CN103201238B - 苯的烷基化反应 - Google Patents
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Abstract
一种制备烷基苯的方法，该方法包括：输送C1到C6醇和苯到催化蒸馏反应器系统，该系统包括一个含有烷基化催化剂的高反应区和一个含有烷基转移催化剂(与烷基化催化剂相同或不同)的低反应区。在催化蒸馏反应器系统中同时进行：一部分醇和苯在高反应区反应生成混合物，其中含有水、烷基苯、烷基醚、未反应的醇、未反应的苯以及包括二烷基苯在内的多烷基化产物；一部分多烷基化产物与苯在低反应区反应形成更多的烷基苯；并且对反应混合物进行分馏；从催化蒸馏反应器系统中回收顶馏分，其中包括苯、未反应的醇、水和烷基醚；从催化蒸馏反应器系统中回收底馏分，其中包括苯、烷基苯和多烷基化产物。
Description
技术领域
本发明主要涉及烷基苯的制备方法，其中包括乙基苯和枯烯。
背景技术
目前乙基苯和枯烯是通过苯分别与烯烃，也就是乙烯或丙烯在酸催化作用下反应制备。最近，苯烷基化过程采用相应的醇类作为烷基化试剂。枯烯，也叫异丙基苯，可用作制备苯酚、丙酮以及甲基苯乙烯。乙基苯可用作制备苯乙烯。烷基取代的芳烃还可用作高辛烷值的运输燃料。已经有多种烷基芳烃制备的方法被报道。
现有制备乙基苯和枯烯的方法在获得想要的单烷基化产物的同时也免不了会产生多烷基化产物。因此通常会把多烷基化产物与苯进行烷基转移反应以产生更多的单烷基苯，烷基转移反应一般是把多烷基化产物回流到烷基化反应器中或将多烷基化产物输送到另外的烷基转移反应器中去进行。但是，这些程序需要额外的分离处理装置或者独立的烷基转移反应器，这会显著增加程序的复杂性，部件的数量，操作的步骤以及成本。
发明内容
发明人发现，通过整合蒸馏、催化烷基化反应和催化烷基转移反应体系，可以改进苯和醇的烷基化反应过程。例如，催化蒸馏反应器系统可以用于乙醇和苯合成苯乙烯的反应。苯可以与回流液体混合并被带到蒸馏塔顶。新鲜的乙醇、未反应的乙醇、副产物乙醚(也是一种烷基化试剂)以及可能产生的部分回收的苯和多烷基化苯可以被输送到位于塔上部的烷基化催化剂以及塔下部的烷基转移催化剂之间。这样，蒸馏、烷基化和烷基转移化这三个反应系统就可以统一到一个反应塔中，以此减少至少一个在制备乙基苯常规过程中使用的主要反应器。枯烯和其他烷基苯也可以采用类似方式使用相应醇类制备。
一方面，本发明涉及有关烷基苯的制备方法，该方法包括：将C1-C6醇和苯输送到催化蒸馏反应系统中，该系统包括一个含有烷基化催化剂的高反应区以及一个含有烷基转移催化剂(其与烷基化催化剂相同或不同)的低反应区，在这个催化蒸馏反应器系统中同时发生以下反应：一部分醇和苯在高反应区中反应形成反应混合物，其中含有水、烷基苯、烷基醚、未反应的醇、未反应的苯以及多烷基化物包括二烷基苯；一部分多烷基化物和苯在低反应区反应形成更多的烷基苯；然后将反应混合物分馏；回收催化蒸馏反应器系统中的塔顶馏分，包含苯、未反应的醇、水和烷基醚，回收催化蒸馏反应器系统中的底馏分，包含苯、烷基苯和多烷基化物。
另一方面，本发明涉及有关乙基苯的制备方法，该方法包括：将乙醇和苯输送到催化蒸馏系统中，该系统包括一个含有烷基化催化剂的高反应区以及一个含有烷基转移催化剂(其与烷基化催化剂相同或不同)的低反应区，在这个催化蒸馏反应器系统中同时发生以下反应：一部分乙醇和苯在高反应区中反应形成反应混合物，其中含有水、乙基苯、乙醚、未反应的乙醇、未反应的苯以及多烷基化物包括二乙基苯；一部分多烷基化物和苯在低反应区反应形成更多的乙基苯；然后将反应混合物分馏；回收催化蒸馏反应器系统中的塔顶馏分，包含苯、乙醇、水和乙醚，回收催化蒸馏反应器系统中的底馏分，包含苯、乙基苯和多烷基化物；将塔顶馏分浓缩和相分离形成含有苯的第一液体馏分以及含有水、乙醇和乙醚的第二液体馏分；将催化蒸馏反应器系统中的塔底馏分在第一蒸馏塔中分离，回收含有苯的塔顶馏分以及含有乙基苯和多烷基化物的塔底馏分；将至少一部分第一液体馏分输送到催化蒸馏反应器系统中回流；将第二液体馏分在第二蒸馏塔中分离，回收含有乙醇和乙醚的塔顶馏分以及含有水的塔底馏分；将乙醇和至少一部分来自第二蒸馏塔的塔顶馏分输送到催化蒸馏反应器系统的高反应区与低反应区中间。
另一方面，本发明涉及有关枯烯的制备方法，该方法包括：将异丙醇和苯输送到催化蒸馏系统中，该系统包括一个含有烷基化催化剂的高反应区以及一个含有烷基转移催化剂(其与烷基化催化剂相同或不同)的低反应区，在这个催化蒸馏反应器系统中同时发生以下反应：一部分异丙醇和苯在高反应区中反应形成反应混合物，其中含有水、异丙基苯、异丙基醚、未反应的异丙醇、未反应的苯以及多烷基化物包括二异丙基苯；一部分多烷基化物和苯在低反应区反应形成更多的异丙基苯；然后将反应混合物分馏；回收催化蒸馏反应器系统中的塔顶馏分，包含苯、异丙醇、水和异丙基醚，回收催化蒸馏反应器系统中的底馏分，包含苯、异丙基苯和多烷基化物；将塔顶馏分浓缩和相分离形成含有苯的第一液体馏分以及含有水、异丙醇和异丙基醚的第二液体馏分；将催化蒸馏反应器系统中的塔底馏分在第一蒸馏塔中分离，回收含有苯的塔顶馏分以及含有异丙基苯和多烷基化物的塔底馏分；将至少一部分第一液体馏分输送到催化蒸馏反应器系统中回流；将第二液体馏分在第二蒸馏塔中分离，回收含有异丙醇和异丙基醚的塔顶馏分以及含有水的塔底馏分；将异丙醇和至少一部分来自第二蒸馏塔的塔顶馏分输送到催化蒸馏反应器系统的高反应区与低反应区中间。
本发明的其他方面和优势将在以下描述以及附加的权利要求中说明。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例简化的苯烷基化的工艺流程图。
图2是根据本发明的一个实施例简化的苯烷基化的工艺流程图。
图3是根据本发明的一个实施例简化的苯烷基化的部分工艺流程图。
图4是根据本发明的一个实施例简化的苯烷基化的工艺流程图。
图5是根据本发明的一个实施例简化的苯烷基化的工艺流程图。
具体实施方式
在本申请的范围里，“催化蒸馏反应器系统”表示一种仪器，其中催化反应和产物分离至少局部同时进行。该仪器包含一个传统的催化蒸馏塔反应器，在沸点条件下反应和蒸馏在里面可以同时进行，或者蒸馏柱与至少一个侧反应器有效连接，蒸馏塔内的侧馏分可作为侧反应器的原料，同时反应后的产物又流回到蒸馏塔内，这个侧反应器相当于一个液相反应器、气相反应器或者沸点反应器。所描述的两种催化蒸馏反应器系统可以优于传统的液相反应加后续的分离操作，催化蒸馏柱反应器在减少器件、降低成本、排热效率高(反应放出的热量可能会被混合物蒸发吸收)，和使平衡移动的能力等方面具有优势。对于多部分分隔的蒸馏塔，如果蒸馏塔的一部分包含催化蒸馏结构，也会用到，在此也叫做“催化蒸馏反应器系统”。
在此公开的方法包括任意数量的反应器，包含上流式和下流式的催化蒸馏反应器系统。利用催化蒸馏反应器系统可以防止污染物以及重催化剂毒物在输送过程中接触催化剂。此外，干净的回流液体会持续清洗催化区域。这些因素结合起来可以维持催化剂的长期有效性。反应热使得液体蒸发，蒸发的气体在塔顶冷凝器冷凝以形成更多的回流液体。分馏柱内自然的温度分布形成了一个几乎等温的催化剂床，而传统的固定床反应器的温度会升高。
一方面，本发明涉及有关烷基苯的制备方法，其中包含乙基苯和枯烯。苯与某种醇的烷基化反应可用以下反应表示。苯与其他醇类的烷基化反应以类似方式进行，产生水和相应的烷基化物。
苯+甲醇→甲苯+水 (I)
苯+乙醇→乙苯+水 (II)
苯+异丙醇→枯烯+水 (III)
需要时，甲苯的烷基化反应也可以通过相似方法实现。
烷基苯的制备方式是将C1-C8醇和苯输送到催化蒸馏系统中，该系统包括一个含有烷基化催化剂的高反应区以及一个含有烷基转移催化剂(其与烷基化催化剂相同或不同)的低反应区。例如，高反应区可能位于蒸馏塔的精馏区而低反应区可能位于蒸馏塔的提馏区。
在催化蒸馏反应器系统中，至少有一部分苯和醇在塔内向上蒸馏，苯与醇在烷基化催化剂表面反应产生烷基苯和水。醇也可能自身反应形成烷基醚。另外，烷基苯可能在烷基化催化剂作用下继续进行烷基化反应产生二烷基苯，三烷基苯，或者更高的多烷基苯。在高反应区产生的烷基苯和多烷基产物接着可能向下流过蒸馏塔，与烷基转移催化剂接触并将烷基苯和多烷基苯作为底馏分回收。在低反应区的苯可以与多烷基产物进行烷基转移反应产生更多的单烷基化产物。此外，苯可能与醇或烷基醚在烷基转移催化剂作用下反应，同样产生更多的单烷基化产物。
发生上述反应同时，原料组分和反应产物在催化蒸馏反应器系统中是分开的(分段蒸馏)。苯、未反应的醇、水和烷基醚在塔内作为塔顶馏分回收，而苯、烷基苯和多烷基苯作为塔底馏分回收。
为了满足苯和醇在反应区的烷基化反应达到适宜反应条件，需要对催化蒸馏的设备条件进行控制。在一些实施例中，反应区温度保持在200°F到700°F(93℃到371℃)；在其他实施例中200°F到400°F(93℃到204℃).
醇和苯的进料摩尔比在一些实施例中是从0.1∶1到10∶1；在另外的实施例中0.8∶1到2∶1；在另一些实施例中是从0.9∶1到1.1∶1。
在此公开的实施例中所用的醇类包括C1到C6的一级和二级醇。例如在此公开的实施例中包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇和叔丁醇。
任何用来催化苯与醇进行烷基化反应和/或烷基转移反应的催化剂都可以用在本发明的方法中。例如，分子筛或者沸石类催化剂就可以用来催化苯的烷基化反应和/或烷基转移反应。在此公开的实施例中用到的分子筛包括沸石矿物系中的多孔结晶三维铝硅酸盐。其晶体结构由每个硅原子和铝原子周围包围四个氧原子形成。分子筛这个术语可以用于表示天然形成的沸石和人工合成的沸石。天然形成的沸石其孔径大小不规则，通常不认为等同于人工合成的沸石。也可以用人工合成的非定形二氧化硅以及氧化铝。
合成沸石一般在钠型树脂中制备，其中每个铝四面体都紧密靠近一个钠阳离子以此平衡电荷。目前，已经有七种重要的分子筛被报道，即A，X，Y，L，毛沸石，omega沸石和发光沸石。A型沸石具有相对较小的有效孔径(直径)。X和Y型沸石的孔径较大并且Al2O3和SiO2的比例不同，L型沸石其Al2O3和SiO2的比例较高。
在一组实施例中，所公开的方法中用到的催化剂含有一种沸石有时也被叫做中孔或ZSM-5型沸石。在其他实施例中，所用沸石可以是一种中孔形状选择性酸性金属杂原子分子筛沸石，是从一些包含ZSM-5，H-ZSM-5，ZSM-11，ZSM-12，ZSM-22，ZSM-23，ZSM-35，ZSM-50，MCM-22以及较大孔径的Y和Beta沸石中选择出来的。在一组实施例中，质子形式的beta催化剂被发现是一种能有效促进苯烷基化和烷基转移反应的特定催化剂。
所公开的实施例中其他用到的催化剂还包括磷改性沸石，氧化铝和二氧化硅。例如，在所公开的实施例中所用到的一种特定催化剂是AlPO4。在另外一个实施例中AlPO4可以负载在氧化铝上。
为了促进分馏和提高催化活性，以上描述的催化剂可以制备成蒸馏结构形式。催化蒸馏结构必须既有催化剂也有质量传递介质的功能。催化剂必须在蒸馏塔中适当地固载并且隔开，才能起到催化蒸馏结构的作用。
在一些实施例中，催化剂包含一种结构，该结构被美国专利5730843公开，这里合并到引用中。在其他实施例中，一种或多种以上描述的催化剂可能存在于几个一端封闭的金属丝网管中，管铺设在一片金属丝网材料如丝网涂抹器上。接着将片和管卷成一捆以固定在蒸馏塔反应器上。该实施例在例如美国专利5431890中也有描述，在这里与引用合并。其他用到的催化蒸馏结构在美国专利4302356,4443559,4731229,5073236,5431890,5266546以及5730843中都有公开，都分别合并到了引用中。
如上所述，醇在烷基化催化剂的作用下脱水形成烷基醚副产物。烷基醚是一种烷基化试剂，可以在烷基化催化剂或者烷基转移催化剂的作用下与苯反应形成烷基苯。从塔顶馏出物中回收的烷基醚可以循环到塔中与苯反应。这样，烷基醚的生成和消耗达到平衡，从而没有净剩的烷基醚产生。
参考图1，如图所示为根据在此公开的实施例描绘的生产烷基苯的一个简化工艺流程图。新鲜醇原料通过管道12进入催化蒸馏反应器系统10。新鲜苯通过管线14进入催化蒸馏反应器系统10。在一些实施例中，苯可以通过单独的液流(图中未标)向催化蒸馏反应器系统10中添加，比如当另加的苯或者本地添加的苯流动有助于塔工作达到最优化的时候。催化蒸馏反应器系统10包括一个含有铺着烷基化催化剂的高反应区16，以及一个铺着烷基转移催化剂的低反应区18。
在高反应区16中，苯和醇与烷基化催化剂接触并反应生成烷基苯，水和副产物，如二烷基苯，三烷基苯以及其他多烷基苯产物，还有醇在烷基化催化剂作用下脱水产生的烷基醚。塔的精馏区(在醇的进料区之上)也可以将烷基苯和多烷基苯与未反应的苯，未反应的醇，水和烷基醚分开，并从催化蒸馏反应器系统10中作为塔顶馏分通过管道20回收。
在低反应区18中，苯与烷基醚和/或醇发生烷基化反应。此外，苯还可以与多烷基苯反应形成更多的单烷基化产物。塔的提馏区(醇进料区下)也可以用来将较轻的成分(水，醇和烷基醚)从烷基苯产物中分离出来。未反应的苯，烷基苯和多烷基苯可以通过管道22从催化蒸馏反应器系统10中作为底馏分回收。
在图1中，苯在催化蒸馏反应器系统10中是向下流动的。在这种情况下，新鲜的苯与各种循环流动的液体混合，在催化蒸馏反应器系统10中作为回流原料。在其他实施例中，管道14可以作为回流管，将一部分顶馏分输送回塔内，新鲜苯则在较低的进料口引入，比如其中可能的位置是高反应区和低反应区中间。
图1也描述了将醇在高低反应区中间引入到催化蒸馏反应器系统10。在一些实施例中，可能用到两种或者多种醇原料，沿着塔边的进料口加入醇原料。这样可以防止局部醇浓度过高，从而降低脱水反应程度。引入塔内的新鲜的醇原料也同样与多种循环流动的液体混合，相关实施例描述如下。
参考图2，如图所示为根据在此公开的实施例描绘的制备烷基苯的一个简化工艺流程图，其中各个部位用数字表示。其中大体流程图与图1相同，新鲜苯从管道14从塔顶进入，与循环组分混合，新鲜醇从高低反应区中间通过管道12加入，与循环组分混合。
通过管道22从催化蒸馏反应器系统10回收的底馏分含有苯、烷基苯以及多烷基苯，包括二烷基苯，三烷基苯和更高的烷基苯。底馏分接下来被输送到第一个分离塔24中以将苯从烷基苯和多烷基苯中分离出来。分离出的苯作为顶馏分从塔24中通过管道26回收。回收苯再通过管道26循环回到催化蒸馏反应器系统10中再次通过反应区。
烷基苯和多烷基苯可以作为底馏分首先通过管道28从分离塔24中回收。接着烷基苯和多烷基苯被输送到第二分离塔30中将烷基苯与多烷基苯分离。如图2所示，烷基苯作为顶馏分通过管道32从第二分离塔30中回收，二烷基苯或者二烷基苯和三烷基苯作为侧馏分通过管道34从第二分离塔30中回收，较重的多烷基苯作为底馏分通过管道36从第二分离塔30中回收。如果需要的话，侧馏分可以循环回到催化蒸馏反应器系统10中在塔的低反应区与苯继续反应产生更多的烷基苯。
通过管道20从催化蒸馏反应器系统回收的顶馏分中含有苯，醇，烷基醚和水。顶馏分接着通过如间接热交换器和沉降鼓40等装置进行冷凝和相分离。为了达到适当的液-液分离，必须将冷凝物冷却到50℃或更低。相分离的上部液体是一种烃类液体组分，可能含有苯以及一些烷基醚和/或醇，而下部是水溶液组分，可能含有水、醇和烷基醚。上部液体组分，主要是苯，可以通过管道42从沉降鼓40中回收，其中一部分可以循环到塔内与新鲜苯混合成为回流液体，一部分与新鲜醇原料一起循环到塔内。所以如图所示，回流管道44含有新鲜的苯，从第一分离塔24中回收的苯以及从沉降鼓40中回收的苯。
下部液体组分，包含水、醇和烷基醚，可以通过管道46从沉降鼓40中回收并输送到第三分离塔48中以将水与醇和烷基醚分开。水可以通过管道50从第三分离塔48中作为底馏分回收，根据需要对其进行处理。醇和烷基醚可以从管道52从第三分离塔48中回收再通过管道54循环回催化蒸馏反应器系统10中继续反应。因此，如图所示，塔的输送管道56中含有新鲜醇原料，从沉降鼓40回收的苯，从第三分离塔48回收的醇和烷基醚以及从第二分离塔30回收的多烷基苯。
在第三分离塔48中对水、烷基醚和醇进行分离会使得顶馏分中含有水。例如，当这个三元系统形成一种共沸混合物，水可以被顶馏分带着通过管道回收。为了控制循环到催化蒸馏反应器系统10的水量，要用到如图3所示的分离系统。通过管道46从沉降鼓40中回收的水溶液组分被输送到第三分离塔48中以进行上述分离。在本实施例中，通过管道52回收的顶馏分包括水，醇和烷基醚。顶馏分接着与含有苯的液流58混合，比如一部分或者全部新鲜苯流14，一部分或者全部通过管道26从第一分离塔24回收的苯，或者一部分或全部通过管道42从沉降鼓40中回收的上部液体组分，或者这些液流的两种或者多种的混合或者其中部分混合。混合后的液体接着在沉降鼓60中相分离，其中烃类组分，包括苯、醇和烷基醚，通过管道62回收，水溶液组分通过管道64回收。该水溶液组分可能包含醇和烷基醚，并可以循环到第三分离塔48中继续分离并回收其中的醇和烷基醚。
参考图4，如图所示为根据在此公开的实施例描绘的一个制备烷基苯的一个简化工艺流程图，其中各部件用数字表示。在该实施例中新鲜的苯原料和新鲜的醇原料在高、低反应区16、18中间引入并进行反应/蒸馏，如图1所示。通过管道20从催化蒸馏反应器系统10回收的顶馏分通过间接热交换器38和沉降鼓40冷凝和相分离，如上所述。下部液相组分通过管道46回收并输送到分离塔48中进行如图3所示的分离。如图所示，从第三分离塔48输送到沉降鼓60的顶馏分与新鲜的苯14和作为顶馏分通过管道26从分离塔24回收的循环苯混合。
一部分上部的液相组分通过管道42回收并通过管道70作为回流液体输送到催化蒸馏反应器系统10中。剩下的上部液相组分与通过管道62从沉降鼓60中回收的烃类组分以及通过管道12输送的新鲜醇原料合并，作为原料通过管道56引入塔内。
通过管道22从催化蒸馏反应器系统10中回收的底馏分也会进行以上描述的流程，将二烷基苯作为侧馏分回收并循环到塔内。烷基苯选择性地作为顶馏分通过管道32回收，而多烷基苯，包括二烷基苯和三烷基苯可以作为底馏分通过管道72从第二分离塔30回收。多烷基苯随后进行反应，分离，或者如果适用于生产设备的话，可用作燃料原料。
参考图5，如图所示是根据在此公开的实施例描绘的一个生产烷基苯的一个简易工艺流程图，其中各部件用数字表示。从催化蒸馏反应器系统10中回收的顶馏分进行类似图4描述的反应，其中一部分上部液体组分42用作塔内回流70，新鲜苯14与从第三分离塔48回收的顶馏分52合并来控制循环到催化蒸馏反应器系统10中的水量。
在这个实施例中，为了保证从管道22回收的底馏分中的苯含量小于0.03wt.％，催化蒸馏反应器系统10需要始终保持在工作状态。底馏分接着会直接被输送到分离塔30中，从而烷基苯作为顶馏分通过管道32分离，多烷基苯则作为底馏分36回收。如图2描述，如果需要，侧馏分可以通过管道24从塔30中回收，该侧馏分含有二烷基苯和三烷基苯，可以循环到催化蒸馏反应器系统10中用来产生更多的烷基苯。其中底馏分含有很少浓度的苯，最终烷基苯产物液体32中含有纯度至少99.95wt.％的烷基苯。
我们还发现利用所描述的完整的蒸馏、烷基化和烷基转移化体系，对设备的需求大大降低。例如，为了降低从催化蒸馏反应器系统10中回收的顶馏分的温度可以通过将该顶馏分与通过管道50从第三分离器48回收的底馏分，以及通过管道26从第二分离器24中回收的顶馏分进行间接热交换。另外，顶馏分可以与水/蒸汽进行间接热交换产生温度较高的水或低压或中亚蒸汽，并利用到该工艺的其他部分，比如可以用来与通过管道52从第三分离器48回收的顶馏分进行间接热交换并使其冷凝。通过管道46从沉降鼓40回收的下部液相组分也可以首先利用通过管道50从第三分离器48回收的底馏分加热后再输送到第三分离器48中。利用本工艺的热集成优势可以有效减少或者消除对于冷却水的需求，并可以利用在工艺流程中烷基化反应放热所产生的所有热量。
如上所述，在此公开的实施例中通过催化蒸馏工艺过程集合蒸馏、催化烷基化以及催化烷基转移化系统制备乙基苯和枯烯。相对于制备烷基苯的传统工艺结构本公开实施例具有以下几方面优势：
●相对于传统的乙醇或者现在商用的乙烯为基础的烷基化过程减少45％的能量消耗。具体为催化蒸馏反应器系统的重沸器和冷凝器的能量消耗可以减少到50％，苯回收塔能量消耗减少到50％，苯回收塔冷凝器能量消耗减少到40％，并且该系统不需要烷基转移化反应进料加热器。
●减少了设备部件数量，相对于现有商用乙烯为基础的烷基化工艺其成本也降低到60％。可以消除的工艺中的设备部件具体为以下一些：(1)整理器，(2)烷基转移化反应器，(3)二乙基苯/三乙基苯蒸馏塔，(4)轻馏分汽提塔，(5)排气吸收器，(6)乙烯压缩机，(7)所有相关辅助设备比如泵，重沸器，冷凝器，沉降鼓以及与(1)到(6)相关的控制系统。
●相对于现有商用乙烯烷基化工艺系统，电力消耗可以降低到50％。具体的，泵的数量可以降低一半以上，并且不需要压缩机。
●冷却水用量可以减少到100％，并且冷却水可以被有效利用产生低压蒸汽。
●下游设备的尺寸可以减小
●催化剂利用率以及循环次数相比于固定床工艺提高，后者由于焦化和中毒使得利用率降低。在催化蒸馏反应器系统中，由于塔内液体流动催化剂一直被清洗，塔内不会存在过热部位。因此，催化剂寿命延长并且系统工作稳定。
●运营成本可以降低到50％或更多。节省了所取消设备项目的运营成本和使用
综上所述，在此描述的方法为苯的烷基化提供了一种新的工艺方案，并且可以利用较少的能量、设备消耗以及较低的成本有效制备高纯度的烷基苯。
尽管该公开的方案只包括有限数量的实施例，为了使得本领域的技术人员可以通过本公开方案鉴别其他不超过本公开方案范围的实施例，该保护范围受到以下附加权利说明书的限制。
Claims (29)
1.一种制备烷基苯的方法，该方法包括：
将C1到C6醇和苯输入到催化蒸馏反应器系统中，该系统包括一个含有烷基化催化剂的高反应区和一个含有烷基转移催化剂的低反应区，其中烷基转移催化剂与烷基化催化剂可以相同或不同；
在催化蒸馏反应器系统中同时进行：
一部分醇和苯在高反应区反应生成混合物，其中含有水、烷基苯、烷基醚、未反应的醇、未反应的苯以及包括二烷基苯在内的多烷基化产物；
一部分多烷基化产物与苯在低反应区反应形成更多的烷基苯；并且
对反应混合物进行分馏；
从催化蒸馏反应器系统中回收顶馏分，其中包括苯、未反应的醇、水和烷基醚；
从催化蒸馏反应器系统中回收底馏分，其中包括苯、烷基苯和多烷基苯。
2.权利要求1所述的方法，其中醇为乙醇，烷基苯为乙基苯。
3.权利要求1所述的方法，其中醇为异丙醇，烷基苯为枯烯。
4.权利要求1所述的方法，进一步包括：
控制催化蒸馏反应器系统使得底馏分含有少于0.03wt.％苯；并且
将底馏分分馏回收含有烷基苯和苯的顶馏分以及含有多烷基产物的底馏分。
5.权利要求4所述的方法，其中顶馏分包括含有至少99.95wt.％烷基苯的乙基苯。
6.一种乙基苯的制备方法，该方法包括：
将乙醇和苯输入到催化蒸馏反应器系统中，该系统包括一个含有烷基化催化剂的高反应区和一个含有烷基转移催化剂的低反应区，所述烷基转移催化剂与所述烷基化催化剂相同或不同；
在该催化蒸馏反应器系统中同时进行：
一部分醇和苯在高反应区反应生成混合物，其中含有水、乙基苯、乙醚、未反应的乙醇、未反应的苯以及包括二乙苯在内的多烷基化产物；
一部分多烷基化产物与苯在低反应区反应形成更多的乙基苯；并且
对反应混合物进行分馏；
从催化蒸馏反应器系统中回收顶馏分，其中包括苯、乙醇、水和乙醚；
从催化蒸馏反应器系统中回收底馏分，其中包括苯、乙基苯和多烷基化产物；
将顶馏分冷凝和相分离形成含有苯的第一液相组分以及含有水、乙醇和乙醚的第二液相组分；
将来自催化蒸馏反应器系统的底馏分在第一蒸馏塔中分离，回收含有苯的顶馏分以及含有乙基苯和多烷基化产物的底馏分；
输送至少一部分第一液相组分到催化蒸馏反应器系统中作为回流；
在第二蒸馏塔中分离第二液相组分，回收含有乙醇和乙醚的顶馏分以及含有水的底馏分；
输送醇原料以及至少一部分从第二蒸馏塔回收的顶馏分到催化蒸馏反应器系统的高、低反应区中间。
7.权利要求6所述的方法，进一步包括输送一部分第一液相组分到催化蒸馏反应器系统的高、低反应区中间。
8.权利要求6所述的方法，进一步包括在第三蒸馏塔中将第一蒸馏塔的底馏分分离，回收含有乙基苯的塔顶馏分和含有多烷基化产物的底馏分。
9.权利要求6所述的方法，进一步包括将来自第一蒸馏塔的底馏分分离，回收含有乙基苯的顶馏分，含有二乙基苯的侧馏分以及含有多烷基化产物的底馏分。
10.权利要求9所述的方法，进一步包括输送至少一部分侧馏分到催化蒸馏反应器系统的高、低反应区中间。
11.权利要求10所述的方法，其中侧馏分进一步包括三乙基苯。
12.权利要求9所述的方法，进一步包括利用含有多烷基化合物的底馏分作为燃料原料。
13.权利要求6所述的方法，其中顶馏分的冷凝和相分离包括将来自催化蒸馏反应器系统的顶馏分用至少以下一种方式进行间接热交换：
至少一部分含水的底馏分，
至少一部分来自第二蒸馏塔的顶馏分；
水；和
蒸汽。
14.权利要求6所述的方法，其中高反应区的催化剂和低反应区的催化剂相同。
15.权利要求6所述的方法，进一步包括输送苯原料，至少一部分第一液相组分和至少一部分来自第一蒸馏塔的顶馏分到催化蒸馏反应器系统中作为回流。
16.权利要求6所述的方法，进一步包括：
将苯和至少一部分来自第二蒸馏塔的顶馏分合并以形成混合物；
将该混合物相分离以回收第三液相组分，其中包括苯、乙醇和乙醚以及一种第四液相组分，其中含有水、乙醇和二乙醚；
将第四液相组分循环到第二蒸馏塔中；以及
输送第三液相组分和一部分第一液相组分到催化蒸馏反应器系统的高、低反应区中间。
17.权利要求16所述的方法，包括合并至少一部分来自第一蒸馏塔中的顶馏分、苯、至少一部分第二蒸馏塔中的顶馏分以形成混合物。
18.一种枯烯的制备方法，该方法包括：
将异丙醇和苯输入到催化蒸馏反应器系统中，该系统包括一个含有烷基化催化剂的高反应区和一个含有烷基转移催化剂的低反应区，所述烷基转移催化剂与所述烷基化催化剂相同或不同；
在该催化蒸馏反应器系统中同时进行：
一部分异丙醇和苯在高反应区反应生成混合物，其中含有水、枯烯、异丙醚、未反应的异丙醇、未反应的苯以及包括二异丙苯在内的多烷基化产物；
一部分多烷基化产物与苯在低反应区反应形成更多的枯烯；并且
对反应混合物进行分馏；
从催化蒸馏反应器系统中回收顶馏分，其中包括苯、异丙醇、水和异丙基醚；
从催化蒸馏反应器系统中回收底馏分，其中包括苯、枯烯和多烷基化产物；将顶馏分冷凝和相分离形成含有苯的第一液相组分以及含有水、异丙醇和异丙基醚的第二液相组分；
将来自催化蒸馏反应器系统中的底馏分在第一蒸馏塔中分离以回收含有苯的顶馏分以及含有枯烯和多烷基化产物的底馏分；
输送至少一部分第一液相组分到催化蒸馏反应器系统中作为回流；
在第二蒸馏塔中分离第二液相组分，回收含有异丙醇和异丙基醚的顶馏分以及含有水的底馏分；
从第二蒸馏塔中输送异丙醇原料和至少一部分顶馏分到催化蒸馏反应器系统的高、低反应区中间。
19.权利要求18所述的方法，进一步包括输送一部分第一液相组分到催化蒸馏反应器系统的高、低反应区中间。
20.权利要求18所述的方法，进一步包括在第三蒸馏塔中将来自第一蒸馏塔的底馏分分离，回收含有枯烯的塔顶馏分和含有多烷基化产物的底馏分。
21.权利要求18所述的方法，进一步包括将来自第一蒸馏塔的底馏分分离，回收含有枯烯的顶馏分，含有二异丙基苯的侧馏分以及含有多烷基化产物的底馏分。
22.权利要求21所述的方法，进一步包括输送至少一部分侧馏分到催化蒸馏反应器系统的高、低反应区中间。
23.权利要求22所述的方法，其中侧馏分进一步包括三异丙基苯。
24.权利要求21所述的方法，进一步包括利用含有多烷基化合物的底馏分作为燃料原料。
25.权利要求18所述的方法，其中顶馏分的冷凝和相分离包括将来自催化蒸馏反应器系统的顶馏分用至少以下一种方式进行间接热交换：
至少一部分含水的底馏分，
至少一部分来自第二蒸馏塔的顶馏分；
水；和
蒸汽。
26.权利要求18所述的方法，其中高反应区的催化剂和低反应区的催化剂相同。
27.权利要求18所述的方法，进一步包括输送苯原料，至少一部分第一液相组分和至少一部分来自第一蒸馏塔的顶馏分到催化蒸馏反应器系统中作为回流。
28.权利要求18所述的方法，进一步包括：
将苯和至少一部分来自第二蒸馏塔的顶馏分合并以形成混合物；
将该混合物相分离以回收第三液相组分，其中包括苯、异丙醇和二异丙醚以及一种第四液相组分，其中含有水、乙醇和二异丙醚；
将第四液相组分循环到第二蒸馏塔中；并且
输送第三液相组分和一部分第一液相组分到催化蒸馏反应器系统的高、低反应区中间。
29.权利要求28所述的方法，包括合并至少一部分来自第一蒸馏塔的顶馏分、苯、至少一部分来自第二蒸馏塔的顶馏分以形成混合物。
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