由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法

2023-12-02 06:26:06

專利名稱：：由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法
技術領域：
：本發明涉及一種由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，特別涉及採用順序法分離流程進行產品精製的由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法。
背景技術：
：苯乙烯是重要的基本有機原料，由其製得的材料在汽車製造、家電用器、紡織、建材、輕工、玩具等領域都有重要的用途。由乙苯脫氫制苯乙烯是目前主導的工業化生產方法，原料乙苯在水(作為熱載體)的存在下氣化，並進一步以水蒸汽提供反應所需的熱量進行氣相催化脫氫反應。通常採用固定床反應器，常用的脫氫催化劑的活性組分主要包括氧化鐵以及鹼金屬和鹼土金屬的氧化物等。脫氫反應的產物中含有副產的苯、甲苯和其它輕組分雜質、未反應的乙苯以及以焦油為主的重組分雜質，故要獲得合格的苯乙烯產品脫氫產物的分離精製是必須的。現有技術中，苯乙烯脫氫產物分離精製主要包括一次脫輕法和順序法兩種工藝流程。一次脫輕法將乙苯與以副產物苯和甲苯為主的輕組分一併通過一次精餾加以脫除，順序法則先通過精餾分離脫除苯和甲苯等輕組分，然後再精餾分離脫除乙苯。兩者各有其特點，順序法工藝較適用於脫氫產物輕組分含量較多的產品精製過程。在脫氫反應產物的分離精製過程中，由於苯乙烯和乙苯的沸點差很小(常壓下僅為9'C)，脫除乙苯過程通常採用精密精餾，精餾塔的理論板數一般需90左右，回流比一般為7左右，熱負荷很高，其能耗約佔整個分離精製過程總能耗的四分之三。因此，脫除乙苯精餾過程的熱能回收是降低乙苯氣相脫氫制苯乙烯能耗的關鍵。現有技術中，人們較多地採用多級變壓熱集成的技術來回收該熱能，脫除乙苯的精餾分離過程在兩個以上的塔中進行，塔的操作壓力逐級降低，前一級壓力相對較高的塔的塔頂物料作為後一級塔的物料再沸加熱介質，如專利號為99807390.3的中國專利、申請號為200510083832.5的中國專利申請均公開了此類的技術方案。多級變壓熱集成回收精餾分離熱能的回收率取決於採用級數的多少，理論上級數越多回收率越高。但實際上過多的級數卻因為設備及操作工藝的複雜性大為增加而導致實用價值的降低，現有技術中一般多採用兩級變壓熱集成來回收乙苯和苯乙烯分離過程的熱能，即精餾分離過程在兩個精餾塔中進行，其熱能的回收率至多可達4050%。
發明內容本發明提供了一種由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，它要解決的技術問題是進一步提高脫氫反應產物的分離精製中脫除乙苯精餾過程熱能的回收率。以下是本發明解決上述技術問題的技術方案一種由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，該方法包括以下步驟1)原料乙苯在水的存在下加熱氣化；2)氣化的乙苯和水混合物進行氣相催化脫氫反應；3)脫氫反應產物冷凝液化，經油水分離後取油相物料為苯乙烯粗產品；4)苯乙烯粗產品由精餾塔進行精餾，塔頂排出以脫氫反應副產的苯和甲苯為主的輕組分雜質；5)步驟4)的塔釜物料由精餾塔進行精餾，塔頂氣相物料冷凝後排出未反應的乙苯，乙苯返回脫氫原料系統回用；6)步驟5)的塔釜物料由精餾塔進行精餾，塔頂得苯乙烯精製產品，塔釜排出以焦油為主的重組分雜質。上述步驟1)中，由步驟5)的塔頂氣相物料作為加熱介質對所述的原料乙苯及水進行加熱使之氣化，同時原料乙苯及水作為冷卻介質對步驟5)的塔頂氣相物料進行冷卻使之冷凝。在步驟l)中，一般由再沸器對原料乙苯及水進行加熱，再沸器可以包括主再沸器和輔助再沸器，兩者相互並列，主再沸器的加熱介質為步驟5)所述的塔頂氣相物料，而輔助再沸器則採用外供的加熱介質，如來自公用工程的水蒸汽。為了保證步驟5)中的塔頂氣相物料被充分冷凝，步驟5)中的塔頂氣相物料與步驟1)中的原料乙苯及水進行熱交換後可再經第二級冷凝，第二級冷凝的冷凝器採用外供的冷卻介質，如來自公用工程的冷卻水。通常情況下，上述步驟1)所述的原料乙苯和水的質量投料比為1.82.2:1;步驟5)所述的精餾的操作壓力為20100KPa絕對壓力，最好為3050KPa絕對壓力；步驟5)所述的精餾的回流比為417;最好為610。在本發明中，脫氫產物精製過程採用順序法工藝，乙苯的氣相催化脫氫反應及其產物精製過程的主工藝流程以及參數與傳統的方法基本相同，其關鍵在於將脫氫產物精製過程中精餾分離脫除乙苯的熱能與原料氣化所需的熱能相集成。發明人通過對乙苯的氣相催化脫氫反應及其產物精製全流程的能耗分布進行分析，並進行相應的熱平衡計算後發現，原料乙苯與水的共沸體系的沸點為92°C，而脫除乙苯的精餾塔塔頂氣相物料的冷凝溫度為105°C，其溫差為13°C，以後者為加熱介質對前者進行加熱使之氣化具有足夠的熱推動力；另外，一般情況下按生產每公斤苯乙烯精製產品計，脫除乙苯的精餾塔塔頂氣相物料的冷凝所產生的熱能約為590kw/kg產品，原料乙苯與水氣化所需能耗約為630kw/kg產品，理論上，在理想狀態下脫除乙苯的精餾塔塔頂氣相物料的冷凝所產生的熱能可100%得到回收。發明人通過試驗發現，其回收率至少為60%，最多可達90%。與現有技術相比，本發明的優點在於脫氫反應產物的分離精製中脫除乙苯的精餾過程熱能回收率大幅提高，一般可達到6090%。脫除乙苯的精餾過程採用單塔操作，工藝控制簡單，裝置運行更易平穩。本發明的另一優點是非常適合對傳統裝置進行改造，主流程的設備和操作工藝無需變動，僅對部分換熱器及相關管線進行調整即可大幅度實現整個裝置的節能降耗。下面將通過實施例來對本發明作進一步的描述，如前所述，本發明的關鍵在於將脫氫產物精製過程中精餾分離脫除乙苯的熱能與原料氣化所需的熱能相集成，乙苯的氣相催化脫氫反應及其產物精製過程的主工藝流程以及參數與傳統的方法基本相同，這些均為本領域普通技術人員所熟知。因此，為了更清楚地對本發明的技術方案進行描述，實施例將注重脫氫產物精製過程中精餾分離脫除乙苯的熱能與原料氣化所需的熱能相集成這一細節的展示。不難理解，對於本領域普通技術人員而言，其它部分細節的省略並不影響本發明技術方案的完整實施。附圖為本發明實施例的苯乙烯粗產品精製過程工藝流程圖。附圖中各標記的定義為1——脫輕塔；2——脫乙苯塔；3——脫重塔；4——脫氫反應原料罐；5——脫氫反應原料罐主再沸器；6——脫氫反應原料罐輔助再沸器；7——脫乙苯塔塔頂物料第二級冷凝器；Ml——苯乙烯粗產品；M2——脫輕塔塔釜物料；M3——以苯和甲苯為主的輕組分雜質；M4——脫乙苯塔塔釜物料；M5——脫乙苯塔塔頂氣相物料；M5-1——脫乙苯塔塔頂冷凝回流物料；M5-2——循環回用乙苯；M6——苯乙烯精製產品；M7——以焦油為主的重組分雜質；RM1——原料乙苯；RM2——水；RM3——脫氫反應原料循環再沸加熱物料；賜4——氣化的脫氫反應原料。具體實施例方式以下結合附圖對實施例進行描述原料乙苯RM1與RM2水投入脫氫反應原料罐4中，質量投料比控制為2.02.1:1，原料乙苯在水的存在下被加熱氣化，氣化的脫氫反應原料(乙苯與水的氣相混合物)RM4去脫氫反應器進行氣相催化脫氫反應。脫氫反應原料循環再沸加熱物料RM3由相互並列的主再沸器5和輔助再沸器6進行再沸加熱，其中輔助再沸器採用0.4kg/cm2的低壓蒸汽為加熱介質。脫氫反應產物冷凝液化後，經油水分離取油相物料得到苯乙烯粗產品M1，其組成見下表tableseeoriginaldocumentpage6苯乙烯粗產品Ml先進入脫輕塔1進行精餾，由塔頂排出以苯和甲苯為主的輕組分雜質M3。脫輕塔1的理論塔板數為2025，操作壓力為2530KPa絕對壓力，回流比為2530。脫輕塔的塔釜物料M2富含苯乙烯，並含有未反應的乙苯和重組分雜質。脫輕塔塔釜物料M2進入脫乙苯塔2進行精密精餾，脫乙苯塔2的理論塔板數為8595，操作壓力為3050KPa絕對壓力，回流比為69。脫乙苯塔塔頂氣相物料M5先進入脫氫反應原料罐主再沸器5，與脫氫反應原料循環再沸加熱物料RM3進行熱交換，出自主再沸器5的氣液混合物料再經第二級冷凝器7進一步冷凝，冷凝物料的一部分M5-1返回脫乙苯塔，另一部分M5-2排出脫乙苯塔2，作為循環回用乙苯返回脫氫反應原料罐。塔釜物料M4富含苯乙烯，並含有重組分雜質。需要說明的是，第二級冷凝器7主要作用為主再沸器5的補充和備用，在開車等其它工況條件發生波動時保證氣相物料M5被充分冷凝，從而確保裝置平穩運行和具有良好的操作彈性。脫乙苯塔塔釜物料M4最後進入脫重塔3進行精餾，脫重塔3的理論塔板數為3540，操作壓力為1015KPa絕對壓力，回流比為0.61.0。由塔頂得到苯乙烯精製產品M6，塔釜排出以焦油為主的重組分雜質M7。實施例以上述工藝流程和參數操作，按苯乙烯產量為75噸/小時的規模生產，苯乙烯粗產品M1的進料量為126噸/小時。以生產每公斤苯乙烯產品計，脫乙苯塔塔頂氣相物料M5冷凝所需的能耗為695kw/kg產品，其中第二級冷凝器7消耗的能量為106kw/kg產品。按此計算，脫乙苯塔的熱能回收率約為84.7%。回收率的計算公式為脫氫反應原料罐主再沸器負荷回收率=-X100%。脫氫反應原料罐主再沸器負荷+第二級冷凝器負荷權利要求1、一種由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，該方法包括以下步驟1)原料乙苯在水的存在下加熱氣化；2)氣化的乙苯和水混合物進行氣相催化脫氫反應；3)脫氫反應產物冷凝液化，經油水分離後取油相物料為苯乙烯粗產品；4)苯乙烯粗產品由精餾塔進行精餾，塔頂排出以脫氫反應副產的苯和甲苯為主的輕組分雜質；5)步驟4)的塔釜物料由精餾塔進行精餾，塔頂氣相物料冷凝後排出未反應的乙苯，乙苯返回脫氫原料系統回用；6)步驟5)的塔釜物料由精餾塔進行精餾，塔頂得苯乙烯精製產品，塔釜排出以焦油為主的重組分雜質，其特徵在於上述步驟1)中，由步驟5)的塔頂氣相物料作為加熱介質對所述的原料乙苯及水進行加熱使之氣化，同時原料乙苯及水作為冷卻介質對步驟5)的塔頂氣相物料進行冷卻使之冷凝。2、根據權利要求1所述的由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，其特徵在於所述的步驟l)中，由再沸器對原料乙苯及水進行加熱，再沸器包括主再沸器和輔助再沸器，兩者相互並列，主再沸器的加熱介質為步驟5)所述的塔頂氣相物料，輔助再沸器採用外供的加熱介質。3、根據權利要求1所述的由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，其特徵在於所述的步驟5)中的塔頂氣相物料與步驟1)中的原料乙苯及水進行熱交換後再經第二級冷凝，第二級冷凝的冷凝器採用外供的冷卻介質。4、根據權利要求l、2或3所述的由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，其特徵在於步驟l)所述的原料乙苯和水的質量投料比為1.82.2:1。5、根據權利要求l、2或3所述的由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，其特徵在於步驟5)所述的精餾的操作壓力為20100KPa絕對壓力。6、根據權利要求5所述的由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，其特徵在於步驟5)所述的精熘的操作壓力為3050KPa絕對壓力。7、根據權利要求l、2或3所述的由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，其特徵在於步驟5)所述的精餾的回流比為417。8、根據權利要求7所述的由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，其特徵在於步驟5)所述的精餾的回流比為610。全文摘要一種由乙苯氣相脫氫制苯乙烯及其產品精製的方法，包括原料乙苯在水的存在下加熱氣化；氣相催化脫氫反應；脫氫反應產物冷凝、油水分離後得粗產品；粗產品精餾脫輕組分雜質；精餾脫乙苯，乙苯返回脫氫原料系統回用；精餾脫重組分雜質得苯乙烯精製產品，特徵是精餾脫乙苯的塔頂氣相物料作為加熱介質對原料乙苯及水進行加熱使之氣化。與一般多級變壓熱集成回收熱能的方法相比，本發明的優點在於精餾脫乙苯過程熱能回收率更高，一般可達到60～90％；脫除乙苯為單塔操作，工藝控制簡單，運行更易平穩。本發明對傳統裝置的改造尤為適宜。文檔編號C07C15/00GK101412653SQ20071004719公開日2009年4月22日申請日期2007年10月18日優先權日2007年10月18日發明者吳德榮,勇李,江沈,洪純芬,王玉楓,葛春方,邵以華申請人:中國石油化工集團公司;中國石化集團上海工程有限公司