本實用新型具體涉及一種由乙炔制備苯的系統。
背景技術：
苯、甲苯、二甲苯等輕質芳烴作為最基本的化學工業原料，廣泛應用于制取橡膠、纖維、塑料、染料等化工產品。芳烴早期主要從煤焦油中提取，但是產品純度低、工藝落后。隨著現代煉油工藝的發展，芳烴主要來源于石油化工中的催化重整和烴類裂解。
近年來，隨著合成材料的快速發展和對其它精細化學品需求的日益增長，芳烴的需求量持續增加，而石油資源卻在逐漸減少。因此，利用無環簡單分子，如甲烷、甲醇、乙炔等，使其發生芳構化反應，直接轉變為高附加值的輕質芳烴，將會為芳烴生產開辟新的途徑。炔烴的芳構化反應引起了國內外研究者們的廣泛關注。
技術實現要素：
本實用新型旨在提供一種由乙炔制備苯的系統，本實用新型可在較低溫度下由乙炔制備苯，可有效避免乙炔高溫進料易分解析碳導致設備阻塞及催化劑失活的缺陷，并降低了乙炔氣相高溫進料易爆炸的風險。
本實用新型提供了一種由乙炔制備苯的系統，所述系統包括依次連接的吸收單元、環三聚單元、分離單元。
所述吸收單元具有乙炔進口、溶劑進口、飽和溶液出口。
所述環三聚單元包括管式反應器，所述管式反應器上設置有飽和溶液進口、混合液出口。其中，所述飽和溶液進口與所述吸收單元的飽和溶液出口連接。所述管式反應器中設置有催化劑，所述催化劑用于催化乙炔的環三聚反應生成苯。
所述分離單元具有混合液進口、苯出口。其中，所述混合液進口與所述管式反應器的混合液出口連接。
進一步的，所述吸收單元包括乙炔增壓機、吸收塔。
所述乙炔增壓機具有所述乙炔進口、循環乙炔進口、增壓乙炔出口。
所述吸收塔具有增壓乙炔進口、所述溶劑進口、循環乙炔出口、所述飽和溶液出口。所述增壓乙炔進口與所述乙炔增壓機的所述增壓乙炔出口連接。所述循環乙炔出口與所述乙炔增壓機的所述循環乙炔進口連接。
優選的，所述吸收單元還包括溶劑泵。所述管式反應器的飽和溶液進口與所述吸收單元的飽和溶液出口經由所述溶劑泵連接。
進一步的，所述環三聚單元還包括溫控裝置。
所述管式反應器上還設置有換熱介質進口、換熱介質出口。所述溫控裝置通過所述換熱介質進口、換熱介質出口與所述管式反應器連接。
進一步的，所述分離單元包括閃蒸罐、精餾塔。
所述閃蒸罐具有所述混合液進口、氣相出口、液相出口。
所述精餾塔具有液相進口、所述苯出口、氣體出口、溶劑及副產物出口；所述液相進口與所述閃蒸罐的液相出口連接。
進一步的，所述閃蒸罐的氣相出口與所述精餾塔的氣體出口均依次連接冷凝裝置、增壓裝置，所述增壓裝置與所述吸收單元的溶劑進口連接。
利用本實用新型的系統，由乙炔發生環三聚反應制備苯時，控制環三聚反應的溫度≤200℃，壓力≤4.0MPa，反應停留時間為1/3～6h。與現有技術相比，可有效避免乙炔高溫進料易分解析碳從而造成設備堵塞及催化劑失活的現象。
本實用新型中，采用溶劑吸收乙炔，然后進行環三聚反應，可降低乙炔氣相高溫進料的易爆炸安全風險。并且，管式反應器中溫度均勻、停留時間易于控制。反應壓力高，利于乙炔聚合。溶劑呈平推流，返混效應小，有利于提高乙炔轉化率。
本實用新型選用的催化劑為具有規則孔道的整體催化劑或捆扎的顆粒狀催化劑，將其置于管式反應器中，有效避免了釜式反應器催化劑分離困難的缺陷。
附圖說明
圖1為本實用新型實施例中由乙炔制備苯的系統示意圖。
附圖中的附圖標記如下：
1、乙炔增壓機，101、乙炔進口，102、循環乙炔進口，103增壓乙炔出口；
2、吸收塔，201、增壓乙炔進口，202、溶劑進口，203、飽和溶液出口，204、循環乙炔出口；
3、溶劑泵；
4、管式反應器，401、飽和溶液進口，402、混合液出口，403、換熱介質出口，404、換熱介質進口；
5、溫控裝置；
6、閃蒸罐，601、混合液進口，602、液相出口，603、氣相出口；
7、精餾塔，701、液相進口，702、苯出口，703、氣體出口，704、溶劑及副產物出口；
8、冷凝裝置；
9、增壓裝置；
10、催化劑。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案以及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。
本實用新型首先提供了一種由乙炔制備苯的系統，所述系統的示意圖如圖1所示。
本實用新型的系統包括依次連接的吸收單元、環三聚單元、分離單元。
由圖1，吸收單元包括乙炔增壓機1、吸收塔2、溶劑泵3。
乙炔增壓機1上設置有乙炔進口101、循環乙炔進口102、增壓乙炔出口103。乙炔增壓機1用于將通入的乙炔進行加壓，得到增壓乙炔。
吸收塔2上設置有增壓乙炔進口201、溶劑進口202、飽和溶液出口203、循環乙炔出口204。其中，增壓乙炔進口201與乙炔增壓機1的增壓乙炔出口103連接。循環乙炔出口204與乙炔增壓機1的循環乙炔進口102連接。將乙炔和溶劑分別送入吸收塔中，乙炔溶解在溶劑中，得到飽和溶液。
環三聚單元包括管式反應器4、溫控裝置5。
管式反應器4上設置有飽和溶液進口401、混合液出口402、換熱介質出口403、換熱介質進口404。其中，飽和溶液進口401與吸收塔2的飽和溶液出口203連接。管式反應器4中設置有催化劑4。本實用新型采用的催化劑為具有規則孔道的整體催化劑或捆扎的顆粒狀催化劑。
本實用新型實施例中，飽和溶液進口401與飽和溶液出口203經由溶劑泵3連接。飽和溶液由吸收塔通過溶劑泵3送入管式反應器中。在催化劑10的催化作用下，以及溫控裝置5的控溫作用下，飽和溶液發生環三聚反應，得到含有產物苯的混合液。
其中，溫控裝置5通過換熱介質出口403、換熱介質進口404與管式反應器4連接。使得換熱介質在溫控裝置5和管式反應器4之間實現循環，從而控制管式反應器4中的溫度穩定在一定溫度范圍內。
分離單元包括閃蒸罐6和精餾塔7。
閃蒸罐6上設置有混合液進口601、液相出口602、氣相出口603。其中，混合液進口601與管式反應器4的混合液出口402連接。在管式反應器4中生成的含有苯的混合液被送入閃蒸罐6中，進行蒸餾提純。
精餾塔7上設置有液相進口701、苯出口702、氣體出口703、溶劑及副產物出口704。其中，液相進口701與閃蒸罐6的液相出口602連接。混合液在閃蒸罐6中經蒸餾提純后，得到的氣液混合物送入精餾塔7中。氣液混合物經精餾后可得到產物苯、氣體、溶劑、副產物。
本實用新型實施例中，氣體出口703、氣相出口603均與冷凝裝置8連接。冷凝裝置8與增壓裝置9連接。并且，增壓裝置9與吸收塔2的溶劑進口202連接。
將精餾過程得到的氣體和溶劑依次送入冷凝裝置8、增壓裝置9中，然后作為乙炔溶劑經由溶劑進口202送入吸收塔2中。
利用本實用新型的系統，由乙炔制備苯的方法包括如下步驟：
(1)乙炔的吸收稀釋
將高純乙炔送入乙炔增壓機1中，得到的增壓乙炔送入吸收塔2中。同時，向吸收塔2中加入溶劑。溶劑在吸收塔2中吸收乙炔，得到乙炔的飽和溶液。該操作可降低進入管式反應器4中的乙炔的濃度，克服乙炔易燃易爆的缺陷。
在得到飽和溶液的同時，將溶劑未溶解的乙炔作為循環乙炔送入乙炔增壓機1中。
本實用新型中，選用的溶劑沸點低于75℃。并且，該溶劑對乙炔具有較強的溶解能力。本實用新型實施例中選用的溶劑為：二氯甲烷、丙酮、四氫呋喃中的一種或多種。
(2)乙炔發生環三聚反應制備苯
將上述步驟得到的乙炔飽和溶液經由溶劑泵3增壓至0.05～4MPa后，送入管式反應器4中。
在管式反應器4中設置有催化劑10。本實用新型選用的催化劑活性組分為鈀、銅、銀、金、釕、鎳、鈦、鈷中的一種或多種。實施例中，催化劑活性組分的質量占催化劑載體的質量占比為0.05～2.5％。
本實用新型中，溫控裝置4用于控制管式反應器4中的溫度，即控制乙炔環三聚反應的溫度。
飽和溶液在管式反應器4中，在其中催化劑的催化作用下，發生乙炔環三聚反應，得到含有苯的混合液。
本實用新型中，控制環三聚反應的溫度≤200℃。控制環三聚反應的壓力≤4.0MPa。并且，控制反應停留時間為1/3～6h。其中，本實用新型實施例中的優選溫度為60～160℃。優選壓力為0.1～4MPa。優選反應停留時間為2/3～3h。
(3)混合液的分離提純
將上述步驟得到的含苯混合液首先送入閃蒸罐6中。混合液在閃蒸罐6中經蒸餾提純后的氣液產物送入精餾塔7中。在精餾塔7中，氣液產物精餾得到產物苯、氣體、溶劑、副產物。
氣體和溶劑經冷凝裝置8和增壓裝置9處理后，經由溶劑進口202送入吸收塔2中，重新作為乙炔溶劑。
實施例1
采用如圖1所示的系統。選用丙酮為溶劑，吸收高純乙炔形成飽和溶液。飽和溶液經溶劑泵增壓至1.0MPa后，通入管式反應器中。乙炔環三聚反應的溫度為96℃，壓力為1.0MPa，停留時間為6h。管式反應器中裝填具有規則孔道的整體催化劑。催化劑活性組分為硝酸鈀及氯化銅，活性組分的質量為催化劑載體質量的2％。
實施例2
采用如圖1所示的系統。選用四氫呋喃為溶劑，吸收高純乙炔形成飽和溶液。飽和溶液經溶劑泵增壓至4.0MPa后，通入管式反應器中。乙炔環三聚反應的溫度為180℃，壓力為4.0MPa，停留時間為40min。管式反應器中裝填具有規則孔道的整體催化劑。催化劑活性組分為硝酸鈀及硝酸銀，活性組分的質量為催化劑載體質量的0.05％。
實施例3
采用如圖1所示的系統。選用二氯甲烷為溶劑，吸收高純乙炔形成飽和溶液。飽和溶液經溶劑泵增壓至0.5MPa后，通入管式反應器中。乙炔環三聚反應的溫度為65℃，壓力為0.5MPa，停留時間為3h。管式反應器中裝填捆扎的固體顆粒催化劑。催化劑活性組分為鈀、釕及金，活性組分的質量為催化劑載體質量的0.1％。
實施例4
采用如圖1所示的系統。選用四氫呋喃為溶劑，吸收高純乙炔形成飽和溶液。飽和溶液經溶劑泵增壓至4.0MPa后，通入管式反應器中。乙炔環三聚反應的溫度為75℃，壓力為2.0MPa，停留時間為2h。管式反應器中裝填具有規則孔道的整體催化劑。催化劑活性組分為硝酸鈀及氯化銅，活性組分的質量為催化劑載體質量的2.5％。
產物組成分析：選用氣相色譜儀，色譜柱為：OV1701，25m×0.2mm。
產物結構分析：美國HP-6890-5937GC-MS聯用儀，色譜柱為高彈性石英毛細柱HP-5，30m×0.25mm。
1HNMR譜由400MHz核磁儀測定，內標為TMS，溶劑為CDCl3。
乙炔在管式反應器中環三聚制備苯的反應結果見表1：
表1乙炔在管式反應器中環三聚制備苯的反應結果
綜上，利用本實用新型的系統，可實現乙炔在管式反應器中環三聚制備苯，且乙炔轉化率均為99.99％以上，所制備苯的收率高。
最后應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。