專利名稱：甲苯甲醇烷基化生產(chǎn)對(duì)二甲苯節(jié)能減排工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油化工領(lǐng)域，涉及一種用甲醇將甲苯烷基化生產(chǎn)對(duì)二甲苯(PX)的節(jié)能減排工藝，其中，烷基化是在 ZSM-5分子篩催化劑上進(jìn)行的低壓高溫反應(yīng)，工藝流程中特別涉及熱功集成、載氣回收、甲苯回收、對(duì)二甲苯提純等技術(shù)。
背景技術(shù)：
二甲苯的三種異構(gòu)體中，對(duì)二甲苯(PX)市場(chǎng)最大。PX主要用于生產(chǎn)精制對(duì)二苯甲酸(PTA)和對(duì)二苯甲酸酯(DMT)，用于制備各種聚合物如聚對(duì)苯二甲酸亞乙酯或PET、聚對(duì)苯二甲酸亞丙酯或PPT、和聚對(duì)苯二甲酸亞丁酯或PBT。工業(yè)上得到芳烴的途徑主要有兩種催化重整和裂化，其產(chǎn)物中都含有部分對(duì)二甲苯，通過甲苯歧化和二甲苯異構(gòu)化工藝可增產(chǎn)對(duì)二甲苯。甲苯歧化工藝以甲苯為原料，通過歧化反應(yīng)得到對(duì)二甲苯產(chǎn)品，二甲苯異構(gòu)化工藝以臨、間二甲苯為原料，通過異構(gòu)化反應(yīng)得到對(duì)二甲苯產(chǎn)品。上述兩種工藝都存在工藝復(fù)雜、流程冗長，物耗和能耗較高等缺點(diǎn)，且所得CS混合物中對(duì)二甲苯的平衡濃度最聞都只能達(dá)到23%左右。甲苯甲醇選擇燒基化是新興工藝，以廉價(jià)的Cl化合物為燒基化劑，且具有很高的對(duì)二甲苯選擇性，因其流程簡(jiǎn)潔，而能耗物耗較低，是對(duì)二甲苯生產(chǎn)工藝的發(fā)展新方向。中國專利CN 102372591 A公開了一種結(jié)晶分離對(duì)二甲苯的方法。但該專利不涉及對(duì)二甲苯的反應(yīng)及預(yù)分離等工藝。美國專利US 20020065444 Al公開了一種從二甲苯、乙苯混合物中分離對(duì)二甲苯的流程。該專利將二甲苯異構(gòu)化裝置與變壓吸附裝置耦合，從而提高混合物中對(duì)二甲苯的含量，之后通過結(jié)晶等分離方式得到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)純度的對(duì)二甲苯。該工藝存在反復(fù)增減壓操作，導(dǎo)致功耗較高。美國專利US 20110092756 Al公開了一種甲醇烷基化甲苯生產(chǎn)對(duì)二甲苯的流程。該專利采用流化床反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，通過旋風(fēng)分離器、分凝器、澄清器和精餾塔分離對(duì)二甲苯并回收原料。該工藝未考慮熱回收，導(dǎo)致能耗較高。相似地，中國專利CN 102464558 A、CN 102463072 A、CN 1037499A 等都對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的生產(chǎn)和分離部分技術(shù)有相關(guān)描述，但是未能提出完整的甲苯甲醇烷基化生產(chǎn)對(duì)二甲苯的流程；美國專利US 20110092755等對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)部分技術(shù)亦有相關(guān)描述，但均未實(shí)現(xiàn)能量集成。由于以上緣故，有必要對(duì)甲苯甲醇烷基化生產(chǎn)對(duì)二甲苯工藝進(jìn)行系統(tǒng)化綜合設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種甲苯甲醇烷基化生產(chǎn)對(duì)二甲苯的節(jié)能減排技術(shù)，即采用過程系統(tǒng)工程的方法論實(shí)現(xiàn)質(zhì)能綜合集成。以工藝過程熱功能耗、原料物耗最低為目標(biāo)，對(duì)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、分離序列和換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)段間直接激冷、精餾結(jié)晶耦合以及熱功集成，最后給出了一種甲苯甲醇烷基化生產(chǎn)對(duì)二甲苯的節(jié)能、環(huán)保工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案如下(I)甲苯與甲醇混合后加熱汽化，再與載氣充分混合，由反應(yīng)器出口物料預(yù)熱，再用加熱爐加熱至反應(yīng)溫度。烷基化反應(yīng)在ZSM-5分子篩固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)壓力為0. 2 0. 6MPa，反應(yīng)溫度380 520°C，反應(yīng)載氣為氫氣與水蒸汽的混合物。通過段間甲醇直接激冷，控制各段反應(yīng)器溫升在10 20°C內(nèi)。(2)反應(yīng)器出口物料與加熱爐前原料換熱后，加壓至I 3MPa，與水換熱發(fā)生水蒸 氣，與甲苯甲醇混合物換熱預(yù)熱原料。既回收了水的汽化潛熱，又為流程中的物料流動(dòng)提供推動(dòng)力，還提高了后續(xù)分離的閃蒸溫度，降低了低品位冷劑的用量。(3)換熱后的反應(yīng)器出口物料冷卻至30 70°C，在0. 5-lMPa壓力下進(jìn)行閃蒸，實(shí)現(xiàn)氫氣與液相產(chǎn)物的分離，分離后的氫氣大部分返回作為循環(huán)載氣使用，少部分作為尾氣排出。(4)閃蒸得到的液相進(jìn)入澄清器，實(shí)現(xiàn)水與油相的分離，水大部分循環(huán)利用，其余作為污水排出，油相送至甲苯精餾塔。(5)甲苯塔頂壓力為0. I 0. 3MPa，塔頂采用分凝器，塔釜溫度為140 160°C，塔底釜液為摩爾分率大于96%的對(duì)二甲苯粗產(chǎn)品，冷卻至20 30°C后送入粗產(chǎn)品儲(chǔ)罐。塔頂餾出物為摩爾分率大于99%的甲苯，作為循環(huán)原料。(6)粗對(duì)二甲苯送入熔融結(jié)晶裝置進(jìn)行間歇操作，成核溫度為5 10°C，持續(xù)
0.5 Ih ;結(jié)晶溫度為-8 0°C，持續(xù)0. 5 Ih ;發(fā)汗溫度為10 15°C，持續(xù)0. 5 lh，得到混合二甲苯母液。最后在20 30°C的熔融溫度下融化結(jié)晶固體，得到對(duì)二甲苯產(chǎn)品，其摩爾分率大于99. 5%。本發(fā)明的效果和益處是生產(chǎn)對(duì)二甲苯的節(jié)能、環(huán)保新工藝，適合工業(yè)化生產(chǎn)，能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。


圖I是反應(yīng)流程不意圖。圖2是PX提純、尾氣回收單元流程示意圖。圖3是PX結(jié)晶提純單元流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。以10萬噸PX/年工業(yè)裝置為例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)予以進(jìn)一步說明。如圖I所示，流入反應(yīng)器的原料為質(zhì)量流量為45. 14t/h的甲苯和質(zhì)量流量為
2.24t/h的甲醇，二者混合后加熱汽化，再與循環(huán)氫氣、補(bǔ)充氫氣和水蒸汽充分混合，同反應(yīng)產(chǎn)物換熱后可升溫至455°C，再用加熱爐加熱至反應(yīng)溫度，在固定床反應(yīng)器Rl內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)器入口原料溫度為460°C，反應(yīng)壓力為0. 5MPa。 Rl出口產(chǎn)物溫度為475°C，與質(zhì)量流率為I. 99t/h的甲醇混合，產(chǎn)物降溫至459. 5°C，進(jìn)入反應(yīng)器R2進(jìn)行反應(yīng)。R2出口產(chǎn)物溫度為474°C，與質(zhì)量流率為I. 77t/h的甲醇混合，產(chǎn)物降溫至459. 2°C，進(jìn)入反應(yīng)器R3進(jìn)行反應(yīng)。得到的反應(yīng)產(chǎn)物具有下表所示組成
權(quán)利要求
1.一種甲苯甲醇烷基化生產(chǎn)對(duì)二甲苯的節(jié)能減排工藝，其特征包括如下步驟， (1)甲苯與甲醇混合后加熱汽化，再與載氣充分混合，由反應(yīng)器出口物料預(yù)熱，再被加熱爐加熱；在0. 2 0. 6MPa壓力、380 520°C溫度下進(jìn)行ZSM-5分子篩烷基化反應(yīng)，反應(yīng)器通過段間甲醇直接激冷控制溫升；所述的載氣是水蒸汽與氫氣的混合物； (2)反應(yīng)器出口物料與加熱爐前原料換熱后，加壓至I 3MPa，與水換熱發(fā)生水蒸氣，與甲苯甲醇混合物換熱預(yù)熱原料； (3)反應(yīng)器出口物料冷卻至30 70°C，在0.5 IMPa壓力下閃蒸，分離出氫氣，得到的大部分氫氣循環(huán)使用，少部分作為尾氣排出； (4)分離閃蒸得到的液相中的水和油相產(chǎn)物，得到的水大部分循環(huán)利用，少部分作為污水排出，油相進(jìn)入甲苯塔； (5)甲苯塔頂壓力在0.I 0. 3MPa，塔釜溫度在140 160°C，塔頂分離出甲苯循環(huán)使用，塔底得到對(duì)二甲苯粗產(chǎn)品； (6)冷卻至20 30°C的對(duì)二甲苯粗產(chǎn)品經(jīng)過熔融結(jié)晶得到處理后的對(duì)二甲苯產(chǎn)品，結(jié)晶過程的成核溫度為5 10°C，持續(xù)0. 5 Ih ;結(jié)晶溫度為-8 0°C，持續(xù)0. 5 Ih ;發(fā)汗溫度為10 15°C，持續(xù)0. 5 lh，熔融溫度為20 30°C。
全文摘要
一種甲苯甲醇烷基化生產(chǎn)對(duì)二甲苯的節(jié)能減排工藝，屬于石油化工領(lǐng)域。本工藝分為反應(yīng)部分和分離部分。流程中采用多個(gè)ZSM-5催化劑固定床反應(yīng)器，通過反應(yīng)器段間甲醇直接激冷控制反應(yīng)器溫升，增加甲苯轉(zhuǎn)化率；通過壓縮機(jī)加壓提高反應(yīng)器出口物料與加熱爐前原料換熱后的溫度，再進(jìn)行多次換熱，增加熱回收，同時(shí)為流程中物料流動(dòng)提供動(dòng)力，并減少閃蒸分離所需低品位冷劑的使用量，實(shí)現(xiàn)熱功集成；最后通過精餾與熔融結(jié)晶的耦合操作得到對(duì)二甲苯產(chǎn)品。工藝所需載氣以及未反應(yīng)的甲苯大部分在流程內(nèi)循環(huán)使用。本發(fā)明的效果和益處是生產(chǎn)對(duì)二甲苯的節(jié)能、環(huán)保新工藝，能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C07C2/88GK102701899SQ201210206149
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者丁輝, 劉軍海, 姜大宇, 王天寶, 董宏光, 郭新聞, 金山 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)