苯乙烯生產工藝對比與分析

徐 彬

（中海石油寧波大榭石化有限公司生產運行九部，浙江寧波 315812）

苯乙烯單體是一種重要的有機化工原料，主要用于聚苯乙烯、（ABS）樹脂、丁苯橡膠、不飽和樹脂等產品的生產。此外，還可用于制藥、染料或制取農藥乳化劑以及選礦劑等，用途十分廣泛。1937年美國陶氏化學公司和德國巴斯夫公司同時實現(xiàn)了乙苯脫氫制苯乙烯的工業(yè)化生產，為現(xiàn)代苯乙烯大規(guī)模生產奠定了基礎。長期以來乙苯脫氫法一直是苯乙烯的主要生產方法，而且延續(xù)至今，目前世界上90%以上苯乙烯的生產采用乙苯負壓絕熱脫氫工藝技術路線[1]。

但乙苯脫氫法為得到高純度的苯乙烯產品需在反應及分離過程中消耗大量的燃料、水蒸氣及冷卻水，使得該工藝耗能較大[2]。目前各專利商及生產企業(yè)為了降低苯乙烯生產成本，提高企業(yè)競爭力，都在優(yōu)化并開發(fā)新的生產工藝流程，以降低能耗。

1 苯乙烯裝置生產流程

1.1 乙苯負壓絕熱脫氫典型工藝流程

乙苯負壓絕熱脫氫工藝生產苯乙烯，主要分為乙苯脫氫和苯乙烯精餾兩個單元，其中乙苯脫氫單元由乙苯蒸發(fā)及脫氫反應、工藝凝液處理、尾氣處理三個系統(tǒng)組成。

乙苯蒸發(fā)及脫氫反應系統(tǒng)由二臺串聯(lián)的脫氫反應器（其中第二脫氫反應器的頂部設一臺中間換熱器）、蒸汽過熱爐、立式組合式換熱器、乙苯蒸發(fā)系統(tǒng)等單元構成。乙苯蒸發(fā)系統(tǒng)使原料乙苯完成蒸發(fā)和過熱，然后同來自蒸汽過熱爐的高溫過熱水蒸氣混合，獲取熱量，升到反應溫度，進入反應器床層，在負壓和絕熱條件下發(fā)生脫氫反應。反應器排出的高溫汽態(tài)生成物經逐級冷卻冷凝，進入下游的工藝凝液（脫氫液和水）處理及尾氣處理系統(tǒng)進一步加工。

工藝凝液處理及尾氣處理系統(tǒng)的作用是使脫氫反應的生成物和水及尾氣實現(xiàn)分離，并使脫氫反應系統(tǒng)處于負壓工況。通過汽提塔和油水分離器，實現(xiàn)水和烴類的分離，獲得脫氫液和滿足除鹽水站進水要求的工藝凝水。尾氣處理系統(tǒng)主要通過尾氣壓縮機不斷將系統(tǒng)中的尾氣抽出系統(tǒng)，使脫氫反應系統(tǒng)形成負壓操作條件，保證脫氫反應系統(tǒng)的轉化率，同時通過尾氣吸收及解析塔，回收脫氫尾氣中的芳烴，通過增壓機將尾氣增壓后送至PSA 裝置，回收脫氫尾氣中的氫氣。

苯乙烯精餾單元是對來自乙苯脫氫單元的脫氫液進行進一步加工，獲得主產品苯乙烯和副產品苯和甲苯，并回收未轉化的乙苯。該單元由粗苯乙烯塔、乙苯回收塔、精苯乙烯塔、阻聚劑溶液配制等四個系統(tǒng)構成。具體工藝技術流程簡圖如圖1所示[2]。

圖1 乙苯負壓絕熱脫氫典型工藝流程簡圖

1.2 乙苯負壓絕熱脫氫順序分離共沸精餾工藝流程

乙苯負壓絕熱脫氫順序分離共沸精餾工藝流程與負壓絕熱脫氫典型工藝流程基本相同，也分為乙苯脫氫單元和苯乙烯精餾單元，但其中最大的區(qū)別在于乙苯蒸發(fā)、苯乙烯精餾塔頂冷凝及苯乙烯精餾順序不一樣。

該技術充分利用乙苯/苯乙烯分離塔塔頂氣相物料的熱量，與脫氫單元來的乙苯/凝液在塔頂共沸精餾冷凝器中換熱，將乙苯/凝液氣化后作為脫氫單元的進料，降低了脫氫單元乙苯/凝液蒸發(fā)的蒸汽用量，同時降低了乙苯/苯乙烯塔塔頂循環(huán)水的用量。具體工藝技術流程簡圖如圖2所示[2]。

圖2 乙苯負壓絕熱脫氫順序分離共沸精餾技術工藝流程簡圖

2 兩種工藝流程技術的對比

2.1 主要工藝參數(shù)對比

從表1可以看出，兩種工藝流程技術在脫氫單元的操作參數(shù)基本一致，催化劑的轉化率、苯乙烯選擇性基本相同。苯乙烯精餾單元由于共沸精餾節(jié)能工藝流程需要充分利用乙苯-苯乙烯分離塔塔頂氣相的熱量，在設計上采用順序分離，將脫氫液中苯、甲苯等比乙苯輕的物料在脫氫液預分塔中提前分離，提高乙苯-苯乙烯分離塔塔頂冷凝器的換熱溫差，同時通過提升塔頂壓力，提高塔頂溫度，保證乙苯/水蒸氣共沸物在乙苯-苯乙烯分離塔塔頂冷凝器中汽化。由于采用順序分離及提升塔頂壓力的工藝流程技術，苯乙烯在分離過程中經歷了三次加熱分離，同時乙苯-苯乙烯分離塔的塔釜溫度提高了8℃，苯乙烯的聚合損失及阻聚劑用量有所增加[3]。

表1 主要工藝參數(shù)對比表

2.2 綜合經濟性對比

表2 綜合經濟性對比表

從表2可以看出，采用順序共沸精餾節(jié)能技術流程，雖然增加了阻聚劑用量及苯乙烯聚合損失，但由于節(jié)省了乙苯脫氫單元乙苯/水蒸發(fā)的加熱蒸汽量及苯乙烯精餾單元乙苯-苯乙烯塔頂冷卻水用量，使得苯乙烯產品的綜合能耗下降近40kg/t，降低成本73元/t，按照裝置年產量280kt/a 年計算，降低成本近2 000萬元/a[3]。

3 結束語

乙苯負壓絕熱脫氫典型工藝流程技術，在流程上乙苯脫氫單元與苯乙烯精餾單元相互獨立，兩個單元可以單獨開停工，操作簡單、靈活。同時苯乙烯只經過二次精餾，苯乙烯聚合損失相對較小，粗苯乙烯塔的操作溫度較低，苯乙烯聚合的風險也相對降低。但在同類行業(yè)裝置中，缺少競爭優(yōu)勢。

順序分離共沸精餾工藝流程技術，最大的優(yōu)點在于運用共沸精餾節(jié)能技術流程，降低了乙苯脫氫單元的加熱蒸汽用量及苯乙烯精餾單元循環(huán)水用量[4]，裝置綜合能耗大大下降，提升了企業(yè)效益，提高了裝置在行業(yè)中的競爭優(yōu)勢。但由于乙苯脫氫單元與苯乙烯精餾單元相互關聯(lián)、相互影響，操作難度大，裝置平穩(wěn)性相對降低。另外采用順序分離及共沸精餾技術，苯乙烯經過了三次精餾，同時乙苯-苯乙烯分離塔釜溫度較高，增加了苯乙烯在加工過程中聚合的風險。

為此，采用順序分離共沸精餾工藝流程技術裝置，在設備選型上選用低壓降精餾塔塔內件、低壓降的反應器入口混合器及油水混合效果好的共沸換熱器；在苯乙烯阻聚方面需要優(yōu)化換熱流程，選用阻聚性能優(yōu)的阻聚劑，降低苯乙烯聚合的風險，降低苯乙烯聚合物的損耗；在設計上需要進一步優(yōu)化共沸精餾流程，降低脫氫單元與精餾單元之間的相互影響程度，提高裝置的穩(wěn)定性，降低操作難度。