和乙烯制备乙苯，其中：
所述工艺中烷基化反应器内反应温度为373K；
反应压力为0.15MPa；
所述微界面发生器内的气液比为1000:1；
所述乙烯和苯的摩尔比为0.6；
所述催化剂为AlCl3络合物。
对比例
使用现有技术进行苯和乙烯制备乙苯，其中，本实施例选用的工艺参数与所述实施例5中的工艺参数相同。
经检测，使用所述系统及工艺及现有技术后乙烯转化率和合成效率提升率如下表所示：
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统，其特征在于，包括：
烷基化反应单元，用以为乙烯和苯提供反应场所；
蒸气回收单元，其与所述烷基化反应单元相连，用以为烷基化反应单元输出气相组分进行冷凝回收；
沉降单元，其与所述烷基化反应单元相连，用以为烷基化反应单元输出烷基化液相组分进行冷凝，并对烷基化液相进行沉降分离；
水洗单元，其与所述沉降单元相连，用于为沉降单元输出上层液相组分进行水洗和除酸；
精馏单元，与所述水洗单元相连，用以为水洗单元输出上层液相组分进行分离精制；
微界面发生器，其设置在所述烷基化反应单元上，将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给气相组分，使气相气破碎形成直径≥1μm、且＜1mm的微米级气泡以提高气相组分与液相组分的传质面积，减小液膜厚度，降低传质阻力，并在破碎后将液相组分与微米级气泡混合形成气液乳化物，以在预设操作条件范围内强化气液组分的传质效率和反应效率。
2.根据权利要求1所述的强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统，其特征在于，所述微界面发生器为气动式微界面发生器，所述微界面发生器设置在所述烷基化反应单元的反应区底部，用以将乙烯破碎形成微米尺度的微米级气泡并在破碎完成后将微米级气泡输出至次过氧化苯合成单元内与苯混合形成气液乳化物。
3.根据权利要求1所述的强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统，其特征在于，所述烷基化反应单元包括：
烷基化反应器，用以为乙烯和苯提供反应场所；
气相进料管道，其设置在所述烷基化反应器的侧壁底部并与所述微界面发生器相连，用以将乙烯输送至微界面发生器内；
液相进料管道，其设置在所述烷基化反应器的侧壁底部并位于所述气相进料管道上方，用以将苯输送至烷基化反应器内；
催化剂配置槽，其与所述烷基化反应器的底部相连，用以为烷基化反应器配置，并传输催化剂；
压缩机，其设置在所述气相进料管道上，用以对气相组分乙烯进行压缩，以使乙烯维持在预设传输压力内。
4.根据权利要求1所述的强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统，其特征在于，所述蒸气回收单元包括：
第一冷凝器，分别分别与所述烷基化反应单元的塔顶相连，用以为烷基化反应单元输出的气相组分进行水冷处理；
吸收器，其与所述第一冷凝器相连，用以为第一冷凝器输出的不凝气相组分进行吸收处理。
5.根据权利要求4所述的强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统，其特征在于，所述蒸气回收单元还包括：
第一回输管道，其与所述第一冷凝器和所述吸收器底部相连，用以将第一冷凝器和吸收器输出液相组分回输入烷基化反应器内。
6.根据权利要求5所述的强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统，其特征在于，所述沉降单元包括：
第二冷凝器，其与所述烷基化反应单元的侧壁相连，用以为烷基化反应单元溢流出液相组分进行水冷处理；
沉降槽，其与所述第二冷凝器相连，用以为第二冷凝器输出的液相组分进行沉降分离；
第二回输管道，其一端与所述沉降槽相连，另一端与所述第一回输管道相连，用以将沉降槽输出下层组分回输。
7.根据权利要求1所述的强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统，其特征在于，所述水洗单元包括：
水洗塔，其与所述沉降单元相连，用以为沉降单元输出上层液相组分进行50％碱液水洗分解催化络合物；
油碱分离器，其与所述水洗塔相连，用于对水洗塔输出上层液相组分进行油相碱液分离。
8.根据权利要求1所述的强化苯和乙烯制备乙苯的反应系统，其特征在于，所述精馏单元包括：
蒸苯塔，其与所述水洗单元相连，用以为水洗单元输出组分进行轻组分苯脱除；
蒸乙苯塔，其与所述蒸苯塔相连，用以为蒸苯塔输出重组分进行轻组分乙苯脱除。
9.一种强化苯和乙烯制备乙苯的反应工艺，其特征在于，包括：
烷基化反应工序：
步骤1：通过所述液相进料管道向所述烷基化反应器内输送苯，通过催化剂配置槽配置催化剂并输送至所述烷基化反应器内，通过所述气相进料管道向所述烷基化反应器内输送乙烯，所述气相进料管道会将乙烯气输送至所述微界面发生器，所述微界面发生器对乙烯进行破碎，形成微米尺度的微米级气泡，破碎完成后，所述微界面发生器将微米级气泡输出至所述烷基化反应器并与苯混合形成气液乳化物，气液乳化物进反应，生成乙苯混合物，并流入沉降单元，其中烷基化反应器中的气相组分流入蒸气回收单元；
蒸气回收工序：
步骤2：所述烷基化反应器顶部输出气相组分进入所述第一冷凝器内进行水冷，气相组分中的苯预冷凝结成液态并沿所述第一回输管道回输入烷基化反应器内，不凝的气相组分进入吸收器内进一步回收不凝气中的苯，所述吸收器内回收的苯沿所述第一回输管道回输入烷基化反应器内；
沉降工序：
步骤3：所述烷基化反应器内溢流出液相组分沿所述烷基化反应器侧壁上部进入所述第二冷凝器内，其中液相组分烷基化液流入所述沉降槽，所述沉降槽内催化络合物因密度较烷基化液大而沉于下层，并通过所述第二回输管道回输入烷基化反应器内，所述沉降槽输出的上层液相组分流入水洗单元；
水洗工序：
步骤4：所述沉降槽输出的上层液相组分流入所述水洗塔，并在水洗塔内通入50％碱液水洗分解催化络合物，水洗塔内输出上层液相组分流入所述油碱分离器，其中烷基化液位于上层，碱液位于下层，上层的烷基化液流入精馏单元；
精馏工序：
步骤5：烷基化液流入蒸苯塔，其中轻组分苯沿蒸苯塔塔顶排出并回收利用，重组分流入所述蒸乙苯塔内，其中轻组分乙苯沿所述蒸乙苯塔塔顶排出。
10.根据权利要求9所述的强化苯和乙烯制备乙苯的反应工艺，其特征在于，所述工艺中烷基化反应器内反应温度为363-373K，反应压力为0.10-0.15MPa，所述微界面发生器内的气液比为600-1000:1，所述乙烯和苯的摩尔比为0.5-0.6。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210525 |