[发明专利]一种用乙烯生产乙苯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生产烷基苯的方法，更具体地说，是生产乙苯的吸收、催化、蒸馏方法。

背景技术

乙苯的生产工艺主乙苯是生产苯乙烯的原料，而苯乙烯是除乙烯/丙烯以外的第三聚合单体，可以用来生产一系列高分子材料的单体，这些材料包括聚苯乙烯，合成橡胶，ABS树脂这些石油化工的主要基础产品。目前，2010年全世界苯乙烯的产量3100万吨，相应地，乙苯产量约3400万吨。

乙苯分子式为C₈H₁₀，分子量为106.17g/mol。外观为无色透明液体，有芳香气味。

乙苯是苯和乙烯在酸性催化剂的作用下，通过Friedel-Crafts烷基化反应合成的，其反应式如下：

生成的乙苯还会与乙烯进一步进行多烷基化反应，生成二乙苯及多乙苯。

反应产物经精馏分离后，多乙苯(主要是二乙苯)循环返回烷基化反应器与苯进行烷基转移反应(或在单独的烷基转移反应器中进行)，得到乙苯。

从目前的工艺来看，乙苯主要通过苯与乙烯烷基化制得，要有AlCl₃法及均相AlCl₃法，Alkar法，气相分子筛催化法，液相分子筛催化法，以及催化蒸馏工艺等。

美国Dow化学公司于1935年开发成功以AlCl₃为催化剂生产乙苯的工艺。AlCl₃溶于苯，乙苯和多乙苯混合物中，生成络合物并形成催化剂络合相，与另外的液态芳烃相一起与乙烯气体接触并发生烷基化反应。其典型工艺条件为：反应温度80～130℃，压力常压至0.15MPa，苯/乙烯摩尔比3左右，以保证乙烯一步反应比较完全，生成乙苯和多乙苯，同时多乙苯和苯发生烷基转移反应，乙烯转化率接近100％。烷基化收率97.5％。

这一生产工艺由于反应过程中介质腐蚀性强，对设备的要求很高，对原料杂质含量特别是水要求十分严格，另外，催化剂用量大，能耗、物耗都比较高，这一工艺正逐渐淘汰。

70年代初，Monsanto公司研究发现，AlCl₃和多乙苯形成的络合物可迅速溶于苯-乙苯-多乙苯混合液中，从而只形成均一相溶液，催化活性大大提高。并且催化剂用量较传统AlCl₃法大幅度减少，其典型条件为：苯烯比1.2，反应温度140～200℃，压力0.7～0.9，烷基化收率97％。这一工艺由Monsanto与Lummus公司于1974年开始投入工业化生产。

这一工艺的优点是烷基化收率高，AlCl₃催化剂用量少，但由于这一工艺由于仍采用AlCl₃作为催化剂，仍然存在设备腐蚀及污水处理的问题，故这种工艺也属于淘汰工艺，仅用于传统AlCl₃法设备的改造，全世界现有十几套装置采用均相AlCl₃工艺，总生产能力300万吨/年。

Alkar气相工艺于1960年由UOP公司实现工业化，反应采用BF₃为催化剂，乙烯和苯气相反应，它的主要特点是可用低浓度乙烯为原料，原料乙烯浓度范围为3～100％。催化裂化干气或焦炉尾气皆可为原料气。但对于原料气中H₂S、CO₂及H₂O等杂质需严格脱除，达到小于0.0001％，才可正常操作。反应介质无腐蚀，催化剂活性高，但选择性稍差，因而后处理能耗、物耗较高。反应条件为3.5MPa、120℃。目前，该工艺已无新建装置。

Mobil公司于70年代开发成功具有择形催化作用的ZSM-5沸石分子筛。ZSM-5分子筛具有交叉孔网结构，孔口尺寸大小对芳烃加工最为合适。在生产乙苯、对二甲苯等反应中得到了很好的应用。该工艺避免了用AlCl₃作为催化剂而引起的环境污染与设备腐蚀等问题。1980年，美国第一套气相烷基化装置正式投产。

其典型工艺条件为：烷基化反应器为多段绝热式(4～6段)，原料气分段冷激以移去反应热，反应介质苯与乙烯均为气相，在催化剂表面进行吸附与反应，反应温度370～420℃，压力1.4～2.8MPa，乙烯重量空速(WHSV)为2～5gE·g^-1cat·hr^-1，苯/乙烯总摩尔比5～20，乙烯转化率99.8％，乙苯选择性可达99.5％。