异丙苯生产工艺

异丙苯生产工艺发明人委托人申请时间摘要一种能减少苯与丙烯催化烷基化生产异丙苯的能耗的工艺丙烯和苯在烷基化反应器内反应反应流出物分成两部分第一部分再循环至反应器的入口第二部分输送到一个分离异丙苯产物二异丙苯三异丙苯和过剩的苯的分离器中一部分过剩的苯回收到烷基化反应器中另一部分与二异丙苯三异丙苯混合后输送到烷基转移反应器中将其流出物引入到一个独立的反应器中由于减少了分离部分过剩苯所需能量和回收了部分过剩的苯至烷基化反应器所以这种工艺与之前的工艺流程相比能量消耗大大减少了附图异丙基苯的生产交叉引用相关的专利申请这篇专利申请在一定程度上是一篇正处于审理中的编在年月号提出现已放弃的专利申请的延续该项发明的背景该项发明提出了一种在烷基化催化剂的存在下由苯和丙烯生产异丙基苯的改进工艺也涉及在转移烃化催化剂的存在下利用二异丙苯三异丙苯和苯通过烷基转移生产异丙苯工艺本发明广泛适用于烷基化芳烃的生产这些化合物是有用的在自己和更频繁地在后续其他化合物的化学合成本发明特别适用于生产异丙苯异丙基苯异丙苯是制备苯酚丙酮甲基苯乙烯苯乙酮的重要反应物该项工艺发明的另一种用途是制备对异丙基甲苯它能氧化生成对甲苯酚该工艺的进一步应用是在一类被取代的芳香族化合物的烷基化反应中比如苯酚在它与异丁烯烷基化反应生成邻叔丁基苯酚和对叔丁基酚两者在合成树脂领域都有重大用途时就能应用到该工艺综上所述本发明在制备异丙苯工艺中有着特别的应用在一般商业生产异丙苯的过程中将液态苯和液态丙烯投入反应器中使之与烷基化催化剂接触下在一个或多个反应器中发生相同的烷基化反应是一种惯例为了减少苯的二烃基化合物的产生通常我们将反应器中苯与丙烯的摩尔比由提高至最好是在之前的工业化生产中利用两个相抵触的反应生产异丙苯产生了一些问题其中之一就是产生了上文所说的二烃基化合物比如二异丙苯三异丙苯而不是所需的单烷基化产物这种竞争反应通过采用如上所述的大摩尔量过剩的苯来控制其他的竞争反应导致了异丙苯产量的损失因为一部分反应物丙烯形成丙烯的低聚物如在一定程度上会出现丙烯二聚物和三聚物即使有大量过剩的苯存在将丙烯三聚物和一些丙烯四聚物与异丙苯一起加热由于这些烯烃的存在这种产生低聚物的反应异丙苯氧化制备苯酚的反应必须控制到最小这样才能获得高纯度的产品烷基化芳香族化合物的烷基化反应在自然条件下是放热的反应器的温度会迅速增高放热反应导致温度的增高同样也会导致副反应的产生从而增加异丙苯的残留产物在过去已经习惯通过在多个单独的区域和使用骤冷剂之间的几个连续的烷基化区催化反应来控制温度上升这种骤冷剂是为了在反应混合物进入每个连续的区域时控制温度因此在每一个区域内温度都会上升反应器从进口到出口温度的增加也通过控制苯的摩尔量的过量来控制苯充当散热器吸收烷基化反应所释放的热量因此向反应器增加苯的摩尔过剩量与相应的稀释丙烯反应物不仅提供了更多的芳香族化合物发生烷基化和减少低聚物的产生和烷基化的副产品也减少了在一个或多个烷基化反应器中因过度温升造成不良副产物的形成为了获得装有所需高摩尔量过剩苯的反应器通常将反应器流出物分离来获得适合回收的富苯流因为反应器流出物的主要成分是苯和异丙苯分离苯和异丙苯是很有必要的后者是高沸点组分因此要获得相对纯化的苯且适合回收至反应器苯需要蒸发分馏从而需要消耗大量热量来蒸发苯而且在苯分馏器中提供足够的回流热量需求实质上与反应器中苯和丙烯的比例成正比目前相对较高的燃料成本的工艺会导致高能量消费所以如果能量消耗减少的话此前缺乏吸引力的处理方案变得越来越理想该项发明的概要本发明的目标是为在烷基化催化剂的存在下通过苯与丙烯的烷基化生产异丙苯提供一个改进的工艺这项发明的一个特定目标是减少苯与丙烯烷基化生产异丙苯工艺的能耗更具体的目标是为该工艺提供一种固体磷酸催化剂这一过新工艺与先前技术流程相比本发明提出的生产异丙苯的新工艺具体体现在丙烯与过量的苯在烷基化催化剂存在下在烷基化反应器中发生烷基化反应将反应器总液体流出物分离出至少两部分组成将一部分分离物循环回反应器将一部分以上流出物和烷基化反应器的流出物按以下规定引入一个分离器中在分离器中将混合物分离出富苯流异丙苯流富二异丙苯和富三异丙流在烷基转移催化剂存在下在烷基转移反应器中使富二异丙苯和富三异丙流与苯发生烷基转移反应生成额外的异丙苯将烷基转移反应器的流出物输送到分离器中将一部分富苯流输送到烷基化反应器中从分离器中收集异丙苯流在本发明的处理方案中丙烯和过量的苯使用烷基化催化剂在烷基化反应器中反应一部分生成物不经分离直接循环至的反应器另一部分生成物即净流出物输送到一个分离器中过量的苯异丙基苯二异丙苯和三异丙苯和其他组分在其中分离正如在上文提到的从净流出物中减少过剩苯的分离以减少能量消耗是可取的同时需要保持足够量的过剩苯进入反应区以防止过度形成丙烯低聚物这将通过再循环一部分未经分离的反应器生成物来完成工艺流程的主要影响在上文所描述的方式包括通过减少从净流出物中分离过剩苯与异丙苯的量来减少能量消耗比之前技术形成相对更多的二或三烷基化苯产品在该工艺的分离器中将二异丙苯和三异丙苯集中然后与过剩苯混合后送入烷基转移反应器在使用烷基转移催化剂的情况下发生反应烷基转移反应器产生富异丙苯流将返回到分离器流程图的描述这项发明可以更清晰地参照附图进行描述和演示然而在这样一个示意图描述中必然会存在某些局限性从而无意限制了大部分发明正如在上文提到的该工艺的第一步包括将苯与丙烯在烷基化反应器内发生烷基化反应在附图中第一步发生在烷基化反应器内然而苯和丙烯的混合物必须送入这个反应器内在图中富丙烯进料流通过管道进入反应器中从循环系统而来的苯通过管道与管道并列进入烷基化反应器中烷基化反应器生成物的再循环流包括主要是苯还有异丙苯通过管道和供应到反应器进口最后提到物流提供了额外的苯目的是提高烷基化反应器中的苯丙烯比丙烯反应物循环苯和循环反应器流出物混合后通过管道引入反应器烷基化反应器的流出物通过管道流出一部分通过管道提供在上文描述的再循环流剩下的部分是通过管道进入分离器同样还引入分离器的是在下文所述的烷基转移反应器的流出物这股物料通过过管道进入分离器在该工艺中苯的进料流也是通过管道引入分离器中富丙烯进料流通过管道提供给烷基化反应器是能是不同流程的流出物来准备的如流化床催化裂解或热解通常包括不反应的链烷烃主要是丙烷还有少量乙烷丁烷烯烃除了丙烯会导致副产品的产生在烷基化反应生产异丙苯过程中因此富丙烯进料流通常含有至少的丙烯经管道进入反应器的苯进料流也是一股包含至少苯的高纯度物流经常可以从一种芳烃抽提工艺的流出物得到其他芳烃是有害的他们的存在会导致副产品的产生而且不反应的芳烃也是一个问题因为在分离器中是不能分离苯和未反应芳烃的因此在该工艺中流入分离器的物流包括主要是苯异丙苯丙烷二异丙苯和三异丙苯较少量的石蜡乙烷和丁烷芳烃甲苯和二甲苯丁苯和丙烯低聚物在分离器中通过合适的闪蒸分馏吸收和提纯就能从进口组成中分离出几股不同的物流富丙烷流包括其他轻组分芳烃通过管道回收富苯流包括未反应芳烃组分通过管道回收另一股富苯流通过管道回收一部分是通过管道循环回烷基化反应器另一部分是通过管道供给烷基转移反应器富丁苯流通过管道回收异丙苯流通过管道回收丙烯低聚物产品通过管道回收二异丙苯和三异丙苯流是通过管道回收通过管道回收的二异丙苯和三异丙苯流与通过管道回收的苯混合后送入烷基转移反应器其中包含了优选的固体磷酸催化剂从烷基转移反应器中得到的富异丙苯流通过管道进入分离器该发明的详细过程丙烯和苯是这项生产异丙苯工艺的反应物通常从流体催化裂化装置热解装置热裂化装置或其他炼油单元生成物中得到丙烯与丙烷的混合物所以其他轻质烷烃化合物如乙烷丁烷可能会有少量存在于富丙烯进料流中除了丙烯以外的烯烃化合物会产生烷基化芳烃而不是异丙苯因为掺杂了其他原料一个典型的丙烯原料流的摩尔百百分比如下乙烷丙烷丙烯异丁烷正丁烷和丁烯该工艺需要超过的高纯度苯以防止副反应消除分离额外的苯的消耗和避免在该工艺中加热非芳香族组分一个典型的苯原料流是由芳烃抽提装置提供的且含有以下摩尔百分数的组分苯甲苯非芳香族化合物在附图中该工艺的苯原料流引入分离器当然这股物料也可引入烷基化反应器或烷基转移反应器在该工艺中烷基化反应器的进口物料由三股混合在一起的物料组成新鲜富丙烯流一部分如下文所描述的烷基化反应器流出物的循环流和一股供给该工艺作为新鲜进料的富苯流更好的是利用如下文所描述的回收的富苯流烷基化反应器的操作条件包括入口温度约为首选温度约约到大气压力每体积小时的净流出物使用大约到体积的催化剂每一摩尔丙烯进入烷基化反应器需要大约到摩尔从回收富苯流中得到的苯在进料中苯与丙烯首选的摩尔比率大约是每一摩尔的丙烯进入烷基化反应器需要到摩尔循环物流中的苯在进料中循环苯与丙烯的首选的摩尔比率是到本工艺可由一个或多个反应器串联或并联组成流动方向可以是向下向上径向或其他方向在本发明的构思中反应器的配置设计没有任何限制本发明可使用任何常规或易得的烷基化催化剂这种催化剂通常描述为酸性催化剂也可以是同构或异构催化剂品种因此催化剂可以是一种负载型或非负载型酰基化反应的金属卤化物例如无水氯化铝氯化铁氯化锡氟化硼氯化锌等某些无机酸特别是硫酸氢氟酸磷酸催化烷基化反应的能力很强这些催化剂如包含少于水的硫酸至少含有浓度的氢氟酸或液态无水氟化氢都非常实用酸性无机氧化物包括某些晶体铝硅酸盐或沸石尤其是酸性提取的丝光沸石和型沸石在这项工艺里都是非常有用的催化剂本发明特别注意的是一种使用固体磷酸催化剂的烷基化反应因此用于本发明思路的固体磷酸催化剂可由含磷物与酸混合制备如正磷酸焦磷酸或四磷酸和磨碎的普通硅质的固体载体如硅藻土硅土活化的粘土等形成黏稠物然后将黏稠物在约低于下煅烧产生一个团状固体然后磨碎至网眼大小的颗粒如果进行煅烧温度高于可能要在到之间再水化催化剂颗粒通常是这样才能产生催化烷基化活性的酸成分催化剂制备过程可能不同因为将黏稠物煅烧后可使用挤压造粒的方法使之变为颗粒状如果有必要再水化主要部分是磷酸小部分是硅质载体且至少含有和焦磷酸一样多水分的固体磷酸催化剂在本工艺中是最好的选择本发明首选的是含有约重量磷酸的烷基化催化剂对于固体磷酸催化剂的进一步描述可在中查到烷基化反应器的流出物分成两股流出第一股为循环流第二股为净流出物本发明的一个重要思路是将一部分烷基化反应器的流出物循环至反应器入口与富丙烯流循环富苯流混合形成如上文所说的烷基化反应器的进料流烷基化反应器流出物的组成主要是苯相对较少的丙烷异丙苯二异丙苯和三异丙苯和更少量的丁苯丙烯低聚物未反应的芳香族化合物等等丙烯在烷基化反应器中本质上是反应的同时流出物中苯占摩尔百分比最好是到因此循环一部分流出物至反应器入口能提高反应器内苯丙烯比烷基化反应器内苯丙烯比的提高能带来很多好处包括稀释的丙烯与苯分子的分子有利于形成异丙苯异丙基苯和限制丙烯低聚物的形成苯丙烯比大于一意味着存在过剩的苯它可以充当一个冷却剂吸收烷基化反应产生的热量并限制因反应器内温度升高而导致的丙烯低聚物的形成固体碳氢化合物沉积在催化剂内在先前工艺中从烷基化反应器的入口到出口温度升高约是典型的没有采取散热在本工艺中适当增加循环流的流量就能获得相近或者更低的温升循环流能通过冷却设备间接冷却至温度约为如水冷换热器空气冷却换热器或另一个烃流作为冷却剂的换热器即基本上与反应器入口进料流温度相当或者循环流不经冷却与丙烯进料流循环苯流混合混合形成的烷基化反应器进料流能达到一个适当温度约为最好是约为此外第三部分反应器流出物可以通过如上所述的类似的冷却方式间接冷却至大约然后在合适的时候输入反应器充当冷却剂防止温度过度升高当使用的烷基化催化剂是负载型催化剂例如固体磷酸可以将催化剂床划分为若干连续的独立床然后将一部分冷却剂在各个催化床之间传递来确定合适的冷却点更好的操作方法是将一部分烷基化反应器流出物冷却到约然后引入到反应混合物作为至少两个连续催化床的冷却介质且要引入足够的数量使反应混合物在进入最后一个催化床之前降低随着烷基化反应器的流出物再循环至烷基化反应器入口的增加烷基化反应器中的异丙苯的浓度也会增加从而提供更多的潜在可能多烷基化的苯的产品导致二异丙苯和三异丙苯的产量与先前工艺相比增加了而二异丙苯和三异丙苯在先前的工艺中通常是不到的摩尔百分数与异丙苯产品相比该工艺能达到到摩尔百分数或更多丙烷丁烷苯异丙苯在烷基化反应器流出物中占到摩尔百分比而甲苯丁苯二异丙苯和三异丙苯微量丙烯低聚物和其他组分只占到摩尔百分数净烷基化流出物单独或与烷基转移反应区器流出物混合后送入分离器其中通过分馏吸收提纯和闪蒸所需的组分在较少能耗的分离条件下分离从分离器提取到的产品流包括富丙烷流异丙苯流富丁苯流丙烯低聚物流和残留苯流最后指出的残留苯流是为了移除许多沸点在丙烷和异丙苯之间的未烷基化组分本发明的概念并不受限于特定组合的分离步骤然而过剩苯和异丙苯的分离目前最经济的方法是分馏苯和轻组分为塔顶馏分异丙苯和重组分为塔底馏分过剩苯的分离在先前工艺中有相对较大的资本和能耗需求因为与本工艺相比之前的工艺需要将更多的过剩苯与异丙苯分离开来苯异丙苯摩尔比率在先前工艺流程的反应器净流出物中大约是然而这一比率在本工艺的烷基化反应器中是恒定的大约到从烷基化反应器流出物中分离出过剩的苯可以作为产品流回收但最好是第一部分作为富苯流循环至烷基化反应器入口第二个部分是输送到烷基转移反应器与从分离器中分离和回收的二异丙苯和三异丙苯混合苯二异丙苯和三异丙苯的混合物输入烷基转移反应器中在其中反应物结合生成异丙苯本发明的发明过程未被烷基转移反应器中催化剂所限制各种各样的催化剂已知一个熟练的艺术如在号中描述的无机氧化物催化剂三氟化硼在号中描述的酸晶体提取的硅酸盐催化剂或者是号中提到的含氟难溶无机氧化物首选为本发明的烷基转移催化剂是固体磷酸催化剂采用与上文用于烷基化反应器的催化剂相似的方法制备但不同的是这种固体磷酸催化剂包含至质量百分数的磷烷基转移反应器可能配备换热器折流托盘加热器泵等反应器最好是绝热型的这不是限制反应器的设计或配置烷基转移反应器内的反应条件可能变化相对广泛烷基转移反应可能受影响的温度从压力从大约个大气压苯异丙苯的摩尔比率从大约至并且反应器流出物的液体空速从运用了更好的固体磷酸催化剂烷基转移反应条件温度可以包括大约到的大气压苯异丙苯的摩尔比率约到并且反应器流出物的液体空速从到如上文所述烷基转移反应器的流出物输入分离器我认为我的发明是一项生产异丙苯的工艺包括以下步骤丙烯与过量的苯在烷基化催化剂存在下在适合发生烷基化反应的条件下在烷基化反应器内反应将上述反应器的流出物按组成分成至少两部分将其中的一部分流出物循环至上述反应器将另一部分流出物和上文所提到的烷基转移反应器的流出物输入分离器中将分离器流出的混合物分离成富苯流异丙苯流富二异丙苯和三异丙苯流将上述最后一股物料流在烷基转移催化剂存在下在烷基转移反应器内发生烷基转移反应以得到额外的异丙苯将上述反应器的流出物输入到分离器中将至少一部分从分离器得到的富苯流输送到烷基化反应器中从分离器中收集异丙苯产品第一条中的工艺的更详细的特点是步骤中与丙烯反应的苯要输送给分离器第一条中的工艺的更详细的特点是步骤中至少一部分反应物苯要输送给分离器然后输送给烷基转移反应器第一条中的工艺的更详细的特点是步骤步骤中反应物苯要输送给分离器第一条中的工艺的更详细的特点是至少一部分从分离器得到的富苯流要输送给烷基转移反应器第一条中的工艺的更详细的特点是烷基化催化剂必须是固体磷酸催化剂第一条中的方法更详细的阐述是烷基转移催化剂必须是固体磷酸催化剂第一条中的方法更详细的阐述是烷基化催化剂是含有到质量分数的磷的固体磷酸催化剂烷基转移催化剂是含有到的磷的固体磷酸催化剂第一条中的方法更详细的阐述是在烷基化反应器中苯与丙烯的摩尔比是从大约到大约不包括循环的烷基化反应器流出物第一条中的工艺的更详细的特点是在烷基化反应器中的固体磷酸催化剂至少要分成两个连续的催化床第三部分烷基化反应器流出物需降温至大约到之间然后充当冷却剂引入到在至少两个连续催化床之内的反应混合物中第一条中的工艺的更详细的特点是第一部分烷基化反应器流出物需降温至大约到之间