一种利用甲醇制备二甲苯的方法及装置与流程

1.本发明涉及生物学研究及生物信息学研究技术领域，具体涉及一种利用甲醇制备二甲苯的方法及装置。


背景技术：

2.二甲苯(btx)是一种重要的有机化工原料，在工业中，其主要用于生产对苯二甲酸(pta)。其中，对二甲苯(px)占btx消费总量的45％左右。目前，二甲苯主要来自汽油裂解、催化重整等工艺；另外，甲苯歧化或选择性甲苯歧化、烷基转移、混合二甲苯异构化、吸附分离、结晶分离等也是增产二甲苯的重要手段。
3.2010年，我国btx产量约1420万吨，表观消费量达1900万吨，供需缺口约480万吨，其中px自给率仅61.6％，净进口332万吨。随着石油资源的日益枯竭，从石油中获取二甲苯受到了严重影响。鉴于目前我国日益增长的二甲苯需求及产能日益过剩的煤基甲醇等问题，积极开展煤基甲醇制二甲苯技术不仅缓解了市场对低碳芳烃的需求，还为煤基甲醇的综合利用找到了一条可实现的道路。根据国家发改委在《煤炭深加工示范项目规划》中披露，煤制芳烃被列入了未来几年煤化工示范重点方向之一。
4.对于甲醇转化制芳烃(mta)催化及其工艺技术，有不少报道。如中科院山西煤化所和赛鼎工程公司合作的固定床甲醇制芳烃技术，清华大学的循环流化床甲醇制芳烃(fmta)技术都在积极推进中试阶段，河南煤化集团研究院与北京化工大学也在合作开展甲醇制芳烃技术等，但是依然存在以下缺陷：
5.1.没有涉及反应副产物具体细化处理和利用，总体芳烃的选择性不高；
6.2.对于如何细化处理芳烃产物，并提高二甲苯的选择性，并未给出具体的阐述。
7.3.存在芳烃中二甲苯选择性不高的缺陷。
8.4.并未给出如何提高二甲苯选择性的相关技术操作。
9.5.附加值比较低的非二甲苯产物综合利用率比较低，经济效益差。
10.有鉴于此，亟需一种利用甲醇制备二甲苯的方法及装置。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于提供一种利用甲醇制备二甲苯的方法及装置，减少了二级烷基化反应的c9 芳烃收率，附加值较高，由此提高了经济效益，以解决上述背景技术中提出的问题。
12.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
13.一种利用甲醇制备二甲苯的方法，包括如下步骤：
14.s1、采用分子筛催化剂，以甲醇为主成分的混合物为原料进行甲醇的基化反应；
15.s2、所得上述反应产物经过油相分离单元和气分单元，分别得到第一油相产物、第一分离气体以及第一水相；
16.s3、所述第一分离气体经气分单元脱除氢气甲烷后返回芳构化反应器，所述第一
油相产物在步骤s2中的分离单元分离为非芳烃产物和芳烃产物；
17.s4、所述芳烃产物至于烷基化反应器内，继续进行苯与甲醇的烷基化反应，脱苯塔塔底产物进入脱甲苯塔，脱甲苯塔塔顶得到的甲苯进入二级烷基化反应器与甲醇进行烷基化反应，得到以二甲苯为主的产物；
18.s5、上述所得二甲苯产物和甲醇原料至于甲基化反应器中生成二甲苯的甲基化产物；
19.s6、甲基化产物冷却后经三相分离单元分离为第二油相产物、第二分离气体和第二水相；
20.s7、第二分离气体中取其一部分重回气分单元，剩余部分返回甲基化反应器，第一油相产物和第二油相产物返回分离单元，留得纯化后的二甲苯产物。
21.其中，所述步骤s1中的反应介质采用二氧化碳或水蒸汽，控制反应介质压力为1.0～6.0mpa，二氧化碳与烃的摩尔比为0.5：1～5.0：1，或水与烃的摩尔比为1.0：1～4.0：1。
22.其中，所述芳烃产物包括苯和甲苯混合物、二甲苯、c9及其以上芳烃。
23.其中，所述甲苯甲醇甲基化反应器为固定床反应器，甲基化反应在核壳型分子筛催化剂的作用下进行，反应温度为300至500℃，反应压力为0至3mpag。
24.其中，所述甲苯产物和甲醇原料的摩尔比为
25.1.0：1～3.0：1，所述甲基化产物中对二甲苯的选择性不小于80wt％。
26.其中，反应介质采用二氧化碳或水蒸汽介质下，所述催化剂为含有金属助剂的分子筛催化剂，金属助剂采用ni、mo、fe、cu或zr中的一种或多种，所述金属助剂的加入量为沸石重量的0.5wt％～5.0wt％。
27.一种利用甲醇制备二甲苯的装置，包括固定床反应器，所述固定床反应器包括反应器壳体，所述反应器壳体内设置有内腔，所述内腔内设置有导流器，所述导流器呈锥形设置，所述导流器设置有四面，所述导流器的四面均等距阵列有导流槽，所述导流器下方设置有预热绕管，所述预热绕管下方等距设置有两组透液板。
28.其中，所述反应器壳体内壁设置有环形板，所述环形板上表面和导流器底部之间设置有弹簧。
29.其中，所述预热绕管采用蛇形盘管，以增加回热段30内的管程，强化回热盘管与反应器壳体之间的换热过程。
30.综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：
31.本发明中，涉及反应副产物具体细化处理和利用，提高总体芳烃的选择性；细化处理芳烃产物，并提高二甲苯的选择性，提高芳烃中二甲苯选择性；
32.本发明中，提供的由苯和甲醇制异构级二甲苯的方法，基化反应器中甲苯与甲醇的烷基化反应会生成部分c9 芳烃，是本发明的副产物，同时通过合理控制甲苯与甲醇的摩尔比，选择合理的工艺条件，减少了二级烷基化反应的c9 芳烃收率，附加值较高，由此提高了经济效益；
33.本发明中，提供一种利用甲醇制备二甲苯的装置，反应器内温度均匀，通过设置特殊结构的导流器，配合预热绕管，易于控制催化剂温度飞升；有效回收并利用反应所产生的热量，维持反应所需温度，节能效果好；易于拆装更换失效的反应单元，维护成本低。
附图说明
34.图1为本发明一种利用甲醇制备二甲苯的方法流程图；
35.图2为本发明一种利用甲醇制备二甲苯的装置的主视剖视结构示意图；
36.图3为本发明的图2中a部分放大结构示意图。
37.图中：1、反应器壳体；2、内腔；3、导流器；4、导流槽；5、预热绕管；6、透液板；7、环形板；8、弹簧。
具体实施方式
38.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.实施例1
42.本发明提供了如图1所示的一种利用甲醇制备二甲苯的方法，包括如下步骤：
43.s1、采用分子筛催化剂，以甲醇为主成分的混合物为原料进行甲醇的基化反应；
44.s2、所得上述反应产物经过油相分离单元和气分单元，分别得到第一油相产物、第一分离气体以及第一水相；
45.s3、所述第一分离气体经气分单元脱除氢气甲烷后返回芳构化反应器，所述第一油相产物在步骤s2中的分离单元分离为非芳烃产物和芳烃产物；
46.s4、所述芳烃产物至于烷基化反应器内，继续进行苯与甲醇的烷基化反应，脱苯塔塔底产物进入脱甲苯塔，脱甲苯塔塔顶得到的甲苯进入二级烷基化反应器与甲醇进行烷基化反应，得到以二甲苯为主的产物；
47.s5、上述所得二甲苯产物和甲醇原料至于甲基化反应器中生成二甲苯的甲基化产物；
48.s6、甲基化产物冷却后经三相分离单元分离为第二油相产物、第二分离气体和第二水相；
49.s7、第二分离气体中取其一部分重回气分单元，剩余部分返回甲基化反应器，第一
油相产物和第二油相产物返回分离单元，留得纯化后的二甲苯产物。
50.具体的，所述步骤s1中的反应介质采用二氧化碳或水蒸汽，控制反应介质压力为1.0～6.0mpa，二氧化碳与烃的摩尔比为0.5：1～5.0：1，或水与烃的摩尔比为1.0：1～4.0：1。
51.具体的，所述芳烃产物包括苯和甲苯混合物、二甲苯、c9及其以上芳烃。
52.具体的，所述甲苯甲醇甲基化反应器为固定床反应器，甲基化反应在核壳型分子筛催化剂的作用下进行，反应温度为300至500℃，反应压力为0至3mpag。
53.具体的，所述甲苯产物和甲醇原料的摩尔比为
54.1.0：1～3.0：1，所述甲基化产物中对二甲苯的选择性不小于80wt％。
55.具体的，反应介质采用二氧化碳或水蒸汽介质下，所述催化剂为含有金属助剂的分子筛催化剂，金属助剂采用ni、mo、fe、cu或zr中的一种或多种，所述金属助剂的加入量为沸石重量的0.5wt％～5.0wt％。
56.本发明还提供了一种利用甲醇制备二甲苯的装置，如图2-3所示，包括固定床反应器，所述固定床反应器包括反应器壳体1，所述反应器壳体1内设置有内腔2，所述内腔2内设置有导流器3，所述导流器3呈锥形设置，所述导流器3设置有四面，所述导流器3的四面均等距阵列有导流槽4，所述导流器3下方设置有预热绕管5，所述预热绕管5下方等距设置有两组透液板6，所述反应器壳体1内壁设置有环形板7，所述环形板7上表面和导流器3底部之间设置有弹簧8，所述预热绕管5采用蛇形盘管，以增加回热段30内的管程，强化回热盘管与反应器壳体1之间的换热过程，在反应器壳体1顶部设有进液口，内部设置有布液槽，此为现有技术，保证液体比较均匀地到达导流槽4内；所述导流槽4捏分布有布液孔，为无限点液体分布器的二次布液提供了良好的条件，保证了填料中的液体分布很均匀。
57.实施例2
58.本技术还提供一种处理二甲苯废气的固定床反应器内，主要反应机制为电解循环反应，步骤如下：
59.(1)吸附体系纳米mn/ti双金属复合型材料，以模板剂作为结构引导，使金属晶体生长于一定的骨架结构中，材料具有一定的空间结构，活性炭自身可作为吸附材料使用，两者均具有巨大的比表面积，内部孔道发达，吸附性能极佳，吸附容量大，废气中污染物经过催化层时可被完全吸附；
60.(2)电解体系：经过喷淋水的湿润，催化剂层电阻极大的降低，电极板通电后，通过静电感应使固化剂颗粒带电，形成微小原电池，被吸附在催化剂表面及内部孔道的污染物直接被电解，通过得失电子发生氧化还原反应而降解；水在阴极得电子与氧发生反应生成强氧化性oh，oh间接氧化污染物；
61.(3)催化剂体系：mn和ti两种金属氧化物具有协同作用，在通电条件下，水和氧在催化剂表面可快速生成oh对污染物进行氧化，在电场作用下，tio2外围电子轨道电子发生跃迁，在tio2表面形成电子“空穴”，“空穴”具有极强的氧化性，可间接氧化污染物。
62.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
63.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。