專利名稱：一種醇醚催化轉(zhuǎn)化制備乙苯的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，具體涉及一種醇醚催化轉(zhuǎn)化制備乙苯的裝置及方法。
背景技術(shù)：
乙苯是非常重要的石油化工產(chǎn)品，世界上聚苯乙烯大部分都是乙苯的脫氫再聚合 的路線而得。一般地，乙烯由乙烯與苯兩大原料進(jìn)行烷基化反應(yīng)而得。由于分屬不同的制 造系統(tǒng)，所以一般得到的純苯或純乙烯都需要極大的分離工程與能耗。比如乙烯與乙烷分 子量相關(guān)極小，需要用深冷技術(shù)才能分離。而在石油路線中與苯相近的化合物有數(shù)百種，其 分離需要復(fù)雜的芳烴抽提技術(shù)。這就導(dǎo)致了利用二者再進(jìn)行烷基化反應(yīng)的成本居高不下。 目前也有利用煉廠干氣(含甲烷，乙烷與乙烯)與苯氣相烷基化生成乙苯的報(bào)道，但該過程 中生成的少量二甲苯副產(chǎn)物與乙苯非常難分離，顯著影響了乙苯的再加工過程。近年來，由甲醇在SAPO分子篩催化劑上轉(zhuǎn)化得到丙烯與乙烯的報(bào)道日多。同時(shí)， 由甲醇在ZSM-5分子篩催化劑上轉(zhuǎn)化得到芳烴的技術(shù)也日漸成熟。但是由于甲醇很活潑， 芳構(gòu)化生成苯后，接著的甲基化反應(yīng)進(jìn)行得非常迅速，所以得到的芳烴基本以甲苯，二甲苯 與三甲苯為主，產(chǎn)品中苯的含量非常小。同時(shí)，由甲醇主產(chǎn)乙烯與芳烴的催化劑不同，而這 兩個(gè)過程均涉及催化劑的再生，以及產(chǎn)品的分離，所以至今仍然沒有一種技術(shù)能夠由甲醇 同時(shí)生產(chǎn)出等摩爾或相當(dāng)?shù)囊蚁┡c苯，從而可低成本地生產(chǎn)乙苯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種醇醚催化轉(zhuǎn)化制備乙苯的裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種醇醚催化轉(zhuǎn)化制備乙苯的方法。一種利用醇醚進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化合成乙苯的裝置，其特征在于該裝置包括芳構(gòu)化子 系統(tǒng)1、芳構(gòu)化子系統(tǒng)2、氣液分離子系統(tǒng)3、氣氣分離子系統(tǒng)4、液液分離子系統(tǒng)5、甲苯歧化 子系統(tǒng)6和烷基化子系統(tǒng)7。所述芳構(gòu)化子系統(tǒng)1和芳構(gòu)化子系統(tǒng)2使用流化床或固定床，裝填催化劑采用商 用的芳構(gòu)化催化劑增加0. 5-3%的鑭、0. 5-3%的鈰或兩者的組合。一種利用醇醚進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化合成乙苯的方法，其特征在于，按照如下步驟進(jìn)行將反應(yīng)原料通入芳構(gòu)化子系統(tǒng)1中反應(yīng)，生成如下基于碳基質(zhì)量的產(chǎn)品3-6%甲 烷與乙烷、8-12%乙烯、4-32% C3-C5烴、8-12%苯、20-25%甲苯、二甲苯與C10芳烴、氫氣；將上述產(chǎn)品經(jīng)過氣液分離子系統(tǒng)3與氣氣分離子系統(tǒng)4后，將所得C3-C5烴循環(huán)回 芳構(gòu)化系統(tǒng)2中反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氫氣和C1-Cltl烴，凈轉(zhuǎn)化率為60-70 %，所得產(chǎn)品與芳構(gòu)化子系 統(tǒng)1出口的產(chǎn)品匯合，共同進(jìn)入氣液分離子系統(tǒng)3;氣液分離子系統(tǒng)3將芳構(gòu)化子系統(tǒng)1的氫氣,C1-Cltl烴分離為氫氣和C1-C5烴、C6-Cltl 烴，氣液分離子系統(tǒng)3出口的氫氣和C1-C5烴通過氣氣分離子系統(tǒng)4繼續(xù)分離為氫氣和C1-C2 烴的混合物、C3-C5烴；氣液分離子系統(tǒng)出口 3的C6-Cltl烴通過液液分離子系統(tǒng)5繼續(xù)分離 為苯、甲苯和二甲苯；
通過液液分離子系統(tǒng)5分離所得甲苯在甲苯歧化子系統(tǒng)6中反應(yīng)轉(zhuǎn)化為苯與二甲 苯；通過液液分離子系統(tǒng)5分離和甲苯歧化子系統(tǒng)6轉(zhuǎn)化得到的苯與通過氣氣分離子系統(tǒng) 4分離得到的氫氣和C1-C2烴的混合物共同通入烷基化子系統(tǒng)7中反應(yīng)，生成乙苯；將烷基 化子系統(tǒng)7出口的氣體氫氣、甲烷和乙烷的混合物通入甲苯歧化子系統(tǒng)6，作為甲苯歧化反 應(yīng)的工藝氣。所述反應(yīng)原料為甲醇、二甲醚、任意比例的醇醚混合物或含有5-10 %水的醇醚混 合物。所述芳構(gòu)化子系統(tǒng)1中反應(yīng)的反應(yīng)溫度為400_500°C、壓力為0. 1-2. OMPa、反應(yīng)原 料的重量空速為0. 3-30g/gcat/h ；所述芳構(gòu)化子系統(tǒng)2中反應(yīng)的反應(yīng)溫度為550-700°C，壓 力為0. 1-2. OMPa，C3-C5烴的重量空速為0. 3-10g/gcat/h ；所述甲苯歧化子系統(tǒng)6中反應(yīng)的 反應(yīng)溫度為150-200°C，壓力為l-2MPa。本發(fā)明的有益效果1、本發(fā)明的催化劑比目前已有的催化劑能夠更高選擇性地生 成乙烯。所采用的C3-C5烴芳構(gòu)化及甲苯歧化技術(shù)能夠利用該過程中的產(chǎn)品大幅度地增產(chǎn) 苯。2、本發(fā)明WC3-C5芳構(gòu)化與醇醚芳構(gòu)化使用相同的催化劑，只是操作溫度不同，管理方 便，再生過程相似，實(shí)際操作的運(yùn)行成本低，再生技術(shù)易掌握。3、本發(fā)明使用乙烯與苯的烷 基化技術(shù)，可只將氫與C1-C2烴中的乙烯完全轉(zhuǎn)化。出口氣只含氫，甲烷與乙烷。避免了傳統(tǒng) 的石油路線及單獨(dú)的甲醇制烯烴路線中乙烯與乙烷的分離難題，降低了過程能耗。4、本發(fā) 明采用的流程，使得生成量巨大，但沸點(diǎn)相近的乙苯與二甲苯始終在不同的子系統(tǒng)中運(yùn)行， 避免了目前許多技術(shù)中的二者同時(shí)生成，但難分離的窘境。5、本發(fā)明的甲苯歧化技術(shù)可以 使用烷基化子系統(tǒng)出口的含氫干氣。減少了專門制氫裝置的設(shè)置，流程短，操作成本低。6、 本發(fā)明采用的氣氣分離子系統(tǒng)中的液化氣(c3-cd§)與干氣(氫、(^-(2烴)沸點(diǎn)差很大，易 分離，能耗低；這樣減少了所生成的乙烯的損失，并且C3-C5烴比C1-C2烷烴活潑，更易再次 芳構(gòu)化，從而以最小的氣體循環(huán)代價(jià)增加了苯的產(chǎn)量。6、本過程中得到主產(chǎn)品之一乙烯的 溫度僅為400-500°C，比傳統(tǒng)的工業(yè)路線中的石腦油裂解制備乙烯的溫度要低300-400°C， 反應(yīng)裝置也更加簡單。7、本發(fā)明的流程合理地利用了生產(chǎn)的物流，同時(shí)兩套芳構(gòu)化子系統(tǒng) 中能夠共用同一套分離流程，生產(chǎn)乙苯的成本將比已有的獨(dú)立得純乙烯與純苯，然后進(jìn)行 烷基化的工業(yè)路線的生產(chǎn)成本降低30-50%。


圖1為利用醇醚制備乙苯的系統(tǒng)示意圖；其中，1-芳構(gòu)化子系統(tǒng)、2-芳構(gòu)化子系統(tǒng)、3-氣液分離子系統(tǒng)、4-氣氣分離子系 統(tǒng)、5-液液分離子系統(tǒng)、6-甲苯歧化子系統(tǒng)、7-烷基化子系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，但不以此限制其范圍實(shí)施例1在商用的芳構(gòu)化催化劑上增加0. 5%的鑭，制備所用的催化劑。在400°C，壓力 0. 4MPa (表壓)轉(zhuǎn)化100%的甲醇原料，在甲醇的重量空速為0. 3g/gcat/h的條件下，在芳 構(gòu)化系統(tǒng)1(使用流化床反應(yīng)器)中生成如下基于碳基質(zhì)量的產(chǎn)品3%甲烷與乙烷、12%乙烯、24% C3-C5烴、2%苯、25%甲苯、二甲苯與Cltl芳烴。經(jīng)過氣液分離子系統(tǒng)3與氣氣分 離子系統(tǒng)4后，將所得C3-C5烴循環(huán)回芳構(gòu)化系統(tǒng)2 (使用流化床反應(yīng)器)，在550°C，壓力 0. 4MPa (表壓)及C3-C5烴的重量空速為g/gcat/h的條件下反應(yīng)，凈轉(zhuǎn)化率為60%。然后 將所得產(chǎn)品匯入氣液分離系統(tǒng)3，氣液分離子系統(tǒng)3將芳構(gòu)化子系統(tǒng)1的氫氣、C1-Cltl烴分離 為氫氣和C1-C5烴、C6-Cltl烴，氣液分離子系統(tǒng)3出口的氫氣和C1-C5烴通過氣氣分離子系統(tǒng) 4繼續(xù)分離為氫氣和C1-C2烴的混合物、C3-C5烴；氣液分離子系統(tǒng)出口 3的C6-Cltl烴通過液 液分離子系統(tǒng)5繼續(xù)分離為苯、甲苯和二甲苯；分離所得甲苯在甲苯歧化子系統(tǒng)6中轉(zhuǎn)化為 苯與二甲苯，上述使過程的苯與乙烯的摩爾比為1。氣氣分離子系統(tǒng)3出口中的氫與C1-C2 烴與苯在烷基化子系統(tǒng)7中(反應(yīng)條件150°C、1.5MPa、商用催化劑)生成乙苯。乙烯全部 轉(zhuǎn)化，所得剩余氣體(氫，甲烷與乙烷)通入甲苯歧化子系統(tǒng)6用作工藝氣。實(shí)施例2在商用的芳構(gòu)化催化劑上增加的鑭與2%的鈰，制備所用的催化劑。在500°C， 壓力0. IMPa(表壓)下轉(zhuǎn)化純二甲醚，在二甲醚的重量空速為12g/gCat/h的條件下。在芳 構(gòu)化系統(tǒng)1(使用固定床反應(yīng)器)中生成如下基于碳基質(zhì)量的產(chǎn)品3. 5%甲烷與乙烷、12% 乙烯、30% C3-C5烴、10%苯、23%甲苯、二甲苯與Cltl芳烴。經(jīng)過氣液分離子系統(tǒng)3與氣氣 分離子系統(tǒng)4后，將所得C3-C5烴循環(huán)回芳構(gòu)化系統(tǒng)2 (使用固定床反應(yīng)器)，在700°C，壓力 0. IMPa (表壓)及C3-C5的重量空速為lOg/gcat/h的條件下反應(yīng)，凈轉(zhuǎn)化率為70%。然后 將所得產(chǎn)品匯入氣液分離系統(tǒng)3，氣液分離子系統(tǒng)3將芳構(gòu)化子系統(tǒng)1的氫氣、C1-Cltl烴分 離為氫氣和C1-C5烴、C6-Cltl烴，氣液分離子系統(tǒng)3出口的氫氣和C1-C5烴通過氣氣分離子系 統(tǒng)4繼續(xù)分離為氫氣和C1-C2烴的混合物、C3-C5烴；氣液分離子系統(tǒng)出口 3的C6-Cltl烴通過 液液分離子系統(tǒng)5繼續(xù)分離為苯、甲苯和二甲苯；分離所得甲苯在甲苯歧化子系統(tǒng)6中轉(zhuǎn)化 為苯與二甲苯，上述使過程的苯與乙烯的摩爾比為1.5。氣氣分離子系統(tǒng)3出口中的氫與 C1-C2烴與苯在烷基化子系統(tǒng)7中(反應(yīng)條件1501、1.510^、商用催化劑)生成乙苯。乙 烯全部轉(zhuǎn)化，所得剩余氣體(氫、甲烷與乙烷)通入甲苯歧化子系統(tǒng)6用作工藝氣。實(shí)施例3在商用的芳構(gòu)化Si/ZSM-5催化劑上增加0. 5 %的鋪，制備所用的催化劑，在 475°C，壓力2MPa(表壓)轉(zhuǎn)化50%二甲醚，45%甲醇和5%水原料，在甲醇的重量空速為 30g/gCat/h的條件下。在芳構(gòu)化系統(tǒng)1(使用流化床反應(yīng)器)中生成如下基于碳基質(zhì)量的 產(chǎn)品6%甲烷與乙烷、8%乙烯、C3-C5烴、10%苯、23%甲苯、二甲苯與Cltl芳烴。經(jīng)過 氣液分離子系統(tǒng)3與氣氣分離子系統(tǒng)4后，將所得C3-C5烴循環(huán)回芳構(gòu)化系統(tǒng)2 (使用流化 床反應(yīng)器)，在600°C，壓力2MPa(表壓)及C3-C5烴的重量空速為7g/gCat/h的條件下反 應(yīng)，凈轉(zhuǎn)化率為69%。然后將所得產(chǎn)品匯入氣液分離系統(tǒng)3，氣液分離子系統(tǒng)3將芳構(gòu)化子 系統(tǒng)1的氫氣、C1-Cltl烴分離為氫氣和C1-C5烴、C6-Cltl烴，氣液分離子系統(tǒng)3出口的氫氣和 C1-C5烴通過氣氣分離子系統(tǒng)4繼續(xù)分離為氫氣和C1-C2烴的混合物、C3-C5烴；氣液分離子 系統(tǒng)出口 3的C6-Cltl烴通過液液分離子系統(tǒng)5繼續(xù)分離為苯、甲苯和二甲苯；分離所得甲苯 在甲苯歧化子系統(tǒng)6中轉(zhuǎn)化為苯與二甲苯，上述使過程的苯與乙烯的摩爾比為1. 2。氣氣分 離子系統(tǒng)3出口中的氫與C1-C2烴與苯在烷基化子系統(tǒng)7中(反應(yīng)條件200°C、2MPa、商用 催化劑)生成乙苯。乙烯全部轉(zhuǎn)化，所得剩余氣體(氫，甲烷與乙烷)通入甲苯歧化子系統(tǒng) 6用作工藝氣。
實(shí)施例4在商用的芳構(gòu)化Si/ZSM-5催化劑上增加1. 5 %的鈰，制備所用的催化劑，在 4500C，壓力IMPa (表壓)轉(zhuǎn)化90%的甲醇原料(其余為水)，在甲醇的重量空速為3g/gcat/ h的條件下。在芳構(gòu)化系統(tǒng)1(使用固定床反應(yīng)器)中生成如下基于碳基質(zhì)量的產(chǎn)品5% 甲烷與乙烷、8%乙烯、32% C3-C5烴、8%苯、20%甲苯、二甲苯與Cltl芳烴。經(jīng)過氣液分離子 系統(tǒng)3與氣氣分離子系統(tǒng)4后，將所得C3-C5烴循環(huán)回芳構(gòu)化系統(tǒng)2 (使用固定床反應(yīng)器)， 在630°C，壓力IMPa(表壓)及C3-C5烴的重量空速為4g/gCat/h的條件下反應(yīng)，凈轉(zhuǎn)化率 為68%。然后將所得產(chǎn)品匯入氣液分離系統(tǒng)3，氣液分離子系統(tǒng)3將芳構(gòu)化子系統(tǒng)1的氫 氣、C1-Cltl烴分離為氫氣和C1-C5烴、C6-Cltl烴，氣液分離子系統(tǒng)3出口的氫氣和C1-C5烴通過 氣氣分離子系統(tǒng)4繼續(xù)分離為氫氣和C1-C2烴的混合物、C3-C5烴；氣液分離子系統(tǒng)出口 3的 C6-C10烴通過液液分離子系統(tǒng)5繼續(xù)分離為苯、甲苯和二甲苯；分離所得甲苯在甲苯歧化子 系統(tǒng)(6)中轉(zhuǎn)化為苯與二甲苯，上述使過程的苯與乙烯的摩爾比為1.4。氣氣分離子系統(tǒng)3 出口中的氫與C1-C2烴與苯在烷基化子系統(tǒng)7中(反應(yīng)條件150°C、2MPa、商用催化劑)生 成乙苯。乙烯全部轉(zhuǎn)化，所得剩余氣體(氫，甲烷與乙烷)通入甲苯歧化子系統(tǒng)6用作工藝 氣。
權(quán)利要求
1.一種利用醇醚進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化合成乙苯的裝置，其特征在于該裝置包括芳構(gòu)化子系 統(tǒng)(1)、芳構(gòu)化子系統(tǒng)(2)、氣液分離子系統(tǒng)(3)、氣氣分離子系統(tǒng)(4)、液液分離子系統(tǒng)(5)、 甲苯歧化子系統(tǒng)(6)和烷基化子系統(tǒng)(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用醇醚進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化合成乙苯的裝置，其特征在于，所 述芳構(gòu)化子系統(tǒng)(1)和芳構(gòu)化子系統(tǒng)(2)使用流化床或固定床，裝填催化劑采用商用的芳 構(gòu)化催化劑增加0. 5-3%的鑭、0. 5-3%的鈰或兩者的組合。
3.一種利用醇醚進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化合成乙苯的方法，其特征在于，按照如下步驟進(jìn)行將反應(yīng)原料通入芳構(gòu)化子系統(tǒng)(1)中反應(yīng)，生成如下基于碳基質(zhì)量的產(chǎn)品3-6%甲烷 與乙烷、8-12%乙烯、4-32% C3-C5烴、8-12%苯、20-25%甲苯、二甲苯與Cltl芳烴、氫氣；將上述產(chǎn)品經(jīng)過氣液分離子系統(tǒng)(3)與氣氣分離子系統(tǒng)(4)后，將所得C3-C5烴循環(huán)回 芳構(gòu)化系統(tǒng)(2)中反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氫氣和C1-Cltl烴，凈轉(zhuǎn)化率為60-70%，所得產(chǎn)品與芳構(gòu)化子 系統(tǒng)⑴出口的產(chǎn)品匯合，共同進(jìn)入氣液分離子系統(tǒng)⑶；氣液分離子系統(tǒng)(3)將芳構(gòu)化子系統(tǒng)(1)的氫氣W1-Cltl烴分離為氫氣和C1-C5烴、C6-Cltl 烴，氣液分離子系統(tǒng)(3)出口的氫氣和(^-(5烴通過氣氣分離子系統(tǒng)(4)繼續(xù)分離為氫氣和 C1-C2烴的混合物、C3-C5烴；氣液分離子系統(tǒng)出口(3)的C6-Cltl烴通過液液分離子系統(tǒng)(5) 繼續(xù)分離為苯、甲苯和二甲苯；通過液液分離子系統(tǒng)(5)分離所得甲苯在甲苯歧化子系統(tǒng)(6)中反應(yīng)轉(zhuǎn)化為苯與二甲 苯；通過液液分離子系統(tǒng)(5)分離和甲苯歧化子系統(tǒng)(6)轉(zhuǎn)化得到的苯與通過氣氣分離子 系統(tǒng)(4)分離得到的氫氣和C1-C2烴的混合物共同通入烷基化子系統(tǒng)(7)中反應(yīng)，生成乙 苯；將烷基化子系統(tǒng)(7)出口的氣體氫氣、甲烷和乙烷的混合物通入甲苯歧化子系統(tǒng)(6)， 作為甲苯歧化反應(yīng)的工藝氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種利用醇醚進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化合成乙苯的方法，其特征在于，所 述反應(yīng)原料為甲醇、二甲醚、任意比例的醇醚混合物或含有5-10%水的醇醚混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種利用醇醚進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化合成乙苯的方法，其特征在于，所 述芳構(gòu)化子系統(tǒng)(1)中反應(yīng)的反應(yīng)溫度為400-500°C、壓力為0. 1-2. OMPa、反應(yīng)原料的重量 空速為0. 3-30g/gcat/h ；所述芳構(gòu)化子系統(tǒng)O)中反應(yīng)的反應(yīng)溫度為550-700°C，壓力為 0. 1-2. OMPa，C3-C5烴的重量空速為0. 3-10g/gcat/h ；所述甲苯歧化子系統(tǒng)(6)中反應(yīng)的反 應(yīng)溫度為150-200°C，壓力為l-2MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于化工領(lǐng)域的一種醇醚催化轉(zhuǎn)化制備乙苯的裝置及方法。該裝置包括兩個(gè)芳構(gòu)化反應(yīng)子系統(tǒng)，甲苯歧化子系統(tǒng)，乙烯與苯的烷基化子系統(tǒng)及三個(gè)分離子系統(tǒng)。利用該裝置轉(zhuǎn)化醇醚原料最大化地生產(chǎn)匹配量級(jí)的苯與乙烯，不但有效實(shí)現(xiàn)了相同物流在不同子系統(tǒng)間的匯合，同時(shí)將烷基化子系統(tǒng)出口的干氣直接用作甲苯歧化子系統(tǒng)的工藝氣，而且還避免了乙烯與乙烷分離難題。與目前獨(dú)立的生產(chǎn)乙烯和苯的裝置及技術(shù)相比，本發(fā)明具有原料適應(yīng)廣，分離流程短及分離條件不苛刻，能耗低，產(chǎn)品收率高與純度高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J29/40GK102134178SQ20111002419
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者騫偉中, 魏飛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)