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)空收率低等問題。
發(fā)明的目的本發(fā)明開發(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烯烴的烷基化過程，特別適用于苯與乙烯、丙烯的烷基化過程。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明散裝筒式催化反應(yīng)蒸餾塔芳烴烷基化過程。
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程為原料乙烯，新鮮苯經(jīng)管線(26)匯同來自管線(17)的苯及來自管線(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)出來的液相和經(jīng)液相通道(4)來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)可能超過芳烴，如辛烯-1與苯的烷基化過程，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離子交換樹脂催化劑。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，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℃;使用酸性陽離子交換樹脂催化劑時(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)施例來進(jìn)一步說明本發(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)丙烯和苯在酸性陽離子交換樹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，也可以是酸性陽離子交換樹脂催化劑；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)使用陽離子交換樹脂催化劑時(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程。
全文摘要
本發(fā)明是芳烴和C
文檔編號(hào)C07C2/66GK1064475SQ9111152
公開日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