采用共沸蒸发在水与乙苯比例较低的条件下用乙苯制备苯乙烯

摘要

本发明提供一种乙苯在水蒸汽条件下脱氢化制备苯乙烯的工艺，该工艺包括：将一种反应物蒸汽流，其中包括烷基芳烃和蒸汽并且具有第一蒸汽与烷基芳烃化合物的重量比，与一种脱氢化催化剂接触以形成一种蒸汽相排出物，其含有烃产物，水蒸汽和未反应的烷基芳烃化合物；将至少一部分该排出物传输到分离器中将烃产物和未反应的烷基芳烃化合物分离；从分离器分别回收含烃产物的底馏分以及含未反应的烷基芳烃化合物的顶馏分；通过与一种含有烷基芳烃化合物和水的混合物进行间接热交换，回收该顶馏分的第一部分的热量，使其至少部分冷凝并形成一种共沸蒸发产物，其中含有烷基芳烃和水蒸气且具有第二蒸汽与烷基芳烃化合物重量比；将额外的烷基芳烃化合物和额外的水蒸气，一起或者分别，与该共沸蒸发产物合并，以形成反应蒸汽流。

说明书

公开领域

在此公开的实施例涉及一种乙苯在水蒸汽条件下脱氢化制备苯乙烯 的工艺。更具体的，在此公开的实施例涉及在较低的水与乙苯的重量比(较 低水(蒸汽)油比)条件下，当回收多种脱氢产物冷凝热时，比如苯乙烯 中的乙苯时，通过共沸蒸发液态乙苯和水原料到脱氢化反应器使得乙苯发 生脱氢反应。

背景

美国专利4628136(136专利)提供了一种回收乙苯/苯乙烯单体 (EB/SM)分流器中的顶馏分热量的方法，利用此液流沸腾使得乙苯和水 形成共沸混合物，混合物蒸发后接着被转移到反应系统中，在这里乙苯发 生脱氢化反应形成苯乙烯。如同“136专利”中描述，乙苯原料与水在乙 苯/苯乙烯单体分离塔中一同蒸发。当乙苯和水形成沸点较低的共沸混合物 时这是有可能发生的。

参考图1，如图所示为类似“136专利”共沸热回收的一个简化工艺 流程图。来自脱氢化反应器中苯乙烯粗产物(或者上游分离产物)通过管 道10运输到乙苯/苯乙烯单体分流器12中。苯乙烯产物作为底馏分14回 收，乙苯，可能与其他杂质比如苯、甲苯和二甲苯(BTX)作为顶馏分16 回收。顶馏分16与通过管道18运来的乙苯(循环乙苯和/或者新鲜乙苯) 和水(比如从脱氢产物回收的冷凝水)在共沸蒸发器20中进行间接热交 换并冷凝。冷凝后的顶馏分通过管道22从共沸蒸发器中20中回收，其中 一部分用于塔内回流，一部分运到下游的流程中(未示出)，比如当这些 组分在乙苯/苯乙烯单体分离器上游没有分离开时回收BTX的流程。乙苯 和水的蒸发共沸混合物通过管道24从共沸蒸发器20中回收并进料到脱氢 反应区(未示出)。

乙苯和水蒸汽在气流24中的重量比通常参考一次蒸汽与油在脱氢反 应区的重量比(PS/油重量比)。这种配比，如“136专利”描述，可以使 得乙苯和水混合物蒸发沸腾时利用乙苯/苯乙烯单体分离塔顶馏分蒸汽放 出的热量，而后者则无需再用冷凝水冷凝，从而节省能量。

参考图2，如图所示为典型脱氢反应区结构的简化流程图。苯乙烯是 由乙苯原料脱氢制备，是吸热反应。乙苯与水的蒸发共沸混合物通过管道 24运输到反应区，反应区包含二到四个脱氢反应器26，28.来自每个反应 器26的流出物在进入下一个反应器26或者最后的反应器28之前用蒸汽 再加热。用来再热反应器流出物的蒸汽通常指的是主蒸汽(MS)，它是由 蒸汽过热器30提供，通过管道32运输，最终与一次蒸汽/油(蒸发乙苯/ 水)混合物一同进入第一反应器26的进料口34，同时也被来自最终反应 器28的流出物在热交换器36中预加热。

在“136专利”的背景中提到，排除其他原因，工业焦点会周期性地 在节能和催化剂研发两方面浮动。但是在这两个不同领域的进步可能会影 响到整个流程。例如，如果使用新催化剂，而其他因素还在发展中，脱氢 反应器就可以在较低的水蒸汽与油重量比((主蒸汽+一次蒸汽)/油))条 件下工作。例如，开发的新催化剂允许总蒸汽与油重量比在0.9到1.0，甚 至更低。

为了满足适于乙苯/苯乙烯单体分离器顶馏分热交换的条件，乙苯-水 混合共沸蒸汽的一次蒸汽/油重量比变化控制受到限制。因此蒸汽与油重量 比较低时需要减少主蒸汽量。但是减少主蒸汽量会影响到反应阶段之间反 应器流出物再加热过程。因此，在主蒸汽量减少的情况下，因为需要提供 相同的反应热(为了相等的SM产率)，加热炉和运输管道的温度需要提 高。然而，在S/O重量比是1.0或者更低时，为了提供所需热量所必需的 温度可能超过现有加热线圈38以及相关运输管道的冶金范围。

公开内容总结

现已发现利用仅仅一部分乙苯/苯乙烯单体分离器顶馏分为共沸蒸汽 提供热能可以充分利用乙苯/苯乙烯单体分离器顶馏分中回收的热量，具有 充分的工艺灵活性，可以在一个较大的蒸汽与油重量比范围内来控制脱氢 反应区，包括在总蒸汽和油重量比小于1.0的条件下。在此公开的实施例 的优点是可以在不需要减少主蒸汽与油重量比条件下实现，因此可以提供 必要的反应器排出物再热容量。

一方面，在此公开的实施例涉及一种烷基芳烃类化合物的脱氢化过程， 该工艺包括：将一种反应物蒸汽流，其中包括烷基芳烃和蒸汽并且具有第 一蒸汽与烷基芳烃化合物的重量比，与一种脱氢化催化剂在含有一种或者 两种反应器的反应区中，在脱氢条件下接触以形成一种蒸汽相排出物，其 中含有烃产物，水蒸汽和未反应的烷基芳烃化合物的；将至少一部分该排 出物运输到分离器中将烃产物从未反应的烷基芳烃化合物中分离；将未反 应的烷基芳烃化合物作为顶馏分从分离器回收，将烃产物作为底馏分从分 离器回收；通过与一种含有烷基芳烃化合物和水的混合物进行间接热交换， 回收该顶馏分的第一部分的热量，使其至少部分冷凝并形成一种共沸蒸发 产物，其中含有烷基芳烃和水蒸气且具有第二蒸汽与烷基芳烃化合物重量 比；将该共沸蒸发产物与额外的烷基芳烃化合物和水蒸气合并，一同或者 分别形成反应蒸汽流。

其他方面和优势可以从以下描述以及附加权利要求中体现。

图表简介

图1为利用共沸蒸发器从乙苯/苯乙烯单体(EB/SM)分离器的顶馏分 回收热的现有技术方法的简化流程图。

图2为用乙苯制备苯乙烯单体的典型脱氢化反应系统的简化流程图。

图3为根据在此公开的实施例描绘的苯乙烯单体(SM)制备部分过 程的简化流程图。

图4为根据在此公开的实施例描绘的苯乙烯单体(SM)制备部分过 程的简化流程图。

图5为根据在此公开的实施例描绘的苯乙烯单体(SM)制备部分过 程的简化流程图。

细节描述

在此公开的实施例涉及乙苯在水蒸气存在下进行脱氢化反应制备苯 乙烯的工艺。更具体的，在此公开的实施例涉及乙苯在较低的总蒸汽与乙 苯重量比(水油比)条件下脱氢化反应，同时通过液态乙苯与水共沸蒸发 并进料到脱氢化反应器中回收多种脱氢化产物的冷凝热，例如苯乙烯中的 乙苯。

参考图3，如图所示为根据在此公开的实施例利用共沸蒸发器从乙苯/ 苯乙烯单体(EB/SM)分离器的顶馏分回收热的简化流程图。苯乙烯粗产 物通过管道310从氢化反应区或者其他中间分离区(未示出)中回收并运 输到(乙苯/苯乙烯单体)分离器312以将苯乙烯以及其他重副产物从未反 应的乙苯和其他轻组分例如苯、甲苯和二甲苯中分离出来。苯乙烯产物和 其他重产物可以作为底馏分314从分离器312中分离，并且乙苯和其他轻 的碳氢化合物可以作为顶馏分316从分离器312中回收。顶馏分316的一 部分316A接着通过与乙苯(循环和/或者新鲜)和水(比如从脱氢化产物 回收的冷凝水)间接热交换并冷凝，通过管道318运输进入共沸蒸发器320 中。冷凝顶馏分从共沸蒸发器320中通过管道322回收，其中一部分用作 塔内回流324，一部分作为乙苯回收载体流326回收运输到下游工艺流程 中(未示出)，比如用来当这些组分在乙苯/苯乙烯单体分离器上游没有分 离开时回收BTX的流程。蒸发的乙苯和水的共沸混合物从共沸蒸发器320 中通过管道327回收作为脱氢反应区原料(未示出)。顶馏分316剩下的 一部分316B不用做为共沸蒸发器320提供热量。

由于仅用一部分分离器的顶馏分为共沸蒸发器提供热量，所以热量不 足以使得所有乙苯和第一蒸汽都能进料到脱氢反应区中。利用补充乙苯原 料与从蒸发器回收的共沸混合物混合，提供达到理想的总体乙苯进料速率 所需的乙苯。由于共沸蒸发器中的蒸发速率较低，所以第一蒸汽会有所减 少，当与主蒸汽混合时，可以提供进入脱氢反应区的较低的总的水油比。

如上所述，大幅度减少主蒸汽量是不可取的，因为这会影响到反应阶 段之间反应器排出物并导致加热炉和运输管道温度过高。仅用一部分分离 器顶馏分为共沸蒸发器提供热量，就可以在不减少来自蒸汽过热器的再热 蒸汽的条件下调整总体水油比。即使来自蒸汽过热器的蒸汽流量减少，仅 利用部分分离器顶馏分来为共沸蒸发器提供热量可以在加热炉和运输管 道温度较低的情况下运作，使得该温度在它们各自的冶金限制范围内。

参考图4，如图所示为根据在此公开的实施例制备的苯乙烯单体(SM) 的简化工艺流程图，各部件用数字表示。乙苯可以在脱氢化反应区内发生 类似图2中描述的反应，产生反应器排出物345，在分离区350中分离并 形成苯乙烯粗产物。粗产物苯乙烯310接着进行图3所描述的反应，产生 一部分所需乙苯蒸汽并进料到共沸蒸发器320中，并通过管道327回收。

分离区350包括，比如蒸汽从碳氢化合物蒸汽中通过冷凝分离，轻的 碳氢化合物(BTX)从乙苯和苯乙烯中分离，或者其他本领域技术人员所 了解的分离反应。BTX的分离或者也可以选择在下游的分离器312中进行。 冷凝液在分离区350回收并与乙苯合并形成乙苯-水混合原料，并通过管道 318进料到共沸蒸发器中。

在管道327中乙苯和水蒸气的共沸混合物具有第一蒸汽与油重量比 (例如，蒸汽与乙苯重量比或者蒸汽与乙苯加其他碳氢化合物的重量比， 在适当的情况下)。共沸混合物的特定蒸汽与乙苯重量比取决于蒸发系统 的温度和压强。蒸汽与乙苯重量比在一些实施例中可能在大约0.4到大约 0.6范围内，比如下限0.40、0.42、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48或者0.49 到上限0.50、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.58，或0.60，其中任 意下限与上限形成的范围。

在管道327中的乙苯与蒸汽的共沸混合物接着与更多的乙苯和蒸汽合 并(比如主蒸汽)形成所需原料的总体蒸汽与油重量比，该原料在进料口 34进入到一系列脱氢化反应器中。液态和/或气态乙苯接着通过一条或者 多条管道340A、340B、340C和340D，或者在其他本领域技术人员所能 想到的位置处加入到系统中。其中乙苯液体进料到系统中时，在进料到反 应器26之前会先蒸发，比如与主蒸汽混合或者通过间接热交换，比如在 低压蒸汽或者在流出物交换器36中。最终进入脱氢化反应器的原料的总 体蒸汽与油重量比取决于脱氢催化剂的种类，催化剂寿命，或者其他因素 的数值，并且会在例如0.7到大约1.5范围内。在其他实施例中，总体蒸 汽与油比在大约0.8到1.2范围内；在其他实施例中从大约0.9到大约1.0 范围内；并且在其他实施例中从下限0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95、 1.0、1.05或者1.10到上限0.90、0.95、1.0、1.05、1.10、1.15、1.20、1.25、 1.3、1.35、1.4、1.45或者1.50，其中任何下限与上限数值结合的范围。

在一些实施例中，共沸蒸发产物在管道24中与通过340A运输的乙苯 蒸汽合并。接着额外的乙苯与乙苯和蒸汽的共沸混合物混合，所形成的乙 苯-蒸汽混合物的蒸汽与油重量比在大约0.1到大约0.5之间，比如从大约 0.25到大约0.35。在其他实施例中，所形成的乙苯-蒸汽混合物可能具有蒸 汽与油重量比在下限为0.10、0.15、0.20、0.25、0.30，或者0.35到上限 0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45或0.50，其中任意下限与上限合并的 范围内。

再次参考图3，在一些实施例中，部分316B可以绕过共沸蒸发器320 并用冷却水冷凝或者利用其他可利用的冷却介质。例如，部分316B可以 运输到冷凝器328，在这里冷凝并回收作为回流或者运输到下游流程中。 虽然在这个实施例中部分316B中过量的热在经过冷却水时损失掉，但是 这个实施例允许工艺在较低的总蒸汽与油重量比条件下，并且可以实现共 沸蒸发器的热回收，满足理想的工艺灵活性。

在其他实施例中，来自部分316B的热量可以通过与一种或者多种适 合的工艺蒸汽流在间接热交换区330进行间接热交换回收。例如，如图5 所示，其中各部件用数字表示，来自分离器312的底馏分314被运输到苯 乙烯回收塔510中以将苯乙烯从比如低聚物，聚合物，焦油等重反应副产 物中分离出来。苯乙烯可以从回收塔510作为顶馏分通过管道512回收， 并且重副产物可以作为底馏分514回收。重沸蒸汽通过与部分316B在热 交换器516中进行间接热交换并运输到苯乙烯回收塔。如果需要的话，可 以利用补充或者启动重沸器518在正常运作或者启动回收塔时提供更多的 热量。以这种方式，来自乙苯/苯乙烯单体分离器的顶馏分312可以被有 效利用同时减少主蒸汽与油重量比，使得脱氢反应区可以在较低的总蒸汽 与油重量比条件下运作而无须考虑蒸汽过热器的冶金限制。另外，由于总 蒸汽与油的重量比可以减少到0.9到1.0，与1.15或者更高的比例相比用 于现有工艺流程，可以减少用乙苯生产苯乙烯的总的能量需求。

如上所述，在此公开的实施例可以允许在较低的总蒸汽与乙苯重量比 (较低的水油比)条件下进行乙苯脱氢化反应，同时通过一部分乙苯和水 进料到脱氢化反应器中共沸蒸发回收流程蒸汽中的热。在此公开的实施例 主要有以下几方面优势：可以在较低的总蒸汽与油重量比的条件下运作， 例如重量比在0.9到1.0范围；回收来自乙苯/苯乙烯单体分离器顶馏分的 热量；利用一部分乙苯/苯乙烯单体分离器顶馏分重沸SM回收塔；在蒸汽 过热器设计限度范围内在较低的总蒸汽与油重量比条件下运作；可以减少 制备苯乙烯的总能量需求。

尽管上述描述可能只涉及乙苯和苯乙烯，本领域的技术人员可以很容 易将在此公开的工艺用于其他烷基芳烃的脱氢化过程。另外，可以想见特 定的设备，比如阀门，管道系统，指示器，控制器，选配的设备比如管子 等为了方便描述已经从图中省略掉了，类似设备设置在适当的位置被认为 在所属领域技术人员所了解的范围内。

尽管该公开的方案只包括有限数量的实施例，本领域的技术人员可以 通过本公开方案判断其他不在本公开方案范围内的实施例。因此，该保护 范围仅受到以下附加权利说明书的限制。