[发明专利]乙醇和苯合成乙苯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙醇和苯合成乙苯的方法，主要解决以往乙苯生产工艺必须依赖乙烯为原料，并且原料成本高的问题。

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，大约90％以上的乙苯用于生产苯乙烯。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。随着汽车工业、绝缘体工业、包装工业和日用品工业，随着对苯乙烯单体的日益增长的需求，世界的乙苯生产能力也在不断增加。

工业上，绝大数乙苯是通过苯与乙烯的烷基化反应合成而得，通常是在氧化铝、氧化硅—氧化铝之类的硅铝催化剂存在下，将苯与乙烯反应来制造乙苯，反应一般是在350～500℃温度范围内和0.5～2MPaG的压力条件下，在气相中进行，反应产物绝大部分是乙苯，另外还有很少量的轻组分、丙苯、丁苯、二苯基化合物以及高沸点杂质等等，具体文献有中国专利ZL97106648.2，ZL02155114，ZL97106448.2。

传统的苯与乙烯烷基化制乙苯工艺必须以乙烯为原料，作为乙烯原料的石脑油来自原油，随着原油价格的日益攀升以及日渐枯竭，乙烯原料成本随之不断增加，并且在石油缺乏的地区乙烯来源就受到限制。工业上乙醇脱水制乙烯曾经是主要的乙烯工业生产方法，自上个世纪中期以来，石化工业迅速发展，乙烯工业转为以石脑油为原料的热裂解路线，随着国民经济的迅猛发展，我国原油消费总量逐年增加，不得不大量进口原油，我国的能源安全形势越来越严峻，迫切要求我们寻找新的资源。

生物化工技术的飞速发展使生物质制乙醇的生产成本大幅度降低，为开发乙醇制乙苯工艺提供了可能性。目前，生物乙醇，除了采用农作物玉米、木薯等为发酵原料外，也可以用作物秸杆为发酵原料，可望进一步降低乙醇生产成本，同时生物质乙醇是清洁的可再生资源，目前工业上，为降低原料成本和扩大乙烯来源，通常以乙醇脱水得到所需要的乙烯，再以传统的乙烯和苯烷基化工艺合成乙苯，具体文献有中国专利ZL200810043303.6，ZL200610114032.X，ZL200610029972.9。

但是，乙醇脱水工艺需要消耗大量能量，脱水反应过程中也会发生一些副反应，乙醇利用率低，加上投资以及操作费用的增加降低了乙醇原料廉价易得的优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是以往乙苯生产工艺必须依赖乙烯为原料、并且原料成本高的问题，提供一种新的乙醇和苯合成乙苯的方法，该方法具有能使用乙醇替代乙烯作为原料和苯合成乙苯，并且原料成本低的优点。

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的方法，包括以下步骤：a)乙醇和苯在气相条件下按按摩尔比2～8∶1进入装有ZSM-5纳米级分子筛催化剂的烷基化反应器进行反应，得到包括苯、乙苯、二乙苯和水的混合物103；b)混合物103依次通过苯回收塔、乙苯回收塔、多乙苯回收塔，分离出其中的水、苯、乙苯和二乙苯；c)分离得到的部分苯和二乙苯在气相条件下按重量比2～10∶1进入烷基转移反应器与ZSM-5分子筛催化剂接触进行烷基转移反应，生成乙苯。

上述技术方案中，烷基化反应温度为320℃～450℃，反应压力为0.5～2.0MPa，乙醇重量空速为0.6～2.5小时^-1，苯和乙醇摩尔比为4.0～7.0∶1；苯回收塔操作压力为0.4～2.0MPaG，塔顶温度125～200℃，塔釜温度200～300℃，回流比0.8～2；乙苯回收塔操作压力为0.0～0.5MPaG，塔顶温度135～200℃，塔釜温度190～250℃，回流比2～6；多乙苯回收塔操作压力为-0.1～0.2MPaG，塔顶温度100～220℃，塔釜温度190～250℃，回流比0.1～2；烷基转移反应器反应温度为350℃～460℃，反应压力为0.20～1.0MPa，总空速为5～40小时^-1，苯和多乙苯重量比为3.0～6.0∶1。

本发明通过将乙醇和苯在高温中压气相条件下混合进入装有ZSM-5纳米级分子筛催化剂的烷基化反应器，在反应器中，同时发生乙醇脱水生成乙烯和乙烯和苯烷基化生成乙苯的反应，生成目的产品乙苯，本发明工艺具有无腐蚀、无污染、流程简单和热能回收率高的优点。相对于乙烯，乙醇是可再生资源，原料易得，与当今石油价格不断上涨的趋势相比，乙醇为原料的优势将日益明显。