苯乙烯生產(chǎn)中存在的問題及解決措施

董新軍，任振亭

（山東華星石油化工集團有限公司，山東東營 257000）

因為苯乙烯用途廣泛，其與其余物質(zhì)混合制作的產(chǎn)品在人們生活生產(chǎn)中也較為常見，所以苯乙烯的制取工藝也較為重要。隨著我國苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)的更新，苯乙烯的生產(chǎn)量也逐年增多，但是我國的苯乙烯生產(chǎn)量不能完全滿足國內(nèi)生產(chǎn)商的需求，需要從別國進口。近幾年，我國苯乙烯每年的進口量已經(jīng)增長為500多萬噸，所以為進一步滿足我國的生產(chǎn)需求，應(yīng)該優(yōu)化苯乙烯的生產(chǎn)工藝，提高苯乙烯的年生產(chǎn)量，減少進口量。

1 苯乙烯生產(chǎn)過程概述

1.1 苯乙烯概述

苯乙烯就是苯取代乙烯中的一個氫原子組成的一種有機化合物，其化學(xué)式為C8H8，該化合物屬于油脂，不易溶于水、乙醇或乙醚等，長時間暴露在空氣中易發(fā)生聚合反應(yīng)和氧化反應(yīng)。苯乙烯是合成橡膠和塑料的生產(chǎn)物質(zhì)之一，可以用其生產(chǎn)丁苯橡膠、聚苯乙烯以及泡沫聚苯乙烯等物質(zhì)，除此之外，還可以與其余單體發(fā)生反應(yīng)，形成不同的原料，如苯乙烯與丙烯腈、丁二烯混合制成ABS 樹脂，與丁二烯制成SBS 熱塑性橡膠等。正因為苯乙烯的用途廣泛，所以我國每年才需要大量的苯乙烯作為生產(chǎn)原料。目前生產(chǎn)苯乙烯的方式較多，但是大多數(shù)都是利用乙烯催化脫氫法，此種生產(chǎn)方式反應(yīng)較為簡單，工藝要求不高且生產(chǎn)效率更高。采用乙烯共氧化法雖然不用高溫脫氫，也沒有較大的工業(yè)污染，但是其反應(yīng)復(fù)雜、副產(chǎn)物多，需要較高的工藝水平才可以生產(chǎn)，并且其生產(chǎn)效率不高，所以基本不采用該方式。

1.2 苯乙烯生產(chǎn)流程

本文主要研究利用乙烯催化脫氫法制取苯乙烯的生產(chǎn)過程，其生產(chǎn)流程大致可以分為兩個部分，分別為乙烯脫氫和苯乙烯精餾分離。在整個過程中需要采用催化劑讓乙烯在高溫情況下發(fā)生脫氫反應(yīng)。關(guān)于催化劑的選擇是一個非常重要的問題，也是提高反應(yīng)效率的重點，目前主要以鐵系催化劑為主催化劑，再添加多種堿性金屬作為輔助催化劑，借助復(fù)合催化劑提高反應(yīng)效率，將物質(zhì)放入反應(yīng)器中，等待反應(yīng)發(fā)生。反應(yīng)器可分為兩種形式，一種為等溫反應(yīng)器，另一種為絕熱反應(yīng)器，通常采用絕熱反應(yīng)器作為整個生產(chǎn)的反應(yīng)器，整個反應(yīng)的熱量是由進料溫度和加大水比提供的，溫度升高后可使乙烯發(fā)生熱裂解反應(yīng)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，乙烯在反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化率僅為35%～40%，將脫氫液精餾，分離苯乙烯。

2 苯乙烯生產(chǎn)存在問題

2.1 脫氫液精餾期間易聚合

在化學(xué)生產(chǎn)過程中，單體容易發(fā)生聚合反應(yīng)，影響工業(yè)生產(chǎn)原料的制取。所以聚合反應(yīng)就是將低分子量單體轉(zhuǎn)換為高分子量聚合物的過程，在苯乙烯的制取過程中就容易發(fā)生聚合反應(yīng)。引發(fā)劑、生產(chǎn)負荷以及停車等因素都會引起聚乙烯的聚合反應(yīng)。由生產(chǎn)負荷引起苯乙烯聚合主要是依靠液態(tài)的苯乙烯在反應(yīng)器中停留的時間考慮的，即使反應(yīng)器中并不具備聚合反應(yīng)的發(fā)生條件，也會引發(fā)液態(tài)苯乙烯聚合。在生產(chǎn)負荷較高的情況下，脫氫液在重力沉降的過程中應(yīng)減少溶液中水的比例，如果含水量過大，超過水系統(tǒng)的處理能力，會引發(fā)大量的苯乙烯聚合。在脫氫液中，不僅含有苯乙烯，還包含乙烯、二乙烯以及苯乙炔等，如果操作過程溫度過高會引起熱反應(yīng)，影響乙烯的純度。在生產(chǎn)過程中，因為停車后未對乙烯作出處理導(dǎo)致乙烯反應(yīng)聚合的現(xiàn)象屢見不鮮，在停車過程中應(yīng)保證水系統(tǒng)在每個罐中的油相有效進入油水分離器，借此減少乙烯的聚合反應(yīng)。

2.2 反應(yīng)設(shè)備操作異常

脫氫反應(yīng)是整個苯乙烯制取的重要反應(yīng)，其主要在高溫的條件下進行，并且作為一個節(jié)能設(shè)備，反應(yīng)物會在出口處迅速冷卻，從而生成冷凝液，吸附有機物。在脫氫反應(yīng)中，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備操作異常導(dǎo)致生產(chǎn)過程暫停的案例，這嚴重影響苯乙烯的生產(chǎn)效率。由于生產(chǎn)過程是不斷進行的，所以隨著冷凝液的不斷增加，脫氫液分離罐的進料量也逐漸增加，導(dǎo)致分離時間減少，分離的效果也大打折扣。脫氫液分離效率過低會使物料中帶水，影響精餾操作，凝液中也會有摻雜的物料，進而堵塞凝液系統(tǒng)，嚴重時會導(dǎo)致整個生產(chǎn)裝置無法工作。

3 苯乙烯生產(chǎn)優(yōu)化措施

3.1 優(yōu)化生產(chǎn)裝置

在生產(chǎn)的過程中，對苯乙烯的生產(chǎn)效率影響最深的應(yīng)該是生產(chǎn)裝置，如果有較好的的生產(chǎn)裝置會極大地提高反應(yīng)速率，進而提高苯乙烯的生產(chǎn)效率。如果有較好的生產(chǎn)裝置，可以提高每一步驟的反應(yīng)精度，提高生產(chǎn)質(zhì)量，進而影響苯乙烯的生產(chǎn)質(zhì)量。如在脫氫液精餾的過程中優(yōu)化生產(chǎn)裝置，提高生產(chǎn)質(zhì)量，就可以避免苯乙烯發(fā)生聚合反應(yīng)。在優(yōu)化生產(chǎn)裝置時，應(yīng)該讓裝置更加節(jié)能、環(huán)保，提高苯乙烯的生產(chǎn)效率。如在反應(yīng)裝置中添加低壓降導(dǎo)流噴嘴型混合裝置，就可以提高反應(yīng)速率，提高苯乙烯的生產(chǎn)效率。該裝置在上方會有一個圓錐型導(dǎo)管，水蒸氣由此從頂部進入混合腔內(nèi)，應(yīng)該讓乙烯從環(huán)管和噴嘴中進入。該裝置是可以在低壓的狀況下保證水蒸氣和乙烯兩種物質(zhì)迅速混合，進而提高乙烯的反應(yīng)速率。為提高乙烯向苯乙烯的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)該將幾個乙烯脫氫反應(yīng)器串聯(lián)，并且持續(xù)增加多個氫氧化鈉反應(yīng)器，使更多的乙烯可以同時脫氫，提高轉(zhuǎn)化率，提高生產(chǎn)速率。

3.2 提高生產(chǎn)工藝

為進一步提高反應(yīng)速率，應(yīng)該優(yōu)化生產(chǎn)工藝，不讓不必要的因素影響生產(chǎn)速率。該反應(yīng)的主要原料為乙烯，將乙烯與催化劑混合就可以提高反應(yīng)效率。在生產(chǎn)過程中，如果提高催化劑的抗壓強度和抗分化性能，就可以提高反應(yīng)活性，進而提高反應(yīng)速率，如果在反應(yīng)過程中不使用過多水蒸氣，反應(yīng)溫度就會降低，其轉(zhuǎn)化速率也會提高。在反應(yīng)的過程中，乙烯作為重要的反應(yīng)原料應(yīng)該分別將其放置在多個脫氫反應(yīng)器中。在放置原料之時，會讓第一反應(yīng)器出口的氣體進入第二脫氫反應(yīng)器中，所以可以減少水蒸氣的用量，降低生產(chǎn)成本，提高乙烯的轉(zhuǎn)換率。乙烯反應(yīng)需要的催化劑是擁有固定體系的，如果降低鈰元素含量，采用錳和鎳代替就可以降低成本，提高轉(zhuǎn)化率。通過提高生產(chǎn)工藝，可以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，提高定量乙烯生成苯乙烯的質(zhì)量。

3.3 優(yōu)化催化劑性能

制取苯乙烯，讓乙烯發(fā)生脫氫反應(yīng)的過程中最重要的物質(zhì)就是催化劑，反應(yīng)過程中催化劑的反應(yīng)活性將直接影響反應(yīng)速率，所以可以提高催化劑的反應(yīng)活性，加快反應(yīng)速率，進而提高單位時間內(nèi)乙烯的轉(zhuǎn)化率。催化劑最早是采用鎂系催化劑和鋅系催化劑，在20世紀70年代末期才開始使用多種助催化劑的鐵系催化劑，在20世紀80年代就開始研究低水比、節(jié)能耗的催化劑。隨著時代的發(fā)展，希望催化劑既可以加快反應(yīng)速率，還可以節(jié)約能耗，降低生產(chǎn)成本。目前，我國工業(yè)中有各種各樣的催化劑，都可以使得反應(yīng)速率加快，并且還可以保證乙烯的轉(zhuǎn)化率得到提高，如堿性分子篩催化劑穩(wěn)定性較高，催化性能也好，可以使得反應(yīng)加快，催化性能提高。采用前驅(qū)體鈰鐵復(fù)合氧化物可以提高反應(yīng)過程中苯乙烯的選擇性，利于苯乙烯的制備。優(yōu)化催化劑的使用性能可以提高反應(yīng)速率。

4 結(jié)束語

隨著我國各行各業(yè)的發(fā)展，需要苯乙烯制品越來越多，所以應(yīng)該制造更多的苯乙烯原料，讓其可以制造更多的產(chǎn)品。目前，我國苯乙烯的制造工藝已經(jīng)十分成熟，但是仍有需要改進之處。制取苯乙烯的設(shè)備不易操控，反應(yīng)容易發(fā)生意外，所以應(yīng)該優(yōu)化生產(chǎn)裝置，提高生產(chǎn)工藝，制備更優(yōu)質(zhì)的苯乙烯，并且還應(yīng)該通過優(yōu)化催化劑的性能，提高反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)速率。