专利名称：乙醇和苯合成乙苯分水方法
技术领域：
本发明涉及一种乙醇和苯合成乙苯分水方法。
背景技术：
乙苯是重要的化工原料，是生产苯乙烯不可缺少的关键原料，大多数乙苯生产商生产乙苯的目的是用于自己的苯乙烯装置生产苯乙烯，而苯乙烯是重要的基本有机化工原料，主要用于高分子材料领域制取聚苯乙烯及其共聚物，如ABS、AS、丁苯橡胶及其不饱和聚酯，此外，苯乙烯作为有机反应中间体还广泛用于制药、涂料、颜料和纺织工业中。传统的乙苯合成工艺通常以乙烯和苯作为原料进行烷基化反应得到乙苯，而随着原油价格的日益攀升以及日渐枯竭，乙烯原料成本亦随之不断增加，越来越多厂家采用乙醇和苯一步发工艺来制造乙苯。乙醇法制乙苯工艺以乙醇和苯为原料，两者同时进入烷基化反应器，乙醇脱水反应与乙烯和苯的烷基化反应在一台反应器内同时完成，乙醇脱水所需的热量由烷基化反应的放热供应，乙醇脱水生成的乙烯和苯在高温、中压气相条件下进行烷基化，反应温度400°C左右，压力< 2. OMPaG，反应器使用了满足乙醇脱水与乙烯烷基化同时进行特定要求的分子筛催化剂，乙醇脱水的选择性与转化率很高，乙烯与苯烷基化的转化率也可达到乙烯法相同的水平。相比传统的乙醇分步脱水制乙烯，再由乙烯制得下游产品，乙醇脱水的副反应相对单独进行乙醇脱水的工艺少，工艺流程简单，投资省，操作费用低，具有明显的优势，关于乙醇和苯合成乙苯工艺技术，具体文献有中国专利ZL200410020397. 7、 CN200710025134. 9、CN200910055981. 9，但文献中未具体描述苯水分离效果，经本发明人试验发现，以其工艺进行苯水分离，苯中含水达1. 5%以上。由于反应器中发生了乙醇脱水反应，反应产物中不可避免有较多水存在，乙醇和苯合成乙苯工艺通常采用ZSM-5分子筛催化剂，高浓度水的存在会严重影响该分子筛催化剂的寿命，虽然现在分子筛催化剂的耐水性能也在不断进步，但是相比传统乙烯法制乙苯工艺，乙醇法分子筛催化剂的使用寿命普遍仅是乙烯法的1/3 1/2，目前乙醇法制乙苯反应工艺通常苯大量过量(苯和乙醇摩尔比4 7)，反应产物经精馏分离后的苯需要作为循环苯返回反应器，反应产物水的分离仅是在苯分离塔冷凝器中完成，反应产物分水并不彻底，造成循环苯中的水含量较高，如果苯中含水量达1.0%以上，进入反应器后高含量水会明显使分子筛催化剂再生周期由原6个月左右缩短至3 5个月，使用寿命由原12个月左右缩短至8 10个月，因此，提高苯水分离效率、降低循环苯中的水含量对延长催化剂使用寿命是非常重要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是以往乙醇法制乙苯生产工艺反应产物中水分离效果差、返回反应器的循环苯中含水多造成催化剂寿命短的问题。提供一种新的乙醇和苯合成乙苯分水方法，该方法具有分水效果好，循环苯中水含量低，可延长分子筛催化剂再生周期和使用寿命的优点。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种乙醇和苯合成乙苯分水方法，含水5% 20% (重量)的苯通过进口管进入苯水分离器，依次通过苯水分离器内设置的预分离内构件、稳流内构件，破乳内构件和苯相聚集内构件后，苯水得到分离，使苯中含水量低于0. 1%，水中含苯量低于0.5%，预分离内构件为一容器结构，上面开有供液体流出的小孔，稳流内构件为填料或垂直放置的波纹板，破乳内构件为一金属板，上面开有供液体流过的小孔，苯相聚集内构件为沿容器圆周放置的水平波纹板或金属丝网，挡板为一金属板，位于水相出口管后苯相出口管前；上述技术方案中，含水苯通过伸入容器内部的进口管进入预分离内构件，预分离内构件为一容器结构，内构件上分布有小孔，孔径为5毫米 50毫米，含水苯通过小孔流出进入苯水分离器内部，液体出孔流速为0. 01米/秒 1. 0米/秒，优选0. 05米/秒 0. 3 米/秒；苯水分离器内设置有稳流内构件，内构件为填料或垂直放置的波纹板，波纹板厚度为0. 1米 1米；苯水分离器内设置有破乳内构件，内构件为一金属板，上开孔径为10毫米 40毫米的小孔，液体出孔流速为0. 01米/秒 0. 2米/秒，苯水分离器内设置有苯相聚集内构件，内构件为沿容器圆周放置的水平波纹板或金属丝网，波纹板厚度为0. 2米 3 米，金属丝网厚度为0. 05米 1米，苯水分离器内水相出口后、苯相出口前设置有挡板，挡板高度为容器高度的40% 90% ；苯水分离器操作温度为10°C 80°C，优选20 60°C， 操作压力为 0. 5MPaG 2. OMPaG，优选 0. 8MPaG 1. 2MPaG。本发明通过采用如图1的乙醇法制乙苯反应产物水分离方案，主要含苯、乙苯、二乙苯和水的反应产物进入苯分离塔，苯塔塔顶分离得到苯和水，塔釜得到乙苯和二乙苯，塔顶物流经冷凝器冷凝到破乳温度后(10 80°C )，含水苯进入苯水分离器进行分离，含水苯物料经进口管进入预分离内构件，预分离内构件位于苯水分离器的底部，上面开有小孔，物料经预分离内构件小孔进入容器内，使液流在由小孔射出的过程中，除克服流体阻力外还要克服重力做功，同时预分离内构件下置使物料在苯水界面以下的水相进液，当冷凝液通过水相时，液团之间的搅拌剪切作用增加了水滴之间的聚结机会从而强化了苯水预分离效果；物料经预分离后进入稳流内构件，稳流内构件为垂直放置的波纹板，有利于液流分布均勻，流体分布均勻有利于苯水重力分离。冷凝液经稳流内构件后通过上面布满小孔的破乳内构件，破乳内构件的主要作用在于破碎水相中的乳化液，使其中的小苯滴分离出来，特别在温度较高的时候，苯相和水相易形成乳化液。经破乳内构件后，初步分离的物料进入苯相聚集内构件，苯相聚集内构件为水平放置的波纹较小，板组当量直径小，能在较大处理量， 较小停留时间下保持层流状态，液流在波纹板组内呈“之”字形流动，流向和流动面积不断变化，为苯滴在波纹板表面的聚集和苯滴相互间的碰撞创造了机会，苯滴在聚集中浮升，在浮升中聚集，提高了苯水分离效率，分离后的苯相苯经挡板溢流由苯相出口排出，水相由水相出口排出。以20万吨/年乙醇和苯一步合成乙苯装置为例，反应产物主要重量组成为苯 71%，乙苯16%，二乙苯1.6%，水11%，采用本发明乙醇和苯合成乙苯分水方法后，循环苯中含水量由原来的1. 5%下降到0. 08%，乙醇和苯合成乙苯反应所用的ZSM-5分子筛催化剂再生周期由原来的3个月延长到6个月，使用寿命由原来的8个月延长到12个月，取得了较好的技术效果。
图1为采用本发明技术方案的乙醇和苯合成乙苯分水方法示意图。图1中，I为容器壳体，II为容器内部，1为苯分离塔，2为冷凝器，3为进口管，4为预分离器，5为稳流内构件，6为破乳内构件，7为苯相聚集内构件，8为挡板，9为水相出口， 10为苯相苯出口。反应产物101经苯分离塔1分离后，塔釜物流102主要为乙苯和多乙苯，塔顶气物流103主要为苯和水，经冷凝器2冷凝后经进口管3进入预分离内构件4，经预分离内构件上开有的小孔进入容器内，然后依次通过稳流内构件5、破乳内构件6、苯相聚集内构件7， 分离后的苯相106经挡板8溢流由苯相出口 10排出，水相105由水相出口 9排出。下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施例方式实施例1某20万吨/年乙醇和苯合成乙苯装置，其反应产物水分离方法采用图1的技术， 采用ZSM-5分子筛催化剂，反应产物主要重量组成为苯73%，乙苯14. 5%，二乙苯1. 5%， 水10%，反应产物经苯塔塔顶冷凝器冷凝至60°C后，进入苯水分离器进行苯水分离，苯水分离器为卧式容器，容积150立方米，长10米，直径4. 2米，进料冷凝液流量为300立方米， 其中水占5.7% (重量)，苯占93.3% (重量)，进料管直径500毫米，预分布器开孔孔径40 毫米，孔数500，稳流内构件采用垂直布置的波纹板，厚度500毫米，破乳内构件采用一金属板，上开25毫米小孔，孔数1000，苯相聚集内构件采用水平放置波纹板，厚度2米，苯相出口管径400毫米，水相出口管径100毫米，挡板高度为容器高度的80%，操作温度为60°C，压力为 1. OMPaG。该装置苯水分离器设备投资300万元，液体停留时间30分钟，经分析循环苯中含水0. 1 % (重量)，水相中含苯0.3%，烷基化ZSM-5分子筛催化剂再生周期为6个月，寿命为12个月。实施例2某20万吨/年乙醇和苯合成乙苯装置，其反应产物水分离方法采用图1的技术。 苯水分离器进料量、组成及设备结构同实施例1，不同的是预分布器开孔孔径20毫米，孔数 1600。该装置苯水分离器设备投资300万元，液体停留时间30分钟，经分析循环苯中含水0. 08 % (重量)，水相中含苯0.4%，烷基化ZSM-5分子筛催化剂再生周期为6. 5个月，寿命为13个月。实施例3某20万吨/年乙醇和苯合成乙苯装置，其反应产物水分离方法采用图1的技术。 苯水分离器进料量、组成及设备结构同实施例1，不同的是稳流内构件采用填料结构。该装置苯水分离器设备投资310万元，液体停留时间30分钟，经分析循环苯中含水0. 07 % (重量)，水相中含苯0.5%，烷基化ZSM-5分子筛催化剂再生周期为7个月，寿命为14个月。
实施例4某20万吨/年乙醇和苯合成乙苯装置，其反应产物水分离方法采用图1的技术。 苯水分离器进料量、组成及设备结构同实施例1，不同的是苯相聚集内构件采用金属丝网。该装置苯水分离器设备投资280万元，液体停留时间30分钟，经分析循环苯中含水0. 08 % (重量)，水相中含苯0.5%，烷基化ZSM-5分子筛催化剂再生周期为6个月，寿命为12个月。实施例5某20万吨/年乙醇和苯合成乙苯装置，其反应产物水分离方法采用图1的技术。 苯水分离器进料量、组成及设备结构同实施例1，不同的是挡板高度为容器高度的50%。该装置苯水分离器设备投资300万元，液体停留时间30分钟，经分析循环苯中含水0. 09 % (重量)，水相中含苯0.4%，烷基化ZSM-5分子筛催化剂再生周期为5. 5个月，寿命为11个月。实施例6某20万吨/年乙醇和苯合成乙苯装置，其反应产物水分离方法采用图1的技术。 苯水分离器进料量、组成及设备结构同实施例1，不同的是操作温度为40°c。该装置苯水分离器设备投资300万元，液体停留时间30分钟，经分析循环苯中含水0. 1 % (重量)，水相中含苯0.5%，烷基化ZSM-5分子筛催化剂再生周期为5个月，寿命为10个月。比较例1某20万吨/年乙醇和苯合成乙苯装置，其反应产物苯水分离操作条件与实施例1 相同，不同的是苯水分离器内无预分布内构件、稳流内构件、破乳内构件以及苯相聚集内构件。苯水分离器为卧式容器，容积250立方米，长14米，直径4. 6米，进料管直径500毫米， 苯相苯出口管径400毫米，水相出口管径100毫米，挡板高度为容器高度的80%，操作温度为 60°C，压力为 1. OMPaG。该装置苯水分离器设备投资400万元，液体停留时间50分钟，经分析循环苯中含水2. 0% (重量)，水相中含苯1. 6%，烷基化ZSM-5分子筛催化剂再生周期为5个月，寿命为10个月。比较例2某20万吨/年乙醇和苯合成乙苯装置，其反应产物苯水分离操作在塔顶冷凝器中进行，其他条件与实施例1相同。该装置循环苯中含水1. 8% (重量)，水相中含苯1. 5%，烷基化ZSM-5分子筛催化剂再生周期为4个月，寿命为8个月。比较例3某20万吨/年乙醇和苯合成乙苯装置，其反应产物苯水分离操作条件与比较例1 相同，不同的是苯水分离器操作温度为120°C。该装置循环苯中含水1. 5% (重量)，水相中含苯1. 2%，烷基化ZSM-5分子筛催化剂再生周期为4. 5个月，寿命为9个月。
权利要求
1.一种乙醇和苯合成乙苯分水方法，含水5% 20% (重量)的苯通过进口管进入苯水分离器，依次通过苯水分离器内设置的预分离内构件、稳流内构件，破乳内构件和苯相聚集内构件后，苯水得到分离，使苯中含水量低于0. 1%，水中含苯量低于0.5%，预分离内构件为一容器结构，上面开有供液体流出的小孔，稳流内构件为填料或垂直放置的波纹板，破乳内构件为一金属板，上面开有供液体流过的小孔，苯相聚集内构件为沿容器圆周放置的水平波纹板或金属丝网，挡板为一金属板，位于水相出口管后苯相出口管前；
2.根据权利要求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过伸入容器内部的进口管进入预分离内构件，预分离内构件为一容器结构，内构件上分布有小孔，孔径为5毫米 50毫米，含水苯通过小孔流出进入苯水分离器内部，液体出孔流速为0. 01米 /秒 1. 0米/秒。
3.根据权利要求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过小孔出孔流速为0. 05米/秒 0. 3米/秒。
4.根据权利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于苯水分离器内设置有稳流内构件，内构件为填料或垂直放置的波纹板，波纹板厚度为0. 1米 1米。
5.根据权利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于苯水分离器内设置有破乳内构件，内构件为一金属板，上开孔径为10毫米 40毫米的小孔，液体出孔流速为 0. 01米/秒 0.2米/秒。
6.根据权利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于苯水分离器内设置有苯相聚集内构件，内构件为沿容器圆周放置的水平波纹板或金属丝网，波纹板厚度为0. 2 米 3米，金属丝网厚度为0. 05米 1米。
7.根据权利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于苯水分离器内水相出口后、苯相出口前设置有挡板，挡板高度为容器高度的40 % 90 %。
8.根据权利要求1所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于苯水分离器操作温度为10°C 80°C，操作压力为0. 5MPaG 2. OMPaG。
9.根据权利要求8所述的乙醇和苯合成乙苯分水方法，其特征在于苯水分离器操作温度为20°C 60°C，操作压力为0. 8MPaG 1. 2MPaG。
全文摘要
本发明涉及一种乙醇和苯合成乙苯分水方法，主要解决以往乙醇法制乙苯生产工艺反应产物中水分离效果差、返回反应器的循环苯中含水多造成催化剂寿命短的问题。本发明通过采用一种包括含水苯进入苯水分离器，依次通过苯水分离器内的预分离内构件、稳流内构件，破乳内构件和苯相聚集内构件后，苯水得到分离，其中水相从水相出口管流出，苯相苯经挡板溢流后从苯相出口管流出的技术方案，较好地解决了该问题，可用于乙醇法制乙苯的工业生产中。
文档编号C07C15/073GK102372556SQ20101026020
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者刘文杰, 张洪宇 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院