一种异构化碳八芳烃的方法
阅读说明：本技术 一种异构化碳八芳烃的方法 (Method for isomerizing carbon octa-arene ) 是由 张方方 刘凯祥 张旭 张耀辉 杨雁 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明属于炼油化工技术领域,具体涉及一种异构化碳八芳烃的方法。该方法包括以下步骤：(1)将碳八芳烃和氢气进行混合,得到混氢碳八芳烃；氢气与碳八芳烃的摩尔比为0.5:99.5-30:70；(2)对混氢碳八芳烃依次进行预热和加热,形成气液混合态的反应进料；(3)将反应进料送入反应器,反应进料进入反应器中的催化剂床层中进行异构化反应,生成含有对二甲苯的产物,产物作为换热介质与混氢碳八芳烃进行热交换,从而对混氢碳八芳烃进行预热；(4)产物经过热交换后,再经冷却,之后进行气液分离,气液分离得到的气相分离物和液相分离物分别送往下游处理。本发明的异构化碳八芳烃的方法所需的设备少,并且能耗低,投资成本和生产成本均低。(The invention belongs to the technical field of oil refining chemical industry, and particularly relates to a method for isomerizing carbon octa-arene. The method comprises the following steps: (1) mixing the carbon octaarene and hydrogen to obtain mixed hydrogen carbon octaarene; the molar ratio of the hydrogen to the carbon octaarene is 0.5:99.5-30: 70; (2) preheating and heating the mixed hydrocarbon and the carbon eight aromatic hydrocarbon in sequence to form reaction feed in a gas-liquid mixed state; (3) feeding reaction feed into a reactor, feeding the reaction feed into a catalyst bed layer in the reactor for isomerization reaction to generate a product containing p-xylene, and performing heat exchange between the product serving as a heat exchange medium and mixed hydrogen carbon octaarene so as to preheat the mixed hydrogen carbon octaarene; (4) and (3) cooling the product after heat exchange, then carrying out gas-liquid separation, and respectively sending a gas-phase separator and a liquid-phase separator obtained by gas-liquid separation to downstream treatment. The method for isomerizing the carbon octa-arene needs less equipment, has low energy consumption and low investment cost and production cost.)
技术领域
本发明属于炼油化工技术领域，更具体地，涉及一种异构化碳八芳烃的方法。
背景技术
C8A是石脑油重整、裂解的产物之一。C8A除了包括邻二甲苯(MX)、间二甲苯(OX)和对二甲苯(PX)之外，还包含10-30％的乙苯(EB)。重整油的主要成分为苯、甲苯和二甲苯，苯、甲苯和二甲苯简称为BTX。BTX的主要成分是苯和二甲苯。二甲苯中的PX是生产树脂、聚酯、清洁剂和医药产品的重要原材料，其需求量较大，被看作是石化产业的重要产品之一。
现有技术中，将BTX从重整油中分离处理，剩余下C8A。然后将C8芳烃送入异构化反应装置，使MX、OX通过特定的催化反应转化为热力学平衡的二甲苯混合物，以生成含有PX的产物。二甲苯异构化就是将含贫PX的碳八芳烃，通过催化剂作用转化为接近平衡组成的C8A；异构化反应中还发生乙苯脱烷基反应。二甲苯异构化可以结合PX分离工艺，通过循环操作逐步将OX、MX和EB全部转化为PX，达到提高PX收率目的。
现有的二甲苯异构化生成PX的大致过程是：将首先将气化的含贫PX的C8芳烃加热到400℃以上气化，然后与经过压缩机增压后的氢气混合，再通入反应器，发生异构化反应，反应的温度通常为380-420℃，包含生成的产物的混合气经冷却气液分离，多余的氢气经气液分离，循环压缩使用，生成产物送往下游处理。
在实现本发明的过程中发明人发现，在现有的二甲苯异构化生成PX的过程中，气化含贫PX的碳八芳烃需要消耗较多的能量，使用压缩机压缩氢气不但耗能高，并且压缩机需要占据比较大的空间，对氢气压缩也需要消耗较多的能力，异构化反应温度也很高，消耗较多的能量。总之，现有的二甲苯异构化生成PX耗能高，生产成本高，不利于二甲苯异构化的工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种耗能低和成本低的异构化碳八芳烃的方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种异构化碳八芳烃的方法。该方法包括以下步骤：
(1)将碳八芳烃和氢气进行混合，得到混氢碳八芳烃；所述氢气与所述碳八芳烃的摩尔比为0.5:99.5-30:70；
(2)对所述混氢碳八芳烃依次进行预热和加热，形成气液混合态的反应进料；
(3)将所述反应进料送入反应器，所述反应进料进入所述反应器中的催化剂床层中进行异构化反应，生成含有对二甲苯的产物，所述产物或所述产物中的一部分作为换热介质与所述混氢碳八芳烃进行热交换，从而对所述混氢碳八芳烃进行预热；
(4)所述产物或所述产物中的一部分经过所述热交换后，再经冷却，之后进行气液分离，所述气液分离得到的气相分离物和液相分离物分别送往下游处理。
在本发明的一种实施方式中，所述异构化反应的反应温度为150-300℃，反应压力为0.5-4.0MPaG。
在本发明的一种优选实施方式中，所述异构化反应的反应温度为200-250℃，反应压力为0.9-2.0MPaG。
在本发明的一种实施方式中，所述反应进料的液时空速为0.3-65h-1，优选为3-45h-1。
在本发明的一种优选实施方式中，所述氢气与所述碳八芳烃的摩尔比为0.8:99.2-20:80，优选为2:98-10:90。
在本发明的一种优选实施方式中，所述反应器包括：第一反应器、第二反应器、冷却器、气液分离罐、进料管线、以及产物出口管线；
所述进料管线、所述第一反应器、所述第二反应器、所述产物出口管线、以及所述气液分离罐依次串联连通；
从所述第二反应器输出的产物作为换热介质与所述混氢碳八芳烃进行热交换；
所述冷却器用于对所述热交换后的产物进行冷却。
在本发明的一种优选实施方式中，所述反应进料从所述第一反应器的顶部进入，生成的产物从所述第一反应器的底部排出；
所述第二反应器包括自下而上设置在所述壳体内部的气液分布器、所述催化剂床层、以及气液分离组件；
所述产物经过所述气液分离组件发生气液分离后，得到气相产物和液相产物；
所述产物出口管线包括：液相产物出口管线和气相产物出口管线；
所述液相产物流入所述液相产物出口管线，作为换热介质与所述混氢碳八芳烃进行热交换，之后送入下游处理；
所述气相产物流入所述气相产物出口管线，经所述冷却器冷却降温后，进入所述气液分离罐进行气液分离。
进一步地，所述气液分离组件包括：环形的积液板、与所述积液板的内缘连接的筒体；
所述气液分离组件与位于所述积液板上方的所述壳体围合成气液分离空间；所述筒体的内部形成气液分离通道。
在本发明的一种优选实施方式中，所述第二反应器还包括盖板，所述盖板设置在所述催化剂床层上。
在本发明的一种实施方式中，所述反应器包括：第一反应器、第二反应器、冷却器、气液分离罐、进料管线、以及产物出口管线；
所述第一反应器与所述第二反应器并联连通；
所述第一反应器和所述第二反应器分别与所述进料管线连通；
所述产物出口管线的一端与所述第一反应器和所述第二反应器连通，另一端与所述气液分离罐连通；
所述冷却器用于对所述产物出口管线中热交换后的所述产物进行冷却。
本发明提供的异构化碳八芳烃的方法，通过氢气与碳八芳烃的摩尔比为0.5:99.5-30:70，减少氢气的用量，反应进料为气液混合态，对碳八芳烃采用液相加氢的方式，生成的产物或所述产物中的一部分作为反应进料的换热介质，减少异构化碳八芳烃的方法所需的设备，并且降低异构化碳八芳烃生成PX的能耗和成本。
本发明提供的异构化碳八芳烃的方法，通过在反应器中设置气液分布器实现碳八芳烃与氢气充分混合，以及在催化剂作用下，提高PX的产率，并且通过气液分离组件实现产物的初步气液分离，分离得到的气相产物先经冷却后再进行气液分离，液相产物作为反应进料的换热介质，因此，本发明的异构化碳八芳烃的方法不但降低了生产PX的能耗和成本，而且提高PX的产率。
本发明的其它特征和优点将在随后
具体实施方式
部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中一种反应器的示意图。
图2示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中另一种反应器的示意图。
图3示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中再一种反应器的示意图。
图4示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中再一种反应器的示意图。
附图标记：
1、反应器；
10、第一反应器；
20、第二反应器；
201、壳体；
202、气液分布器；
303、催化剂床层；
204、气液分离组件；
2041、环形的积液板；2042、筒体；
W、进料管线；
X、产物出口管线；
X1、液相产物出口管线；
X2、气相产物出口管线；
30、冷却器；
40、气液分离罐；
50、换热器；
60、加热器。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明提供一种异构化碳八芳烃的方法。请参见图1，图1示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中一种反应器的示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
(1)如箭头所示，将碳八芳烃和氢气进行混合，得到混氢碳八芳烃；所述氢气与所述碳八芳烃的摩尔比为0.5:99.5-30:70。
(2)对所述混氢碳八芳烃依次进行预热和加热，形成气液混合态的反应进料；
(3)将所述反应进料送入反应器1，所述反应进料进入所述反应器1中的催化剂床层中进行异构化反应，生成含有对二甲苯的产物，所述产物作为换热介质与所述混氢碳八芳烃进行热交换，从而对所述混氢碳八芳烃进行预热；
(4)所述产物经过所述热交换后，再经冷却，之后进行气液分离，所述气液分离得到的气相分离物和液相分离物分别送往下游处理。
本发明提供的异构化碳八芳烃的方法，通过氢气与碳八芳烃的摩尔比为0.5:99.5-30:70，减少氢气的用量，反应进料为气液混合态，对碳八芳烃采用液相加氢的方式，生成的产物作为反应进料的换热介质，减少异构化碳八芳烃的方法所需的设备，并且降低异构化碳八芳烃生成PX的能耗和成本。
请继续参见图1，所述气液分离所用的设备可以为气液分离罐40。通过产物出口管线X将含有对二甲苯的产物输送至气液分离罐40，进行气液分离，从而得到气相分离物和液相分离物。
请继续参见图1，所述预热所用的设备可以为换热器50；所述加热所用的设备可以为加热器60。换热器50和加热器60依次使混氢碳八芳烃进行升温，达到设定的反应进料的温度。
在反应过程中，碳八芳烃为气液混合相，本领域技术人员可以据此设定异构化反应的反应温度和压力。考虑到反应消耗的能量和反应效率，在本发明的一种优选实施方式中，所述异构化反应的反应温度为150-300℃，优选为200-250℃，反应压力为0.5-4.0MPaG，优选为0.9-2.0MPaG。
在本发明的一种优选实施方式中，送入所述反应器时，所述反应进料的液时空速为0.3-65h-1，优选为3-45h-1。
本领域技术人员可以根据实际需要设定混氢碳八芳烃升温后的温度，本发明不做具体限定。不难理解的是，混氢碳八芳烃升温后的温度，也就是反应进料的温度略小于或者等于反应器内的反应温度是比较适合的。例如，反应进料的温度为150-300℃，优选为200-250℃。
在本发明中，氢气不需要循环使用，因此，氢气的用量不大，所述氢气与所述碳八芳烃的摩尔比为0.8:99.2-20:80，优选为1.0:99-10:90，即可促使反应平衡向生成PX的进程发展，又不需要对氢气进行压缩循环利用。
本发明对催化剂的组分、形状和尺寸不做具体限定，只要能够实现碳八芳烃的异构化反应即可。
请参见图2，图2示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中另一种反应器的示意图。如图2所示，在本发明中，所述反应器包括：第一反应器10、第二反应器20、冷却器30、气液分离罐40、进料管线W、以及产物出口管线X；所述进料管线W、所述第一反应器10、所述第二反应器20、所述产物出口管线X、以及所述气液分离罐40依次串联连通；从所述第二反应器20输出的产物作为换热介质与所述混氢碳八芳烃进行热交换；所述冷却器30用于对所述热交换后的产物进行冷却。提高PX的产率。
进一步地，请参见图3，图3示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中再一种反应器的示意图。如图3所示，所述反应进料从所述第一反应器10的顶部进入，生成的产物从所述第一反应器10的底部排出；所述第二反应器20包括自下而上设置在所述壳体201内部的气液分布器202、所述催化剂床层203、以及气液分离组件204；所述产物经过所述气液分离组件204发生气液分离后，得到气相产物和液相产物；所述产物出口管线X包括：液相产物出口管线X1和气相产物出口管线X2；所述液相产物(产物中的一部分)流入所述液相产物出口管线X1，作为换热介质与所述混氢碳八芳烃进行热交换，之后送入下游处理；所述气相产物流入所述气相产物出口管线X2，经所述冷却器30冷却降温后，进入所述气液分离罐40进行气液分离。该第二反应器采用上流式、分离复合式反应器，兼具反应和分离功能，降低异构化碳八芳烃的能耗、操作费用和投资成本。
将第一反应器和第二反应器串联设置适用于对原料转化率要求较高时的工况。
进一步地，所述第二反应器20还包括盖板，所述盖板设置在所述催化剂床层上。盖板可以为栅格板。在气液物料流动从下至上的过程中，防止催化剂发生上下移动，又能保证气液物流在反应器中流动顺畅。
对于气液分离组件的结构请继续参见图3，所述气液分离组件204包括：环形的积液板2041、与所述积液板2041的内缘连接的筒体2042；所述气液分离组件204与位于所述积液板2041上方的所述壳体201围合成气液分离空间A；所述筒体2042的内部形成气液分离通道B。
不难理解的是，在本发明中，也可以采用三个或者四个反应器依次串联连通，第三个反应器或者第三个和第四个反应器的结构采用第二反应器的结构形式。
请参见图4，图4示出了本发明提供的一种异构化碳八芳烃的方法中再一种反应器的示意图。如图4所示，所述反应器包括：第一反应器10、第二反应器20、冷却器30、气液分离罐40、进料管线W、以及产物出口管线X；所述第一反应器10与所述第二反应器20并联连通；所述第一反应器10和所述第二反应器20分别与所述进料管线W连通；所述产物出口管线X的一端与所述第一反应器10和所述第二反应器20连通，另一端与所述气液分离罐40连通；所述冷却器30用于对所述产物出口管线X中热交换后的所述产物进行冷却。提高对碳八芳烃的处理量，相应地提高PX的产量。
在本发明提供的异构化碳八芳烃的方法中，反应器还包括：检测第二反应器的气液分离空间内液位的液位检测元件、设置在所述液相产物出口管线上的液位控制阀、设置在气液分离罐的气相出口管线上的压力检测元件和压力控制阀。
进一步地，反应器还包括：用于检测气液分离罐内的液位的液位检测元件和液位控制阀。
实施例1
本实施例提供一种异构化碳八芳烃的方法。请参见图1，该方法包括以下步骤：
(1)将氢气和碳八芳烃按摩尔比0.02(即氢油比)如箭头所示在进料管线W中混合，得到混氢碳八芳烃。
(2)通过换热器50以液相产物作为热交换介质，对混氢碳八芳烃进行预热，之后通过加热器60对混氢碳八芳烃进行加热至混氢碳八芳烃的温度为210℃，形成气液混合态的反应进料。
(3)通过进料管线W将反应进料送入反应器1，所述反应进料的液时空速为10h-1，进入催化剂床层进行异构化反应，反应温度为230℃，反应压力为1.6MPaG，生成含有对二甲苯的产物。
(4)产物通过产物出口管线X经过换热器50热交换后，再经冷却器30冷却，之后进入气液分离罐40进行气液分离，所述气液分离得到的气相分离物和液相分离物分别送往下游处理。
经检测，EB的转化率为75％，PX/X的质量比为23.5％；二甲苯(单程)损失率小于0.5％。
实施例2和3
本实施例提供一种异构化碳八芳烃的方法。实施例2和3与实施例1的区别仅在于反应条件，详见表1。
表1实施例2和3的反应条件
可见，本发明提供的异构化碳八芳烃的方法适用于乙苯含量高，或C8A中乙苯含量高的原料。
对比例1
氢气经压缩机压缩至1.6MPaG，与碳八芳烃按摩尔比1.0混合，通过加热炉将混合后的氢气和碳八芳烃加热至420℃，形成气态的反应进料。
将反应进料送入反应器，进入催化剂床层进行异构化反应，反应温度为430℃，反应压力为1.2MPaG，所述反应进料的液时空速为10h-1，生成含有对二甲苯的产物；反应器出口产物中还有大量未反应氢气和未转化碳八芳烃，及反应副产物苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯等。
经检测，乙苯(EB)的转化率为65％，PX/X(二甲苯)的质量比为22.5％；二甲苯(单程)损失率1.5％。
由此可知，本发明提供的异构化碳八芳烃的方法能耗低，相应地，生产成本和投资成本也低，并且乙苯的转化率、生成的PX含量均高于对比例1。
实施例4
本实施例提供一种异构化碳八芳烃的方法。请参见图2，该方法包括以下步骤：
(1)将氢气和碳八芳烃按摩尔比0.08(即氢油比)如箭头所示在进料管线W中混合，得到混氢碳八芳烃。
(2)通过换热器50以液相产物作为热交换介质，对混氢碳八芳烃进行预热，之后通过加热器60对混氢碳八芳烃进行加热至混氢碳八芳烃的温度为235℃，形成气液混合态的反应进料。
(3)通过进料管线W将反应进料从第一反应器10的顶部送入第一反应器10，所述反应进料的液时空速为10h-1，进入第一反应器10中的催化剂床层中进行异构化反应，反应温度为250℃，反应压力为1.8MPaG，从底部排出，随继从第二反应器20的顶部进入第二反应器20，进入催化剂床层203中进行异构化反应，反应温度为255℃，反应压力为1.6MPaG，生成含有对二甲苯的产物，从底部排出。
(4)产物通过产物出口管线X经过换热器50热交换后，再经冷却器30冷却，之后进入气液分离罐40进行气液分离，所述气液分离得到的气相分离物和液相分离物分别送往下游处理。
经检测，EB的转化率为79％，PX/X的质量比为24.0％；二甲苯(单程)损失率小于0.5％。
实施例5
本实施例提供一种异构化碳八芳烃的方法。请参见图3，该方法包括以下步骤：
(1)将氢气和碳八芳烃按摩尔比0.05(即氢油比)如箭头所示在进料管线W中混合，得到混氢碳八芳烃。
(2)通过换热器50以液相产物作为热交换介质，对混氢碳八芳烃进行预热，之后通过加热器60对混氢碳八芳烃进行加热至混氢碳八芳烃的温度为220℃，形成气液混合态的反应进料。
(3)通过进料管线W将反应进料送入第一反应器10，所述反应进料的液时空速为10h-1，进入第一反应器10中的催化剂床层中进行异构化反应，反应温度为230℃，反应压力为1.8MPaG，之后进入第二反应器20，经过其中的气液分布器202后，进入催化剂床层203中进行异构化反应，反应温度为250℃，反应压力为1.8MPaG生成含有对二甲苯的产物，该产物经过气液分离组件204发生气液分离后，得到气相产物和液相产物。
(4)液相产物流入液相产物出口管线X1，作为换热介质与混氢碳八芳烃进行热交换，之后送入下游处理；气相产物流入气相产物出口管线X2，经冷却器30冷却降温后，进入气液分离罐40进行气液分离，气液分离得到的气相分离物和液相分离物分别送往下游处理。
经检测，EB的转化率为82.5％，PX/X的质量比为25.0％；二甲苯(单程)损失率小于0.5％。
对比例2
氢气经压缩机压缩至1.4MPaG，与碳八芳烃按摩尔比1.0混合，通过加热炉将混合后的氢气和碳八芳烃加热至400℃，形成气态的反应进料。
将反应进料送入反应器，进入催化剂床层进行异构化反应，反应温度为410℃，反应压力为1.2MPaG，所述反应进料的液时空速为13h-1，生成含有对二甲苯的产物；反应器出口产物中还有大量未反应氢气和未转化碳八芳烃，及反应副产物苯、甲苯、临二甲苯、间二甲苯、C9A、C10A等。
经检测，乙苯(EB)的转化率为60％，PX/X(二甲苯)的质量比为22.8％；二甲苯(单程)损失率1％。
由此可知，本发明提供的异构化碳八芳烃的方法能耗低，相应地，生产成本和投资成本也低，并且乙苯的转化率、生成的PX含量均高于对比例2。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
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