一种BTX芳烃甲基化合成偏三甲苯的工艺方法与流程

一种btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的工艺方法
技术领域
1.本发明涉及偏三甲苯生产技术领域，具体公开了一种btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的工艺方法。


背景技术：

2.偏三甲苯为基本有机化工原料用途广泛是一种重要的有机化工原料，主要来源于催化重整的重芳烃中。偏三甲苯主要用于偏三甲苯合成偏苯三酸酐，具有很高的经济效益。国、内外对偏苯三酸酐的需求很大，因为合成偏苯三酸酐要求高纯度偏三甲苯，即为98.5％以上的纯度，国内主要依赖于进口偏三甲苯生产偏苯三酸酐，因此生产出纯度高的偏三甲苯有重要意义。
3.申请号为200910195550.2的发明专利公开了一种btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的方法，该方法以btx芳烃及甲基化剂为原料，通过酸催化剂催化的甲基化反应得到偏三甲苯；其中酸催化剂选自卤化物、液体酸、络合酸、杂多酸、固体超强酸、酸性离子交换树酯、酸性氧化物、氢型沸石分子筛或负载型酸催化剂中的一种；其中甲基化反应压力0.01～10.0mpa、温度30～700℃、原料液体质量空速0.1～10.0h-1、芳烃与甲基化剂摩尔比1∶10～10∶1。甲基化反应可以采用固定床连续反应，也可采用釜式连续反应。该方法合成偏三甲苯的方法虽然原料来源丰富、成本低廉、反应条件温和，但是受制于反应设备的原因其制备的偏三甲苯纯度较低。另外，由于上述反应设备为固定床或者反应釜，将酸催化剂放在反应装置时进行反应时，其催化剂不能与原料进行充分接触，较大程度上限制了整个反应的效率。因此，针对现有btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的方法无法保证偏三甲苯的纯度以及合成偏三甲苯的效率较低的不足，本发明提出了一种能够解决上述技术问题的btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的工艺方法及装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的方法无法保证偏三甲苯的纯度以及合成偏三甲苯的效率较低的不足，本发明提出了一种能够解决上述技术问题的btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的工艺方法及装置
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的工艺方法，包括以下步骤：
7.1)取btx芳烃为主体原料放入连续反应釜中，同时取酸性催化剂放入矩形搅拌框中然后升温至40～70℃进行预热，再通过硬质进料管将甲基化剂注入连续反应釜中进行搅拌反应；
8.2)继续升温至80～95℃反应20～45min后，将得到的液料排入分离提纯釜中，然后向夹套中不断通入120～160℃的导热油对液料进行加热分离；
9.3)加热分离后的气体进入冷凝器液化成液体后回流进连续反应釜中，然后继续加入btx芳烃主料进行搅拌反应，分离后的液体排入储料罐中即得偏三甲苯。
10.优选地，所述btx芳烃为苯或甲苯其中的一种。
11.优选地，所述甲基化剂为甲醇或一氯甲烷其中的一种。
12.优选地，所述酸性催化剂为三氯化铝-盐酸或三氟化硼-氢氟酸其中的一种。
13.一种用于制备上述btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的装置，包括连续反应釜、分离提纯釜、冷却回流系统和储料罐，所述连续反应釜包括第一釜体和设置在第一釜体下端外表面的加热层，所述加热层中设置有与第一釜体外壁相接触的螺旋状电阻加热丝，所述第一釜体的顶端圆心处设置有密封轴承，所述密封轴承中转动连接有伸入第一釜体下端的中空转杆，所述第一釜体的内腔下端连接有第一转动架，所述中空转杆的下端与第一转动架转动连接，所述中空转杆上呈环形阵列连接有若干组搅拌棒，每组所述搅拌棒的端部均连接有矩形搅拌框，且所述矩形搅拌框中空设置，且在矩形搅拌框的前后侧面设置有滤网，由所述滤网和矩形搅拌框内腔组成的空间中填充有大量的固体催化剂；
14.所述中空转杆中贯穿设置有一根竖直的硬质进料管，所述硬质进料管伸出中空转杆的下端呈环形阵列状连接有若干分流管，并在若干所述分流管的外端共同连接有一个环形料管，所述环形料管的上表面均匀设置有多个出料嘴，所述第一釜体的顶端设置有驱动机箱，所述硬质进料管的上端伸出驱动机箱设置，所述中空转杆伸入驱动机箱内的端部连接有从动齿轮，所述驱动机箱上表面安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴伸入驱动机箱的端部连接有与从动齿轮相啮合的主动齿轮，所述第一釜体的下端连接有出液管，所述出液管上设置有第一阀门和输液泵；
15.所述分离提纯釜包括第二釜体和设置在第二釜体下端的夹套，所述夹套的上端连接有导热油进管，所述夹套的下端连接有导油管，所述导油管伸入第二釜体内腔上端的端部连接有导热油盘管，且导热油盘管的下端连接有穿过第二釜体和夹套下端的出油管，所述第二釜体的下端连接有成品料出管，所述成品料出管上连接有第二阀门，所述成品料出管的下端与储料罐相连通，所述第二釜体的上端中心处设置有搅拌电机，所述搅拌电机的输出轴连接有伸入第二釜体内腔下端的搅拌杆，且所述搅拌杆穿过导热油盘管设置，且在搅拌杆的下端连接有搅拌叶；
16.所述冷却回流系统包括与第二釜体上端相连接的气体导向管，所述气体导向管的端部连接有冷凝器，所述冷凝器的另一端连接有液体回流管，且所述液体回流管的端部与第一釜体的上端相连接。
17.作为上述方案的进一步设置，所述第一釜体和第二釜体中均设置有温度传感器。
18.作为上述方案的进一步设置，所述矩形搅拌框的外端均连接有与第一釜体内壁相贴合的刮料板。
19.作为上述方案的进一步设置，位于所述导热油盘管上方的第二釜体中设置有第二转动架，且所述搅拌杆与第二搅拌架转动连接。
20.作为上述方案的进一步设置，所述中空转杆的内壁设置有光滑的铜层。
21.作为上述方案的进一步设置，所述固体催化剂的颗粒直径均小于滤网的孔径设置
22.有益效果：
23.1)本发明公开的btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的工艺方法及装置，通过对装置做出优化处理，将催化剂放在搅拌框的内部，并在搅拌框的两端设置滤网，当搅拌框在转动搅拌过程中，内部的催化剂能够充分与反应液进行充分接触，从而较大程度上增加了整个反
应的催化过程中，并且在反应过程中由于催化剂被限制在搅拌框中，有效避免了现有反应完成后在排液过程中催化剂也随之被排出或者将排液管堵塞的问题，整个装置的设计极大优化了对btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的制备过程。
24.2)本发明公开的btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的工艺方法及装置与现有技术相比，还在连续反应釜旁侧设置一个分离提纯釜，反应后得到的液体被输入分离提纯釜中后，通过通入导热油能够对内部的液体进行加热，并且导热油不仅在夹套中与液体相接触，而且还能够进入内部的加热盘管中也液体中心相接触，使得液体升温速度和均匀性更好，加热后的液体中低沸点的苯、甲苯、甲醇等原料会挥发成气体进入冷凝器中冷凝成液体继续作为二次原料进行反应，而且未挥发的液体即为得到的偏三甲苯，整个装置和相关工艺的搭配使得制备的偏三甲苯纯度更高。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明的制备工艺流程图。
27.图2为本发明的制备装置立体结构示意图。
28.图3为本发明的制备装置主视平面结构示意图。
29.图4为本发明中连续反应釜的内部平面结构示意图。
30.图5为本发明中中空转杆、硬质进料管等立体装配结构示意图。
31.图6为本发明中中空转杆、硬质进料管等立体拆卸结构示意图。
32.图7为本发明中驱动机箱、驱动电机等立体结构示意图。
33.图8为本发明图4中a处的放大结构示意图。
34.图9为本发明中驱动机箱的内部平面结构示意图。
35.图10为本发明中分离提纯釜的内部平面结构示意图。
36.图11为本发明中导热油盘管、导油管等立体结构示意图。
37.其中：
38.1-连续反应釜，101-第一釜体，102-加热层，103-螺旋状电阻加热丝，104-密封轴承，105-中空转杆，106-第一转动架，107-搅拌棒，108-矩形搅拌框，109-滤网，110-硬质进料管，111-分流管，112-环形料管，113-出料嘴，114-驱动电机，115-从动齿轮，116-驱动电机，117-主动齿轮，118-出液管，119-第一阀门，120-输液泵；
39.2-分离提纯釜，201-第二釜体，202-夹套，203-导热油进管，204-导油管，205-导热油盘管，206-出油管，207-成品料出管，208-第二阀门，209-搅拌电机，210-搅拌杆，211-搅拌叶，212-第二搅拌架；
40.3-冷却回流系统，301-气体导向管，302-冷凝器，303-液体回流管；
41.4-储料罐。
具体实施方式
42.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
43.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
44.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、
[0045]“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
[0046]
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
[0047]
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0048]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1，并结合实施例来详细说明本技术。
[0049]
实施例1
[0050]
一种btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的工艺方法，包括以下步骤：
[0051]
1)取苯为主体原料放入连续反应釜中，同时三氯化铝-盐酸作为催化剂放入矩形搅拌框中然后升温至55℃进行预热，再通过硬质进料管将甲醇注入连续反应釜中进行搅拌反应，并且苯和甲醇的摩尔质量比为3：1。
[0052]
2)继续升温至82℃反应40min后，将得到的液料排入分离提纯釜中，然后向夹套中不断通入145℃的导热油对液料进行加热分离；
[0053]
3)加热分离后的气体进入冷凝器液化成液体后回流进连续反应釜中，然后继续加入苯主料进行搅拌反应，分离后的液体排入储料罐中即得偏三甲苯。
[0054]
实施例2
[0055]
一种btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的工艺方法，包括以下步骤：
[0056]
1)取苯为主体原料放入连续反应釜中，同时三氯化铝-盐酸作为催化剂放入矩形搅拌框中然后升温至65℃进行预热，再通过硬质进料管将一氯甲烷注入连续反应釜中进行
搅拌反应，并且苯和甲醇的摩尔质量比为5：2。
[0057]
2)继续升温至86℃反应35min后，将得到的液料排入分离提纯釜中，然后向夹套中不断通入150℃的导热油对液料进行加热分离；
[0058]
3)加热分离后的气体进入冷凝器液化成液体后回流进连续反应釜中，然后继续加入苯主料进行搅拌反应，分离后的液体排入储料罐中即得偏三甲苯。
[0059]
实施例3
[0060]
一种btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的工艺方法，包括以下步骤：
[0061]
1)取甲苯为主体原料放入连续反应釜中，同时三氟化硼-氢氟酸作为催化剂放入矩形搅拌框中然后升温至60℃进行预热，再通过硬质进料管将甲醇注入连续反应釜中进行搅拌反应，并且苯和甲醇的摩尔质量比为8：3。
[0062]
2)继续升温至90℃反应30min后，将得到的液料排入分离提纯釜中，然后向夹套中不断通入140℃的导热油对液料进行加热分离；
[0063]
3)加热分离后的气体进入冷凝器液化成液体后回流进连续反应釜中，然后继续加入甲苯主料进行搅拌反应，分离后的液体排入储料罐中即得偏三甲苯。
[0064]
本发明还公开了一种用于制备上述btx芳烃甲基化合成偏三甲苯的装置，下面结合附图2～11对该装置进行详细描述。
[0065]
参考附图2和附图3，本装置装置包括连续反应釜1、分离提纯釜2、冷却回流系统3和储料罐4。
[0066]
参考附图4，其中，连续反应釜1包括第一釜体101和设置在第一釜体101下端外表面的加热层102，加热层102中设置有与第一釜体101外壁相接触的螺旋状电阻加热丝103，将螺旋状电阻加热丝103通电实现对第一釜体101中反应液的预热和加热。
[0067]
参考附图4和附图8，在第一釜体101的顶端圆心处设置有密封轴承104，密封轴承104中转动连接有伸入第一釜体101下端的中空转杆105，第一釜体101的内腔下端连接有第一转动架106，中空转杆105的下端与第一转动架106转动连接。同时还可参考附图5和附图6，在中空转杆105上呈环形阵列连接有若干组搅拌棒107，每组搅拌棒107的端部均连接有矩形搅拌框108，并将矩形搅拌框108中空设置，并且在矩形搅拌框108的前后侧面设置有滤网109，由滤网109和矩形搅拌框108内腔组成的空间中填充有大量的固体催化剂。同时为了防止固体催化剂从矩形搅拌框108中漏出落在釜体中，在设置时该固体催化剂的颗粒直径均小于滤网109的孔径设置。同时还在矩形搅拌框108的外端均连接有与第一釜体101内壁相贴合的刮料板1081。
[0068]
参考附图5和附图6，在中空转杆105中贯穿设置有一根竖直的硬质进料管110，硬质进料管110伸出中空转杆105的下端呈环形阵列状连接有若干分流管111，并在若干分流管111的外端共同连接有一个环形料管112，环形料管112的上表面均匀设置有多个出料嘴113。
[0069]
参考附图7、附图8和附图9。在第一釜体101的顶端设置有驱动机箱114，硬质进料管110的上端伸出驱动机箱114设置，中空转杆105伸入驱动机箱114内的端部连接有从动齿轮115，驱动机箱114上表面安装有驱动电机116，驱动电机116的输出轴伸入驱动机箱114的端部连接有与从动齿轮115相啮合的主动齿轮117，通过电机、齿轮之间的传动作用能够使得中空转杆105绕着硬质进料管110进行高速旋转，从而对反应液进行搅拌，同时在搅拌过
程中使得矩形搅拌框108中的催化剂充分与反应液相接触，加快反应过程。另外，为了降低中空转杆105与硬质进料管110之间的摩擦力，还在中空转杆105的内壁设置有光滑的铜层(图中未画出)，该铜层不仅起到润滑作用，还能够有效降低两者之间的磨损，延长其使用寿命。参考附图3，还在第一釜体101的下端连接有出液管118，出液管118上设置有第一阀门119和输液泵120。
[0070]
参考附图10和附图11，其中，分离提纯釜2包括第二釜体201和设置在第二釜体201下端的夹套202，夹套202的上端连接有导热油进管203。在夹套202的下端连接有导油管204，导油管204伸入第二釜体201内腔上端的端部连接有导热油盘管205，并且导热油盘管205的下端连接有穿过第二釜体201和夹套202下端的出油管206。当进行加热分离时通过向夹套202中不断注入高温导热油，与釜体内壁相接触的液体也升温，同时导热有通过导热油盘管205时能够对釜体中心的液体也进行加热升温，从而能够保持分离提纯釜2中的液体升温均匀。参考附图3，在第二釜体201的下端连接有成品料出管207，成品料出管207上连接有第二阀门208，成品料出管207的下端与储料罐4相连通。
[0071]
参考附图10，第二釜体201的上端中心处设置有搅拌电机209，搅拌电机209的输出轴连接有伸入第二釜体201内腔下端的搅拌杆210，且搅拌杆210穿过导热油盘管205设置，且在搅拌杆210的下端连接有搅拌叶211。同时还在位于导热油盘管205上方的第二釜体201中设置有第二转动架212，且搅拌杆210与第二搅拌架212转动连接。上述通过搅拌作用能够进一步加快液体加热分离时的升温速度和均匀性。
[0072]
参考附图2和附图3冷却回流系统3包括与第二釜体201上端相连接的气体导向管301，气体导向管301的端部连接有冷凝器302，冷凝器302的另一端连接有液体回流管303，且液体回流管303的端部与第一釜体101的上端相连接。
[0073]
最后需要说明的是，本装置还在第一釜体101和第二釜体201中均设置有温度传感器，通过温度传感器能够实时反馈出连续反应釜1和分离提纯釜2中液体的温度。
[0074]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。