苯与甲醇烷基化反应动力学

苯与甲醇烷基化反应动力学

徐亚荣;董志新;徐新良;朱学栋

【摘要】为实现苯与甲醇烷基化的工业化，对苯与甲醇烷基化反应动力学进行了研究。在固定床连续反应器中考察了反应温度、空速、原料配比对苯与甲醇烷基化反应性能的影响。实验结果表明，苯与甲醇烷基化反应是快速反应，在反应温度460℃，反应空速3~8 h-1，原料等物质的量比进料时，苯的单程转化率达到46.72%，甲苯、二甲苯的选择性达到了90.79%。动力学研究表明，甲醇烷基化反应的反应级数对苯是一级，对甲醇接近零级，反应的活化能为163.88

kJ/mol。%For industrialization of alkylation of benzene and methanol its kinetics was studied in this paper. Effect of reaction temperature, space velocity and ratio to feedstock on alkylation reaction of benzene and methanol were investigated in a packed reactor. Research results showed that alkylation reaction of benzene and methanol is quickly reaction. The suitable reaction temperature was 460 ℃, space velocity was between 3 and 8, ratio to feedstock was 1:1, conversion of benzene reached 46.72%, selectivity of toluent and oxylene attained to 90.79% under above reaction conditions. Kinetic research showed that reaction order of alkylation reaction about benzene and methanol is one order to benzene and zero order to methanol, reaction activity energy is 163.88 kJ/mol.

【期刊名称】《化学反应工程与工艺》

【年(卷),期】2014(000)002

【总页数】5页(P188-192)

【关键词】苯;甲醇;烷基化;动力学

【作者】徐亚荣;董志新;徐新良;朱学栋

【作者单位】华东理工大学化工学院，上海 200237; 中国石油乌鲁木齐石化公司

研究院，新疆乌鲁木齐 830019;中国石油乌鲁木齐石化公司研究院，新疆乌鲁木齐 830019;中国石油乌鲁木齐石化公司研究院，新疆乌鲁木齐 830019;华东理工

大学化工学院，上海 200237

【正文语种】中文

【中图分类】TE626

近年来，随着下游产品对苯需求量的增长，国内苯产量大幅增加，而重整装置的规模扩大和乙烯产量的增长，使国内纯苯市场供应短缺的局面被打破, 必将导致苯的大量过剩，苯的综合利用将成为苯生产企业优先考虑的问题。甲醇作为一种廉价易得的优良试剂，是煤化工的重要产物之一，随着煤化工的迅猛发展，市场上甲醇必将迅速增多，甲醇在酯化、醚化、甲醇制烯烃等方面已得到广泛的研究及应用，如何将其充分合理利用也将会成为今后一段时期内研究的热点。通过苯与廉价的化工原料甲醇烷基化生产混合芳烃做为高辛烷值汽油调和组份，具有较强的社会和经济效益[1]。随着我国聚酯产能的增加，未来几年内对二甲苯(PX)和对苯二酸(PTA)供应仍将严重不足，因此通过苯增产二甲苯是解决苯有效利用的基本途径之一[2-4]。本研究考察了固定床中苯与甲醇烷基化反应的影

响因素，并建立了苯与甲醇烷基化反应的动力学方程，以期为苯与甲醇烷基化工艺技术的进一步放大奠定技术基础。

图1 实验装置流程Fig.1 Flow of experiment installment 1-

feedstock(methanol); 2-feedstock(benzene);3-mixer; 4-preheater; 5-reactor; 6-condenser

1 实验部分

模试实验的工艺流程装置如图1所示。反应在固定床反应炉中进行，自制催化剂装填量为30～50 mL，反应压力0.1～0.5 MPa，反应温度460～520 ℃。苯和甲醇的进料采用精密计量泵计量和控制。

采用GC-MS和GC联用分析产物。BetaDe120气相色谱柱(60 m×0.25 mm)，载气He流速为1.5 mL/min，检测室与汽化室温度均为300 ℃，起始柱温

145 ℃ ，以1 ℃/mi n升温至190 ℃，并保持15 min。

苯甲醇烷基化反应中以苯的转化率(Xb)、甲苯的选择性(St)、二甲苯的选择性(Sx)以及甲苯和二甲苯的收率(Ytx)作为评价催化剂反应性能的指标，其计算公式分别为：

其中A为原料中苯的物质的量；C为产品中苯系物的物质的量；D为产品中甲苯的物质的量；E为产品中二甲苯的物质的量。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对苯甲醇烷基化反应的影响

在甲醇与苯等物质的量进料，空速(WHSV)为8 h-1的条件下实验研究了反应温度对苯甲醇烷基化反应的影响，结果见图2。由图2所示，随着反应温度的增加，甲苯、二甲苯的选择性及其收率不断增加，其中在500 ℃时收率达到最高，此温度下苯的转化率也是最高的，高于500 ℃时，温度的升高对甲苯、二甲苯选择性的提高仍然有利，但影响不是很大。温度升高，工业化成本增加，且高温下催化剂稳定性下降，容易结焦生炭，降低催化剂寿命，经综合考虑，得出离子交换改性后的催化剂的较佳反应温度为500 ℃，此时苯的转化率达到了53.60%，甲苯、二甲