本实用新型具体涉及一种由乙炔制备苯的系统。
背景技术：
苯、甲苯、二甲苯等轻质芳烃作为最基本的化学工业原料，广泛应用于制取橡胶、纤维、塑料、染料等化工产品。芳烃早期主要从煤焦油中提取，但是产品纯度低、工艺落后。随着现代炼油工艺的发展，芳烃主要来源于石油化工中的催化重整和烃类裂解。
近年来，随着合成材料的快速发展和对其它精细化学品需求的日益增长，芳烃的需求量持续增加，而石油资源却在逐渐减少。因此，利用无环简单分子，如甲烷、甲醇、乙炔等，使其发生芳构化反应，直接转变为高附加值的轻质芳烃，将会为芳烃生产开辟新的途径。炔烃的芳构化反应引起了国内外研究者们的广泛关注。
技术实现要素：
本实用新型旨在提供一种由乙炔制备苯的系统，本实用新型可在较低温度下由乙炔制备苯，可有效避免乙炔高温进料易分解析碳导致设备阻塞及催化剂失活的缺陷，并降低了乙炔气相高温进料易爆炸的风险。
本实用新型提供了一种由乙炔制备苯的系统，所述系统包括依次连接的吸收单元、环三聚单元、分离单元。
所述吸收单元具有乙炔进口、溶剂进口、饱和溶液出口。
所述环三聚单元包括管式反应器，所述管式反应器上设置有饱和溶液进口、混合液出口。其中，所述饱和溶液进口与所述吸收单元的饱和溶液出口连接。所述管式反应器中设置有催化剂，所述催化剂用于催化乙炔的环三聚反应生成苯。
所述分离单元具有混合液进口、苯出口。其中，所述混合液进口与所述管式反应器的混合液出口连接。
进一步的，所述吸收单元包括乙炔增压机、吸收塔。
所述乙炔增压机具有所述乙炔进口、循环乙炔进口、增压乙炔出口。
所述吸收塔具有增压乙炔进口、所述溶剂进口、循环乙炔出口、所述饱和溶液出口。所述增压乙炔进口与所述乙炔增压机的所述增压乙炔出口连接。所述循环乙炔出口与所述乙炔增压机的所述循环乙炔进口连接。
优选的，所述吸收单元还包括溶剂泵。所述管式反应器的饱和溶液进口与所述吸收单元的饱和溶液出口经由所述溶剂泵连接。
进一步的，所述环三聚单元还包括温控装置。
所述管式反应器上还设置有换热介质进口、换热介质出口。所述温控装置通过所述换热介质进口、换热介质出口与所述管式反应器连接。
进一步的，所述分离单元包括闪蒸罐、精馏塔。
所述闪蒸罐具有所述混合液进口、气相出口、液相出口。
所述精馏塔具有液相进口、所述苯出口、气体出口、溶剂及副产物出口；所述液相进口与所述闪蒸罐的液相出口连接。
进一步的，所述闪蒸罐的气相出口与所述精馏塔的气体出口均依次连接冷凝装置、增压装置，所述增压装置与所述吸收单元的溶剂进口连接。
利用本实用新型的系统，由乙炔发生环三聚反应制备苯时，控制环三聚反应的温度≤200℃，压力≤4.0MPa，反应停留时间为1/3～6h。与现有技术相比，可有效避免乙炔高温进料易分解析碳从而造成设备堵塞及催化剂失活的现象。
本实用新型中，采用溶剂吸收乙炔，然后进行环三聚反应，可降低乙炔气相高温进料的易爆炸安全风险。并且，管式反应器中温度均匀、停留时间易于控制。反应压力高，利于乙炔聚合。溶剂呈平推流，返混效应小，有利于提高乙炔转化率。
本实用新型选用的催化剂为具有规则孔道的整体催化剂或捆扎的颗粒状催化剂，将其置于管式反应器中，有效避免了釜式反应器催化剂分离困难的缺陷。
附图说明
图1为本实用新型实施例中由乙炔制备苯的系统示意图。
附图中的附图标记如下：
1、乙炔增压机，101、乙炔进口，102、循环乙炔进口，103增压乙炔出口；
2、吸收塔，201、增压乙炔进口，202、溶剂进口，203、饱和溶液出口，204、循环乙炔出口；
3、溶剂泵；
4、管式反应器，401、饱和溶液进口，402、混合液出口，403、换热介质出口，404、换热介质进口；
5、温控装置；
6、闪蒸罐，601、混合液进口，602、液相出口，603、气相出口；
7、精馏塔，701、液相进口，702、苯出口，703、气体出口，704、溶剂及副产物出口；
8、冷凝装置；
9、增压装置；
10、催化剂。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。
本实用新型首先提供了一种由乙炔制备苯的系统，所述系统的示意图如图1所示。
本实用新型的系统包括依次连接的吸收单元、环三聚单元、分离单元。
由图1，吸收单元包括乙炔增压机1、吸收塔2、溶剂泵3。
乙炔增压机1上设置有乙炔进口101、循环乙炔进口102、增压乙炔出口103。乙炔增压机1用于将通入的乙炔进行加压，得到增压乙炔。
吸收塔2上设置有增压乙炔进口201、溶剂进口202、饱和溶液出口203、循环乙炔出口204。其中，增压乙炔进口201与乙炔增压机1的增压乙炔出口103连接。循环乙炔出口204与乙炔增压机1的循环乙炔进口102连接。将乙炔和溶剂分别送入吸收塔中，乙炔溶解在溶剂中，得到饱和溶液。
环三聚单元包括管式反应器4、温控装置5。
管式反应器4上设置有饱和溶液进口401、混合液出口402、换热介质出口403、换热介质进口404。其中，饱和溶液进口401与吸收塔2的饱和溶液出口203连接。管式反应器4中设置有催化剂4。本实用新型采用的催化剂为具有规则孔道的整体催化剂或捆扎的颗粒状催化剂。
本实用新型实施例中，饱和溶液进口401与饱和溶液出口203经由溶剂泵3连接。饱和溶液由吸收塔通过溶剂泵3送入管式反应器中。在催化剂10的催化作用下，以及温控装置5的控温作用下，饱和溶液发生环三聚反应，得到含有产物苯的混合液。
其中，温控装置5通过换热介质出口403、换热介质进口404与管式反应器4连接。使得换热介质在温控装置5和管式反应器4之间实现循环，从而控制管式反应器4中的温度稳定在一定温度范围内。
分离单元包括闪蒸罐6和精馏塔7。
闪蒸罐6上设置有混合液进口601、液相出口602、气相出口603。其中，混合液进口601与管式反应器4的混合液出口402连接。在管式反应器4中生成的含有苯的混合液被送入闪蒸罐6中，进行蒸馏提纯。
精馏塔7上设置有液相进口701、苯出口702、气体出口703、溶剂及副产物出口704。其中，液相进口701与闪蒸罐6的液相出口602连接。混合液在闪蒸罐6中经蒸馏提纯后，得到的气液混合物送入精馏塔7中。气液混合物经精馏后可得到产物苯、气体、溶剂、副产物。
本实用新型实施例中，气体出口703、气相出口603均与冷凝装置8连接。冷凝装置8与增压装置9连接。并且，增压装置9与吸收塔2的溶剂进口202连接。
将精馏过程得到的气体和溶剂依次送入冷凝装置8、增压装置9中，然后作为乙炔溶剂经由溶剂进口202送入吸收塔2中。
利用本实用新型的系统，由乙炔制备苯的方法包括如下步骤：
(1)乙炔的吸收稀释
将高纯乙炔送入乙炔增压机1中，得到的增压乙炔送入吸收塔2中。同时，向吸收塔2中加入溶剂。溶剂在吸收塔2中吸收乙炔，得到乙炔的饱和溶液。该操作可降低进入管式反应器4中的乙炔的浓度，克服乙炔易燃易爆的缺陷。
在得到饱和溶液的同时，将溶剂未溶解的乙炔作为循环乙炔送入乙炔增压机1中。
本实用新型中，选用的溶剂沸点低于75℃。并且，该溶剂对乙炔具有较强的溶解能力。本实用新型实施例中选用的溶剂为：二氯甲烷、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种。
(2)乙炔发生环三聚反应制备苯
将上述步骤得到的乙炔饱和溶液经由溶剂泵3增压至0.05～4MPa后，送入管式反应器4中。
在管式反应器4中设置有催化剂10。本实用新型选用的催化剂活性组分为钯、铜、银、金、钌、镍、钛、钴中的一种或多种。实施例中，催化剂活性组分的质量占催化剂载体的质量占比为0.05～2.5％。
本实用新型中，温控装置4用于控制管式反应器4中的温度，即控制乙炔环三聚反应的温度。
饱和溶液在管式反应器4中，在其中催化剂的催化作用下，发生乙炔环三聚反应，得到含有苯的混合液。
本实用新型中，控制环三聚反应的温度≤200℃。控制环三聚反应的压力≤4.0MPa。并且，控制反应停留时间为1/3～6h。其中，本实用新型实施例中的优选温度为60～160℃。优选压力为0.1～4MPa。优选反应停留时间为2/3～3h。
(3)混合液的分离提纯
将上述步骤得到的含苯混合液首先送入闪蒸罐6中。混合液在闪蒸罐6中经蒸馏提纯后的气液产物送入精馏塔7中。在精馏塔7中，气液产物精馏得到产物苯、气体、溶剂、副产物。
气体和溶剂经冷凝装置8和增压装置9处理后，经由溶剂进口202送入吸收塔2中，重新作为乙炔溶剂。
实施例1
采用如图1所示的系统。选用丙酮为溶剂，吸收高纯乙炔形成饱和溶液。饱和溶液经溶剂泵增压至1.0MPa后，通入管式反应器中。乙炔环三聚反应的温度为96℃，压力为1.0MPa，停留时间为6h。管式反应器中装填具有规则孔道的整体催化剂。催化剂活性组分为硝酸钯及氯化铜，活性组分的质量为催化剂载体质量的2％。
实施例2
采用如图1所示的系统。选用四氢呋喃为溶剂，吸收高纯乙炔形成饱和溶液。饱和溶液经溶剂泵增压至4.0MPa后，通入管式反应器中。乙炔环三聚反应的温度为180℃，压力为4.0MPa，停留时间为40min。管式反应器中装填具有规则孔道的整体催化剂。催化剂活性组分为硝酸钯及硝酸银，活性组分的质量为催化剂载体质量的0.05％。
实施例3
采用如图1所示的系统。选用二氯甲烷为溶剂，吸收高纯乙炔形成饱和溶液。饱和溶液经溶剂泵增压至0.5MPa后，通入管式反应器中。乙炔环三聚反应的温度为65℃，压力为0.5MPa，停留时间为3h。管式反应器中装填捆扎的固体颗粒催化剂。催化剂活性组分为钯、钌及金，活性组分的质量为催化剂载体质量的0.1％。
实施例4
采用如图1所示的系统。选用四氢呋喃为溶剂，吸收高纯乙炔形成饱和溶液。饱和溶液经溶剂泵增压至4.0MPa后，通入管式反应器中。乙炔环三聚反应的温度为75℃，压力为2.0MPa，停留时间为2h。管式反应器中装填具有规则孔道的整体催化剂。催化剂活性组分为硝酸钯及氯化铜，活性组分的质量为催化剂载体质量的2.5％。
产物组成分析：选用气相色谱仪，色谱柱为：OV1701，25m×0.2mm。
产物结构分析：美国HP-6890-5937GC-MS联用仪，色谱柱为高弹性石英毛细柱HP-5，30m×0.25mm。
1HNMR谱由400MHz核磁仪测定，内标为TMS，溶剂为CDCl3。
乙炔在管式反应器中环三聚制备苯的反应结果见表1：
表1乙炔在管式反应器中环三聚制备苯的反应结果
综上，利用本实用新型的系统，可实现乙炔在管式反应器中环三聚制备苯，且乙炔转化率均为99.99％以上，所制备苯的收率高。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。