CN203976664U - 一种用于不纯低碳烯烃烷基化反应的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于不纯低碳烯烃烷基化反应的系统，该系统包括：烷基化反应器和换热器组，所述烷基化反应器包括反应段和与反应段连通的气液分离段，设置在气液分离段上的气相出口和液相出口，设置在反应段上的原料入口，所述换热器组的入口与所述气液分离段上的气相出口连通，所述换热器组至少包括三个串联的用于从所述气相出口的气相出料依次与待加热的至少三股物料换热的换热段。本实用新型中，通过设置气相出口、液相出口，同时设置至少包括三个串联的用于从所述气相出口的气相出料依次与待加热的至少三股物料换热的换热段的换热器组，使得用于低碳烯烃烷基化反应制备烷基苯不仅能耗降低，且能够有效提高目标产物的选择性。
Description
技术领域
本实用新型涉及化工领域，具体地涉及一种用于不纯低碳烯烃烷基化反应的系统。
背景技术
烷基苯，尤其是乙苯和异丙苯，作为一种制备化工产品的中间产品具有十分广泛的用途。苯乙烯是合成高分子材料的重要单体，而乙苯可以作为生产苯乙烯的原料，目前采用乙苯催化脱氢的方法生产苯乙烯约占其生产能力的90％。
在我国，苯乙烯主要用于生产聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物/苯乙烯-丙烯腈共聚物(ABS/SAN)、不饱和聚酯树脂、丁苯橡胶、丁苯胶乳以及苯乙烯系热塑性弹性体等材料，其中PS为苯乙烯最主要的下游产品，约占苯乙烯消费量的50％以上。近年来，随着苯乙烯下游产品的用量及种类不断扩大，其需求量日益增长，例如2012年我国苯乙烯的表观消费量已达到822.6万吨/年，进口量达到367.5万吨/年，对外依存度高达44％。
另外，异丙苯是生产苯酚、丙酮的原料，虽然两者的需求量不像苯乙烯那么大，但它们也是极其重要的基本有机化工原料。曾有专门的数据分析机构预测全球范围内异丙苯的消费量将以年均约4.6％的速度增长，而且除日本以外的亚太国家和地区的消费量年均增长率将高达约12.5％。
近年来随着原油价格上涨，开发低原料成本的烷基化技术十分迫切。炼厂催化裂化、焦化干气中一般含有10-30％的烯烃，价格相对便宜，如作为燃料烧掉，既浪费资源，又污染环境。由于原料干气中含有大量低分子烷烃等惰性组分，目前工业上普遍采用的是气相法工艺生产烷基苯，特别是乙苯。而气相法工艺存在反应温度高、能耗高、投资大、产品质量低等缺点，因此迫切需要开发一种以不纯低碳烯烃，特别是炼厂干气中乙烯或丙烯为原料的低温烷基化生产工艺，既有效地利用炼厂资源，降低成本，提高企业的经济效益；又可以扩大烷基苯生产的原料范围，降低烯烃提纯所需的能耗，增加苯乙烯产品产量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够节能降耗的用于不纯低碳烯烃烷基化反应的系统。
为实现前述目的，本实用新型提供了一种用于不纯低碳烯烃烷基化反应的系统，该系统包括：烷基化反应器和换热器组，所述烷基化反应器包括反应段和与反应段连通的气液分离段，设置在气液分离段上的气相出口和液相出口，设置在反应段上的原料入口，所述换热器组的入口与所述气液分离段上的气相出口连通，所述换热器组至少包括三个串联的用于从所述气相出口的气相出料依次与待加热的至少三股物料换热的换热段。
优选地，所述换热器组至少包括三个串联的用于从所述气相出口的气相出料依次与待加热的、温度由高及低的至少三股物料换热的换热段。
优选地，所述物料包括三股，分别为苯、低碳烯烃和含有烷基苯的液相物料。
优选地，所述换热器组包括3个串联的换热器。
优选地，所述气液分离段为独立容器，所述反应段设置在所述烷基化反应器内，所述气液分离段还包括进口，所述反应段还包括出口；所述气液分离段的进口与反应段的出口连通，由此使得来自反应段的反应产物从反应段的出口流经气液分离段的进口进入气液分离段分为气液两相，从而气相从所述气液分离段的气相出口出料，液相从所述气液分离段的液相出口出料。
优选地，所述气液分离段的容积使得来自反应段的液相反应产物在气液分离段内的停留时间不低于2分钟。
优选地，所述气液分离段和所述反应段均设置在烷基化反应器中，其中，所述气液分离段设置在所述反应段的上部，气液分离段为反应段的最顶端与所述气相出口最低端横截面间的容积或体积，由此使得反应段的反应产物在气液分离段分为气液两相，从而气相从所述气相出口出料，液相从所述液相出口出料。
优选地，所述气液分离段的容积使得反应段的液相反应产物在气液分离段内的停留时间不低于2分钟。
优选地，所述烷基化反应器为2-10个，每个所述烷基化反应器配备一个所述换热器组，每个所述烷基化反应器包括1-10个反应段。
优选地，各个所述烷基化反应器串联连接，每个所述换热器组均可用于从所述气相出口的气相出料与苯、低碳烯烃和含有烷基苯的液相物料换热。
优选地，所述烷基化反应器包括第一烷基化反应器和第二烷基化反应器2个烷基化反应器，所述换热器组包括第一换热器组和第二换热器组2个换热器组，且每个所述换热器组包括三个换热器；其中，与所述第一烷基化反应器的气相出口连通的第一换热器组的换热器为第一换热器，依次串联连接的其余2个换热器各自为第二换热器和第三换热器，与所述第二烷基化反应器的气相出口连通的第二换热器组的换热器为第四换热器，依次串联连接的其余2个换热器各自为第五换热器和第六换热器。
优选地，所述反应系统还包括：依次与所述换热器组的出料口连通的冷却器和气液分离器。
优选地，所述反应系统还包括：与所述第一换热器组的出料口连通的依次串联连接的第一冷却器和第一气液分离器，与所述第二换热器组的出料口连通的依次串联连接的第二冷却器和第二气液分离器。
优选地，所述第一烷基化反应器和第二烷基化反应器串联连接，所述第一换热器、第二换热器和第三换热器用于第一烷基化反应器的气相出料依次与苯、低碳烯烃和含有烷基苯的液相物料换热；所述第四换热器、第五换热器和第六换热器用于第二烷基化反应器的气相出料依次与第一气液分离器的液相出料、第二气液分离器的液相出料和第二烷基化反应器的液相出料、苯换热。
优选地，所述气相出口位于所述烷基化反应器的顶部或侧面，所述液相出口位于所述烷基化反应器的侧面，所述气相出口位于相邻液相出口之上，并且气相出口的个数为1-20个；所述烷基化反应器的原料入口为2-20个。
优选地，所述系统还包括用于回收系统排放气中烯烃的吸收塔和用于分离苯、烷基苯和重质物的精馏塔。
本实用新型中，通过设置气相出口、液相出口，同时设置至少包括三个串联的用于从所述气相出口的气相出料依次与待加热的(优选为待加热的、温度由高及低的)至少三股物料换热的换热段的换热器组，使得本实用新型的系统用于低碳烯烃烷基化反应制备烷基苯不仅能耗降低，且能够有效提高目标产物的选择性。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是根据本实用新型的一种优选的实施方式的用于不纯低碳烯烃烷基化反应的系统；
图2是根据本实用新型的一种更优选的实施方式的用于不纯低碳烯烃烷基化反应的系统。
具体实施方式
以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
下面结合附图对本实用新型进行详细的描述。
如前所述，本实用新型提供了一种用于不纯低碳烯烃烷基化反应的系统，如图1所示，该系统包括：烷基化反应器1和换热器组，所述烷基化反应器包括反应段104和与反应段连通的气液分离段，设置在气液分离段上的气相出口101和液相出口102，设置在反应段上的原料入口103，所述换热器组的入口与所述气液分离段上的气相出口连通，所述换热器组至少包括三个串联的用于从所述气相出口的气相出料依次与待加热的至少三股物料换热的换热段。
优选地，所述换热器组至少包括三个串联的用于从所述气相出口的气相出料依次与待加热的、温度由高及低的至少三股物料换热的换热段。如此可以最大化的利用整个系统的能量，节约了能耗，降低了生产成本。
本实用新型中，通过设置气相出口和液相出口，使得气液相各自分开利用，有效的利用了能量。
根据本实用新型，优选地，如图1所示，所述物料包括三股，分别为苯2、低碳烯烃3和含有烷基苯的液相物料4，即所述换热器组用于所述气相出口的气相出料分别与苯2、低碳烯烃3和含有烷基苯的液相物料4进行换热，优选依次与苯2、低碳烯烃3和含有烷基苯的液相物料4进行换热。
本实用新型中，气相出口的气相物料与上述三股物料依次换热的目的是最大限度地吸收利用反应热，由于来自精馏部分的苯2一般温度较高，而低碳烯烃3和含有烷基苯的液相物料4温度相对较低，因此反应气相出料首先与苯2接触换热，再与低碳烯烃3和含有烷基苯的液相物料4换热，可使不同物料达到所要求的出口温度，使热能利用的效率最高。
根据本实用新型，只要实现能够至少包括三个串联的用于从所述气相出口的气相出料依次与待加热的至少三股物料换热的换热段即可，所述换热器组的形式不限，根据本实用新型，优选所述换热器组包括3个串联的换热器，即如图1所示，换热器74、换热器73和换热器72。
根据本实用新型的一种优选的实施方式，为了实现所述换热器组用于所述气相出口的气相出料依次与苯2、低碳烯烃3和含有烷基苯的液相物料4进行换热，优选地，所述换热器74与苯2的管线连通，换热器73与低碳烯烃3的管线连通，换热器72与含有烷基苯的液相物料4的管线连通。
根据本实用新型，经过换热后的苯、低碳烯烃可以直接作为烷基化反应器的原料，即所述换热器74、换热器73与所述烷基化反应器的原料入口连通，而换热后的含有烷基苯的液相物料既可以送至烷基化反应器进行反应，也可以进行后续的操作，例如冷却、气液分离，然后进行精馏得到精制的烷基苯产物。本实用新型主要在于设置了本实用新型的换热器组，其余均可以按照现有技术进行设置和连通。
根据本实用新型的一种优选的实施方式，所述气液分离段为独立容器，所述反应段设置在所述烷基化反应器内，所述气液分离段还包括进口，所述反应段还包括出口；所述气液分离段的进口与反应段的出口连通，由此使得来自反应段的反应产物(该物料的组成一般为氢气、氮气、氧气、二氧化碳、C1-C4烷烃、苯、单烷基苯、多烷基苯、重质物或高沸物等)从反应段的出口流经气液分离段的进口进入气液分离段分为气液两相，从而气相(组成一般为氢气、氮气、氧气、二氧化碳、C1-C4烷烃、苯、单烷基苯、多烷基苯等)从所述气液分离段的气相出口出料，液相(组成一般为氮气、氧气、二氧化碳、C1-C4烷烃、苯、单烷基苯、多烷基苯、重质物或高沸物等)从所述气液分离段的液相出口出料。
根据本实用新型，优选地，所述气液分离段的容积使得来自反应段的液相反应产物在气液分离段内的停留时间不低于2分钟。
根据本实用新型的一种优选的实施方式，优选地，所述气液分离段和所述反应段均设置在烷基化反应器中，其中，所述气液分离段设置在所述反应段的上部，气液分离段为反应段的最顶端与所述气相出口最低端横截面间的容积或体积，由此使得反应段的反应产物在气液分离段分为气液两相，从而气相从所述气相出口出料，液相从所述液相出口出料。
根据本实用新型，优选地，所述气液分离段的容积使得反应段的液相反应产物在气液分离段内的停留时间不低于2分钟。
所述容积也称体积具体可以依据所使用的反应条件等进行合理设置。
本实用新型中，所述烷基化反应器的个数可以依据具体需要进行选择，一般为2-10个，优选地，所述烷基化反应器为2-5个，每个所述烷基化反应器配备一个所述换热器组。
本实用新型中，优选每个所述烷基化反应器包括1-10个反应段(也即1-10个催化剂床层)，优选为1-4个反应段(也即1-4个催化剂床层)，更优选为2个反应段(也即2个催化剂床层)。
根据本实用新型的一种优选的实施方式，优选地，各个所述烷基化反应器串联连接，每个所述换热器组均用于从所述气相出口的气相出料依次与苯、低碳烯烃和含有烷基苯的液相物料换热，但本实用新型并不仅限于该顺序。
优选地，如图1所示，所述反应系统还包括：依次与所述换热器组的出料口连通的冷却器71和气液分离器70。
本实用新型中，所述冷却器和气液分离器主要用于最大限度地分离液相物料中的不凝气，而且方法简单、能耗低。对此本领域技术人员熟知，在此不详细描述。
根据本实用新型的一种优选的实施方式，优选地，如图2所示，所述烷基化反应器1包括第一烷基化反应器1A和第二烷基化反应器1B2个烷基化反应器，其中所述第一烷基化反应器1A的原料入口为103A、气相出口为101A、液相出口为102A，所述第二烷基化反应器1B的原料入口为103B、气相出口为101B、液相出口为102B；所述换热器组包括第一换热器组和第二换热器组2个换热器组，且每个所述换热器组包括三个换热器；其中，与所述第一烷基化反应器的气相出口101A连通的第一换热器组的换热器为第一换热器74A，依次串联连接的其余2个换热器各自为第二换热器73A和第三换热器72A，与所述第二烷基化反应器的气相出口101B连通的第二换热器组的换热器为第四换热器74B，依次串联连接的其余2个换热器各自为第五换热器73B和第六换热器72B。
根据本实用新型的一种更优选的实施方式，优选地，如图2所示，所述烷基化反应器1包括第一烷基化反应器1A和第二烷基化反应器1B2个烷基化反应器，其中所述第一烷基化反应器1A的原料入口为103A、气相出口为101A、液相出口为102A，所述第二烷基化反应器1B的原料入口为103B、气相出口为101B、液相出口为102B；所述换热器组包括第一换热器组和第二换热器组2个换热器组，且每个所述换热器组包括三个换热器；其中，与所述第一烷基化反应器的气相出口101A连通的第一换热器组的换热器为第一换热器74A，依次串联连接的其余2个换热器各自为第二换热器73A和第三换热器72A，与所述第二烷基化反应器的气相出口101B连通的第二换热器组的换热器为第四换热器74B，依次串联连接的其余2个换热器各自为第五换热器73B和第六换热器72B，且所述反应系统还包括：与所述第一换热器组的出料口连通的依次串联连接的第一冷却器71A和第一气液分离器70A，与所述第二换热器组的出料口连通的依次串联连接的第二冷却器71B和第二气液分离器70B。
根据本实用新型的一种更优选的实施方式，优选地，所述第一烷基化反应器和第二烷基化反应器串联连接，所述第一换热器、第二换热器和第三换热器用于第一烷基化反应器的气相出料依次与苯、低碳烯烃和含有烷基苯的液相物料换热；所述第四换热器、第五换热器和第六换热器用于第二烷基化反应器的气相出料依次与第一气液分离器的液相出料、第二气液分离器的液相出料和第二烷基化反应器的液相出料、苯换热。如此能够最大化利用所述第一烷基化反应器和第二烷基化反应器的气相出口的能量，且能够最大化降低整个反应系统所需能耗。
为了实现所述第一换热器、第二换热器和第三换热器用于第一烷基化反应器的气相出料依次与苯、低碳烯烃和含有烷基苯的液相物料换热，可将第一换热器、第二换热器和第三换热器各自与苯的管线、低碳烯烃的管线和含有烷基苯的液相物料的管线连通；所述第四换热器、第五换热器和第六换热器用于第二烷基化反应器的气相出料依次与第一气液分离器的液相出料、第二气液分离器的液相出料和第二烷基化反应器的液相出料、苯换热，可将所述第四换热器、第五换热器和第六换热器各自与第一气液分离器的液相出口、第二气液分离器的液相出口和第二烷基化反应器的液相出口、苯的管线分别连通，即所述第四换热器与第一气液分离器的液相出口管线连通，第五换热器与第二气液分离器的液相出口和第二烷基化反应器的液相出口管线均连通、第六换热器与苯管线连通。
根据本实用新型，更优选地，所述第一换热器、第二换热器的出口均与所述第一烷基化反应器的原料入口连通，所述第四换热器的出口与第二烷基化反应器的原料入口连通，即与气相出料换热后的苯作为第一烷基化反应器的原料；与气相出料换热后的低碳烯烃作为第一和第二烷基化反应器各段的原料，其余换热后的物料根据各自需要进行有效利用即可。
本实用新型中，所述苯可以为新鲜苯，也可以为回收苯。
本实用新型中，优选地，如图1和图2所示，所述气相出口位于所述烷基化反应器气液分离段的顶部或侧面，所述液相出口位于所述烷基化反应器气液分离段的侧面，同时，所述气相出口位于相邻液相出口之上，并且气相出口的个数为1-20个，优选1-10个；所述烷基化反应器的原料入口为2-20个，优选为2-10个，具体可以依据需要进行选择。
根据本实用新型，优选地，所述系统还包括用于回收系统排放气中烯烃的吸收塔和用于分离苯、烷基苯和重质物的精馏塔。对此本领域技术人员熟知，本实用新型在此不详细描述。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (15)
1.一种用于不纯低碳烯烃烷基化反应的系统，其特征在于，该系统包括：烷基化反应器和换热器组，所述烷基化反应器包括反应段和与反应段连通的气液分离段，设置在气液分离段上的气相出口和液相出口，设置在反应段上的原料入口，所述换热器组的入口与所述气液分离段上的气相出口连通，所述换热器组至少包括三个串联的用于从所述气相出口的气相出料依次与待加热的至少三股物料换热的换热段。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述换热器组至少包括三个串联的用于从所述气相出口的气相出料依次与待加热的、温度由高及低的至少三股物料换热的换热段。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述物料包括三股，分别为苯、低碳烯烃和含有烷基苯的液相物料。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述换热器组包括3个串联的换热器。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述气液分离段为独立容器，所述反应段设置在所述烷基化反应器内，所述气液分离段还包括进口，所述反应段还包括出口；所述气液分离段的进口与反应段的出口连通，由此使得来自反应段的反应产物从反应段的出口流经气液分离段的进口进入气液分离段分为气液两相，从而气相从所述气液分离段的气相出口出料，液相从所述气液分离段的液相出口出料。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述气液分离段的容积使得来自反应段的液相反应产物在气液分离段内的停留时间不低于2分钟。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述气液分离段和所述反应段均设置在烷基化反应器中，其中，所述气液分离段设置在所述反应段的上部，由此使得反应段的反应产物在气液分离段分为气液两相，从而气相从所述气相出口出料，液相从所述液相出口出料。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述气液分离段的容积使得反应段的液相反应产物在气液分离段内的停留时间不低于2分钟。
9.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述烷基化反应器为2-10个，每个所述烷基化反应器配备一个所述换热器组，每个所述烷基化反应器包括1-10个反应段。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，各个所述烷基化反应器串联连接，每个所述换热器组均可用于从所述气相出口的气相出料与苯、低碳烯烃和含有烷基苯的液相物料换热。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述烷基化反应器包括第一烷基化反应器和第二烷基化反应器2个烷基化反应器，所述换热器组包括第一换热器组和第二换热器组2个换热器组，且每个所述换热器组包括三个换热器；其中，与所述第一烷基化反应器的气相出口连通的第一换热器组的换热器为第一换热器，依次串联连接的其余2个换热器各自为第二换热器和第三换热器，与所述第二烷基化反应器的气相出口连通的第二换热器组的换热器为第四换热器，依次串联连接的其余2个换热器各自为第五换热器和第六换热器。
12.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述反应系统还包括：依次与所述换热器组的出料口连通的冷却器和气液分离器。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述反应系统还包括：与所述第一换热器组的出料口连通的依次串联连接的第一冷却器和第一气液分离器，与所述第二换热器组的出料口连通的依次串联连接的第二冷却器和第二气液分离器。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述第一烷基化反应器和第二烷基化反应器串联连接，所述第一换热器、第二换热器和第三换热器用于第一烷基化反应器的气相出料依次与苯、低碳烯烃和含有烷基苯的液相物料换热；所述第四换热器、第五换热器和第六换热器用于第二烷基化反应器的气相出料依次与第一气液分离器的液相出料、第二气液分离器的液相出料和第二烷基化反应器的液相出料、苯换热。
15.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于回收系统排放气中烯烃的吸收塔和用于分离苯、烷基苯和重质物的精馏塔。
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