催化干气生产乙苯的方法与流程

本发明涉及一种催化干气生产乙苯的方法。

背景技术：

催化干气是石油工业催化裂化的副产物，其主要组分为乙烯、丙烯、氢气、乙烷等，随着全球每年石油消费量的大幅增加，副产干气中含的乙烯资源急待转化利用。此前由于技术和成本等原因，这部分宝贵资源基本上被作为燃料烧掉，在浪费资源的同时，还排放大量二氧化碳污染环境。

利用催化干气中的乙烯生产乙苯，国外在上世纪五十年代末就已开始探索，七十年代进入工业化实验阶段。其中有美国Mobil/Badger公司合作开发的以ZSM-5高硅沸石为催化剂生产乙苯的Mobil/Badger气相分子筛工艺，UOP公司开发的以Al₂O₃-BF₃为催化剂生产乙苯的ALKar工艺及其以后开发的催化蒸馏技术，另有Monsanto在其改良的纯乙烯制乙苯工艺的基础上开发的催化干气制乙苯工艺。

以催化干气催化干气为原料生产乙苯，国外专利有US2939890、US369245、US702886、US3848012、US4107224、US4459426、GB827830等，这些技术对原料中的丙烯、H₂S、H₂O、O₂、CO₂等杂质含量有严格的要求，需将它们脱除至ppm级才可应用。

近年来国内也开发了催化干气制乙苯技术，相关的专利有ZL200610046750.8、ZL200510105256.X、ZL200410037433.0、ZL200410021102.8、ZL201110105517.3等，这些技术在催化干气脱除丙烯后，都以单一的温度直接进入烷基化反应器，但是由于炼厂催化干气中的乙烯含量并不稳定，通常乙烯含量会在10～50％大幅波动，造成烷基化反应器内每段催化剂床层入口难以控制在相同温度和相同温升，通常在乙烯浓度降低时，会造成反应器第一段床层温升高，而之后的几段床层入口温度难以达到设计要求温度，乙苯收率降低；在乙烯浓度升高时，又会造成反应器后几段床层入口温度超过设计要求温度，副反应增加，催化剂失活加快。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中由于催化干气所含乙烯浓度变化大造成反应器内每段催化剂床层温升不均、乙苯收率低和催化剂利用率低的问题，提供一种新的催化干气生产乙苯的方法。该方法可使反应器内每段催化剂入口温度和床层温升相同，具有乙苯收率高和催化剂利用率高的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种催化干气生产乙苯的方法，包括以下步骤：

a)含有乙烯的催化干气经至少一个换热设备换热后分为N股，分段进入烷基化反应器各段催化剂床层；其中N≥2；

b)原料苯全部由烷基化反应器第一段加入，或分为N股分段加入烷基化反应器；其中N≥2；

c)所述换热设备设有催化干气出口温度控制装置，原料催化干气乙烯浓度变化时，通过调节催化干气出口温度使得每段催化剂床层入口温度相同，并且每段催化剂床层温升相同。

上述技术方案中，优选地，通过调节换热介质流量控制干气出口温度。

上述技术方案中，优选地，所述换热设备设有催化干气旁路，通过调节催化干气旁路流量控制干气出口温度。

上述技术方案中，优选地，原料催化干气中乙烯体积含量为5～95％。

上述技术方案中，优选地，烷基化反应器为轴向多段固定床反应器，催化剂分2～8段装填。

上述技术方案中，优选地，催化干气和苯烷基化反应为气相反应，反应器入口温度250～450℃，反应器入口压力0.5～2.0MPaG，苯和乙烯摩尔比为2～7，乙烯重量空速为0.3～2.0小时^-1。

上述技术方案中，优选地，催化干气经一个或多个换热设备换热后的温度为10～100℃。

上述技术方案中，优选地，催化干气分为N股进入反应器，每股进料流量相同；所述换热设备为列管式换热器。

上述技术方案中，优选地，每段催化剂床层入口温度为250～450℃；每段催化剂床层温升为5～30℃。更优选地，每段催化剂床层入口温度为300～400℃；每段催化剂床层温升为10～25℃。

以往技术中，催化干气采用吸收解吸方法脱除丙烯后，通常以10～40℃单一的温度分多股进入烷基化反应器，在第一段床层与原料苯混合达到反应要求温度进入反应器反应，第二段～第N段的低温催化干气进料与来自上一段催化剂床层的高温反应气体混合后，反应温度降到要求的温度进入下一段催化剂床层，按催化干气乙烯含量设计的温度和进料量保证了每段催化剂床层入口温度和温升保持相同，保证能得到较高的乙苯收率和催化剂的高利用率。但是由于炼厂催化干气中的乙烯含量并不稳定，通常乙烯含量会在10～50％大幅波动，造成烷基化反应器内每段催化剂床层由于乙烯浓度的大幅变化，入口难以控制在相同温度，催化剂床层温升也相差较大，当催化干气中乙烯浓度低于设计值时时，会造成反应器第一段床层温升高，而之后的几段床层入口温度低于设计要求温度，乙苯收率降低，而当催化干气中乙烯浓度高于设计值时，又会造成反应器后几段床层入口温度超过设计要求温度，副反应增加，催化剂失活加快。

本发明中，催化干气在进入烷基化反应器前，设置了一个或多个换热设备，换热设备设有催化干气出口温度控制装置，在原料催化干气乙烯浓度变化时通过调节催化干气出口温度可使催化剂每段入口温度和床层温升相同。当催化干气中乙烯浓度低于设计值时，通过换热装置升高催化干气出口温度，保证各段床层入口温度达到设计温度，而当催化干气中乙烯浓度高于设计值时，可通过换热装置降低催化干气出口温度，保证各段床层入口温度不超过设计要求温度。采用本发明方法，可使烷基化反应系统适应催化干气较宽范围的乙烯浓度变化，而反应器内每段催化剂入口温度和床层温升维持基本相同，可提高乙苯收率1～20％，提高催化剂利用率10～50％，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为采用本发明技术方案的工艺流程。

图2为采用典型的催化干气生产乙苯现有技术反应系统工艺流程。

图1中，Ⅰ为烷基化反应器，Ⅱ为催化干气换热装置，Ⅲ为催化干气出口温度控制装置，1为催化干气原料，2为苯，N1～N4为第1～第4段床层催化干气进料(以4段床层为例)，n1～n4为第1～第4段床层苯进料，3为烷基化反应器出料气。

图1中，催化干气原料1经催化干气换热装置Ⅱ换热,在出口温度控 制装置控制下分4股(以4段床层为例)分别进入烷基化反应器Ⅰ，原料苯全部由反应器第一段加入，或分4股分段加入烷基化反应器，在第一段床层，催化干气N1与苯n1混合进入第一段床层，之后每段床层，催化干气N2～N4和来自上一段床层的反应气体以及苯进料n2～n4混合，进入催化剂床层反应，最终烷基化反应器出料气3离开反应气进入后续工段。

图2中，Ⅰ为烷基化反应器，1为催化干气原料，2为苯，N1～N4为第1～第4段床层催化干气进料(以4段床层为例)，n1～n4为第1～第4段床层苯进料，3为烷基化反应器出料气。

图2中，催化干气原料1分4股(以4段床层为例)分别进入烷基化反应器Ⅰ，原料苯全部由反应器第一段加入，或分4股分段加入烷基化反应器，在第一段床层，催化干气N1与苯n1混合进入第一段床层，之后每段床层，催化干气N2～N4和来自上一段床层的反应气体以及苯进料n2～n4混合，进入催化剂床层反应，最终烷基化反应器出料气3离开反应气进入后续工段。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述。

具体实施方式

【实施例1】

某10万吨/年催化干气生产乙苯装置(年操作时数8000小时)，采用图1的工艺，主要工况和运行情况见表1。

表1

【实施例2】

某10万吨/年催化干气生产乙苯装置(年操作时数8000小时)，采用图1的工艺，主要工况和运行情况见表2。

表2

【实施例3】

某10万吨/年催化干气生产乙苯装置(年操作时数8000小时)，采用图1的工艺，主要工况和运行情况见表3。

表3

【比较例1】

某10万吨/年催化干气生产乙苯装置(年操作时数8000小时)，采用图2的工艺，主要工况和运行情况见表4。

表4