專利名稱：一種芳烴烷基化的新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芳烴與C2-C10烯烴散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾烷基化新工藝，特別適用于苯和乙烯、丙烯烷基化生產(chǎn)乙苯和異丙苯的過(guò)程。
背景技術(shù)：
烷基芳烴是有重要應(yīng)用價(jià)值的工業(yè)有機(jī)品，其中最主要的是乙苯和異丙苯，它們分別是生產(chǎn)合成材料重要單體苯乙烯和有機(jī)產(chǎn)品苯酚的原料，有巨大的應(yīng)用價(jià)值。
合成乙苯，異丙苯的反應(yīng)式為
芳烴烷基化反應(yīng)是伴有強(qiáng)放熱的平行連串反應(yīng)。
傳統(tǒng)的芳烴烷基化工藝是以AlCl3絡(luò)合物為催化劑的釜式循環(huán)反應(yīng)器，腐蝕和污染嚴(yán)重，需用不銹鋼設(shè)備，70年代Mobil公司開(kāi)發(fā)的分子篩催化劑氣相烷基化工藝，其反應(yīng)溫度高，且為控制反應(yīng)放熱引起的溫升，需增大苯烯比并控制較低的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)熱利用不充分。U.P.P4849569提出了較先進(jìn)的催化蒸餾技術(shù)，可以利用反應(yīng)熱進(jìn)行蒸餾分離，但其催化蒸餾塔中催化劑采用CR&L公司的U.S.P4，215011的裝填結(jié)構(gòu)，把催化劑用玻璃絲布外加不鋼絲網(wǎng)作成若干小包裝填，很麻煩費(fèi)時(shí)間且偉質(zhì)效率低;U.S.P4，487430提出的留有氣體通道的催化劑裝填形式，U.S.P3，434，534提出的將催化劑置于塔盤降液管中，這幾種催化蒸餾技術(shù)用于芳烴基化均存在著塔內(nèi)輕質(zhì)烯烴的分壓低，在芳烴中溶解度低，氣相傳質(zhì)效率低，催化反應(yīng)時(shí)空收率低等問(wèn)題。
發(fā)明的目的本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一種芳烴烷基化散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾技術(shù)，塔內(nèi)催化劑采用散裝形式，可方便裝卸，而且催化反應(yīng)時(shí)空收率高，催化劑使用量相對(duì)減少，設(shè)備投資省，降低成本。
發(fā)明的概述本發(fā)明的催化反應(yīng)是指液相芳烴和氣相或液相烯烴混合后在低于反應(yīng)溫度的引發(fā)溫度下進(jìn)入催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)在引發(fā)溫度和沸點(diǎn)范圍內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)放熱由部分反應(yīng)物或產(chǎn)物汽化而吸收，從而使反應(yīng)溫度保持相對(duì)穩(wěn)定，有利于反應(yīng)進(jìn)行。
本發(fā)明適合于C8-C20芳烴與C2-C10烯烴的烷基化過(guò)程，特別適用于苯與乙烯、丙烯的烷基化過(guò)程。為了詳細(xì)地闡述本發(fā)明，現(xiàn)以苯與乙烯烷基化工藝為例加以說(shuō)明散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔芳烴烷基化過(guò)程。
散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾制乙苯工藝流程如

圖1。流程中包括散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔(1)和乙苯分離塔(23)。散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔(1)分三部分，上部精餾段(Ⅰ)，中部散裝筒式反應(yīng)段(Ⅱ)，下部汽提段(Ⅲ)，其中精餾段(Ⅰ)和汽提段(Ⅲ)是常規(guī)的用于分離的板式塔或填料塔結(jié)構(gòu)，其作用是實(shí)現(xiàn)苯與乙苯、多乙苯的分離，以保證塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品的純度。中部散裝筒式反應(yīng)段(Ⅱ)包括催化劑床層(2)，支撐篩板或格柵(22)，篩板或格柵(22)上鋪上不銹鋼絲網(wǎng)或其它網(wǎng)狀材料，催化劑床層兩側(cè)分別設(shè)有氣相通道(3)和液相通道(4)，散裝筒式反應(yīng)段的項(xiàng)部設(shè)有催化劑裝入口(5)，底部設(shè)有催化劑卸出口(6)，每段床層間設(shè)有連通管(7)。中部散裝筒或反應(yīng)段作用是進(jìn)行烷基化反應(yīng)和轉(zhuǎn)移烷基化反應(yīng)，并為汽液兩相提供通道。散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾制乙苯的具體過(guò)程為原料乙烯，新鮮苯經(jīng)管線(26)匯同來(lái)自管線(17)的苯及來(lái)自管線(25)的多乙苯按一定比例分別由進(jìn)料口(8)，激冷物料進(jìn)口(9a)(9b)，進(jìn)入反應(yīng)段(Ⅱ)，物料強(qiáng)制向下流動(dòng)并進(jìn)行烷基化和轉(zhuǎn)移烷基反應(yīng)?？刂七M(jìn)料口(8)處的溫度為低于反應(yīng)床層溫度的引發(fā)溫度，而維持激冷物料溫度為常溫，這樣以保證反應(yīng)在引發(fā)溫度和組分沸點(diǎn)范圍內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)放熱由部分物料汽化所吸收。反應(yīng)后的物料由散裝筒式反應(yīng)段(Ⅱ)的底部流出，反應(yīng)產(chǎn)生的汽相物料與來(lái)自汽提段上層塔盤(11)的汽相物料一起經(jīng)氣相通道(3)向上流動(dòng)，進(jìn)入精餾段(Ⅰ)，經(jīng)精餾段的分離作用，低沸點(diǎn)組分苯及少量未反應(yīng)的乙烯從塔頂管線(13)引出到冷凝器(14)，然后進(jìn)入回流罐(15)，未反應(yīng)的極少量乙烯經(jīng)管線(27)放空送至其它裝置再利用，冷凝苯一部分作為回流經(jīng)管線(17)送回散裝筒式反應(yīng)進(jìn)口。反應(yīng)段(Ⅱ)出來(lái)的液相和經(jīng)液相通道(4)來(lái)自上部精餾段最下面塔盤(12)的液相物料一起流到下部汽提段最上的塔盤(11)，經(jīng)汽提段分離后，從塔底得到產(chǎn)物乙苯和多乙苯，經(jīng)由管線(18)進(jìn)入再沸器(19)，一部分產(chǎn)物汽化后由管線(20)返回塔中，另一部分經(jīng)管線(21)進(jìn)入乙苯分離塔(23)進(jìn)行分離。由乙苯分離塔(23)的塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品乙苯經(jīng)管線(24)引出裝置，塔底得到的多乙苯則經(jīng)管線(25)返回散裝筒式催化反應(yīng)段進(jìn)口，經(jīng)烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成更多的乙苯。
本發(fā)明所述的散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔的反應(yīng)段(Ⅱ)的位置可在塔的任何部位，但最好在塔的中上部，其高度約占全塔的1/4-1/2。反應(yīng)段的反應(yīng)床層數(shù)一般為1-8層。原料苯，乙烯及多乙苯首先在低于反應(yīng)溫度的引發(fā)溫度下進(jìn)入第一層催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)放熱部分被物料汽化所吸收，另一部分被床層間激冷物料所吸收，從而維持各段床層在預(yù)定溫度下進(jìn)行。各側(cè)線進(jìn)料的分配比例必須根據(jù)原料濃度，反應(yīng)空速和苯烯比等條件來(lái)確定。
本發(fā)明適用的烯烴原料是C2-C20直鏈或支鏈烯烴，較好是C2-C9烯烴，例如乙烯、丙烯、正丁烯、異丁烯、戊烯-1，己烯-1，己烯-2，1-辛烯，二異丁烯，葵烯，十二碳烯等，最好的是乙烯，丙烯、下丁烯。芳烴原料是含有6-20個(gè)碳原子的普通芳烴以及帶有不影響烷基化過(guò)程的官能團(tuán)，如鹵素、羥基、環(huán)烷基的芳烴，較好的是苯、二甲苯、甲苯、苯酚、甲酚、乙苯、二乙苯、溴化苯、1-溴-4-環(huán)己基-苯等。最適用于本發(fā)明的芳烴是苯、甲苯、二甲苯和苯酚。
本發(fā)明使用的烯烴沸點(diǎn)，一般均小于芳烴，如乙烯與苯的烷基化過(guò)程，未反應(yīng)的少量乙烯經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后放空或再利用。但當(dāng)使用C8-C20烯烴時(shí)，其沸點(diǎn)可能超過(guò)芳烴，如辛烯-1與苯的烷基化過(guò)程，這時(shí)未反應(yīng)的辛烯-1可能作為烷基化芳烴產(chǎn)品雜質(zhì)在塔底出現(xiàn)，對(duì)類似的烷基化過(guò)程就必須在散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔的合適部位增加側(cè)線出料，并使芳烴大大過(guò)量以控制塔底產(chǎn)品中的烯烴量。
本發(fā)明中芳烴烷基化選擇性受芳烴與烯烴比例的控制，芳烴與烯烴比例越大，單烷基芳烴的選擇性越高，但同時(shí)能耗增加，生產(chǎn)能力下降。本發(fā)明的芳烴烯烴進(jìn)料比例為2-100∶1(mol)，較好的范圍是2-30∶1(mol)。
本發(fā)明使用的催化劑可以是酸性分子篩催化劑或酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂催化劑。催化劑的形式可是任何形狀的，如各種尺寸的拉西環(huán)、馬鞍環(huán)、柱狀、球狀的催化劑均可使用。根據(jù)不同的催化劑和不同的反應(yīng)原料及產(chǎn)物，散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔的壓力范圍為0.02-4.0MPa。本發(fā)明中，一但反應(yīng)壓力確定，反應(yīng)溫度即為該壓力下組分的沸點(diǎn)溫度，而不受反應(yīng)劇烈放熱的影響，反應(yīng)放熱由組分部分汽化和激冷物料所吸收。因此對(duì)應(yīng)0.02-4.0MPa的操作壓力，散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔的反應(yīng)溫度范圍是80℃-300℃。更具體地說(shuō)，使用酸性分子篩催化劑時(shí)，散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔的最佳壓力范圍為0.2-2.0MPa，最佳溫度范圍為100℃-300℃;使用酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂催化劑時(shí)，散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔的最佳壓力范圍為0.02-1.5MPa，最佳溫度范圍為80℃-150℃。
發(fā)明的效果
本發(fā)明芳烴與烯烴反應(yīng)烷基化的新方法比現(xiàn)有技術(shù)有較大改進(jìn)，生產(chǎn)效率提高了，從表1表2可看出，催化劑的時(shí)空收率有很大提高，也就是說(shuō)可以減少催化劑裝填量，設(shè)備體積可減小，降低投資。又由于本發(fā)明的設(shè)備可以方便地裝填散裝催化劑，使本工藝的生產(chǎn)和檢修成本降低。
下面以乙烯、丙烯與苯烷基化的實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1-4用乙烯和苯在酸性分子篩催化劑作用下合成乙苯。實(shí)驗(yàn)用散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔直徑為50mm，高為8m，催化劑形式為三葉草型，裝填量為41。反應(yīng)原料乙烯純度＞99.9%，苯純度＞99.8%。
實(shí)施例5-8在同一實(shí)驗(yàn)裝置中，實(shí)現(xiàn)丙烯和苯在酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或酸性分子篩催化劑作用下合成異丙苯。反應(yīng)原料丙烯純度＞99.9%，苯的純度＞99.8%。
表1實(shí)施例1-4
表2.實(shí)施例5-8
權(quán)利要求
1.一種芳烴烷基化的新工藝，以芳烴和烯烴為原料，在散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔中完成反應(yīng)和分餾過(guò)程，該塔分三部分，上部為精餾段，中部為散裝筒式催化反應(yīng)段，下部為提餾段，其特征是a.中部的催化反應(yīng)段反應(yīng)為汽、液、固、三相反應(yīng)段，床層可以是1～n段(n--大于1的正奇數(shù))；b.反應(yīng)原料烯烴和芳烴混合后進(jìn)入催化劑床層，并有多個(gè)控制床層溫度的激冷側(cè)線；c.維持反應(yīng)壓力為0.02-4.0MPa，相應(yīng)地維持反應(yīng)溫度為80-300℃；d.使用的催化劑可以是酸性分子篩催化劑，也可以是酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂催化劑；e.反應(yīng)進(jìn)料溫度為低于反應(yīng)溫度的引發(fā)溫度。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征是當(dāng)使用分子篩催化劑時(shí)最佳操作壓力為0.2-2.0MPa，最佳溫度范圍為100-300℃。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征是當(dāng)使用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂催化劑時(shí)，最佳的壓力為0.02-1.5MPa，最佳的溫度為80-150℃。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征是芳烴烷基化的苯烯比為2-100∶1(mol比)，最佳的是2-30∶1(mol比)。
5.按權(quán)利要求1-4所述的方法，其特征是本方法最適合于苯和乙烯、丙烯反應(yīng)生成乙苯和異丙苯的芳烴烷基化過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明是芳烴和C
文檔編號(hào)C07C2/66GK1064475SQ9111152
公開(kāi)日1992年9月16日 申請(qǐng)日期1991年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月4日
發(fā)明者陶偉強(qiáng), 楊宗仁, 王進(jìn)善, 王志亮, 郝興仁, 王偉 申請(qǐng)人:齊魯石油化工公司研究院