乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯工藝中乙苯精餾系統(tǒng)的研究

張勇亮

摘 要：乙苯精餾系統(tǒng)是乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯工藝系統(tǒng)中的重要組成部分，側(cè)重于苯乙烯分離、提純，是苯乙烯精制不可或缺的存在。本文以乙苯精餾系統(tǒng)為研究對象，從乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯工藝中乙苯精餾原理出發(fā)，以提升苯乙烯生產(chǎn)安全性、可靠性、經(jīng)濟性、節(jié)約性、可操作性等為目的，就乙苯精餾系統(tǒng)進行研究，用以為苯乙烯生產(chǎn)中乙苯精餾系統(tǒng)改造、精餾工藝創(chuàng)新提供有益指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：乙苯脫氫;生產(chǎn)工藝;精餾系統(tǒng)

隨著苯乙烯在制造產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用范圍不斷擴大，應(yīng)用重要性日漸提升，苯乙烯生產(chǎn)工藝呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展態(tài)勢。而乙苯催化脫氫法則是應(yīng)用最廣泛的生產(chǎn)技術(shù)。在乙苯脫氫生產(chǎn)工藝中，乙苯精餾系統(tǒng)是苯乙烯精制不可或缺的存在，其工作質(zhì)量的高低對苯乙烯生產(chǎn)質(zhì)量、效率與效益存在直接影響。對此，有必要加強乙苯精餾系統(tǒng)研究，助力苯乙烯生產(chǎn)工藝改造，提升苯乙烯生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

1 乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯工藝中乙苯精餾原理分析

苯乙烯是生產(chǎn)聚苯乙烯、ABS/SAN樹脂、SBS等產(chǎn)品的重要原料，已在汽車制造、家電制造、電子設(shè)備生產(chǎn)、醫(yī)藥制造等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，市場需求量、使用量不斷增多。在此背景下，乙苯/苯乙烯工業(yè)迅速發(fā)展，乙苯/苯乙烯生產(chǎn)工藝研究、裝置新建與改造項目增多。目前，世界范圍內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的苯乙烯生產(chǎn)工藝主要有“乙苯脫氫生產(chǎn)工藝”、“裂解汽油抽提精餾回收工藝”、“環(huán)氧丙烷一苯乙烯聯(lián)產(chǎn)工藝”、“丁二烯合成工藝”等。其中乙苯脫氫生產(chǎn)工藝以高安全性、高可靠性在苯乙烯生產(chǎn)工藝中占主導(dǎo)地位，生產(chǎn)能力占整體的 90%以上?；诖?，本文研究的苯乙烯生產(chǎn)工藝為乙苯脫氫生產(chǎn)工藝。

對乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯工藝綜合分析，可知乙苯精餾系統(tǒng)是乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯工藝中不可或缺的存在，其要點在于精餾塔的科學(xué)運用。精餾塔作為混合物（包括混合液體、混合氣體等）分離、提純提供場所的重要裝置，主要是依據(jù)混合物組分揮發(fā)原理，通過傳質(zhì)、傳熱，使易揮發(fā)組分與不易揮發(fā)組分相分離。相對于精餾而言，精餾側(cè)重于高純度液相、氣相回流的提供，以實現(xiàn)在混合物分離過程中，獲取高純度物質(zhì)的目的。

2 乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯工藝中乙苯精餾系統(tǒng)設(shè)計

2.1 乙苯精餾系統(tǒng)設(shè)計需求

乙苯精餾系統(tǒng)在乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯工藝中的作用主要有以下幾點：①通過共沸精餾實現(xiàn)苯干燥處理;②通過減壓精餾使苯、乙苯等從混合物中分離出來。因此，所設(shè)計與構(gòu)建的乙苯精餾系統(tǒng)需滿足上述需求。

與此同時，基于經(jīng)驗歸納與總結(jié)可知：①苯乙烯生產(chǎn)過程中，受苯乙烯自身特性（對熱敏感，自聚性強、沸點接近乙苯等）乙苯精餾系統(tǒng)需具備較強的溫度控制能力，在低溫、真空環(huán)境下進行精餾;②乙苯精餾過程中帶來的損失相對較大，隨著精餾塔中苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增加，生產(chǎn)過程中形成的苯乙烯單耗越大，帶來生產(chǎn)損失的同時，影響設(shè)備壽命，降低系統(tǒng)運行安全性。對此，在乙苯精餾系統(tǒng)設(shè)計、改造或新建過程中，需滲透節(jié)能、降耗、環(huán)保理念，提升系統(tǒng)各方面性能。

2.2 乙苯精餾系統(tǒng)設(shè)計要點

在明確乙苯精餾系統(tǒng)設(shè)計需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯工藝原理、工藝流程（如圖1）進行如下操作：

2.2.1 編制物料平衡表

在乙苯精餾系統(tǒng)構(gòu)建過程中，首先需對生產(chǎn)工藝所應(yīng)用到的原料組分具有全面的了解。其次，從中確定關(guān)鍵組分，一方面便于計算分析，另一方面便于對多組分混合物分離、提純進行控制。此外，進行物料衡算，包括車間每小時生產(chǎn)精苯乙烯的數(shù)量，脫氫階段苯乙烯數(shù)量，烴化階段乙苯量，精餾塔進料各組分質(zhì)量流量以及精餾塔塔頂餾出液（釜液）中各組分質(zhì)量流量、摩爾分率等，編制成物料平衡表。

2.2.2 確定精餾塔各參數(shù)

精餾塔作為乙苯精餾系統(tǒng)的核心裝置，是乙苯精餾系統(tǒng)設(shè)計、制造的基礎(chǔ)內(nèi)容，也是重點內(nèi)容。對此，相關(guān)工作人員需做好精餾塔計算工作。在明確操作條件的同時，確定精餾塔各參數(shù)，包括塔頂溫度、塔頂壓力、塔底溫度、塔底壓力、進料溫度、進料壓力等。在此過程中，可參考相關(guān)資料確定乙苯塔壓力，采用試差法，利用溫度計算公式確定塔的溫度。

2.2.3 回流比、塔板數(shù)確定

在乙苯精餾系統(tǒng)運行過程中回流的有效確定有利于系統(tǒng)運行溫度有效控制。對此，在已知多組分混合物關(guān)鍵組分相對揮發(fā)度的基礎(chǔ)上，可采用恩德伍德公式（見下公式）進行回流比（包括最小回流比、實際回流比）計算。由于塔整體效率與塔整體結(jié)構(gòu)存在密切關(guān)聯(lián)性，因此在乙苯精餾系統(tǒng)設(shè)計與構(gòu)建過程中，需進行理論塔板數(shù)與實際塔板數(shù)的計算分析，明確加料版所在位置。并在此基礎(chǔ)上，進行其他構(gòu)件設(shè)計，包括塔板浮閥、泵、各接管、換熱器等。

其中：xij代表相對揮發(fā)度;θ代表式中的一個根。

綜上所述，乙苯精餾系統(tǒng)在乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯工藝體系中的科學(xué)構(gòu)建與運用是生產(chǎn)高品質(zhì)、高質(zhì)量、高效率、高效益苯乙烯的前提與基礎(chǔ)。受乙苯反應(yīng)原理、裝置配置等因素影響，乙苯精餾系統(tǒng)運行過程中普遍存在高能耗、低效率等問題。對此，在當(dāng)前提倡降本增效、創(chuàng)新發(fā)展、節(jié)能環(huán)保的背景下，企業(yè)以及相關(guān)工作人員應(yīng)加強乙苯精餾系統(tǒng)研究，達到“小改造大效益”目標(biāo)。

參考文獻：

[1]張家齊.乙苯苯乙烯分離工藝技術(shù)經(jīng)濟分析[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2018，38（12）.