苯乙烯生產(chǎn)工藝研究

閆宏偉

摘 要：苯乙烯是一種化學(xué)性質(zhì)極其活潑的有機(jī)化合物，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中具有易燃、易爆、高溫、高壓、有毒、易聚合等特點(diǎn)。乙苯脫氫是目前世界上最常見效能最高的苯乙烯生產(chǎn)工藝。苯乙烯主體裝置包括苯乙烯單元、乙苯單元、罐區(qū)單元;公用工程包括循環(huán)水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、生產(chǎn)水系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、油氣回收系統(tǒng)和火炬。本文將主要介紹苯乙烯生產(chǎn)中苯乙烯單元，乙苯單元，及罐區(qū)單元的生產(chǎn)工藝。

關(guān)鍵詞：苯乙烯;乙苯單元;苯乙烯單元;罐區(qū)單元

0 引言

苯乙烯生產(chǎn)裝置主要包括乙苯單元和苯乙烯單元兩部分。乙苯單元基于EBMax液相工藝，利用聚合級(jí)乙烯進(jìn)料和原料苯反應(yīng)制得中間產(chǎn)品乙苯。苯乙烯單元使用TOTAL/BAGER絕熱脫氫技術(shù)進(jìn)行苯乙烯單體的制備生產(chǎn)。

1 苯乙烯的生產(chǎn)工藝

1.1 乙苯單元工藝

烷基化系統(tǒng)、烷基轉(zhuǎn)移系統(tǒng)及精餾系統(tǒng)三合一構(gòu)成了乙苯單元系統(tǒng)。

乙烯和苯通過通過Exxon Mobil EBMax催化劑作用，在液相的反應(yīng)系統(tǒng)中生成乙苯和少量的多乙苯。[1]反應(yīng)保護(hù)床和烷基化反應(yīng)器構(gòu)成了烷基化反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)保護(hù)床是由一段具有催化劑的床層構(gòu)成，烷基化反應(yīng)器則是由六段具有催化劑的床層構(gòu)成。原料乙烯經(jīng)乙烯處理器通過氧化鋁吸附來除氨后再經(jīng)過乙烯過濾器和乙烯壓縮機(jī)后進(jìn)入反應(yīng)保護(hù)床和烷基化反應(yīng)器。

在烷基化反應(yīng)器中，在每個(gè)床層底部會(huì)按照比例分批注入乙烯原料，原料苯會(huì)先跟烷基化反應(yīng)器的第二床層的出料進(jìn)行換熱，利用二床的出料進(jìn)行加熱，當(dāng)達(dá)到反應(yīng)溫度之后就會(huì)被依次從烷基化反應(yīng)器的底部自下而上的通過反應(yīng)保護(hù)床以及烷基化反應(yīng)器的各個(gè)床層。第二床層的反應(yīng)流出物先在烷基化反應(yīng)器進(jìn)料加熱器中加熱苯進(jìn)料，之后在烷基化反應(yīng)器熱交換器中進(jìn)一步冷卻，副產(chǎn)低壓蒸汽。第四床層的反應(yīng)流出物在烷基轉(zhuǎn)移進(jìn)料換熱器中加熱烷基轉(zhuǎn)移進(jìn)料，之后在烷基化反應(yīng)器熱交換器中進(jìn)一步冷卻。

烷基轉(zhuǎn)移系統(tǒng)中，烷基化反應(yīng)中得到的多乙苯可以和苯進(jìn)一步進(jìn)行反應(yīng)，重新生成乙苯。所以，多乙苯塔塔頂流出的多乙苯會(huì)繼續(xù)和新鮮苯進(jìn)行混合，用烷基化反應(yīng)器四床的出料進(jìn)行加熱，然后流入到烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器，通過底部流入反應(yīng)器從而進(jìn)行進(jìn)一步的烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器是一臺(tái)裝有Exxon Mobil EBMax烷基轉(zhuǎn)移催化劑的固定床反應(yīng)器，反應(yīng)在液相中進(jìn)行。

未經(jīng)反應(yīng)的苯、多乙苯以及部分的重組分物質(zhì)將會(huì)在精餾系統(tǒng)中通過烷基化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)分離得到生產(chǎn)苯乙烯的中間產(chǎn)品乙苯。其中未經(jīng)反應(yīng)的苯將會(huì)通過苯塔進(jìn)行精餾回收，塔頂?shù)木s苯繼續(xù)進(jìn)入烷基化和烷基轉(zhuǎn)移系統(tǒng)進(jìn)一步反應(yīng)，塔釜液進(jìn)入乙苯塔。苯乙烯單元所副產(chǎn)的苯/甲苯將會(huì)利用苯/甲苯塔和循環(huán)苯塔對(duì)苯和甲苯進(jìn)行分離，分離出來的苯作為原料苯繼續(xù)參加反應(yīng)，分離出來的甲苯作為副產(chǎn)品進(jìn)入罐區(qū)甲苯罐。

1.2 苯乙烯單元工藝

脫氫反應(yīng)工段和苯乙烯精餾工段是構(gòu)成苯乙烯單元的兩個(gè)重要組成部分，此兩個(gè)工段皆可以進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)。TOTAL/BAGER苯乙烯技術(shù)采用兩個(gè)串聯(lián)的徑向固定床脫氫反應(yīng)器。因?yàn)橐冶矫摎浞磻?yīng)生成苯乙烯是吸熱反應(yīng)，所以在兩個(gè)反應(yīng)器中間需要進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)物再加熱。新鮮乙苯和回收乙苯將會(huì)先與低壓蒸汽混合，在反應(yīng)進(jìn)料/反應(yīng)出料換熱器中進(jìn)行汽化和過熱，然后再進(jìn)入第一脫氫反應(yīng)器。

第一脫氫反應(yīng)器出料在位于第二脫氫反應(yīng)器底部的反應(yīng)器預(yù)熱器中被過熱蒸汽加熱，被加熱的第一脫氫反應(yīng)器出料隨即進(jìn)入第二脫氫反應(yīng)器中反應(yīng)，得到更高的乙苯轉(zhuǎn)化率。在乙苯脫氫的反應(yīng)中，得到了主要的產(chǎn)物苯乙烯，同時(shí)也會(huì)得到少量的苯、甲苯和少量的副產(chǎn)品，而這些少量的苯、甲苯和少量的副產(chǎn)品將會(huì)在苯乙烯精餾工段進(jìn)行精餾與回收。

從第二脫氫反應(yīng)器出來的反應(yīng)產(chǎn)物通過與反應(yīng)器進(jìn)料換熱，產(chǎn)生高壓蒸汽而冷卻。從三合一換熱器出來的蒸汽/烴類氣體在主冷器和后冷器中基本上完成冷凝。主冷器是以空氣為冷媒的翅片式換熱器，后冷器是以循環(huán)冷卻水為冷媒的管殼式換熱器。[2]從后冷器出來的油相和水相冷凝液進(jìn)入到油水分離器中進(jìn)行油水分離，分離出來水相被直接送往工藝凝液汽提塔中蒸汽汽提除去其中含有的少量烴類。后冷器排出的尾氣中會(huì)含有部分不凝氣，會(huì)連同部分芳烴和水蒸汽一起進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)，然后經(jīng)過三個(gè)串聯(lián)的后冷器，最終將水和芳烴冷凝下來繼續(xù)進(jìn)行油水分離，不凝尾氣則進(jìn)一步處理回收芳烴。

苯乙烯精餾工段由三個(gè)精餾塔系統(tǒng)組成，這些精餾塔可以將油水分離器送來的出料進(jìn)行處理，分離出高純度的苯乙烯產(chǎn)品，同時(shí)回收苯/甲苯副產(chǎn)品，并且將未經(jīng)轉(zhuǎn)化的乙苯回收至脫氫工段繼續(xù)脫氫得到苯乙烯。

混合了緩聚劑的脫氫液首先在脫氫液預(yù)熱器中利用尾氣壓縮機(jī)出口的脫氫尾氣進(jìn)行預(yù)熱，之后脫氫液被平均分配進(jìn)入低壓粗苯乙烯塔和高壓粗苯乙烯塔以回收乙苯、苯和甲苯，在塔底產(chǎn)物中控制苯乙烯產(chǎn)品中的乙苯含量。塔頂餾出物送至苯/甲苯塔分離，苯/甲苯塔塔頂回收苯/甲苯，塔底回收乙苯循環(huán)至脫氫反應(yīng)器中，高低壓粗苯乙烯塔塔釜液泵送至精苯乙烯塔，從而制得精制的苯乙烯產(chǎn)品。

2 結(jié)語

本文就乙苯脫氫制苯乙烯的工藝過程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，重點(diǎn)闡述了乙苯單元和苯乙烯單元的工藝流程。但是現(xiàn)在的工藝仍然存在著一些問題，例如：阻聚劑用量大，裝置物耗高，苯乙烯在工藝系統(tǒng)中停留的時(shí)間較長等等，在工藝上若是解決了這些問題，苯乙烯的生產(chǎn)效能將再上一個(gè)新臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱中南等.乙苯脫氫絕熱反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)優(yōu)化計(jì)算[J].化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，1985（1-2）：120-131.