苯与丙烯泡点烷基化工艺条件及反应器模拟研究

论文摘要

以YSBH-3型分子筛催化剂为模型催化剂,开展了苯与丙烯泡点烷基化合成异丙苯工艺条件研究,并进行了泡点反应器性能模拟分析,初步揭示了泡点反应过程规律。采用等温固定床积分反应器（内径φ22mm）和在2MPa压力下,对YSBH-3分子筛催化剂上苯与丙烯烷基化合成异丙苯进行了实验研究,系统考察了反应体系相态变化（液相反应、泡点反应、气相反应）对YSBH-3分子筛催化剂性能的影响,并与常见工业YSBH系列分子筛催化剂操作压力下（3MPa）的液相烷基化结果进行了对比分析。结果表明：（1）YSBH-3分子筛催化剂在2MPa操作压力下的性能明显优于3MPa操作压力下的性能,即,具有更高的异丙苯选择性和更低的二异丙苯和三异丙苯选择性；（2）与气相和液相烷基化结果相比,2MPa泡点温度下进行苯与丙烯烷基化具有最高的异丙苯选择性,最低的二异丙苯、三异丙苯和正丙苯选择性,这一结论对提高工业装置的异丙苯产品质量、降低分离工段负荷和减少烷基转移反应器处理量是非常有利的。以单因素实验法系统考察了液相空速（5-35 h-1）和苯与丙烯的物质的量之比（5-12）对2MPa压力下、苯与丙烯泡点烷基化过程规律的影响,最终确定的相对适宜泡点烷基化工艺条件范围为：压力2MPa,苯与丙烯的物质的量之比8:1-10:1（对应的泡点温度为176-184℃）,液相空速8-11h-1。基于所建立的反应器一维拟均相数学模型,对苯与丙烯泡点烷基化合成异丙苯反应器性能进行了模拟分析,考察了进料组成和操作方式对床层温度和产物选择性的影响。结果显示,对于三段绝热床烷基化反应器,第一段采用泡点烷基化,二、三段采用液相烷基化的操作方式,既有效地克服了泡点烷基化反应中操作温度较高的缺点,也保持了异丙苯的较高选择性。因此适宜的操作模式为：2MPa操作压力,苯烯新鲜原料进料比为4:1,苯各段进料比为0.5:0.25:0.25,第一段床层采用泡点温度进料,二三段床层液相操作（进料温度为40℃）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 异丙苯的性质和用途
• 1.1.1 异丙苯的分子结构
• 1.1.2 异丙苯的物理性质
• 1.1.3 异丙苯的用途及生产现状
• 1.2 苯与丙烯烷基化合成异丙苯的反应机理及工艺条件
• 1.2.1 烷基化合成异丙苯机理
• 1.2.2 烷基化反应催化剂的发展
• 1.2.3 分子筛上烷基化反应机理
• 1.2.4 分子筛烷基化过程的工艺条件
• 1.3 合成异丙苯的工艺发展状况
• 1.3.1 传统异丙苯生产工艺
• 1.3.2 国外生产技术现状及进展
• 1.3.3 国内生产技术现状及进展
• 1.4 催化合成异丙苯反应器
• 1.4.1 气固催化反应器
• 1.4.2 固定床催化精馏塔
• 1.4.3 悬浮床催化精馏塔
• 1.4.4 泡点反应器
• 1.5 课题研究的目的与意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料和试剂
• 2.2 实验装置
• 2.3 实验内容与实验方法
• 2.3.1 实验内容
• 2.3.2 实验方法
• 2.4 分析方法的建立
• 2.4.1 色谱分析条件的确定
• 2.4.2 定量分析方法
• 2.5 准备实验
• 2.5.1 石英砂的预处理
• 2.5.2 温度控制的标定
• 2.5.3 泵的校正
• 2.5.4 装置气密性的检验
• 2.5.5 反应器恒温区长度及恒温效果的测定
• 2.5.6 空白实验
• 2.5.7 催化剂的预处理
• 第三章 YSBH-3催化剂上苯与丙烯泡点烷基化工艺研究
• 3.1 泡点反应效果研究
• 3.2 泡点反应条件下催化剂稳定性实验
• 3.3 液相空速的影响
• 3.4 苯与丙烯物质的量之比的影响
• 3.5 泡点烷基化工艺研究小结
• 第四章 泡点工艺反应器设计
• 4.1 数学模型
• 4.1.1 数学模型建立
• 4.1.2 数学模型推导
• 4.1.3 数学模型计算
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 计算方法校验
• 4.2.2 泡点烷基化工艺计算
• 4.2.3 合成异丙苯反应器操作方式的优化
• 4.2.4 合成异丙苯反应器设计小结
• 第五章 结论
• 符号说明
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介