苯加氢生产环己烷的装置及合成工艺 【技术领域】
本发明涉及化工合成领域， 具体涉及一种苯加氢生产环己烷的装置及合成工艺。背景技术 环己烷是重要的有机化学品， 是生产尼龙制品的主要原料， 同时环己烷是纤维素 醚、 树脂、 蜡、 沥青和橡胶的优良溶剂， 因此环己烷的生产日趋重要。工业上， 环己烷生产方 法分为苯加氢法和石油烃馏分的分馏精制法， 苯加氢法又分为液相法和气相法， 图 1 为现 有技术苯加氢生产环己烷的流程示意图， 其工艺流程为液苯在汽化器中受热气化并与氢气 混合， 进入加氢反应器管程， 在催化剂作用下反应， 反应热由壳程循环的热水气化带入锅炉 转化为低压蒸汽， 管程反应产物通过冷却和吸收装置气液分离， 从而得到液相产物环己烷， 不凝气放空。 由于苯加氢反应属于强放热可逆反应， 在较高的反应温度下， 反应平衡转化率 会比较低， 同时副反应容易发生， 例如环己烷的内异构化生成甲基环戊烷， 以及高温下发生 开环反应生成 C5 或更低的副产物。因此反应热能否及时有效地从反应体系中移除是一个 十分关键的问题。目前， 工业上一般采用外循环换热方法来移除反应热， 但是效果不理想， 同时还需要增加二次换热设备， 工艺流程长， 投资费用高， 反应热利用率低， 还会产生较多 的工业三废。
美国专利 US6187980 提出将反应精馏装置用于苯加氢制环己烷工艺中， 苯从反应 精馏塔上部加入， 氢气从下部加入， 塔顶气相采出物为苯和环己烷以及氢气的混合物， 经过 塔顶冷凝器冷却， 并气液分离后， 液相全部回流至反应精馏塔， 塔底采出物主要含有环己烷 以及少量苯， 一部分通过再沸器再回至塔中， 一部分作为产品采出。 此方法虽然较好地解决 了反应热移除问题， 但是由于反应中存在不凝气， 导致反应精馏塔操作稳定性差。
中国专利 CN1156418 提出了使用反应精馏外耦合装置常压下进行苯加氢制环己 烷， 此专利一定程度上解决了反应精馏塔操作性差的问题， 但是此装置需要苯加氢单程转 化率控制在 30 ～ 50％， 造成反应器内返混程度比较大， 反应空速比较低， 因此生产能力会 下降， 限制了环己烷的大规模生产， 同时此装置还存在精馏装置， 在精馏塔顶采出环己烷和 苯的共沸物， 在塔底采出环己烷产品， 众所周知， 环已烷、 苯以及两者共沸物的沸点相差不 大， 因此该精馏装置操作的连续稳定性也是个问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种苯加氢生产环己烷的装置， 该装置的环 己烷合成工艺中间反应放出的热直接用于反应原料苯的气化从而移除反应热， 无需二次换 热， 达到稳定的反应转化率， 提高了生产能力。
为解决上述技术问题， 本发明所采取的技术方案是 ： 一种苯加氢生产环己烷的装 置， 该装置主要包括气化塔 1 和反应器 2， 气化塔 1 上部具有液相苯入口 5， 所述气化塔 1 下 部具有液相苯出口， 该液相苯出口通过管线 8 与反应器 2 壳程入口相连， 反应器 2 壳程出口 通过管线 9 再连接至气化塔 1， 气化塔 1 顶部具有气相出口， 该气相出口通过管程进料管线12 连接至反应器 2 管程， 所述管程进料管线 12 上还连接有氢气原料管线 6， 反应器 2 底部 具有管程出料管线 11。
其中， 所述反应器 2 为一个反应器或两个以上的反应器串联或并联构成。所述装 置还包括一冷却器 3， 所述冷却器 3 设置在反应器管程出料管线 11 上， 所述冷却器 3 通过管 线 10 连接至气化塔 1 内。所述冷却器 3 为一个换热器或两个以上的换热器串联或并联构 成。所述气化塔顶部的气相苯出口处还通过一设置有冷凝器 4 的管线 13 回连至气化塔 1 内。本发明还提供了采用上述苯加氢生产环己烷的装置的环己烷合成工艺， 包括如下工艺 步骤 ：
A. 苯的气化
通过液相苯入口 5 连续地向气化塔 1 中通入液相苯， 苯在气化塔 1 中由上向下流 动， 通过气化塔下部管线 8 进入反应器 2 的壳程， 在壳程中受热气化， 生成的气相通过管线 9 回至气化塔 1 中， 在塔顶将一定量的气相采出 ；
B. 苯加氢反应
同时， 管线 6 输送新鲜氢气与气化塔 1 顶部采出的气相混合后， 进入反应器 2 管 程， 在催化剂的作用下进行反应， 反应温度在 120 ～ 250℃， 压力保持在 0.1 ～ 3.0MPa， 氢苯 比在 2 ～ 20 ∶ 1， 得到的反应产物。 所述合成工艺总还包括产物分离的步骤 ： 由反应器 2 管程出来的反应产物进入一 冷却器 3 中， 经冷却介质换热后， 温度达到 10 ℃左右， 使反应产物中的环己烷充分冷凝下 来， 以液相形式采出， 冷却器 3 中的不凝气通过管线 10 进入气化塔 1 底部。所述步骤 B 中 还包括， 将气化塔 1 塔顶未进入管程的气相送至塔顶冷凝器 4 中冷凝再回至气化塔 1 中， 气 化塔 1 底部液位应控制在 15％以下。
本发明所能达到的有益效果是 ：
1. 本发明苯加氢反应放出的热直接用于反应原料苯的气化， 反应热可有效及时地 从反应体系中移除， 反应温度易于控制， 同时不需要精馏分离装置， 因此本发明工艺操作相 对简单， 具有非常好的操控稳定性 ；
2. 苯加氢单程反应转化率高， 返混程度小， 因此反应空速大， 所以本发明装置的生 产能力比较大 ；
3. 本发明过量的氢气可循环使用， 因此本发明装置和工艺的经济性好 ；
4. 本发明反应产物冷却后的不凝气可直接循环使用， 因此不必像传统工艺中需要 增加锅炉装置， 以及不凝气吸收分离装置， 所以本发明缩短了流程， 减少了设备投资。
附图说明
图 1 现有技术苯加氢生产环己烷的流程示意图 ； 图 2 为本发明苯加氢生产环己烷的装置示意图。具体实施方式
图 2 本发明的苯加氢生产环己烷的装置示意图。该装置主要包括有主要包括气化 塔 1 和反应器 2。气化塔 1 内装有填料， 以方便气液接触 ； 反应器 2 由两个串联 304 不锈钢 的列管式固定床催化反应器组成。气化塔 1 上部具有液相苯入口 5， 所述气化塔 1 下部具有液相苯出口。该液相苯出口通过管线 8 与反应器 2 壳程入口相连， 这样气化塔 1 的液苯 便可进入反应器壳程， 通过气化移除反应器管程中的反应热。反应器 2 壳程出口通过管线 9 再连接至气化塔 1， 气化塔 1 顶部具有气相出口， 该气相出口通过管程进料管线 12 连接至 反应器 2 管程， 所述管程进料管线 12 上还连接有氢气原料管线 6， 反应器 2 底部具有管程出 料管线 11。
本装置， 还包括冷却器 3， 所述冷却器 3 设置在反应器管程出料管线 11 上， 冷却器 3 由两个串联冷却器组合而成， 第一个冷却器使用循环水作为冷却介质， 第二个冷却器使用 冷冻盐水作为冷却介质。所述冷却器 3 通过管线 10 连接至气化塔 1 内， 这样反应产物中的 不凝气 ( 主要成分为过量的氢气 ) 便可通过气化塔循环回至反应系统中。所述气化塔顶部 的气相苯出口处还通过一设置有冷凝器 4 的管线 13 回连至气化塔 1 内。
在上述的苯加氢生产环己烷的装置中， 具体工艺步骤如下 ：
A. 苯的气化 ： 连续地通过苯进料管 5 向气化塔 1 中通入一定量的液苯， 苯在气化 塔 1 中由上向下流动， 通过气化塔下部管线 8 进入反应器 2 的壳程， 在壳程中受热气化， 生 成的气相通过管线 9 回至气化塔 1 中， 与通过管线 10 进入塔底部的气相混合， 塔顶温度大 约 120 ～ 150℃， 在塔顶将一定量的气相采出， 其余气相送至塔顶冷凝器 4 中冷凝再回至气 化塔 1 中， 气化塔 1 底部液位应控制在 15％以下。
B. 苯加氢反应 ： 同时， 通过管线 6 加入的大约 40℃新鲜氢气与反应产物换热后， 温 度升至大约 120 ～ 150℃， 然后与气化塔 1 顶部采出的气相混合后， 进入反应器 2 管程， 在 催化剂的作用下进行反应， 反应温度在 140 ～ 180℃， 压力保持在 0.1 ～ 1.2MPa， 氢苯比在 2.5 ～ 4.5 ： 1。得到的反应产物经与新鲜氢气换热后进入冷却器 3 中进行冷却。
C. 产物分离 ： 反应产物进入冷却器 3 中， 经循环水、 冷冻盐水换热后， 温度达到 10℃左右， 使反应产物中的环己烷充分冷凝下来， 以液相形式通过管线 7 采出。冷却器 3 中 的不凝气通过管线 10 进入气化塔 1 底部。
为实现反应过程的连续稳定， 本发明装置气化塔顶部出料管线上设置在线色谱分 析仪， 实时分析气相中的苯含量， 同时反应器设置一套氢气和苯流量比值调节回， 这样可对 气化塔塔顶气相采出量与新鲜氢气进料量进行串级控制， 保证进入反应器中的氢苯比稳 定。
按照上述工艺步骤， 分别进行三次模拟实验， 实验具体数据如表一所示 ：
以上所述， 仅为本发明的较佳实施例而已， 并非用于限定本发明的保护范围。