一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法与装置，包括：搭建正戌烷甲醇制BTX芳烃实验测试装置；建立正戌烷转化率评价方法；进行反应热力学计算，确定正戌烷与甲醇进料摩尔比；启动测试装置，测试不同温度、压力、物料比例、进料速度等工艺条件下正戌烷的转化率；整理测试数据，绘制正戌烷甲醇制BTX芳烃参数优化图版，输出正戌烷甲醇制BTX芳烃工艺条件优化图版结果。该发明专利技术通过搭建一套能够控制温度、压力、物料比例、进料速度的反应装置，分析不同工艺条件对正戌烷甲醇制BTX芳烃转化率的影响，并建立芳烃转化率评价方法，从而确定正戌烷甲醇制BTX芳烃的最优工艺条件，能够系统且准确地进行正戌烷甲醇制BTX芳烃工艺条件优化。艺条件优化。艺条件优化。

【技术实现步骤摘要】
一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法与装置


[0001]本专利技术涉及机械加工
，特别是涉及一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法与装置。

技术介绍

[0002]轻烃芳构化过程，即轻质烃在催化剂的作用下转化为芳烃的过程。自20世纪40年代起，已有学者就轻烃芳构化工艺开展了研究，但这些工艺往往伴随有较强的副反应，芳烃选择性较低，且成本较高，难以取得巨大的经济效益。甲醇芳构化过程是指通过酸催化剂对甲醇进行催化，生成芳烃的过程。随着全球石油资源的日益紧张，甲醇制芳烃工艺迅速发展，显示出了较大的应用前景。由于正戊烷芳构化为吸热反应，而甲醇芳构化为放热反应，且二者在反应过程中可使用相同的催化剂，因此有学者提出正戊烷与甲醇共芳构化制芳烃的方法。由于反应体系复杂，与传统制芳烃方法相比，正戊烷与甲醇共芳构化的工艺要求更为严格。目前还没有一种成熟的针对正戊烷甲醇制BTX芳烃工艺条件进行优化的方法与装置。本专利技术旨在建立一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法及装置，系统地开展相关工艺条件优化研究，为提高BTX芳烃转化率提供指导。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法与装置，解决了现有技术中的技术问题。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的方案如下：一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法与装置，包括：搭建正戊烷甲醇制BTX芳烃实验测试装置；建立正戊烷转化率评价方法；进行反应热力学计算，确定正戊烷与甲醇进料摩尔比；启动测试装置，测试不同温度、压力、物料比例、进料速度等工艺条件下正戊烷的转化率，记录测试结果；整理测试数据，绘制正戊烷甲醇制BTX芳烃参数优化图版，输出正戊烷甲醇制BTX芳烃工艺条件优化图版结果。
[0005]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0006]进一步，搭建正戊烷甲醇制BTX芳烃实验测试装置：正戊烷甲醇制BTX芳烃实验测试装置，整个装置由7部分构成，包括分别装有正戊烷、甲醇、氮气的计量泵、反应器、开启管式电阻炉、温度控制表和冷阱。
[0007]进一步，建立正戊烷转化率评价方法包括：通过化学反应方程明确反应产物；确定油、气、水相产物分析方法；定义共芳反应转化率评价参数。
[0008]进一步，通过化学反应方程明确反应产物：由于正戊烷甲醇制芳烃是一个复杂的化学反应，在不同反应条件下，反应速度、生成产物、各反应物转化率均不相同，因此难以用化学反应方程式描述，但正戊烷和甲醇分别转化为BTX芳烃的方程式较容易得出，
[0009]正戊烷制BTX芳烃的化学反应方程式为：
[0010]甲醇制BTX芳烃的化学反应方程式为：
[0011]从上述反应方程式可确定，正戊烷甲醇共芳反应的产物主要为～芳烃、水和氢气，
以及少量的烷烃、烯烃、环烷烃等。
[0012]进一步，确定油、气、水相产物分析方法：对于反应过程中产生的油相产物，采用美国PerkinElmer公司的气相色谱进行分析，选择氢离子火焰检测器，色谱柱为HP
‑
PONA柱，主要用来分析～的芳烃；对于反应过程中产生的气相产物，采用采用德国Bruker公司的450GC型气相色谱进行分析，采用氢离子火焰检测器，采用5A分子筛色谱柱测定氢气含量，采用PLOT/Al2O3色谱柱测定～的轻烃含量；对于反应过程中的水相产物，采用美国Agilent公司的6820GC气相色谱测定，检测器为氢离子火焰监测器，色谱柱为HP
‑
INNOWAX柱。
[0013]进一步，定义共芳反应转化率评价参数：在正戊烷甲醇制BTX芳烃过程中，通过定义正戊烷转化率、甲醇转化率、产物选择系数三个指标来判断正戊烷甲醇制BTX芳烃效果，
[0014]定义正戊烷转化率为：
[0015]式中，为正戊烷转化率，为原料中正戊烷的质量，反应器内未反应正戊烷的质量，
[0016]定义甲醇转化率为：
[0017]式中，为甲醇转化率，为原料中甲醇的质量，为反应器内未反应甲醇的质量，
[0018]定义产物选择系数为：
[0019]式中，产物选择系数，为产物的质量，为原料中反应的基团质量。
[0020]进一步，进行反应热力学计算，确定正戊烷与甲醇进料摩尔比：已有热力学计算结果表明，正戊烷芳构化需要较高的能量，而相同质量甲醇芳构化释放的能量不足以提供正戊烷芳构化所需要的能量。因此，随反应温度的升高，甲醇和正戊烷的进料摩尔比可相应提高。在反应过程中，除BTX芳烃外，还包括～的轻烃、氢气以及少量水相产物，其中生成烯烃和芳烃的过程是吸热的，生产烷烃的过程是放热的。分别确定正戊烷和甲醇的反应热后，可计算得出正戊烷与甲醇共芳反应的进料摩尔比为：
[0021]式中，为参与反应的正戊烷物质的量，为参与反应的甲醇物质的量，为正戊烷生成BTX芳烃的反应热，为乙醇生成BTX芳烃的反应热。
[0022]进一步，启动测试装置，测试不同温度、压力、物料比例、进料速度等工艺条件下正戊烷的转化率，记录测试结果：建立测试装置，确定反应转化率评价方法和反应物进料比后，启动测试装置，开始BTX芳烃的制备。正戊烷甲醇制BTX芳烃具体过程如下：
[0023]向反应器中通入氮气，加热至反应温度，稳定1小时除去反应器中的水分；
[0024]按第三步计算得出的进料摩尔比向反应器中通入正戊烷和甲醇，通过温度控制表记录反应器温度变化，通过调节开启管式电阻炉确保反应器温度保持在设定值；
[0025]反应产物通入冷阱，其中液体产物冷凝并直接收集，气体产物通过排水集气装置收集；
[0026]反应稳定后，分别记录不同反应条件下反应物用量和反应产物收集量，整理测试数据，通过第二步中的产物分析方法测定不同产物含量；
[0027]设置不同温度、压力、物料比例、进料速度等工艺条件，重复上述步骤，记录实验结果。
[0028]进一步，整理测试数据，绘制正戊烷甲醇制BTX芳烃参数优化图版，输出正戊烷甲醇制BTX芳烃工艺条件优化图版结果：通过上述方法，确定正戊烷甲醇制BTX芳烃转化率评价参数计算方法，计算不同工艺条件下的反应转化率，绘制正戊烷甲醇制BTX芳烃工艺参数优化图版，得到给定条件下的正戊烷甲醇制BTX芳烃最优工艺。
[0029]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法与装置，具有以下优点：
[0030]1、BTX芳烃是重要的化工基础原料，在化学工业中占据至关重要的地位。正戊烷芳构化和甲醇芳构化都是制芳烃的常用方法，由于两个反应通常都使用ZSM
‑
5分子筛作为催化剂载体，且反应中存在热量的互补，因此可以在同一反应容器中进行，从而降低生产成本，提高芳烃转化率。由于反应体系复杂，正戊烷与甲醇共芳构化的工艺要求更为严格，目前关于这一工艺条件的优化方法及装置未见报道；
[0031]2、该专利技术通过搭建一套能够控制温度、压力、物料比例、进料速度的反应装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法，其特征在于，包括：搭建正戊烷甲醇制BTX芳烃实验测试装置；建立正戊烷转化率评价方法；进行反应热力学计算，确定正戊烷与甲醇进料摩尔比；启动测试装置，测试不同温度、压力、物料比例、进料速度等工艺条件下正戊烷的转化率，记录测试结果；整理测试数据，绘制正戊烷甲醇制BTX芳烃参数优化图版，输出正戊烷甲醇制BTX芳烃工艺条件优化图版结果。2.根据权利要求1所述一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化装置，其特征在于，搭建正戊烷甲醇制BTX芳烃实验测试装置：正戊烷甲醇制BTX芳烃实验测试装置，整个装置由7部分构成，包括分别装有正戊烷、甲醇、氮气的计量泵、反应器、开启管式电阻炉、温度控制表和冷阱。3.根据权利要求1所述一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法，其特征在于，建立正戊烷转化率评价方法包括：通过化学反应方程明确反应产物；确定油、气、水相产物分析方法；定义共芳反应转化率评价参数。4.根据权利要求3所述一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法，其特征在于，通过化学反应方程明确反应产物：由于正戊烷甲醇制芳烃是一个复杂的化学反应，在不同反应条件下，反应速度、生成产物、各反应物转化率均不相同，因此难以用化学反应方程式描述，但正戊烷和甲醇分别转化为BTX芳烃的方程式较容易得出，正戊烷制BTX芳烃的化学反应方程式为：甲醇制BTX芳烃的化学反应方程式为：从上述反应方程式可确定，正戊烷甲醇共芳反应的产物主要为～芳烃、水和氢气，以及少量的烷烃、烯烃、环烷烃等。5.根据权利要求3所述一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法，其特征在于，确定油、气、水相产物分析方法：对于反应过程中产生的油相产物，采用美国PerkinElmer公司的气相色谱进行分析，选择氢离子火焰检测器，色谱柱为HP
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PONA柱，主要用来分析～的芳烃；对于反应过程中产生的气相产物，采用采用德国Bruker公司的450 GC型气相色谱进行分析，采用氢离子火焰检测器，采用5A分子筛色谱柱测定氢气含量，采用PLOT/Al2O3色谱柱测定～的轻烃含量；对于反应过程中的水相产物，采用美国Agilent公司的6820 GC气相色谱测定，检测器为氢离子火焰监测器，色谱柱为HP
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INNOWAX柱。6.根据权利要求3所述一种正戊烷甲醇制BTX芳烃的工艺条件优化方法，其特征在于，定义共芳反应转化率评价参数：在正戊烷甲醇制BTX芳烃过程中，通过定义正戊烷转化率、...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁东东，祝晓琳，周岩，付平，
申请(专利权)人：青岛中石华控安全技术有限公司，
类型：发明
国别省市：