烷基化反應(yīng)中苯烯比的工藝優(yōu)化分析

于龍飛　曲圣謙　王喆

摘要：苯烯比是烷基化反應(yīng)中的重要調(diào)節(jié)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)的數(shù)值直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，在烷基化反應(yīng)中需要相關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)苯烯比優(yōu)化加工工藝的重視。文章在闡述苯烯比基本特性的基礎(chǔ)上，分析影響苯烯比的因素，并結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展要求就如何優(yōu)化苯烯比的加工工藝進(jìn)行策略分析。

關(guān)鍵詞：烷基化;苯烯比;工藝優(yōu)化

烷基苯是烯烴和苯通過(guò)烷基化反應(yīng)而獲得的一種工業(yè)物質(zhì)，從實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看烷基化反應(yīng)深受外界溫度、壓力等因素的影響，其中，苯烯摩爾比是決定烷基化反應(yīng)效果的重要參數(shù)指標(biāo)。在工業(yè)生產(chǎn)加工中如果苯烯比的參數(shù)數(shù)值過(guò)高，會(huì)使得循環(huán)苯量大幅度提升，無(wú)形中加劇了苯的損失，也加大了物料的消耗。為此，在工業(yè)生產(chǎn)加工中需要相關(guān)人員能夠結(jié)合實(shí)際情況來(lái)選擇適宜的苯烯比。

一、苯烯比基本原理分析

在具體的工業(yè)生產(chǎn)加工中烷基化裝置的存在意義是將苯和C₁₀-C₁₃烯烴進(jìn)行混合，并在催化劑氟化氫的作用下完成最終的烷基化反應(yīng)，最終生成直鏈烷基苯，后期經(jīng)過(guò)一系列的脫苯、脫烷烴、烷基苯蒸餾等操作來(lái)獲得較高質(zhì)量的烷基苯，基本反應(yīng)式如圖一所示。根據(jù)圖一的反應(yīng)可以判斷出一個(gè)分子苯和一個(gè)分子單烯烴融合在一起往往會(huì)生成一個(gè)分子的直鏈烷基苯。而從工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況來(lái)看，工業(yè)領(lǐng)域所應(yīng)用的苯烯分子綜合比值較大，摩爾比在5-12左右。

在發(fā)生一系列反應(yīng)的過(guò)程中，烷基苯的活化性能比苯要低，如果苯和烯烴分子數(shù)接近，烯烴就會(huì)和烷基苯發(fā)生反應(yīng)，由此生成二烷基苯。但是在配比操作的時(shí)候如果苯的使用過(guò)量，可以采取措施稀釋已經(jīng)生成的烷基苯濃度，并通過(guò)苯和烯烴的充分接觸來(lái)彌補(bǔ)苯活化能比烷基苯高的缺點(diǎn)，確保苯能夠和烯烴繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)。

（一）苯烯比的主要工藝優(yōu)化分析

（二）烷基苯兩個(gè)階段的反應(yīng)

在烷基化裝置改造的過(guò)程中要積極參考美國(guó)公司先進(jìn)的固體酸催化反應(yīng)工藝技術(shù)形式，并在具體實(shí)踐操作中額外增加烷基化的兩段反應(yīng)流程，從而有效降低汽提塔和脫苯塔負(fù)荷。

假設(shè)在第一階段經(jīng)過(guò)靜態(tài)混合器就會(huì)反應(yīng)完全，第一靜態(tài)混合器出口將不會(huì)含有烯烴，剩下的烯烴配合二段苯能夠有效保證苯烯比的二段反應(yīng)達(dá)到指定的要求，最終兩路烷烯烴混合物的綜合配比量在50%比例左右，在這樣的混合物比例作用下能夠在最大限度上降低總苯循環(huán)量。但是在實(shí)際生產(chǎn)加工中由于反應(yīng)時(shí)間短暫，兩路烷烯烴混合物的綜合配比量一般在60%比例左右。

二段苯烯比的具體計(jì)算如下所示：假定烷基化反應(yīng)中原料烯烴比共有a mol，一段反應(yīng)烯烴x mol，一段轉(zhuǎn)化率為x，二段補(bǔ)充苯c mol，一段苯烯比為8：1，一段和二段反應(yīng)器中的烯烴、苯含量如圖二所示。二段苯烯比的計(jì)算公式如下：8b-bx+c/a-bx=a-bx+8b+c/a=bx=1+（c+8b+c）/a-bx。根據(jù)上文公式分析，伴隨x的增大，二段苯烯比也會(huì)隨著增大，在x=1的時(shí)候，苯烯比達(dá)到最大狀態(tài)。由此可以發(fā)現(xiàn)，在一段轉(zhuǎn)化率低于設(shè)計(jì)數(shù)值100%的時(shí)候，會(huì)使得二段苯烯的數(shù)值降低，最終影響烷基苯的質(zhì)量。

（一）脫苯塔空冷器的冷卻能力

脫苯塔主要的是將沒(méi)有反應(yīng)的苯從混合物中有效脫離出來(lái)，在經(jīng)過(guò)必要的冷卻和分餾之后重新回到二段反應(yīng)系統(tǒng)。在具體實(shí)驗(yàn)操作的時(shí)候受空間位置的影響，烷基苯擴(kuò)能改造的時(shí)候可將脫苯塔空冷器中的圓管管束改變?yōu)槊芏容^大的橢圓管管束，翅片更換為密度較高的方型翅片，由此來(lái)增大整個(gè)系統(tǒng)的換熱面積，提升換熱效率。

（二）實(shí)際生產(chǎn)中的適宜的苯烯摩爾比的選擇

在實(shí)際的化工廠生產(chǎn)中，大多數(shù)工業(yè)裝置操作采用苯烯摩爾比為5～12，比值低于5會(huì)使烷基苯的收率結(jié)構(gòu)達(dá)不到保證值，過(guò)高的苯烯摩爾比（超過(guò)8：1），會(huì)使操作費(fèi)用增加過(guò)多，而對(duì)烷基苯收率影響不大。因此，烷基化反應(yīng)的苯烯比贏應(yīng)控制在8：1左右。

二、烷基化反應(yīng)中苯烯比的工藝改造分析

（一）烷基化兩段反應(yīng)流程的改造分析

在HF的催化作用下，苯和烯烴在發(fā)生接觸之后就會(huì)立即發(fā)生反應(yīng)。由此可以判斷烷基化反應(yīng)基本發(fā)生在靜態(tài)混合器中。為降低脫苯塔負(fù)荷，應(yīng)對(duì)夏季高溫生產(chǎn)及烷基苯裝置超負(fù)荷生產(chǎn)，為了確保苯烯比達(dá)到規(guī)定的要求，可以通過(guò)增加二段進(jìn)料的方式來(lái)解決。

（二）脫苯塔空冷器的改造分析

如果脫苯塔空冷器的冷卻能力不足就會(huì)對(duì)現(xiàn)有的裝置生產(chǎn)和各個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)產(chǎn)生不利的影響，為此，需要對(duì)脫苯塔的空冷器進(jìn)行必要的改造，將之前原有的脫苯塔空冷器轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)作能力更大的空冷器。

在對(duì)空冷器改造的過(guò)程中還需要充分考慮脫苯塔的操作壓力和微正壓，并對(duì)常溫下的苯進(jìn)行必要的冷卻處理。在一般情況下，設(shè)計(jì)的空冷只能夠達(dá)到冷凝 目的，在環(huán)境溫度較低的情況下才能夠達(dá)到一定的過(guò)冷卻。因此，為了達(dá)到過(guò)冷卻的目的，在改造時(shí)需要在其中增加后水冷器。

（一）經(jīng)濟(jì)效益

在經(jīng)過(guò)一系列改造分析之后有效提升了烷基化反應(yīng)苯烯比，消除了整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)瓶頸，提升了系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)作能力。第一，節(jié)水效益。經(jīng)過(guò)改造之后，脫苯塔空冷器的冷卻性能得到了提升，在使用之后有效節(jié)省了水資源。第二，增長(zhǎng)增效。在烷基化兩段反應(yīng)和脫苯塔空冷器改造之前，在多次循環(huán)之后整個(gè)脫苯塔往往無(wú)法正常運(yùn)行，不得不降量生產(chǎn)。

一是降低了脫苯塔負(fù)荷，循環(huán)苯總量降低為原來(lái)的9/16，機(jī)泵電流下降，塔底再沸器熱油量降低，空冷負(fù)荷降低。

二是消除了烷基苯裝置的瓶頸，可以增產(chǎn)烷基苯。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，烷基苯是工業(yè)用洗滌用品主要原材料，在國(guó)家市場(chǎng)產(chǎn)能過(guò)剩、品質(zhì)要求的日益提升下怎樣生產(chǎn)出更高質(zhì)量的烷基苯成為相關(guān)人員需要思考和解決的問(wèn)題。本文通過(guò)分析烷基苯生產(chǎn)過(guò)程中苯烯比對(duì)產(chǎn)品的影響，并通過(guò)一系列工藝改進(jìn)優(yōu)化來(lái)提升烷基苯的產(chǎn)品質(zhì)量，從而在確保產(chǎn)品穩(wěn)定生產(chǎn)的同時(shí)達(dá)到節(jié)能環(huán)保的發(fā)展特點(diǎn)。

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