專(zhuān)利名稱(chēng)：乙醇和苯合成乙苯分水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乙醇和苯合成乙苯分水方法。
背景技術(shù)：
乙苯是重要的化工原料，是生產(chǎn)苯乙烯不可缺少的關(guān)鍵原料，大多數(shù)乙苯生產(chǎn)商生產(chǎn)乙苯的目的是用于自己的苯乙烯裝置生產(chǎn)苯乙烯，而苯乙烯是重要的基本有機(jī)化工原料，主要用于高分子材料領(lǐng)域制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(jī)反應(yīng)中間體還廣泛用于制藥、涂料、顏料和紡織工業(yè)中。傳統(tǒng)的乙苯合成工藝通常以乙烯和苯作為原料進(jìn)行烷基化反應(yīng)得到乙苯，而隨著原油價(jià)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(lái)越多廠家采用乙醇和苯一步發(fā)工藝來(lái)制造乙苯。乙醇法制乙苯工藝以乙醇和苯為原料，兩者同時(shí)進(jìn)入烷基化反應(yīng)器，乙醇脫水反應(yīng)與乙烯和苯的烷基化反應(yīng)在一臺(tái)反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)完成，乙醇脫水所需的熱量由烷基化反應(yīng)的放熱供應(yīng)，乙醇脫水生成的乙烯和苯在高溫、中壓氣相條件下進(jìn)行烷基化，反應(yīng)溫度400°C左右，壓力< 2. OMPaG，反應(yīng)器使用了滿(mǎn)足乙醇脫水與乙烯烷基化同時(shí)進(jìn)行特定要求的分子篩催化劑，乙醇脫水的選擇性與轉(zhuǎn)化率很高，乙烯與苯烷基化的轉(zhuǎn)化率也可達(dá)到乙烯法相同的水平。相比傳統(tǒng)的乙醇分步脫水制乙烯，再由乙烯制得下游產(chǎn)品，乙醇脫水的副反應(yīng)相對(duì)單獨(dú)進(jìn)行乙醇脫水的工藝少，工藝流程簡(jiǎn)單，投資省，操作費(fèi)用低，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，關(guān)于乙醇和苯合成乙苯工藝技術(shù)，具體文獻(xiàn)有中國(guó)專(zhuān)利ZL200410020397. 7、 CN200710025134. 9、CN200910055981. 9，但文獻(xiàn)中未具體描述苯水分離效果，經(jīng)本發(fā)明人試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以其工藝進(jìn)行苯水分離，苯中含水達(dá)1. 5%以上。由于反應(yīng)器中發(fā)生了乙醇脫水反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物中不可避免有較多水存在，乙醇和苯合成乙苯工藝通常采用ZSM-5分子篩催化劑，高濃度水的存在會(huì)嚴(yán)重影響該分子篩催化劑的壽命，雖然現(xiàn)在分子篩催化劑的耐水性能也在不斷進(jìn)步，但是相比傳統(tǒng)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(yīng)工藝通常苯大量過(guò)量(苯和乙醇摩爾比4 7)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)精餾分離后的苯需要作為循環(huán)苯返回反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物水的分離僅是在苯分離塔冷凝器中完成，反應(yīng)產(chǎn)物分水并不徹底，造成循環(huán)苯中的水含量較高，如果苯中含水量達(dá)1.0%以上，進(jìn)入反應(yīng)器后高含量水會(huì)明顯使分子篩催化劑再生周期由原6個(gè)月左右縮短至3 5個(gè)月，使用壽命由原12個(gè)月左右縮短至8 10個(gè)月，因此，提高苯水分離效率、降低循環(huán)苯中的水含量對(duì)延長(zhǎng)催化劑使用壽命是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是以往乙醇法制乙苯生產(chǎn)工藝反應(yīng)產(chǎn)物中水分離效果差、返回反應(yīng)器的循環(huán)苯中含水多造成催化劑壽命短的問(wèn)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(huán)苯中水含量低，可延長(zhǎng)分子篩催化劑再生周期和使用壽命的優(yōu)點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)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(guò)進(jìn)口管進(jìn)入苯水分離器，依次通過(guò)苯水分離器內(nèi)設(shè)置的預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件、穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件，破乳內(nèi)構(gòu)件和苯相聚集內(nèi)構(gòu)件后，苯水得到分離，使苯中含水量低于0. 1%，水中含苯量低于0.5%，預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件為一容器結(jié)構(gòu)，上面開(kāi)有供液體流出的小孔，穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件為填料或垂直放置的波紋板，破乳內(nèi)構(gòu)件為一金屬板，上面開(kāi)有供液體流過(guò)的小孔，苯相聚集內(nèi)構(gòu)件為沿容器圓周放置的水平波紋板或金屬絲網(wǎng)，擋板為一金屬板，位于水相出口管后苯相出口管前；上述技術(shù)方案中，含水苯通過(guò)伸入容器內(nèi)部的進(jìn)口管進(jìn)入預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件，預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件為一容器結(jié)構(gòu)，內(nèi)構(gòu)件上分布有小孔，孔徑為5毫米 50毫米，含水苯通過(guò)小孔流出進(jìn)入苯水分離器內(nèi)部，液體出孔流速為0. 01米/秒 1. 0米/秒，優(yōu)選0. 05米/秒 0. 3 米/秒；苯水分離器內(nèi)設(shè)置有穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件，內(nèi)構(gòu)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(nèi)設(shè)置有破乳內(nèi)構(gòu)件，內(nèi)構(gòu)件為一金屬板，上開(kāi)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(nèi)設(shè)置有苯相聚集內(nèi)構(gòu)件，內(nèi)構(gòu)件為沿容器圓周放置的水平波紋板或金屬絲網(wǎng)，波紋板厚度為0. 2米 3 米，金屬絲網(wǎng)厚度為0. 05米 1米，苯水分離器內(nèi)水相出口后、苯相出口前設(shè)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(yōu)選20 60°C， 操作壓力為 0. 5MPaG 2. OMPaG，優(yōu)選 0. 8MPaG 1. 2MPaG。本發(fā)明通過(guò)采用如圖1的乙醇法制乙苯反應(yīng)產(chǎn)物水分離方案，主要含苯、乙苯、二乙苯和水的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)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(jīng)冷凝器冷凝到破乳溫度后(10 80°C )，含水苯進(jìn)入苯水分離器進(jìn)行分離，含水苯物料經(jīng)進(jìn)口管進(jìn)入預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件，預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件位于苯水分離器的底部，上面開(kāi)有小孔，物料經(jīng)預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件小孔進(jìn)入容器內(nèi)，使液流在由小孔射出的過(guò)程中，除克服流體阻力外還要克服重力做功，同時(shí)預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件下置使物料在苯水界面以下的水相進(jìn)液，當(dāng)冷凝液通過(guò)水相時(shí)，液團(tuán)之間的攪拌剪切作用增加了水滴之間的聚結(jié)機(jī)會(huì)從而強(qiáng)化了苯水預(yù)分離效果；物料經(jīng)預(yù)分離后進(jìn)入穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件，穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件為垂直放置的波紋板，有利于液流分布均勻，流體分布均勻有利于苯水重力分離。冷凝液經(jīng)穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件后通過(guò)上面布滿(mǎn)小孔的破乳內(nèi)構(gòu)件，破乳內(nèi)構(gòu)件的主要作用在于破碎水相中的乳化液，使其中的小苯滴分離出來(lái)，特別在溫度較高的時(shí)候，苯相和水相易形成乳化液。經(jīng)破乳內(nèi)構(gòu)件后，初步分離的物料進(jìn)入苯相聚集內(nèi)構(gòu)件，苯相聚集內(nèi)構(gòu)件為水平放置的波紋較小，板組當(dāng)量直徑小，能在較大處理量， 較小停留時(shí)間下保持層流狀態(tài)，液流在波紋板組內(nèi)呈“之”字形流動(dòng)，流向和流動(dòng)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(chuàng)造了機(jī)會(huì)，苯滴在聚集中浮升，在浮升中聚集，提高了苯水分離效率，分離后的苯相苯經(jīng)擋板溢流由苯相出口排出，水相由水相出口排出。以20萬(wàn)噸/年乙醇和苯一步合成乙苯裝置為例，反應(yīng)產(chǎn)物主要重量組成為苯 71%，乙苯16%，二乙苯1.6%，水11%，采用本發(fā)明乙醇和苯合成乙苯分水方法后，循環(huán)苯中含水量由原來(lái)的1. 5%下降到0. 08%，乙醇和苯合成乙苯反應(yīng)所用的ZSM-5分子篩催化劑再生周期由原來(lái)的3個(gè)月延長(zhǎng)到6個(gè)月，使用壽命由原來(lái)的8個(gè)月延長(zhǎng)到12個(gè)月，取得了較好的技術(shù)效果。


圖1為采用本發(fā)明技術(shù)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(nèi)部，1為苯分離塔，2為冷凝器，3為進(jìn)口管，4為預(yù)分離器，5為穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件，6為破乳內(nèi)構(gòu)件，7為苯相聚集內(nèi)構(gòu)件，8為擋板，9為水相出口， 10為苯相苯出口。反應(yīng)產(chǎn)物101經(jīng)苯分離塔1分離后，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(jīng)冷凝器2冷凝后經(jīng)進(jìn)口管3進(jìn)入預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件4，經(jīng)預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件上開(kāi)有的小孔進(jìn)入容器內(nèi)，然后依次通過(guò)穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件5、破乳內(nèi)構(gòu)件6、苯相聚集內(nèi)構(gòu)件7， 分離后的苯相106經(jīng)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(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1某20萬(wàn)噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應(yīng)產(chǎn)物水分離方法采用圖1的技術(shù)， 采用ZSM-5分子篩催化劑，反應(yīng)產(chǎn)物主要重量組成為苯73%，乙苯14. 5%，二乙苯1. 5%， 水10%，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)苯塔塔頂冷凝器冷凝至60°C后，進(jìn)入苯水分離器進(jìn)行苯水分離，苯水分離器為臥式容器，容積150立方米，長(zhǎng)10米，直徑4. 2米，進(jìn)料冷凝液流量為300立方米， 其中水占5.7% (重量)，苯占93.3% (重量)，進(jìn)料管直徑500毫米，預(yù)分布器開(kāi)孔孔徑40 毫米，孔數(shù)500，穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件采用垂直布置的波紋板，厚度500毫米，破乳內(nèi)構(gòu)件采用一金屬板，上開(kāi)25毫米小孔，孔數(shù)1000，苯相聚集內(nèi)構(gòu)件采用水平放置波紋板，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(shè)備投資300萬(wàn)元，液體停留時(shí)間30分鐘，經(jīng)分析循環(huán)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(gè)月，壽命為12個(gè)月。實(shí)施例2某20萬(wàn)噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應(yīng)產(chǎn)物水分離方法采用圖1的技術(shù)。 苯水分離器進(jìn)料量、組成及設(shè)備結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同的是預(yù)分布器開(kāi)孔孔徑20毫米，孔數(shù) 1600。該裝置苯水分離器設(shè)備投資300萬(wàn)元，液體停留時(shí)間30分鐘，經(jīng)分析循環(huán)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(gè)月，壽命為13個(gè)月。實(shí)施例3某20萬(wàn)噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應(yīng)產(chǎn)物水分離方法采用圖1的技術(shù)。 苯水分離器進(jìn)料量、組成及設(shè)備結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同的是穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件采用填料結(jié)構(gòu)。該裝置苯水分離器設(shè)備投資310萬(wàn)元，液體停留時(shí)間30分鐘，經(jīng)分析循環(huán)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(gè)月，壽命為14個(gè)月。
實(shí)施例4某20萬(wàn)噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應(yīng)產(chǎn)物水分離方法采用圖1的技術(shù)。 苯水分離器進(jìn)料量、組成及設(shè)備結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同的是苯相聚集內(nèi)構(gòu)件采用金屬絲網(wǎng)。該裝置苯水分離器設(shè)備投資280萬(wàn)元，液體停留時(shí)間30分鐘，經(jīng)分析循環(huán)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(gè)月，壽命為12個(gè)月。實(shí)施例5某20萬(wàn)噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應(yīng)產(chǎn)物水分離方法采用圖1的技術(shù)。 苯水分離器進(jìn)料量、組成及設(shè)備結(jié)構(gòu)同實(shí)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(shè)備投資300萬(wàn)元，液體停留時(shí)間30分鐘，經(jīng)分析循環(huán)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(gè)月，壽命為11個(gè)月。實(shí)施例6某20萬(wàn)噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應(yīng)產(chǎn)物水分離方法采用圖1的技術(shù)。 苯水分離器進(jìn)料量、組成及設(shè)備結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同的是操作溫度為40°c。該裝置苯水分離器設(shè)備投資300萬(wàn)元，液體停留時(shí)間30分鐘，經(jīng)分析循環(huán)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(gè)月，壽命為10個(gè)月。比較例1某20萬(wàn)噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應(yīng)產(chǎn)物苯水分離操作條件與實(shí)施例1 相同，不同的是苯水分離器內(nèi)無(wú)預(yù)分布內(nèi)構(gòu)件、穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件、破乳內(nèi)構(gòu)件以及苯相聚集內(nèi)構(gòu)件。苯水分離器為臥式容器，容積250立方米，長(zhǎng)14米，直徑4. 6米，進(jìn)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(shè)備投資400萬(wàn)元，液體停留時(shí)間50分鐘，經(jīng)分析循環(huán)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(gè)月，壽命為10個(gè)月。比較例2某20萬(wàn)噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應(yīng)產(chǎn)物苯水分離操作在塔頂冷凝器中進(jìn)行，其他條件與實(shí)施例1相同。該裝置循環(huán)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(gè)月，壽命為8個(gè)月。比較例3某20萬(wàn)噸/年乙醇和苯合成乙苯裝置，其反應(yīng)產(chǎn)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(huán)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(gè)月，壽命為9個(gè)月。
權(quán)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(guò)進(jìn)口管進(jìn)入苯水分離器，依次通過(guò)苯水分離器內(nèi)設(shè)置的預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件、穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件，破乳內(nèi)構(gòu)件和苯相聚集內(nèi)構(gòu)件后，苯水得到分離，使苯中含水量低于0. 1%，水中含苯量低于0.5%，預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件為一容器結(jié)構(gòu)，上面開(kāi)有供液體流出的小孔，穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件為填料或垂直放置的波紋板，破乳內(nèi)構(gòu)件為一金屬板，上面開(kāi)有供液體流過(guò)的小孔，苯相聚集內(nèi)構(gòu)件為沿容器圓周放置的水平波紋板或金屬絲網(wǎng)，擋板為一金屬板，位于水相出口管后苯相出口管前；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于含水苯通過(guò)伸入容器內(nèi)部的進(jìn)口管進(jìn)入預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件，預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件為一容器結(jié)構(gòu)，內(nèi)構(gòu)件上分布有小孔，孔徑為5毫米 50毫米，含水苯通過(guò)小孔流出進(jìn)入苯水分離器內(nèi)部，液體出孔流速為0. 01米 /秒 1. 0米/秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于含水苯通過(guò)小孔出孔流速為0. 05米/秒 0. 3米/秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于苯水分離器內(nèi)設(shè)置有穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件，內(nèi)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于苯水分離器內(nèi)設(shè)置有破乳內(nèi)構(gòu)件，內(nèi)構(gòu)件為一金屬板，上開(kāi)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(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于苯水分離器內(nèi)設(shè)置有苯相聚集內(nèi)構(gòu)件，內(nèi)構(gòu)件為沿容器圓周放置的水平波紋板或金屬絲網(wǎng)，波紋板厚度為0. 2 米 3米，金屬絲網(wǎng)厚度為0. 05米 1米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于苯水分離器內(nèi)水相出口后、苯相出口前設(shè)置有擋板，擋板高度為容器高度的40 % 90 %。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于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(jù)權(quán)利要求8所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于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(fā)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(chǎn)工藝反應(yīng)產(chǎn)物中水分離效果差、返回反應(yīng)器的循環(huán)苯中含水多造成催化劑壽命短的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)采用一種包括含水苯進(jìn)入苯水分離器，依次通過(guò)苯水分離器內(nèi)的預(yù)分離內(nèi)構(gòu)件、穩(wěn)流內(nèi)構(gòu)件，破乳內(nèi)構(gòu)件和苯相聚集內(nèi)構(gòu)件后，苯水得到分離，其中水相從水相出口管流出，苯相苯經(jīng)擋板溢流后從苯相出口管流出的技術(shù)方案，較好地解決了該問(wèn)題，可用于乙醇法制乙苯的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號(hào)C07C15/073GK102372556SQ20101026020
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者劉文杰, 張洪宇 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院