CN114100558A - 一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，涉及苯和二甲苯生产设备技术领域。包括汽化炉和控制柜，汽化炉顶部通过传汽管固定连接有反应罐，反应罐顶部通过引导管固定连接有分液器，分液器包括冷却油箱，冷却油箱下方设置有分液罐，冷却油箱顶部中心位置安装有第一加热棒，第一加热棒侧面安装有第二温度传感器，冷却油箱内部设置有螺旋冷却管，螺旋冷却管顶部一端通过冷却接管与引导管相连接。本发明根据原料甲苯和产物苯和甲苯的沸点的差别，从而实现了对甲苯歧化反应中产物的循环式提取，和原料的回流，以此提高整个歧化反应的转化率，缩短了整个制备流程并提高了生产率还提高产品纯度。

Description

一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备

技术领域

本发明涉及苯和二甲苯生产设备技术领域，具体为一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备。

背景技术

工业生产苯和二甲苯的过程中常使用甲苯歧化反应的方式进行生产，甲苯歧化反应，甲苯在催化剂作用下，使一个甲苯分子中的甲基转移到另一个甲苯分子上而生成一个苯分子和一个二甲苯分子，这种反应称作甲苯歧化反应，常用的催化剂为硅铝催化剂。

公开号为CN103755515A的中国发明专利公开了一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的方法及其设备，具体公开了其由原料预热器、原料换热器、原料加热器、反应精馏塔、反应精馏塔重沸器、反应精馏塔顶冷却器、反应精馏塔顶回流罐、汽提塔、汽提塔进料预热器、汽提塔重沸器、汽提塔顶冷却器、二甲苯产品冷却器、苯产品冷却器和汽提塔顶回流罐组成，该设备通过反应产物苯和二甲苯的连续移出反应体系，使甲苯歧化反应不断向目的方向移动进而提高转换率，但是其采用精馏的方式进行产物的分步提取过程较为繁琐，虽然能够提高转换率，但是其制备过程耗时较多，生产效率较低，不利于工业化生产，同时由于制备过程冗长其产品纯度难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，包括汽化炉和控制柜，所述汽化炉顶部通过传汽管固定连接有反应罐，反应罐顶部通过引导管固定连接有分液器，分液器包括冷却油箱，冷却油箱下方设置有分液罐，冷却油箱顶部中心位置安装有第一加热棒，第一加热棒侧面安装有第二温度传感器，冷却油箱内部设置有螺旋冷却管，螺旋冷却管顶部一端通过冷却接管与引导管相连接，螺旋冷却管另一端通过流液管与分液罐相连通，分液罐顶部固定连接有分汽管，分汽管另一端通过引汽管固定连接有冷凝器，冷凝器底部通过第二出料管固定连接有第二收集罐，分液罐底部安装有出液阀，出液阀底部通过回流管与汽化炉相连通，冷却油箱外壁通过安装架与反应罐固定连接，安装架正面安装有冷排，冷排顶部通过回油管与冷却油箱顶部相连通，冷排底部安装有吸油泵，吸油泵一端与冷排相连通另一端通过吸油管与冷却油箱底部相连通，分液器下方设置有净化罐，净化罐顶部通过返回管与引导管相连通，净化罐外壁一侧底部通过第一出料管固定连接有第一收集罐，净化罐外壁另一侧通过引液管与反应罐底部相连通，所述冷凝器侧面通过传水管固定连接有冷却塔。

更进一步地，所述汽化炉包括炉身，炉身顶部开设有用于与传汽管相连通的出汽口，炉身顶部位于出汽口侧面固定连接有用于与回流管连接的回流接管，炉身底部固定连接有球形炉底，炉身侧面开设有注料口，球形炉底底部固定连接有底板，底板中部安装有进风风机，底板顶部围绕进风风机以贯穿形式等距安装有燃气炉，燃气炉底部均固定连接有燃气管，炉身外壁安装有第一温度传感器。

更进一步地，所述反应罐包括外罩，所述外罩内部设置有内罐，内罐与外罩之间设置有保温层，内罐底部固定连接有底盖，所述引液管连接在底盖底部，内罐顶部固定连接有顶盖，顶盖顶部通过导流接管与引导管相连接，顶盖顶部位于导流接管侧面的位置安装有第二温度传感器，所述传汽管一端依次贯穿于外罩和保温层外壁与内罐相连通，内罐内壁开设有多个引流槽，内罐内部上下等距安装有催化器，外罩外壁开设有用于与传汽管连接的注汽管口。

更进一步地，所述催化器包括上下等距设置的固定环，所述固定环内壁之间均固定连接有多个催化杆，多个催化杆顶部以贯穿形式固定连接有导流柱。

更进一步地，所述净化罐包括罐壁，罐壁外壁开设有用于与引液管连接的进液口，罐壁顶部开设有与返回管连接有回汽口，罐壁底部固定连接有安装板，安装板顶部以贯穿形式安装有多个第二加热棒，罐壁外壁安装有出料阀，所述第一出料管连接在出料阀上。

更进一步地，所述冷凝器包括冷凝水箱，所述冷凝水箱内部设置有S形管，S形管一端贯穿于冷凝水箱顶部与引汽管相连接，S形管另一端贯穿于冷凝水箱底部与第二出料管相连接。

更进一步地，所述冷凝水箱侧面分别开设有用于与传水管连接的进水口和出水口，所述传水管设置有两根。

更进一步地，所述汽化炉、反应罐、分液器、净化罐和冷却塔分别与控制柜电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）该甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，根据原料甲苯和产物苯和甲苯的沸点的差别，通过反应罐得到粗二甲苯液体产物，后利用净化罐将内部的苯和甲苯再次汽化得到二甲苯产物，利用分液器将甲苯与苯进行分离，最后使用冷凝器将苯液化提取出来，从而实现了对甲苯歧化反应中产物的循环式提取和原料的回流，以此提高整个歧化反应的转化率同时还提高产品纯度。

（2）该甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，通过设备根据各个产物和原料的沸点差异在进行转化率提高的过程中将产物苯和甲苯自然的提取出来，省去了传统低转化率工艺中需要进行分馏的步骤，缩短了整个制备流程，以此提高整体生产效率，有利于工业化生产。

（3）该甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，本设备能够使用在与甲苯歧化生产原理相似的其他歧化生产工艺中，利用产物的沸点差异灵活的调整分液器内部甘油的温度以此来扩展设备的适用范围。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图；

图2为本发明的背面结构示意图；

图3为本发明的汽化炉结构示意图；

图4为本发明的分液器部分剖结构示意图；

图5为本发明的净化罐分解结构示意图；

图6为本发明的冷凝器分解结构示意图；

图7为本发明的反应罐分解结构示意图；

图8为本发明的催化器分解结构示意图。

图中：1、汽化炉；101、炉身；102、出汽口；103、回流接管；104、第一温度传感器；105、注料口；106、球形炉底；107、底板；108、进风风机；109、燃气炉；110、燃气管；2、反应罐；201、外罩；202、保温层；203、内罐；204、催化器；20401、固定环；20402、催化杆；20403、导流柱；205、底盖；206、注汽管口；207、顶盖；208、第二温度传感器；209、导流接管；3、分液器；301、冷却油箱；302、冷却接管；303、第一加热棒；304、第二温度传感器；305、回油管；306、螺旋冷却管；307、冷排；308、吸油管；309、吸油泵；310、分液罐；311、流液管；312、分汽管；313、出液阀；314、安装架；4、净化罐；401、罐壁；402、回汽口；403、进液口；404、出料阀；405、第二加热棒；406、安装板；5、冷凝器；501、冷凝水箱；502、S形管；503、进水口；504、出水口；6、第一收集罐；7、第二收集罐；8、冷却塔；9、控制柜；10、传汽管；11、回流管；12、引导管；13、引液管；14、返回管；15、引汽管；16、第一出料管；17、传水管；18、第二出料管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所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，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。

应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。

实施例

在通过甲苯催化歧化反应生产苯和二甲苯的过程中，将需要使用的催化剂附着在催化杆20402上，以涂层的形式附着在催化杆20402表面，催化器204中的催化杆20402设置有多层且角度各异，能够充分的与高温的甲苯蒸汽进行接触催化甲苯进行反应，以蒸汽形式存在的甲苯进行反应时活性更高能够加快整体的反应速率，在正式生产之前需要预先启动设备使得第二温度传感器208监测的到的温度在110.6℃以上，此温度为甲苯的沸点，能够保证反应罐2内部的甲苯以气体形式存在，设备运行原理根据原料甲苯和产物苯和二甲苯的沸点的差别，在标准大气压下甲苯沸点为110.6℃，苯沸点为80.1℃，对二甲苯沸点为138.5℃，邻二甲苯沸点沸点为144℃，间二甲苯沸点为140±10℃，二甲苯的综合沸点在138-150℃之间，通过反应罐2得到粗二甲苯液体产物，后利用净化罐4将内部的苯和甲苯再次汽化得到二甲苯产物，利用分液器3将甲苯与苯进行分离，最后使用冷凝器5将苯液化提取出来，从而实现了对甲苯歧化反应中产物的循环式提出，和原料的回流，以此提高整个歧化反应的转化率，使用的催化剂种类为硅铝裂化催化剂，其广泛的应用于芳香烃的催化裂化。

如图1-8所示，本发明提供一种技术方案：一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，包括汽化炉1和控制柜9，汽化炉1顶部通过传汽管10固定连接有反应罐2，反应罐2顶部通过引导管12固定连接有分液器3，分液器3包括冷却油箱301，冷却油箱301下方设置有分液罐310，冷却油箱301顶部中心位置安装有第一加热棒303，第一加热棒303侧面安装有第二温度传感器304，冷却油箱301内部设置有螺旋冷却管306，螺旋冷却管306顶部一端通过冷却接管302与引导管12相连接，螺旋冷却管306另一端通过流液管311与分液罐310相连通，分液罐310顶部固定连接有分汽管312，分汽管312另一端通过引汽管15固定连接有冷凝器5，冷凝器5底部通过第二出料管18固定连接有第二收集罐7，分液罐310底部安装有出液阀313，出液阀313底部通过回流管11与汽化炉1相连通，冷却油箱301外壁通过安装架314与反应罐2固定连接，安装架314正面安装有冷排307，冷排307顶部通过回油管305与冷却油箱301顶部相连通，冷排307底部安装有吸油泵309，吸油泵309一端与冷排307相连通另一端通过吸油管308与冷却油箱301底部相连通，分液器3下方设置有净化罐4，净化罐4顶部通过返回管14与引导管12相连通，净化罐4外壁一侧底部通过第一出料管16固定连接有第一收集罐6，净化罐4外壁另一侧通过引液管13与反应罐2底部相连通，冷凝器5侧面通过传水管17固定连接有冷却塔8，汽化炉1、反应罐2、分液器3、净化罐4和冷却塔8分别与控制柜9电性连接。

需要注意的是，在进行生产的过程中，进入到反应罐2内部的甲苯气体会经过催化杆20402附着的催化剂催化，形成苯和二甲苯两种产物，苯的沸点为80.1摄氏度，二甲苯由于同分异构体的存在整体的温度范围在138-150℃之间，保证反应罐2内部的温度在110.6℃左右其产物二甲苯会液化并顺着内罐203流到反应罐2底部，并由引液管13输送到净化罐4内部，此时需要注意的是，收集到的二甲苯液体中含有可能由于温度不均产生的甲苯和苯液体，收集到的二甲苯液体为粗产物，含有的杂质较多不能直接进行提取，此外还有少部分的二甲苯会以气体形式存在与反应罐2中通过引导管12到达分液器3中。

本设备用对苯和甲苯进行区分的分液器3其工作原理为在分液器3的冷却油箱301中注满甘油，利用第一加热棒303将甘油的温度加热到90℃左右，此时的温度不足以让苯液化，但是能够让甲苯和二甲苯进行液化，从引导管12传过来的蒸汽主要成分为苯还有少量的二甲苯和甲苯，二甲苯和甲苯在通过螺旋冷却管306后基本上能够完成液化，苯依旧以气体形式存在，通过分液罐310进行少量二甲苯和甲苯进行存储，苯蒸汽以气体形式流向冷凝器5，甲苯和二甲苯存储到一定量后开启出液阀313能够利用回流管11回流到汽化炉1中重新加热反应形成原料循环。

由于在使用分液器3的过程中，甲苯和二甲苯在螺旋冷却管306中发生液化，液化释放出的热量会导致冷却油箱301内部的甘油温度上升，通过设置的吸油泵309能够将冷却油箱301内部的甘油吸到冷排307中的散热网中，并通过冷排307集成的散热风扇对其进行降温，设置的第二温度传感器304能够监测甘油温度，在超过92℃后会启动吸油泵309和冷排307对甘油进行散热降温确保其处于合适温度。

汽化炉1包括炉身101，炉身101顶部开设有用于与传汽管10相连通的出汽口102，炉身101顶部位于出汽口102侧面固定连接有用于与回流管11连接的回流接管103，炉身101底部固定连接有球形炉底106，炉身101侧面开设有注料口105，球形炉底106底部固定连接有底板107，底板107中部安装有进风风机108，底板107顶部围绕进风风机108以贯穿形式等距安装有燃气炉109，燃气炉109底部均固定连接有燃气管110，炉身101外壁安装有第一温度传感器104。

需要注意的是，汽化炉1本身采用燃气加热的方式对原料进行加热，球形炉底106的设置能够增加汽化炉1的采热效率，通过设置的多个燃气炉109能够以燃气燃烧的高热量对原料进行迅速加热，利用进风风机108能够保证燃气炉109的氧气供给，燃料的供应需要将天然气连接在燃气管110的端口，甲苯原料需要使用运输设备从注料口105进行注入。

反应罐2包括外罩201，外罩201内部设置有内罐203，内罐203与外罩201之间设置有保温层202，内罐203底部固定连接有底盖205，引液管13连接在底盖205底部，内罐203顶部固定连接有顶盖207，顶盖207顶部通过导流接管209与引导管12相连接，顶盖207顶部位于导流接管209侧面的位置安装有第二温度传感器208，传汽管10一端依次贯穿于外罩201和保温层202外壁与内罐203相连通，内罐203内壁开设有多个引流槽，内罐203内部上下等距安装有催化器204，外罩201外壁开设有用于与传汽管10连接的注汽管口206，催化器204包括上下等距设置的固定环20401，固定环20401内壁之间均固定连接有多个催化杆20402，多个催化杆20402顶部以贯穿形式固定连接有导流柱20403。

使用的过程中需要注意的是，作为整个原料进行反应的场所反应罐2内部需要设置有保温结构，在外罩201和内罐203之间设置的保温层202能够有效的降低原料温度的散失，其目的是让内部的甲苯蒸汽以气体形式存在进行反应避免其液化，使用的催化器204设置有多个能够充分的利用其内部的催化杆20402对原料进行接触，以此提高催化剂的使用效果。

净化罐4包括罐壁401，罐壁401外壁开设有用于与引液管13连接的进液口403，罐壁401顶部开设有与返回管14连接有回汽口402，罐壁401底部固定连接有安装板406，安装板406顶部以贯穿形式安装有多个第二加热棒405，罐壁401外壁安装有出料阀404，第一出料管16连接在出料阀404上。

净化罐4的设置目的为对二甲苯的粗产物进行净化，二甲苯的粗产物到达净化罐4内部后利用第二加热棒405将粗产物加热至120℃左右，能够在二甲苯的沸点内将甲苯和苯进行高效的汽化，使其通过返回管14到达分液器3内部进行甲苯和苯的分化，净化过的粗产物通过第一出料管16输送到第一收集罐6中完成收集。

冷凝器5包括冷凝水箱501，冷凝水箱501内部设置有S形管502，S形管502一端贯穿于冷凝水箱501顶部与引汽管15相连接，S形管502另一端贯穿于冷凝水箱501底部与第二出料管18相连接，冷凝水箱501侧面分别开设有用于与传水管17连接的进水口503和出水口504，传水管17设置有两根。

冷凝器5的设置目的就是冷却苯蒸汽使其发生液化，后通过第二出料管18收集到第二收集罐7中，通过设置的冷却塔能够将冷却水输送到冷凝器5内部，使得冷凝水箱501中的水在4-5℃之间，能够充分的将苯蒸汽液化完成苯产物的收集。

本发明主要的控制机构集成于控制柜9内部，操作人员可通过控制柜9监测汽化炉1内部的原料蒸汽温度，反应罐2顶部的蒸汽温度以及分液器3中甘油的温度和净化罐4中粗产物的温度，净化罐4中的粗产物温度有第二加热棒405进行提供，其内部集成温度感应模块，操作人员仅需要观察控制柜9的数据就能判断设备是否在正常的生产环境。

本发明在进行生产的过程中原料和产物呈现闭环生产，没有多余的有害副产物排出，且直接能够得到需要的二甲苯和苯产品，省去了传统低转化率工艺中需要进行分馏的步骤，以此提高整体生产效率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，包括汽化炉（1）和控制柜（9），其特征在于：所述汽化炉（1）顶部通过传汽管（10）固定连接有反应罐（2），反应罐（2）顶部通过引导管（12）固定连接有分液器（3），分液器（3）包括冷却油箱（301），冷却油箱（301）下方设置有分液罐（310），冷却油箱（301）顶部中心位置安装有第一加热棒（303），第一加热棒（303）侧面安装有第二温度传感器（304），冷却油箱（301）内部设置有螺旋冷却管（306），螺旋冷却管（306）顶部一端通过冷却接管（302）与引导管（12）相连接，螺旋冷却管（306）另一端通过流液管（311）与分液罐（310）相连通，分液罐（310）顶部固定连接有分汽管（312），分汽管（312）另一端通过引汽管（15）固定连接有冷凝器（5），冷凝器（5）底部通过第二出料管（18）固定连接有第二收集罐（7），分液罐（310）底部安装有出液阀（313），出液阀（313）底部通过回流管（11）与汽化炉（1）相连通，冷却油箱（301）外壁通过安装架（314）与反应罐（2）固定连接，安装架（314）正面安装有冷排（307），冷排（307）顶部通过回油管（305）与冷却油箱（301）顶部相连通，冷排（307）底部安装有吸油泵（309），吸油泵（309）一端与冷排（307）相连通另一端通过吸油管（308）与冷却油箱（301）底部相连通，分液器（3）下方设置有净化罐（4），净化罐（4）顶部通过返回管（14）与引导管（12）相连通，净化罐（4）外壁一侧底部通过第一出料管（16）固定连接有第一收集罐（6），净化罐（4）外壁另一侧通过引液管（13）与反应罐（2）底部相连通，所述冷凝器（5）侧面通过传水管（17）固定连接有冷却塔（8）。

2.根据权利要求1所述的一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，其特征在于：所述汽化炉（1）包括炉身（101），炉身（101）顶部开设有用于与传汽管（10）相连通的出汽口（102），炉身（101）顶部位于出汽口（102）侧面固定连接有用于与回流管（11）连接的回流接管（103），炉身（101）底部固定连接有球形炉底（106），炉身（101）侧面开设有注料口（105），球形炉底（106）底部固定连接有底板（107），底板（107）中部安装有进风风机（108），底板（107）顶部围绕进风风机（108）以贯穿形式等距安装有燃气炉（109），燃气炉（109）底部均固定连接有燃气管（110），炉身（101）外壁安装有第一温度传感器（104）。

3.根据权利要求1所述的一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，其特征在于：所述反应罐（2）包括外罩（201），所述外罩（201）内部设置有内罐（203），内罐（203）与外罩（201）之间设置有保温层（202），内罐（203）底部固定连接有底盖（205），所述引液管（13）连接在底盖（205）底部，内罐（203）顶部固定连接有顶盖（207），顶盖（207）顶部通过导流接管（209）与引导管（12）相连接，顶盖（207）顶部位于导流接管（209）侧面的位置安装有第二温度传感器（208），所述传汽管（10）一端依次贯穿于外罩（201）和保温层（202）外壁与内罐（203）相连通，内罐（203）内壁开设有多个引流槽，内罐（203）内部上下等距安装有催化器（204），外罩（201）外壁开设有用于与传汽管（10）连接的注汽管口（206）。

4.根据权利要求3所述的一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，其特征在于：所述催化器（204）包括上下等距设置的固定环（20401），所述固定环（20401）内壁之间均固定连接有多个催化杆（20402），多个催化杆（20402）顶部以贯穿形式固定连接有导流柱（20403）。

5.根据权利要求1所述的一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，其特征在于：所述净化罐（4）包括罐壁（401），罐壁（401）外壁开设有用于与引液管（13）连接的进液口（403），罐壁（401）顶部开设有与返回管（14）连接有回汽口（402），罐壁（401）底部固定连接有安装板（406），安装板（406）顶部以贯穿形式安装有多个第二加热棒（405），罐壁（401）外壁安装有出料阀（404），所述第一出料管（16）连接在出料阀（404）上。

6.根据权利要求1所述的一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，其特征在于：所述冷凝器（5）包括冷凝水箱（501），所述冷凝水箱（501）内部设置有S形管（502），S形管（502）一端贯穿于冷凝水箱（501）顶部与引汽管（15）相连接，S形管（502）另一端贯穿于冷凝水箱（501）底部与第二出料管（18）相连接。

7.根据权利要求6所述的一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，其特征在于：所述冷凝水箱（501）侧面分别开设有用于与传水管（17）连接的进水口（503）和出水口（504），所述传水管（17）设置有两根。

8.根据权利要求1所述的一种甲苯歧化生产苯和二甲苯的设备，其特征在于：所述汽化炉（1）、反应罐（2）、分液器（3）、净化罐（4）和冷却塔（8）分别与控制柜（9）电性连接。

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