[发明专利]一种用于甲醇高选择性制备二甲苯和二甲苯异构体定向转化的系统和方法

说明书

本发明提供了一种以甲醇为原料高选择性制备二甲苯和二甲苯异构体定向转化的系统和方法。所述系统包括以下装置：甲醇芳构化反应单元(R‑1)；三相分离单元(D‑1)；脱苯塔单元(T‑1)、脱甲苯塔单元(T‑2)和脱二甲苯塔单元(T‑3)；苯‑甲苯烷基化反应单元(R‑2)；甲苯‑三甲苯烷基转移反应单元(R‑3)和二甲苯异构化反应单元(R‑4)。通过所述系统和方法，能够灵活、有效地控制二甲苯产品类型，获得单一结构(对位、邻位或间位)或根据需要预设比例的二甲苯异构体产物，具有工艺完整、成本低、二甲苯收率高和产品方案灵活的特点。

技术领域

本发明涉及甲醇制二甲苯的化工工艺领域，尤其涉及一种以甲醇为原料高选择性制备二甲苯和二甲苯异构体定向转化的系统和方法。

背景技术

芳香烃类化合物在已知的800万种有机物中大约占据30％，是石油化工行业的重要基础原料。其中，BTX芳香烃(苯、甲苯和二甲苯)被称为一级有机基本原料，产量仅次于乙烯和丙烯，其衍生物可以用来生产橡胶、化纤和塑料等多种化工产品，在我国国民经济中占据非常重要的地位。在BTX芳香烃中，PX(对二甲苯)的需求量最大，主要作为生产聚酯树脂和涤纶纤维等的原料；OX(邻二甲苯)是生产苯酐、染料和杀虫剂等的化工原料；MX(间二甲苯)在工业上的用量远不如前两者，目前多借助于异构化方式生产PX(对二甲苯)和 OX(邻二甲苯)，或者作为有机溶剂。

目前，BTX主要来自于石油基原料路线——通过催化重整和裂解汽油加氢的方式获得。我国是世界上最大的BTX芳香烃消耗国，因此，对石油的依赖程度很高，但我国又是一个相对富煤少油的国家，石油资源的匮乏导致BTX芳烃的生产面临着较大的经济压力，存在着成本高和自给率较低的问题。以PX(对二甲苯)为例，2010年对外进口量仅为353万吨，对外依存度仅为35.19％，2016年进口量达到1200万吨，对外依存度为57.6％，到2018年，进口量增至1590.3万吨，对外依存度攀升到61.2％。与此同时，以煤为原料合成甲醇技术已十分成熟，若能开辟一条以甲醇为原料制取BTX芳香烃，特别是PX(对二甲苯)新路径，不仅能为我国的甲醇产品深加工开辟一条可行的路径，而且还能大幅减少芳烃需求对石油资源的依赖度，具有重要的经济和战略意义。

专利CN1880288A公开了一种甲醇制取芳香烃的工艺。该工艺以甲醇为原料，以改性 ZSM-5分子筛作为催化剂，在操作温度为300～500℃、操作压力为0.1～5.0MPa、原料液体质量空速为0.1～10h^-1的条件下，完成两步催化转化工艺。甲醇首先在第一反应器中转化生成混合烃类，产物液化后进入第二反应器进行芳构化反应，最终生成芳香烃混合物。该工艺缺点是能耗偏高，且C₆、C₇和C₉芳香烃未进一步转化为二甲苯，因此，二甲苯总收率较低。

专利CN104098418A公开了一种甲醇芳构化工艺，其步骤是：1)甲醇进入反应器管程与管程催化剂接触，操作温度为400～450℃，操作压力为0.1～5Mpa，原料甲醇的液体空速为 0.5～7.0h^-1；2)管程出来的反应产物进入反应器壳程与壳程催化剂接触，操作温度为330～ 380℃，操作压力为0.1～3.5Mpa，操作空速0.4～4.0h^-1，经过壳程催化转化为C₅⁺烃液体产物，经过精馏分离得到芳烃和非芳烃，壳程产物中的气体产物经分离后，其中低碳烯烃返回到反应器壳程继续反应。该工艺使用一种流化床反应器，反应器管程催化剂由50～75％改性 ZSM-5、5％～30％改性SAPO-34和10％～20％粘结剂SB粉组成，壳程催化剂由改性40％～ 80％ZSM-5和20％～60％粘结剂SB粉组成，有效地强化了甲醇和催化剂活性中心之间的接触，提高了芳香烃产物的收率，但同样存在二甲苯选择性偏低的问题。