[发明专利]一种用于酚类化合物烷基化反应的多层流化床及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于酚类化合物烷基化反应的多层流化床及其应用方法，特别适用于连续生产烷基酚类化合物。

背景技术

酚类化合物（包括苯酚、间甲酚、对甲酚、邻甲酚及其它酚系化合物等）经过烷基化反应，可以生成烷基酚类化合物。

带有苯环的酚类化合物，其非占位碳原子都有可能被接上一个烷基，生成烷基数不同的烷基化产物，所以酚类化合物的烷基化是一个很复杂的反应。比如，通过烷基化反应，在对甲酚苯环上的2位或6位接上一个叔丁基，生成2-叔丁基对甲酚；在对甲酚苯环上的2位和6位同时各接上一个叔丁基，就生成2,6-二叔丁基对甲酚。接上一个烷基的烷基化反应，称作单烷基化反应；接上2个或2个以上烷基的烷基化反应，称作多烷基化反应。单烷基化反应和多烷基化反应常常同时发生，很难控制。不同的酚通过单烷基化反应和多烷基化反应，可以得到很多种烷基酚，不同的烷基酚有不同的用处，都是重要的化工产品，广泛应用于化学助剂、塑料、橡胶、医药、香精香料、石油产品、合成材料等生产领域。

工业生产烷基酚，是把酚类化合物在催化剂存在下与烷化剂进行烷基化反应。常用的催化剂是强酸性离子交换树脂、活性白土等，常用的烷化剂有异丁烯、叔丁醇、甲基叔丁基醚、齐聚丁烯等。一直以来，最常用的酚类烷基化反应设备是搅拌釜。把待反应的酚放入搅拌釜，加入催化剂，搅拌下升温到设定值，通入烷化剂开始烷基化反应，达到需要的反应程度后，停止通入烷化剂，出料进行后续处理。这是一个典型的间歇式反应过程，操作繁杂，劳动强度大，设备利用效率低。为了达到需要的反应转化率，不得不延长反应物料的停留时间，平均停留时间一般为3小时以上；停留时间越长副反应越多。其后续处理一般都是连续式操作的精馏塔，为满足反应器和精馏塔的匹配，不得不加大搅拌釜尺寸，并增加庞大的中间储罐。如果为了匹配其后的连续精馏过程，在搅拌釜中进行连续进出料，把适宜间歇式反应的过程改为连续式操作，则会带来催化剂流失、原料短路、产物过度反应等不利后果，也并不能显著降低反应物料的停留时间。

特别是在生产仅增加一个烷基的烷基酚时，间歇式的搅拌釜更加显示出力不能及。由于其中物料的平均停留时间长，在酚化合物苯环上接上第二个或更多个烷基的机会就随之增加。比如，在搅拌釜中生产2-叔丁基对甲酚，反应后的混合物中，含有主产品2-叔丁基对甲酚约60%（摩尔比）时，主要副产品2,6-二叔丁基对甲酚约12%（摩尔比）；含有主产品2-叔丁基对甲酚约70%（摩尔比）时，主要副产品2,6-二叔丁基对甲酚约20%（摩尔比）。2,6-二叔丁基对甲酚含量高带来极大的产能浪费和分离困难。

为了克服搅拌釜的缺陷，开发了固定床反应器。固定床反应器具有体积小，操作简单，可以连续式反应等优点。但是应用到酚类烷基化过程，也显示出明显的缺点。比如，酚类的烷基化过程是显著的放热反应，为了散热，固定床内必须安装复杂的散热装置；为了提高催化剂效率，烷基化的催化剂颗粒尺寸一般较小，由这些小颗粒组成的固定床对流体具有很大的阻力，不得不增加泵送功率，因而大大增加了能耗。所以，固定床烷基化反应器在酚类化合物的烷基化反应方面一直没有得到广泛使用。

众所周知，流化床反应器具有反应速度均衡、传质传热迅捷、操作方便、生产效率高、易于连续化操作等显著优点，很多情况下可以取代固定床反应器使用。但是，用于酚类化合物的烷基化反应，普通流化床依然存在严重不足：若床层浅则烷化剂容易穿透逃逸，特别是使用异丁烯做烷化剂的时候，异丁烯很容易穿透固体催化剂颗粒床层，随着反应混合物排出流化床。这些逃逸的烷化剂会带来后续工序的故障，还有消防安全等隐患。因此，必须回收处理逃逸的烷化剂。这将带来一系列的麻烦，比如烷化剂和产品的分离、回收烷化剂的提纯等。若床层深则流化不稳定，产生产品转化率波动大、催化剂带出严重、局部死床层等缺陷。因而迄今国内也没有流化床反应器用于工业生产烷基酚类化合物的实例。

综上所述，开发高效低耗的新型烷基化反应器，用来进行连续化操作酚类烷基化反应很有必要。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种高效低耗的多层流化床新型烷基化反应器及其应用方法，进行连续化操作酚类化合物烷基化反应。

本发明的目的通过下述技术方案加以实现：