乙醇和苯合成乙苯分水方法
2023-09-20 22:17:25
專利名稱：乙醇和苯合成乙苯分水方法
技術領域：
本發明涉及一種乙醇和苯合成乙苯分水方法。
背景技術：
乙苯是重要的化工原料，是生產苯乙烯不可缺少的關鍵原料，大多數乙苯生產商生產乙苯的目的是用於自己的苯乙烯裝置生產苯乙烯，而苯乙烯是重要的基本有機化工原料，主要用於高分子材料領域製取聚苯乙烯及其共聚物，如ABS、AS、丁苯橡膠及其不飽和聚酯，此外，苯乙烯作為有機反應中間體還廣泛用於製藥、塗料、顏料和紡織工業中。傳統的乙苯合成工藝通常以乙烯和苯作為原料進行烷基化反應得到乙苯，而隨著原油價格的日益攀升以及日漸枯竭，乙烯原料成本亦隨之不斷增加，越來越多廠家採用乙醇和苯一步發工藝來製造乙苯。乙醇法制乙苯工藝以乙醇和苯為原料，兩者同時進入烷基化反應器，乙醇脫水反應與乙烯和苯的烷基化反應在一臺反應器內同時完成，乙醇脫水所需的熱量由烷基化反應的放熱供應，乙醇脫水生成的乙烯和苯在高溫、中壓氣相條件下進行烷基化，反應溫度400°C左右，壓力< 2. OMPaG，反應器使用了滿足乙醇脫水與乙烯烷基化同時進行特定要求的分子篩催化劑，乙醇脫水的選擇性與轉化率很高，乙烯與苯烷基化的轉化率也可達到乙烯法相同的水平。相比傳統的乙醇分步脫水制乙烯，再由乙烯製得下遊產品，乙醇脫水的副反應相對單獨進行乙醇脫水的工藝少，工藝流程簡單，投資省，操作費用低，具有明顯的優勢，關於乙醇和苯合成乙苯工藝技術，具體文獻有中國專利ZL200410020397. 7、 CN200710025134. 9、CN200910055981. 9，但文獻中未具體描述苯水分離效果，經本發明人試驗發現，以其工藝進行苯水分離，苯中含水達1. 5%以上。由於反應器中發生了乙醇脫水反應，反應產物中不可避免有較多水存在，乙醇和苯合成乙苯工藝通常採用ZSM-5分子篩催化劑，高濃度水的存在會嚴重影響該分子篩催化劑的壽命，雖然現在分子篩催化劑的耐水性能也在不斷進步，但是相比傳統乙烯法制乙苯工藝，乙醇法分子篩催化劑的使用壽命普遍僅是乙烯法的1/3 1/2，目前乙醇法制乙苯反應工藝通常苯大量過量(苯和乙醇摩爾比4 7)，反應產物經精餾分離後的苯需要作為循環苯返回反應器，反應產物水的分離僅是在苯分離塔冷凝器中完成，反應產物分水並不徹底，造成循環苯中的水含量較高，如果苯中含水量達1.0%以上，進入反應器後高含量水會明顯使分子篩催化劑再生周期由原6個月左右縮短至3 5個月，使用壽命由原12個月左右縮短至8 10個月，因此，提高苯水分離效率、降低循環苯中的水含量對延長催化劑使用壽命是非常重要的。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是以往乙醇法制乙苯生產工藝反應產物中水分離效果差、返回反應器的循環苯中含水多造成催化劑壽命短的問題。提供一種新的乙醇和苯合成乙苯分水方法，該方法具有分水效果好，循環苯中水含量低，可延長分子篩催化劑再生周期和使用壽命的優點。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下一種乙醇和苯合成乙苯分水方法，含水5% 20% (重量)的苯通過進口管進入苯水分離器，依次通過苯水分離器內設置的預分離內構件、穩流內構件，破乳內構件和苯相聚集內構件後，苯水得到分離，使苯中含水量低於0. 1%，水中含苯量低於0.5%，預分離內構件為一容器結構，上面開有供液體流出的小孔，穩流內構件為填料或垂直放置的波紋板，破乳內構件為一金屬板，上面開有供液體流過的小孔，苯相聚集內構件為沿容器圓周放置的水平波紋板或金屬絲網，擋板為一金屬板，位於水相出口管後苯相出口管前；上述技術方案中，含水苯通過伸入容器內部的進口管進入預分離內構件，預分離內構件為一容器結構，內構件上分布有小孔，孔徑為5毫米 50毫米，含水苯通過小孔流出進入苯水分離器內部，液體出孔流速為0. 01米/秒 1. 0米/秒，優選0. 05米/秒 0. 3 米/秒；苯水分離器內設置有穩流內構件，內構件為填料或垂直放置的波紋板，波紋板厚度為0. 1米 1米；苯水分離器內設置有破乳內構件，內構件為一金屬板，上開孔徑為10毫米 40毫米的小孔，液體出孔流速為0. 01米/秒 0. 2米/秒，苯水分離器內設置有苯相聚集內構件，內構件為沿容器圓周放置的水平波紋板或金屬絲網，波紋板厚度為0. 2米 3 米，金屬絲網厚度為0. 05米 1米，苯水分離器內水相出口後、苯相出口前設置有擋板，擋板高度為容器高度的40% 90% ；苯水分離器操作溫度為10°C 80°C，優選20 60°C， 操作壓力為 0. 5MPaG 2. OMPaG，優選 0. 8MPaG 1. 2MPaG。本發明通過採用如圖1的乙醇法制乙苯反應產物水分離方案，主要含苯、乙苯、二乙苯和水的反應產物進入苯分離塔，苯塔塔頂分離得到苯和水，塔釜得到乙苯和二乙苯，塔頂物流經冷凝器冷凝到破乳溫度後(10 80°C )，含水苯進入苯水分離器進行分離，含水苯物料經進口管進入預分離內構件，預分離內構件位於苯水分離器的底部，上面開有小孔，物料經預分離內構件小孔進入容器內，使液流在由小孔射出的過程中，除克服流體阻力外還要克服重力做功，同時預分離內構件下置使物料在苯水界面以下的水相進液，當冷凝液通過水相時，液團之間的攪拌剪切作用增加了水滴之間的聚結機會從而強化了苯水預分離效果；物料經預分離後進入穩流內構件，穩流內構件為垂直放置的波紋板，有利於液流分布均勻，流體分布均勻有利於苯水重力分離。冷凝液經穩流內構件後通過上面布滿小孔的破乳內構件，破乳內構件的主要作用在於破碎水相中的乳化液，使其中的小苯滴分離出來，特別在溫度較高的時候，苯相和水相易形成乳化液。經破乳內構件後，初步分離的物料進入苯相聚集內構件，苯相聚集內構件為水平放置的波紋較小，板組當量直徑小，能在較大處理量， 較小停留時間下保持層流狀態，液流在波紋板組內呈「之」字形流動，流向和流動面積不斷變化，為苯滴在波紋板表面的聚集和苯滴相互間的碰撞創造了機會，苯滴在聚集中浮升，在浮升中聚集，提高了苯水分離效率，分離後的苯相苯經擋板溢流由苯相出口排出，水相由水相出口排出。以20萬噸/年乙醇和苯一步合成乙苯裝置為例，反應產物主要重量組成為苯 71%，乙苯16%，二乙苯1.6%，水11%，採用本發明乙醇和苯合成乙苯分水方法後，循環苯中含水量由原來的1. 5%下降到0. 08%，乙醇和苯合成乙苯反應所用的ZSM-5分子篩催化劑再生周期由原來的3個月延長到6個月，使用壽命由原來的8個月延長到12個月，取得了較好的技術效果。
圖1為採用本發明技術方案的乙醇和苯合成乙苯分水方法示意圖。圖1中，I為容器殼體，II為容器內部，1為苯分離塔，2為冷凝器，3為進口管，4為預分離器，5為穩流內構件，6為破乳內構件，7為苯相聚集內構件，8為擋板，9為水相出口， 10為苯相苯出口。反應產物101經苯分離塔1分離後，塔釜物流102主要為乙苯和多乙苯，塔頂氣物流103主要為苯和水，經冷凝器2冷凝後經進口管3進入預分離內構件4，經預分離內構件上開有的小孔進入容器內，然後依次通過穩流內構件5、破乳內構件6、苯相聚集內構件7， 分離後的苯相106經擋板8溢流由苯相出口 10排出，水相105由水相出口 9排出。下面通過實施例對本發明作進一步闡述。
具體實施例方式實施例1某20萬噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應產物水分離方法採用圖1的技術， 採用ZSM-5分子篩催化劑，反應產物主要重量組成為苯73%，乙苯14. 5%，二乙苯1. 5%， 水10%，反應產物經苯塔塔頂冷凝器冷凝至60°C後，進入苯水分離器進行苯水分離，苯水分離器為臥式容器，容積150立方米，長10米，直徑4. 2米，進料冷凝液流量為300立方米， 其中水佔5.7% (重量)，苯佔93.3% (重量)，進料管直徑500毫米，預分布器開孔孔徑40 毫米，孔數500，穩流內構件採用垂直布置的波紋板，厚度500毫米，破乳內構件採用一金屬板，上開25毫米小孔，孔數1000，苯相聚集內構件採用水平放置波紋板，厚度2米，苯相出口管徑400毫米，水相出口管徑100毫米，擋板高度為容器高度的80%，操作溫度為60°C，壓力為 1. OMPaG。該裝置苯水分離器設備投資300萬元，液體停留時間30分鐘，經分析循環苯中含水0. 1 % (重量)，水相中含苯0.3%，烷基化ZSM-5分子篩催化劑再生周期為6個月，壽命為12個月。實施例2某20萬噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應產物水分離方法採用圖1的技術。 苯水分離器進料量、組成及設備結構同實施例1，不同的是預分布器開孔孔徑20毫米，孔數 1600。該裝置苯水分離器設備投資300萬元，液體停留時間30分鐘，經分析循環苯中含水0. 08 % (重量)，水相中含苯0.4%，烷基化ZSM-5分子篩催化劑再生周期為6. 5個月，壽命為13個月。實施例3某20萬噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應產物水分離方法採用圖1的技術。 苯水分離器進料量、組成及設備結構同實施例1，不同的是穩流內構件採用填料結構。該裝置苯水分離器設備投資310萬元，液體停留時間30分鐘，經分析循環苯中含水0. 07 % (重量)，水相中含苯0.5%，烷基化ZSM-5分子篩催化劑再生周期為7個月，壽命為14個月。
實施例4某20萬噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應產物水分離方法採用圖1的技術。 苯水分離器進料量、組成及設備結構同實施例1，不同的是苯相聚集內構件採用金屬絲網。該裝置苯水分離器設備投資280萬元，液體停留時間30分鐘，經分析循環苯中含水0. 08 % (重量)，水相中含苯0.5%，烷基化ZSM-5分子篩催化劑再生周期為6個月，壽命為12個月。實施例5某20萬噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應產物水分離方法採用圖1的技術。 苯水分離器進料量、組成及設備結構同實施例1，不同的是擋板高度為容器高度的50%。該裝置苯水分離器設備投資300萬元，液體停留時間30分鐘，經分析循環苯中含水0. 09 % (重量)，水相中含苯0.4%，烷基化ZSM-5分子篩催化劑再生周期為5. 5個月，壽命為11個月。實施例6某20萬噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應產物水分離方法採用圖1的技術。 苯水分離器進料量、組成及設備結構同實施例1，不同的是操作溫度為40°c。該裝置苯水分離器設備投資300萬元，液體停留時間30分鐘，經分析循環苯中含水0. 1 % (重量)，水相中含苯0.5%，烷基化ZSM-5分子篩催化劑再生周期為5個月，壽命為10個月。比較例1某20萬噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應產物苯水分離操作條件與實施例1 相同，不同的是苯水分離器內無預分布內構件、穩流內構件、破乳內構件以及苯相聚集內構件。苯水分離器為臥式容器，容積250立方米，長14米，直徑4. 6米，進料管直徑500毫米， 苯相苯出口管徑400毫米，水相出口管徑100毫米，擋板高度為容器高度的80%，操作溫度為 60°C，壓力為 1. OMPaG。該裝置苯水分離器設備投資400萬元，液體停留時間50分鐘，經分析循環苯中含水2. 0% (重量)，水相中含苯1. 6%，烷基化ZSM-5分子篩催化劑再生周期為5個月，壽命為10個月。比較例2某20萬噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應產物苯水分離操作在塔頂冷凝器中進行，其他條件與實施例1相同。該裝置循環苯中含水1. 8% (重量)，水相中含苯1. 5%，烷基化ZSM-5分子篩催化劑再生周期為4個月，壽命為8個月。比較例3某20萬噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應產物苯水分離操作條件與比較例1 相同，不同的是苯水分離器操作溫度為120°C。該裝置循環苯中含水1. 5% (重量)，水相中含苯1. 2%，烷基化ZSM-5分子篩催化劑再生周期為4. 5個月，壽命為9個月。
權利要求
1.一種乙醇和苯合成乙苯分水方法，含水5% 20% (重量)的苯通過進口管進入苯水分離器，依次通過苯水分離器內設置的預分離內構件、穩流內構件，破乳內構件和苯相聚集內構件後，苯水得到分離，使苯中含水量低於0. 1%，水中含苯量低於0.5%，預分離內構件為一容器結構，上面開有供液體流出的小孔，穩流內構件為填料或垂直放置的波紋板，破乳內構件為一金屬板，上面開有供液體流過的小孔，苯相聚集內構件為沿容器圓周放置的水平波紋板或金屬絲網，擋板為一金屬板，位於水相出口管後苯相出口管前；
2.根據權利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特徵在於含水苯通過伸入容器內部的進口管進入預分離內構件，預分離內構件為一容器結構，內構件上分布有小孔，孔徑為5毫米 50毫米，含水苯通過小孔流出進入苯水分離器內部，液體出孔流速為0. 01米 /秒 1. 0米/秒。
3.根據權利要求2所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特徵在於含水苯通過小孔出孔流速為0. 05米/秒 0. 3米/秒。
4.根據權利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特徵在於苯水分離器內設置有穩流內構件，內構件為填料或垂直放置的波紋板，波紋板厚度為0. 1米 1米。
5.根據權利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特徵在於苯水分離器內設置有破乳內構件，內構件為一金屬板，上開孔徑為10毫米 40毫米的小孔，液體出孔流速為 0. 01米/秒 0.2米/秒。
6.根據權利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特徵在於苯水分離器內設置有苯相聚集內構件，內構件為沿容器圓周放置的水平波紋板或金屬絲網，波紋板厚度為0. 2 米 3米，金屬絲網厚度為0. 05米 1米。
7.根據權利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特徵在於苯水分離器內水相出口後、苯相出口前設置有擋板，擋板高度為容器高度的40 % 90 %。
8.根據權利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特徵在於苯水分離器操作溫度為10°C 80°C，操作壓力為0. 5MPaG 2. OMPaG。
9.根據權利要求8所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特徵在於苯水分離器操作溫度為20°C 60°C，操作壓力為0. 8MPaG 1. 2MPaG。
全文摘要
本發明涉及一種乙醇和苯合成乙苯分水方法，主要解決以往乙醇法制乙苯生產工藝反應產物中水分離效果差、返回反應器的循環苯中含水多造成催化劑壽命短的問題。本發明通過採用一種包括含水苯進入苯水分離器，依次通過苯水分離器內的預分離內構件、穩流內構件，破乳內構件和苯相聚集內構件後，苯水得到分離，其中水相從水相出口管流出，苯相苯經擋板溢流後從苯相出口管流出的技術方案，較好地解決了該問題，可用於乙醇法制乙苯的工業生產中。
文檔編號C07C15/073GK102372556SQ20101026020
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月23日 優先權日2010年8月23日
發明者劉文杰, 張洪宇 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院